過程控制系統(tǒng)與儀表 課后復(fù)習(xí)資料

第1章思索題及習(xí)題

1-1過程限制有哪些主要特點？為什么說過程限制多屬慢過程參數(shù)限制？

解答；

I.限制對象困難、限制要求多樣

2.限制方案豐富

3.限制多屬慢過程參數(shù)限制

4.定俏限制是過程限制的一種主要限制形式

5.過程限制系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的過程檢測限制儀表組成

1-2什么是過程限制系統(tǒng)？典型過程限制系統(tǒng)由哪兒局部組成？

解答：

過程限制系統(tǒng)：一般是指工業(yè)消費(fèi)過程中自動限制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。

組成：參照圖1-1。

1-4說明過程限制系統(tǒng)的分類方法，通常過程限制系統(tǒng)可分為哪幾類？

解答：

分類方法說明：

按所限制的參數(shù)來分，有溫度限制系統(tǒng)、壓力限制系統(tǒng)、流量限制系統(tǒng)等：按限制系統(tǒng)所處理的信號方式來分，有模擬限制

系統(tǒng)及數(shù)字限制系統(tǒng)：按限制器類型來分，有常規(guī)儀表限制系統(tǒng)及計算機(jī)限制系統(tǒng)；按限制系統(tǒng)的構(gòu)造和所完成的功能來分，有

串級限制系統(tǒng)、勻稱限制系統(tǒng)、自適應(yīng)限制系統(tǒng)等：按其動作規(guī)律來分，有匕例（P＞限制、比例積分（PI）限制，比例、積分、

微分（PID）限制系統(tǒng)等：按限制系統(tǒng)組成回路的狀況來分，有單回路及多叵路限制系統(tǒng)、開環(huán)及閉環(huán)限制系統(tǒng)：按被控參數(shù)的

數(shù)殳可分為單變量和多變量限制系統(tǒng)等。

通常分類：

I.按設(shè)定值的形式不同劃分：（I）定值限制系統(tǒng)

（2）隨動限制系統(tǒng)

（3）程序限制系統(tǒng)

2.按系統(tǒng)的構(gòu)造特點分類：（I）反響限制系統(tǒng)

（2）前饋限制系統(tǒng)

（3）前饋一反響究合限制系統(tǒng)

1-5什么是定值限制系統(tǒng)？

解答：

在定值限制系統(tǒng)中設(shè)定值是恒定不變的，引起系統(tǒng)被控參數(shù)變更的就是擾動信號。

1-6什么是被控對象的靜態(tài)特性？什么是被控對象的動態(tài)特性？二者之間有什么關(guān)系？

解答：

被控對象的靜態(tài)特性：穩(wěn)態(tài)時限制過程被控參數(shù)及限制變城之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。

被控對象的動態(tài)特性：.系統(tǒng)在動態(tài)過程中，被控參數(shù)及限制變量之間的關(guān)系即為限制過程的動態(tài)特性。

二者之間的關(guān)系：

1-7試說明定值限制系統(tǒng)稔態(tài)及動態(tài)的含義。為什么在分析過程限制系統(tǒng)得性能時更關(guān)注其動態(tài)特性？

解答：

稔態(tài):

對于定值限制，當(dāng)限制系統(tǒng)輸入（設(shè)定值和擾動）不變時，整個系統(tǒng)若能達(dá)

到一種平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中各個組成環(huán)節(jié)暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜

止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)稱為稔態(tài)（或靜態(tài)）。

動態(tài)：

從外部擾動出現(xiàn)、平衡狀態(tài)遭到破壞、自動限制裝置開場動作，到整個系統(tǒng)

又建上新的穩(wěn)態(tài)（到達(dá)新的平衡）、調(diào)整過程完畢的這一段時間，整個系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參數(shù)都處于變更的過程之中，這種

狀態(tài)稱為動態(tài)。

在實際的消費(fèi)過程中，被控過程常常受到各種振動的影響，不行能始終工作在穩(wěn)態(tài)。只有將限制系統(tǒng)探討及分析的重點放在

各個環(huán)節(jié)的動態(tài)特性，才能設(shè)計出良好的限制系統(tǒng)。

1-8評價限制系統(tǒng)動態(tài)性能的常用單項指標(biāo)有哪些？各自的定義是什么？

解答：

單項性能指標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量及最大動態(tài)偏向、靜差、調(diào)整時間、振蕩頻率、上升時間和峰值時間等。

衰減比：等于兩個相鄰的同向波峰值之比n；

過渡過程的最大動態(tài)偏向：對于定值限制系統(tǒng)，是指被控參數(shù)偏離設(shè)定值的最大值A(chǔ)；

超調(diào)最：第一個波峰值y及最終穩(wěn)態(tài)值y（co）之比的百分?jǐn)?shù)

