儀表自動(dòng)化習(xí)題答案

第 1 章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 1動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？ 解 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由檢測(cè)變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象等四個(gè)環(huán)節(jié)組成。 1 1分別說明圖中 題 1 加熱器控制流程圖 解 段號(hào)為 3，儀表序號(hào)為 07； 有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號(hào)為 3，儀表序號(hào)為 03； 儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號(hào)為 3，儀表序號(hào)為 05。 1自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用 ? 解 測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）送往控制器； 控制器接受測(cè)量變送器送來的信號(hào)，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去 執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度，從而改變操 縱變量的大小。 1試分別說明什么是被控對(duì)象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì) ? 解： 被控對(duì)象（對(duì)象） 自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。 被控變量 被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)?？叵到y(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。 給定值（或設(shè)定值或期望值） 人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。 操縱變量（調(diào)節(jié)變量） 對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。 操 縱介質(zhì) (操縱劑 ) 用來實(shí)現(xiàn)控制作用的物料。 1 A、 過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么 ?并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 題 1 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng) 解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解 1 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度； 操縱變量：冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有 A、 B 兩種物料的溫度、進(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時(shí)，其測(cè)量值與給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度控制器運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1 1果由于進(jìn)料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值，試說明此時(shí)該控制系統(tǒng)的工作情況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過控制作 用來克服干擾作用對(duì)被控變量影響的 ? 解：當(dāng) 反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值（即升高）時(shí)，溫度測(cè)量元件測(cè)出溫度值與給定值比較，溫度控制器 出控制信號(hào)使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來，這樣克服干擾作用對(duì)被控變量影響。 1給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分哪幾類 ? 解： 按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為以下三類： 定值控制系統(tǒng) 給定值恒定的控制系統(tǒng)。 隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)） 給定值隨機(jī)變化的系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng) 給定值按一定時(shí)間 程序變化的系統(tǒng)。 1化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為 (90010) ?？紤]安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 80 ?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題 1求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時(shí)間（被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的 1%（即 900（ 1%） =9 ）的時(shí)間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求 ? 題 1 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線 解 最大偏差 A=950900=50（ ） ； 超調(diào)量 B=950908=42（ ） ； 由于 B=918908=10（），所以，衰減比 n=BB=4210= 余差 C=908900=8； 振蕩周期 T=459=36( 過渡時(shí)間 7 因?yàn)?A=50 所以 該壓力表不符合 3么叫壓力 ?表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力 (真空度 )之間有何關(guān)系 ? 解 （ 1） 工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即 P=F/S（壓強(qiáng)）。 （ 2）絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力； 表壓力 =絕對(duì)壓力 大氣壓力； 負(fù)壓力（真空度） =大氣壓力 絕對(duì)壓力 3為感受壓力的彈性元件 有哪幾種 ? 解 彈簧管式彈性元件 、 薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種）、波紋管式彈性元件 。 3簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是什么 ?試述彈簧管壓力計(jì)的主要組成及測(cè)壓過程。 解： （ 1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測(cè)出了彈簧管自由端的位移大小， 就能反映被測(cè)壓力 （ 2） 彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。 （ 3） 彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，壓力使 彈簧管產(chǎn)生很小的 位移量， 放大機(jī)構(gòu) 將這個(gè)很小的 位移量放大從而帶動(dòng) 指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。 3容式壓力傳感器的工作原理是什么 ?有何特點(diǎn) ? 解 見教材 55。當(dāng)差動(dòng)電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時(shí)，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。 其特點(diǎn)：輸出信號(hào)與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測(cè)量。 3壓力表的測(cè)量范圍為 0 1度等級(jí)為 問此壓力表允許的最大絕對(duì)誤 差是多少 ?若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來校驗(yàn)該壓力表，準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為 問被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級(jí)精度，為什么 ? 解 壓力表允許的最大絕對(duì)誤差為 校驗(yàn)點(diǎn) ，絕對(duì)誤差為 =該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為 % 故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合 精度。 3為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要根據(jù)測(cè)量大小來選取 ?選一臺(tái)量程很大的儀表來測(cè)量很小的參數(shù) 值有何問題 ? 解 （ 1） 為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓情況，對(duì)儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實(shí)際使用時(shí)的測(cè)量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。 （ 2）由于儀表的基本誤差 整個(gè)儀表測(cè)量范圍內(nèi)其大小是一定的， 選一臺(tái)量程很大的儀表來測(cè)量很小的參數(shù)值這樣會(huì)加大 測(cè)量誤差。 3果某反應(yīng)器最大壓力為 許最大絕對(duì)誤差為 用一臺(tái)測(cè)量范圍為 0度為 行測(cè)量，問能否符合工藝上的誤差要求 ?若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為 0度為 能符合誤差要求嗎 ?試說明其理由。 解 用 0度為 許值 ) 該表不符合工藝上的誤差要求。 用 0度為 許值 ) 該表符合工藝上的誤差要求。 3臺(tái)空壓機(jī)的 緩沖器，其工作壓力范圍為 藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的 5，試選擇一臺(tái)合適的壓力計(jì) (類型、測(cè)量范圍、精度等級(jí) )，并說明其理由。 解 空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限 工作壓力上限 所選壓力表量程為 p，則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有 )(m a xm a x M P )(m i nm i n M P 根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選 、測(cè) 量范圍為 0電接點(diǎn)壓力表。 根據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為 %=則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足 % a x 要求，故可選精度等級(jí)為 壓力表。 3合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為 14求誤差不超過 選用一臺(tái)就地指示的壓力表 (給出型號(hào)、測(cè)量范圍、精度等級(jí) )。 解 合成塔控制壓力 14所選壓力表的量程為 p，則 )( P 根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選 、測(cè)量范圍為 025電接點(diǎn)壓力表。 根據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足 %0025 a x 要求，故可選精度等級(jí)為 3有一臺(tái)測(cè)量范圍為 0度為 驗(yàn)后，其結(jié)果為： 被校表讀數(shù) / 0 0 4 0 8 1 2 1 6 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù) / 000 0 385 0 790 1 210 1 595 標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù) / 000 0 405 0 810 1 215 1 595 試問這臺(tái)表合格否 ?它能否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（量的絕對(duì)誤差不允許大于 ? 解 壓力表的校驗(yàn) 表 3力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果 被校表讀數(shù) / 大誤差 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù) / 準(zhǔn)表下行程讀數(shù) / 降變差 / 準(zhǔn)表上、下行程讀數(shù)平均值 /對(duì)誤差 / 表的最大引用誤差（從絕對(duì)誤差和升降變差中選取絕 對(duì)值最大者做為 m，求儀表的最大引用誤差） % 0 2 0 0m a x 所以，這臺(tái)儀表 的精度等級(jí)合格。 空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且 ；最大誤差 以這臺(tái)儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。 3么叫節(jié)流現(xiàn)象 ? 流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生靜壓差 ? 