剩余偏向C：過渡過程完畢后，被控參數(shù)所到達(dá)的新穩(wěn)態(tài)值y（oc）及設(shè)定值之間的偏向C稱為剩余偏向，簡稱殘差：

調(diào)整時間：從過渡過程開場到過渡過程完畢所需的時間：

振蕩頻率：過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩版率；

峰值時間：過渡過程開場至被控參數(shù)到達(dá)第一個波峰所霜要的時間。

1-10某被控過程「?藝設(shè)定溫度為900C,要求限制過程中溫度偏離設(shè)定位最大不得超過80C?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值限制系統(tǒng)，在

最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖1-4所示。試求該系統(tǒng)過渡過程的單項性能指標(biāo)：最大動態(tài)偏向、衰減比、振蕩

周期，該系統(tǒng)能否滿意工藝要求？

解答：

①最大動態(tài)偏向A：A=95（）℃-9（XrC=5（FC

②衰減比n：〃=空32=5:1

910-900

③振蕩周期T：7=45-9=36（min）

A<80℃,且n>1（衰減振蕩），所以系統(tǒng)滿意工藝要求。

第2章思索題及習(xí)題

2-1某一標(biāo)尺為。?1000C的溫度計出廠前經(jīng)校臉得到如下數(shù)據(jù)：

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/（02004006008001000

被校表讀數(shù)/C02014026048061001

求：1）該表最大肯定誤差；

2）該表精度：

3）假如工藝允許最大測量誤差為±5C,該表是否能用？

2-2?臺壓力表量程為。?lOMPa,經(jīng)校驗有以下測量結(jié)果：

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa024681()

被校表正行程01.983.965.947.979.99

證物

/MPa反行程02.024.036.068.0310.01

求：1)3E差；

2)由艮本誤差；

3)i亥表是否符合1.0級精度？

2-3某壓力表的測量范圍為0?lOMPa,精度等級為1.0級。試問此H（力表允許的最大肯定誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)樂力計來校驗

該壓力表，在校驗點為5MPa時，標(biāo)準(zhǔn)玉力計上讀數(shù)為5.08MPa,試問被校壓力表在這一點上是否符合1級精度，為什么？

解答：

最大絕對誤差△…

I）板本誤差上=儀表量程xlOO%

最大肯定誤差A(yù)nm=0.0lX10=0.1MPa

5Q85

2）校驗點為5MPa時的根本誤差：J=--X|OO%=O8%

1()

0?4.0MPa量程：b=±HFxlO()%=±1.2%,可選1.0級表。

4.0

?量程選擇：被測最大壓力=1/3?2/3黃程上限

I00

0~1.6MPa量程：—=

1.643

11??

0?2.5MPa量程：

32.53

0~4.0MPa量程：—=0.3（-

4.03

綜合分析，選用1.5級或2.0級，。?2.5MPa量程的表最適宜。

2-13假如某反響器最大壓力為LOMPa,允許最大肯定誤差為O.OIMPa?，F(xiàn)用一臺測量范圍為0?L6MPa,精度為1級的壓力表

來進(jìn)展測量，問能否符合工藝要求？若采納一臺測量范圍為。?LOMPa,精度為I級的壓力表，能符合要求嗎？試說明其理由。

解答：

工藝要求：坡大壓力為LOMPa,允許最大肯定誤差為O.OIMPa”

分別求出兩臺儀表的最大允許誤差，進(jìn)展推斷。

1）精度為1級，量程為0~1.6MPa的表，其最大肯定誤差：

6M=1.6X1%=0.016MPa,>0.01MPa.所以不符合要求；

2）精度為1級，量程為0?l.OMPa的表，其最大肯定誤差：

AL0nm=1.0X1%=0.01MPa,=0.01MPa,所以最大誤差符合要求，但是壓力表的最大測量值應(yīng)S2/3儀表量程，否則壓力

波動會使測量值超出儀表量程。

所以，該表也不符合要求。

2-14某臺空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.0?l.6MPa,工藝要求就地視察罐內(nèi)壓力，并要測信結(jié)果的誤差不得大于雁內(nèi)

壓力的±5%。試選擇一塊適宜的壓力表（類型、測殳范圍、精度等級），并說明其理由。

解答：

根據(jù)題意知：壓力范圍1.0?1.6MPa,

允許最大誤差：Anm=l.6X（+5%）=+0.08MPa

I）量程確定：

應(yīng)滿意工作最大壓力小丁?儀表量程的2/3處，即1.6MPaX2/3=2.4MPa

可以選量程為0-2.5MPa的彈簧壓力表。

2）精度等級確定：

求出根本誤差，以確定滿意要求的精度等級。

rf=±^yxl（X）%=±3.2%,允許的精度等級為2.5級。

綜上分析，選擇量程為。?2.5MPa,精度等級為2.5級的彈簧壓力表。

該表的最大肯定誤差：A,nax=2.5X（+2.5%）=±0.0625MPa,<0.08MPa

所以滿意要求。

2-17什么叫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置？試述差壓式流量計測量流量的原理：并說明哪些因素對差壓式流量計的流量測量有影響？

解答：

I）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：包括節(jié)流件和取壓裝置.

2）原理：基于液體流淌的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。

3）影響因素：P47

①流量系數(shù)的大小及節(jié)流裝置的形式、孔口對管道的面積比m及取壓方式親密相關(guān)；

②流量系數(shù)的大小及管壁的粗糙度、孔板邊緣的鋒利度、流體的粘度、溫度及可壓縮性相關(guān)：

③流量系數(shù)的大小及流體流淌狀態(tài)有關(guān)。

2-19為什么說轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計？而差壓式流量計是變壓降式流量計？

解答：

I）轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量il（P47）

雖然轉(zhuǎn)子流量計也是根據(jù)節(jié)流原理測量流量的，但它是利用節(jié)流元件變更流體的流通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的壓差恒定。所以

是定壓式。

2）差壓式流量:訂是變壓降式流量i|（P45）

是基于流體流淌的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置是產(chǎn)生的壓差實現(xiàn)流量測量的。所以是變J卡降式。

2-21橢圓齒輪番量計的特點是什么？對被測介質(zhì)有什么要求？

解答:

1）特點：流址測量及流體的流淌狀態(tài)無關(guān)，這是因為橢圓齒輪番量計是依靠被測介質(zhì)的壓頭推動橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)而進(jìn)展計量

的。

粕度愈大的介質(zhì)，從齒輪和計量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核測介質(zhì)的粘皮愈大，泄漏誤差愈小，對測量愈有利。

柄園齒輪番戰(zhàn)計計最精度高，適用于高粘度介質(zhì)流最的測戰(zhàn)。

2）對被測介質(zhì)的要求：不適用于含有固體顆粒的流體（固體顆粒會將齒輪卡死，以致無法測量流量）。

假如被測液體介質(zhì)中夾雜有氣體時，也會引起測殳誤差。

2-22電磁流量計的工作原理是什么？它對被測介質(zhì)有什么要求？

解答：P5I

1）原理：利用導(dǎo)電液體通過磁場時在兩固定電極上感應(yīng)出電動是測量流速。

2）對被測介質(zhì)的要求：導(dǎo)電液體，被測液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于水的電導(dǎo)率（lOO/Qcm）,小能惻用油類或氣體的減量。

2-24超聲波流量:計的特點是什么？

解答：

超聲波流量計的非接觸式測量方式，不會影響被測流體的流淌狀況，被測流體也不會對流量計造成磨損或腐蝕損害，因此適

用范圍廣袤。

2-25用差壓變送器測某儲罐的液位，差壓變送器的安裝位宜如圖2-75所示,請導(dǎo)出變送器所測差壓A”及液位〃之關(guān)系。變送

器零點需不需要遷移？為什么？

2-26用法蘭式差壓變送器測液位的優(yōu)點是什么？

解答：P57

測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體的液位，在膜盒、毛細(xì)管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，

作為傳壓介質(zhì)，使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管及變送器，以免堵塞。

可節(jié)約隔離罐。

2-27試述電容式物位計的工作原理。

解答：

利用電容罌的極板之間介質(zhì)變更時，電容量也相應(yīng)變更的原理測物位，可測量液位、料位和兩種不同液體的分界面。

2-28超聲波液位計適用于什么場合？

解答：P60

合適于強(qiáng)腐蝕性、高壓、有毒、高粘性液體的測量。

第3章習(xí)題及思索題

3-1什么是限制器的限制規(guī)律？限制器有哪些根本限制規(guī)律？

解答：

i）限制規(guī)律：是指限制器的輸出信號及輸入偏向信號之間的關(guān)系。

2）根本限制規(guī)律：位式限制、比例限制、比例枳分限制、比例微分限制和比例枳分微分限制。

3-2雙位限制規(guī)律是怎樣的？有何優(yōu)映點？

解答：

I）雙位限制的輸出規(guī)律是根據(jù)輸入偏向的正負(fù)，限制器的輸出為最大或最小。

2）缺點:在位式限制形式下，被控變量持續(xù)地在設(shè)定值上下作等幅振蕩，無法稔定在設(shè)定值上。這是由于雙位限制器只有

兩個特定的輸出值，相應(yīng)的限制閥也只有兩個極限位置，總是過量調(diào)整所致。

3）優(yōu)點：偏向在中間區(qū)內(nèi)時，限制機(jī)構(gòu)不動作，可以降低限制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度，延長限制器中運(yùn)動部件的運(yùn)用壽命。