解： 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象 ，稱為節(jié)流現(xiàn)象。 流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。 3什么說轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì) ? 解： 轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)， 轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差 A 21 =恒量） 3轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測(cè)氣壓為 度為 40 的 已知流量計(jì)讀數(shù)為 50L/s，求 知 解 由題知： 93K， 73+40=313（ K）； 0=1=0L/s。則 )/(105503131 0 1 32 937 5 1 32 3水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量范圍為 0 10L/子用密度為 7920用來測(cè)量密度為 測(cè)量范圍為多少 ?若這時(shí)轉(zhuǎn)子材料改為由密度為 2750這時(shí)用來測(cè)量水的流量及 苯的流量，其測(cè)量范圍各為多少 ? 解 由題知 t=7920f=L=831W=1000 0 L/苯的流量的 修正系數(shù)為 0 0)8317 9 2 0(831)1 0 0 07 9 2 0( 0/0/) 所以，苯的流量測(cè)量范圍為 0 當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)， r=2750時(shí)測(cè)水的流量的修正系數(shù)為 210002750)10007920( 0/0/2=5(L/所以， 此時(shí)測(cè)水的流量的 測(cè)量范圍為 0 5L/苯的流量的 修正系數(shù)為 0 0)8 3 12 7 5 0(8 3 1)1 0 0 02 7 5 0( （ L/ 所以， 此時(shí)測(cè) 苯 的流量的 測(cè)量范圍為 0 3輪流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)是什么 ? 解： （ 1）渦輪流量計(jì)的工作原理： 流體在管道中流動(dòng)時(shí)使葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，反映流體流速的大小 。 流速與管道截面的乘積就是流體的流量。 （ 2）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)： 安裝 方便 、 測(cè)量精度高 、 可耐高壓 、 反應(yīng)快 、 便于遠(yuǎn)傳 、 不受干擾 、 容易磨損等特點(diǎn)。 3磁流量計(jì)的工作原理是什么 ?它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求 ? 解 電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 電磁感應(yīng) 原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比。電磁流量計(jì)只能用來測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。 3么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問題 ?怎樣進(jìn)行遷移 ?其實(shí)質(zhì)是什么 ? 解 （ 1） 當(dāng)被測(cè)容器的 液位 H=0時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓差 p 0 的現(xiàn)象，稱為 液位測(cè) 量時(shí)的零點(diǎn)遷移， 3量高溫液體 (指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況 )時(shí)，經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐 (見題 3，問這時(shí)用差壓變送器來測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移 ?如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮 ? 題 3 高溫液體的液位測(cè)量 解： 差壓液位計(jì)正壓室壓力 gH+壓室壓力 、負(fù)壓室的壓差 p=p1h2g H=0時(shí)， p= (h2g。 這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使 H=0時(shí)， p=0，該差壓變送器測(cè)液位時(shí)需要零點(diǎn)遷移，遷移量為 (h2g 3么是熱電偶的熱電特性 ? 熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成 ? 解：（ 1） 將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金） 組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)溫度 (T、 同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝克（ 應(yīng)?；芈分械碾妱?shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，用 ， t， （ 2） 熱電偶的熱電勢(shì)由 接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。 3用的熱電偶有哪幾種 ?所配用的補(bǔ)償導(dǎo) 線是什么 ?為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線 ?并說明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪幾點(diǎn) ? 解： （ 1）常用的熱電偶有如下幾種： （ 2） 所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下： （ 3）用廉價(jià)的 補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶 使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場(chǎng)變化的影響并與測(cè)量電路相連接。 使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意 ：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持延伸電極與熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等。 3熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 ?其冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N ? 