3-3比例限制為什么會產(chǎn)生余差？

解答：

產(chǎn)生余差的緣由：比例限制器的輸出信號y及輸入偏向e之間成比例關(guān)系：

為了克制擾動的影響，限制器必需要有限制作用，即其輸出要有變更反，而對?于比例限制來講，只有在偏向不為零時，限制

器的輸出變更量才不為零，這說明比例限制會恒久存在余差。

3-4試寫出積分限制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為什么積分限制能消退余差？

解答：

I）積分限制作用的輸出變更量y是輸入偏向c的積分：y=^-\edt

2）當(dāng)有偏向存在時，輸出信號將隨時間增大（或減小）。當(dāng)偏向為零時，輸出停頓變更，保持在某一值上。因此枳分限制器

組成限制系統(tǒng)可以到達(dá)無余差。

3-5什么是積分時間？試述積分時間對限制過程的影響。

解答：

I）y=同edf

積分時間是限制器消退偏向的調(diào)整時間，只要有偏向存在，輸出信號將隨時間增大（或減?。?。只有當(dāng)偏向為零時，輸出停

朝變更，保持在某一值上。

2）在實際的限制器中，常用積分時間Ti來表示積分作用的強(qiáng)弱，在數(shù)宜上，T,=l/Kla明顯，北越小，K就越大，積分作

用就越強(qiáng)，反之亦然。

3-6某比例積分限制罌輸入、輸出范圍均為4?20mA,若將比例度設(shè)為100%、積分時間設(shè)為2inin、穩(wěn)態(tài)時輸出調(diào)為5mA,某

時刻，輸入階躍增加0.2mA,試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變更為多少?

解答：

由比例枳分公式：.y=#+"由|分析：

依題意：p=-^―=100%,即Kp=l,Ti=2min.e=±0.2：

穩(wěn)態(tài)時:和=5mA,

5min后：=5+1x（±0.2±—x0.2x5）

2

=（5±0.1）mA

3-7比例限制器的比例度對限制過程有什么影響？調(diào)整比例度時要留意什么問題？

解答：P74

1）限制器的比例度P越小，它的放大倍數(shù)就越大，它將偏向放大的實力越強(qiáng)，限制力也越強(qiáng)，反之亦然，比例限制作用的強(qiáng)

弱通過調(diào)整比例度P實現(xiàn)。

2）比例度不但表示限制摘輸入輸出間的放大倍數(shù)，還表示符合這個比例關(guān)系的行效輸入?yún)^(qū)間。一表的量程是有限的，超出這個星

程的比例輸出是不行能的。

所以，偏向的變更使限制器的輸出可以變更全量程（16mA）,避開限制器處于飽和狀態(tài)。

3-8志向微分限制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？為什么常用實際為分限制規(guī)律？

解答：

2）由于志向微分運(yùn)算的輸出信號持續(xù)時間太短，往往不能有效推動閥門。實際應(yīng)用中，?般加以慣性延遲，如圖3-7所示,

稱為實際微分。

39試寫出比例、積分、微分（PID）三作用限制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式“

解答：

3-10試分析比例、積分、微分限制規(guī)律各白的特點，積分和微分為什么不單獨(dú)運(yùn)用？

解答：

I）比例限制剛好、反響炎敏，偏向越大，限制力越強(qiáng)：但結(jié)果存在余差。

2）積分限制可以到達(dá)無余差：但動作緩慢，限制不剛好，不單獨(dú)運(yùn)用。

3）微分限制能起到超前調(diào)整作用：但輸入偏向不變時，限制作用消逝，不單獨(dú)運(yùn)用。

3-11DDZ-山型基型限制器由哪兒局部組成？各組成局部的作用如何？

解答：P79

I）組成如圖3-11所示。

2）作用參照P79。

3-12DDZ-H1型限制器的軟手動和硬手動有什么區(qū)分？各用在什么條件下？

解答：

1）軟手動操作是指調(diào)整器的輸出電流/。及手動操作的輸入信號成積分關(guān)系：

硬手動操作是指調(diào)整器的輸出電流及手動操作的輸入信號成比例關(guān)系。

2）軟手動操作：系統(tǒng)投運(yùn)

硬手動操作：系統(tǒng)故障

3-13什么叫限制器的無擾動切換？在DDZ-III型調(diào)整器中為了實現(xiàn)無擾切換，在設(shè)計PID電路時實行了哪些措施？

解答：P84

1）調(diào)整器進(jìn)展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換后，輸出值不發(fā)生跳動，即狀態(tài)轉(zhuǎn)換無沖擊。

2）CM、CUP85中。

3.14PID調(diào)整器中,比例既P、積分時間常物7；、微分時間常數(shù)〃分別具有什么含義？在調(diào)整器動作過程中分別產(chǎn)牛什么影響？

若符r,取8、心取o,分別代表調(diào)整器處于什么狀態(tài)？

解答:

比例度p含義：使限制器的愉出變更滿殳程時（也就是限制閥從全關(guān)到全開或相反），相應(yīng)的輸入測星值變更占儀衣輸入量程的

百分比。比例作用的強(qiáng)弱取決于比例度的大小。

積分時間常數(shù)7,含義：7；越小，積分作用越強(qiáng)；越大積分作用越弱：若將7；取8,則積分作用消逝。

微分時間常數(shù)7；含義：〃越大，微分作用越強(qiáng)：分?。ǎ⒎肿饔孟?。

3-15什么是調(diào)整器的正/反作用？在電路中是如何實現(xiàn)的？

解答，

1）正作用：偏向=測量值-給定值：

反作用：偏向=給定值-測.我值。

2）運(yùn)放輸入端的切換開關(guān)實現(xiàn)的。

3-16調(diào)整器的輸入電路為什么要實行差動輸入方式？輸出電路是怎樣將輸出電壓轉(zhuǎn)換成4?20mA電流的？

解答：

I）采納差動輸入方式，可以消退公共地線上的電壓降帶來的誤差。

2）參照P83下的輸出電路。

3-18給出好用的PID數(shù)字表達(dá)式，數(shù)字儀表中常有哪些改良型PID算法？

解答：

I）P9I式（3-18）

2）改良的算法：

第4章思索題及習(xí)題

4-1氣動調(diào)整陶主要由哪兩局部組成？各起什么作用？

解答：

I）執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu)。

2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用：按調(diào)整器輸出的限制信號，驅(qū)動調(diào)整機(jī)構(gòu)動作：

調(diào)整機(jī)構(gòu)的作用：由閥芯在閥體內(nèi)的挪動，變更閥芯及閥座之間的流通面積，從而變更被控介質(zhì)的流量。

4-2試問調(diào)整閥的構(gòu)造有哪些主要類型？各運(yùn)用在什么場合？

解答：

I）類型：直通單座閥、直通雙座網(wǎng)。

2）rt通單座闞運(yùn)用場合：小口徑、低壓差的場合：

直通雙座閥運(yùn)用場合：大口徑、大壓差的場合。

4-4什么叫調(diào)整閥的志向流量特性和工作流量特性？常用的調(diào)整閥志向流量特性有哪些？

解答：

I）志向流量特性：在調(diào)整閥前后壓差固定的狀況卜得出的流量特性稱為固有流量特性，也叫志向流量特性。

工作流量特性：在實際的工藝裝置上，調(diào)整閥由于和其他閥門、設(shè)備、管道等串連運(yùn)用，閥門兩端的壓差隨流量變更而變

更，這時的流量特性稱為I：作流量特性。

2）常用志向流量特性：直線流量特性、等百分比（對數(shù)）流量特性、

快開特性

4-6什么叫調(diào)整閥的可調(diào)范圍？在串聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會變更？

解答：

I）可調(diào)范圍：反映調(diào)整閥可限制的流量范圍，用口=（^2/<^?,之比表示。R越大，調(diào)整流量的范圍越寬，性能指標(biāo)就越好。

2）由于串聯(lián)管道阻力的影響。

4-7什么是串聯(lián)管道中的閥阻比S?S值的變更為什么會使志向流域特性發(fā)生畸變？

解答：

I）閥陽比：用閥阻比5=凡表示存在管道阻力的狀況下，閥門全開時，閥門前后的最小壓差Mrmm占總壓力P，、的比

值。

2）在SVI時，由干串聯(lián)管道阻力的影響，使閥門開大時流量達(dá)不到預(yù)期的值，也就是閥的可調(diào)范圍變小。隨著S值的減小，

直線特性慢慢區(qū)于快開特性，等百分比特性慢慢趨近于直線特性。

4-8什么叫氣動調(diào)整閥的氣開式及氣關(guān)式？其選擇原則是什么？

解答：

1）氣開式：無瓜力信號時閥門全用，隨著樂力信號增大，閥門漸漸開大的氣動調(diào)整閥為氣開式。

氣關(guān)式：無壓力信號時閥門全開，隨著壓力信號增大，閥門漸漸關(guān)小的氣動調(diào)整閥為氣關(guān)式。

2）選擇原則：從工藝消費(fèi)平安考慮，?旦限制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號中斷時，調(diào)整閥的開關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證工藝設(shè)備和操作人

員的平安。

4-9如圖4-24所示的蒸氣加熱器對物料進(jìn)展加熱。為保證限制系統(tǒng)發(fā)生故障時，加熱器的耐熱材料不被燒壞，試確定蒸氣管道

上調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)形式。

解答：

氣開式調(diào)整閥。

4-11試述由/氣轉(zhuǎn)換器的用處及工作原理。

解答：PI13

1）用處：為了使氣動閥可以接收電動調(diào)整器的輸出信號，必需運(yùn)用電/氣轉(zhuǎn)換器把調(diào)整器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信換為20?lOOkPa

的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。

2）原理：在杠桿的最左端安裝了一個線圈，該線圈能在永久磁鐵得氣隙中白由地上下運(yùn)動，由電動調(diào)整器送來得電流I通

入線圈。當(dāng)輸入電流I增大時，線圈及磁鐵間產(chǎn)生得吸力增大，使杠桿左端下移，并帶動安杠桿上的擋板靠近噴嘴，變更噴嘴和

擋板之間的間隙。

噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動儀表中最根木的變換和放大環(huán)節(jié)，能將擋板對于噴嘴的微小位移靈敏地變換為氣信號。經(jīng)過氣動功率

放大器的放大后，輸出20~100kPa的氣壓信號p去推動閥門。

4-12試述電/氣閥門定位器的根本原理及工作過程。

解答：PII5

在杠桿上繞有力線圈，并置于磁場之中。當(dāng)輸入電流I增大時，力線圈產(chǎn)生的磁場及永久磁鐵相作用，使杠桿繞支點。順時

針轉(zhuǎn)動，帶動擋板靠近噴嘴，使其背壓增大，經(jīng)氣動功率放大器放大后，推動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥桿挪動。

4-14電動儀表怎樣才能用于易燃易爆場所？平安火花是什么意思？

解答：

1）必需是實行平安防爆措施的儀表，就是限制和隔離儀表電路產(chǎn)生火花的能量。使其不會給現(xiàn)場帶來危急。

2）平安火花：電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點火能量之下，

4-16齊納式平安棚的根本構(gòu)造是什么？它是怎樣限壓、限流的？

解答：

1）構(gòu)造:圖4-19所示。

2）利用齊納二極管的反向擊穿特性進(jìn)展限壓，用電阻進(jìn)展限流。

第5章思索題及習(xí)題

5-1什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型？

解答：

被控過程的數(shù)學(xué)模型是描繪被控過程在愉入（限制輸入及擾動輸入）作用下，其狀態(tài)和輸出（被控參數(shù)）變更的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

5-2建立被控過程數(shù)學(xué)模型的目的是什么？過程限制對數(shù)學(xué)模型有什么要求？

解答：

I）目的：①設(shè)計過程限制系統(tǒng)及整定限制參數(shù)；

②指導(dǎo)消費(fèi)工藝及其設(shè)備的設(shè)計及操作：

③對被控過程進(jìn)展仿真探討：

④培訓(xùn)運(yùn)行操作人員：

⑤工業(yè)過程的故障檢測及診斷。

2）要求：總的原則一是盡量簡潔，二是正確牢靠。階次一般不高于三階，大量采納具有純滯后的一階和二階模型，最常用

的是帶純滯后的一階形式。

5-3建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？

解答：PI27

1）方法：機(jī)理法和測試法。

2）機(jī)理法:

測試法：

5-4什么曷流入旱？什么是流出最？色們及限制系統(tǒng)的輸入、輸出信號有什么M分及聯(lián)絡(luò)？

解答：

1）流入量：把被控過程看作-一個獨(dú)立的隔離體，從外部流入被控過程的物質(zhì)或能量流量稱為流入量。

流出量：從被控過程流出的物質(zhì)或能量流量稱為流出量。

2）區(qū)分及聯(lián)絡(luò)：

限制系統(tǒng)的輸入量：限制變量和擾動變量。

限制系統(tǒng)的輸出變量:：系統(tǒng)的祓控參數(shù)。

5-5機(jī)理法建模一般適用于什么場合？

解答:PI28

對被控過程的工作機(jī)理特別熟識，被控參數(shù)及限制變量的變更都及物質(zhì)和能量的流淌及轉(zhuǎn)換有親密關(guān)系。

5-6什么是自衡特性？具有自衡特性被控過程的系統(tǒng)框圖有什么特點？

解答：

I）在擾動作用破壞其平衡工況后，被控過程在沒有外部干預(yù)的狀況卜自動復(fù)原平衡的特性，稱為自衡特性。

2）被控過程輸出對擾動存在負(fù)反響。

5-7什么是單容過程和多容過程？

解答：

1）單容：只有一個儲蓄容量。

2）多容：有一個以上儲蓄容量。

5-8什么是過程的滯后特性？滯后乂哪幾種？產(chǎn)生的緣由是什么？

解答：

I）滯后特性：過程對于擾動的響應(yīng)在時間上的滯后。

2）容量滯后：多容過程對于擾動的響應(yīng)在時間上的這種延遲被稱為容量滯后。

純滯后：在消的過程中還常常遇到由（物料、能量、信號）傳輸延遲引配的純滯后。

5-9對圖S40所示的液位過程，輸入苴為。流出量為￡、Q：液位力為被控參數(shù)，水箱截面為A,并設(shè)&、%為線性液阻。

U）列寫液位過程的微分方程組:

（2）畫出液位過程的框圖:

'：3）求出傳遞函數(shù)”（s）/Q（s）,并寫出放大倍數(shù)K和時間常數(shù)7的表達(dá)式。

解答:

△Qi

竺

=&

竺

=&

（2）框圖如圖:

（3）翳

5-10以0為輸入、:出傳遞函數(shù)H式s）/Q（s）。

解答:

dt

△4

1）方程組:

△QIQL喏

/⑸二______________________&______________________

2）傳遞函數(shù):

2

Q“(s)TJ2s+(l\+T2+Tl2)s+\3

式中：T2=A2Ry,幾=4&

3）過程框圖：

5-12何為測試法建模？它有什么特點？

解答：

I）是根據(jù)工業(yè)過程輸入、輸出的實測數(shù)據(jù)進(jìn)展某種數(shù)學(xué)處理后得到數(shù)學(xué)模型。

2）可以在不特別清晰內(nèi)部機(jī)理的狀況下，把被探討的對象視為一個黑匣子，完全通過外部測試來描繪它的特性。

5-13應(yīng)用干脆法測定階躍響應(yīng)曲線時應(yīng)留意那些問題？

解答:P139

（I）合理地選擇階躍輸入信號的幅度

（2）試聆時被抻過理應(yīng)處干相對程定的T況

（3）要細(xì)致記錄階躍曲線的起始局部

（4）屢次測試，消退非線性

5-14簡述將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線的方法；矩形脈沖法測定被控過程的階躍響應(yīng)曲線的優(yōu)點是什么？

解答：PI39?PI40

I）

2）

5-15試驗測得某液位過程的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)如下：

t/s010204060__80）00140180250300400*00-

______600…_________________________________________________________

h/cm1）002082X）~3.65.4~11.814.416.618.4

19.6…__________________________________________________________

當(dāng)階躍擾動為△〃=20%時：

'：1）畫出液位的階躍響應(yīng)曲線;

＜：2）用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描繪該過程的動態(tài)特性，確定K、T、『.

解答：

（1）

（2）

第6章思索題及習(xí)題

6-1簡潔限制系統(tǒng)由幾個環(huán)節(jié)組成？

解答：

測景變送器、調(diào)整器、調(diào)整閥、被控過程四個環(huán)節(jié)組成。

6-2簡述限制方案設(shè)計的根本要求。

解答：

平安性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。

6-3簡潔歸納限制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。

解答：

I）限制系統(tǒng)方案設(shè)計；

2）工程設(shè)計；

3）I：程安裝和儀表調(diào)校：

4）調(diào)整器參數(shù)整定。

6-4過程限制系統(tǒng)設(shè)計包括哪些步驟？

解答：PI74

（1）熟識和理解消費(fèi)對限制系統(tǒng)的技術(shù)要求及性能指標(biāo)

（2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型

（3）限制方案確實定

（4）限制設(shè)備選型

（5）試驗（或仿真）驗證

6-5選擇被控參數(shù)應(yīng)遵循哪些根本原則？什么是干腌參數(shù)？什么是間接參數(shù)？兩者有何關(guān)系？

解答：

I）原則：必需根據(jù)工藝要求，深化分析、消費(fèi)過程，找出對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、消費(fèi)平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境愛護(hù)、節(jié)能降

耗等具有確定性作用，能較好反映消費(fèi)工藝狀態(tài)及變更的參數(shù)作為被控參數(shù)。

2）干脆參數(shù)：能干脆反映消費(fèi)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易J?測量的參數(shù)

3）間接參數(shù)：及質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于?測量的變量，間接反映產(chǎn)品質(zhì)量、消費(fèi)過程的實際狀況。

4）兩者關(guān)系：間接參數(shù)是干脆參數(shù)的單值函數(shù)。

6-6選擇限制變量時，為什么要分析被控過程的特性？為什么盼望限制通道放大系數(shù)K,,要大、時間常數(shù)0小、純滯后時間r,越

小越好？而干擾通道的放大系數(shù)K,盡可能小、時間常數(shù)7；盡可能大？

解答：

1）限制變量和干擾變量對被控參數(shù)的影響都于過程的特性親密相關(guān)。

2）限制通道的靜態(tài)放大系數(shù)K。越大，系統(tǒng)的靜態(tài)偏向越小，說明限制作用越靈敏，克制擾動的實力越強(qiáng)，限制效果越好。

時間常數(shù)To小，被控參數(shù)對限制變俄的反響又敏、限制剛好，從而獲得良好的限制品質(zhì)。

純滯后70的存在會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。70值越大，對系統(tǒng)的影響越大。

3）擾動通道的靜態(tài)放大系數(shù)越小，說明外部擾動對被控參數(shù)的影響越小.時間常數(shù)Tf越大，外部干擾f（D對被控參數(shù)y

it）的影響越小，系統(tǒng)的限制品質(zhì)越好。

6-7當(dāng)被控過程存在多個時間常數(shù)時，為什么應(yīng)盡成使時間常數(shù)錯開？

解答:PI82

由自控理論學(xué)問可知，開環(huán)傳遞函數(shù)中幾個時間常數(shù)值錯開，可進(jìn)步系統(tǒng)的工作頻率，減小過渡過程時間和最大偏向等，改

善限制質(zhì)量。

6-8選擇檢測變送裝置時要留意哪些問題？怎樣克制或減小純滯后？

解答：

1）P184-1、2、3、4

2）合理選擇檢測點。

6-9調(diào)整閥口徑選擇不當(dāng)，過大或過小會帶來什么問題？正常工況下，調(diào)整憫的開度在什么范圍比擬適宜？

解答：

】）調(diào)整閥I」徑選得過大，閥門調(diào)整靈敏度低，工作特件差，甚至?xí)a(chǎn)生振蕩或調(diào)整失靈的狀況。

調(diào)整閥口徑選得過小，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的擾動時，調(diào)整回工作在全開或全美的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)短溝處于失控工況，這對擾

動偏向的消退不利。

2）正常工況下要求調(diào)整閥的升度在15%-85%之間。

6-10選擇調(diào)整閥氣開、氣關(guān)方式的首要原則是什么？

解答：

保證人身平安、系統(tǒng)及設(shè)備平安是調(diào)整閥開、關(guān)作用方式選擇的首要原則。

6-11調(diào)整器正、反作用方式的選擇根據(jù)是什么？

確定原則是整個單回路構(gòu)成負(fù)反響系統(tǒng)。

6-12在蒸氣鍋爐運(yùn)行過程中，必需滿意汽-程度衡關(guān)系，汽包水位是一個特別主要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時，汽包中的水易被燒

干引發(fā)消費(fèi)事故，甚至?xí)l(fā)生爆炸，為此設(shè)計如圖6-28所示的液位限制系統(tǒng)。試確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)整閥LC正、

反作用：畫出該限制系統(tǒng)的框圖。

解答：見圖2—28V—

I）調(diào)整閥：氣關(guān)方式。/汽包

2）調(diào)整器：正作用°一~[

3）框圖：6

6-13在如圖6-29所示的化工過程中，化學(xué)ET等續(xù)講屐，必需用熱水通過加熱套加熱反響物料，

以保證化學(xué)反響在規(guī)定的溫度卜進(jìn)展，暇如溫/,丕會使物料產(chǎn)生聚合凝固導(dǎo)致設(shè)備堵塞，為消費(fèi)過

程再次運(yùn)行造成費(fèi)事甚至損壞設(shè)備。為比設(shè)計如圖6-29所示的溫度限制系統(tǒng)。試確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)整閥的TC正、

反作用：畫出該限制系統(tǒng)的框圖。

解答：

I）調(diào)整閥：氣開式O廠、八

3）框圖：IT-I-

6-14簡述比例、積分、微分限制規(guī)律各熱水?員-------―

解答：PI93,

I）比例限制：是最簡潔的調(diào)整規(guī)律，快速。比例調(diào)整只有一個參數(shù)，整定簡便。比例

調(diào)整的主要缺點是系統(tǒng)存在靜差。丁

2）枳分限制：積分調(diào)整的特點是沒有靜差。但它的動態(tài)偏向最大、調(diào)整時間長，只能用于有自衡特性的簡潔對象、很少單

獨(dú)運(yùn)用。

3）微分限制：超前調(diào)整。

6-21試比擬臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法及閱歷法的特點。

解答:P2O1

臨界比例度法；

衰減曲線法：

響應(yīng)曲線法:

閱歷法：

6-22如圖6-30所示熱交換器，將進(jìn)入其中的冷卻物料加熱到設(shè)定溫度。工藝要求熱物料溫度的△7W±I。。，而且不能發(fā)生過熱

狀況，以免造成消費(fèi)事故。試設(shè)計一個司潔限制系統(tǒng)，實現(xiàn)熱物料的溫度限制，并確定調(diào)整閥的氣升、氣關(guān)方式，明整器的止反

作用方式，以及調(diào)整器的調(diào)整規(guī)律。

解答：

1）被控參數(shù)選擇：

熱交換器出口溫度。

2）限制參數(shù)選擇：

我熱介質(zhì)流量。

3）檢測儀表選擇：

湘度傳感器及溫度變送器。

4）調(diào)整閥選擇:

①流量特性選擇：對數(shù)流量特性。

②氣開、氣關(guān)方式選擇：氣開。

5）調(diào)整器選擇：