解： （ 1） 熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng) 定是才是被測(cè)溫度 T（或 t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以 0為參考溫度條件下測(cè)試制定的，只有保持 0，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若 0，則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。 （ 2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校?延長(zhǎng)導(dǎo)線法， 0恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法等。 3電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和儀表 ?輸入、輸出信號(hào)各是什么 ? 解： 熱電偶溫度計(jì)由熱電偶（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)。 熱電阻溫度計(jì)由熱電阻（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度 ，輸出信號(hào)是電阻。 3 得的熱電勢(shì)為 20端（室溫）為 25C，求設(shè)備的溫度 ?如果改用 相同的條件下， 解 用 設(shè)備的溫度為 t，則 E(t， 25)=20 E(25， 0)=據(jù)中間溫度定律， E(t， 0)= E(t， 25)+ E(25， 0)=20+查 t= 若改用 樣，根據(jù)中間溫度定 律，測(cè)得熱電勢(shì)為 25)= 0) 5， 0)= 3用一支鎳鉻 冷端溫度為 30 ，顯示儀表的機(jī)械零位在 0 時(shí)，這時(shí)指示值為 400 ，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430 對(duì)不對(duì) ?為什么 ?正確值為多少度 ? 解 認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為 430 不對(duì)。 設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為 t，實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為 E(t， 30)，根據(jù)顯示儀表指示值為400 ，則有 E(t， 30)= E(400， 0)，由中間溫度定律并查鎳鉻 E 型）熱電偶分度表，有 E(t， 0)= E(t， 30)+ E(30， 0)= E(400， 0)+ E(30， 0)=28943+1801=30744V 反查鎳鉻 器內(nèi)的溫度 t= 3試述熱電阻測(cè)溫原理 ?常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N ?熱電阻的分度號(hào)主要有幾種 ?相應(yīng)的 解： （ 1）熱電阻測(cè)溫 原理 ： 電阻溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。 （ 2） 常用測(cè)溫?zé)犭娮?有：鉑熱電阻和銅熱電阻。 （ 3）鉑熱電阻的 分度號(hào) 主要有： 00）； 0）； 000）；等 銅熱電阻的 分度號(hào)主要有： 00）； 0）；等 3分度號(hào)為 計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了 得的溫度為 140 ，問實(shí)際溫度為多少 ? 解 查 140 對(duì)應(yīng)電阻為 而該電阻值實(shí)際為 查 實(shí)際溫度為 157 3分度號(hào)為 度電阻比 W(100)=0=被測(cè)溫度為 50 時(shí)，該熱電阻的阻值 若測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為 92，該環(huán)境溫度為多少 ? 解 分度號(hào)為 度電阻比 W(100)=銅熱電阻，其 0，01。則該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度 071 k (/ ) 被測(cè)溫度為 50 時(shí)，電阻值 0+ 50=。 當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值 2，則對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為 t=(9250)/00。 第 4 章 顯示儀表 4于標(biāo)尺始端為 0 的電子電位差計(jì)，當(dāng)熱電偶的熱端為 0 ，冷端為25 時(shí)，問這時(shí)應(yīng)指示多少度 ?輸入信號(hào)為多少 ?若熱端為 0 ，冷端也為 0 時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示多少度 ?輸入信號(hào)為多少 ? 解 當(dāng)熱電偶的熱端為 0 ，冷端為 25 時(shí)，應(yīng)指示 0 ； 輸入信號(hào)為 E(0， 25)= E(25， 0)。 若熱端為 0 ，冷端也為 0 時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示 0 ； 輸入信號(hào)為 E(0， 0)=0。 4題 4所示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的型號(hào)為 K，請(qǐng)回答： (1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì) ? (2)顯示儀表應(yīng)采用哪種儀表 ?該儀表的輸入信號(hào)是多少 ?應(yīng)指示多少溫度 ? 題 4 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)圖 解 （ 1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。 （ 2）顯示儀表應(yīng)采用 表的輸入信號(hào)是 K 型熱電偶的熱電勢(shì) E(600， 25)， E(600， 25)= E(600， 0) E(25， 0)=24902 1000=23902（ V）； 指示溫 度應(yīng)為 600（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，能直接顯示被測(cè)溫度） 。 4溫系統(tǒng)如題 4說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì) ?已知熱電偶為 K，但錯(cuò)用與 儀表指示為 160 時(shí)，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際溫度 （室溫為 25） 題 4 測(cè)溫系統(tǒng)圖 解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。 當(dāng)與 60 、 室溫為 25時(shí)，顯示儀表的輸入信號(hào)應(yīng)為 60 、冷端為 25時(shí)的熱電勢(shì) 60， 25)。而顯示儀表外實(shí)際配用的是 其輸入的熱電勢(shì) 60， 25)，實(shí)際應(yīng)為 、冷端為 25時(shí)的熱電勢(shì) EK(25)，即 EK(25)= 60， 25)。 60， 25)= 60， 0) 5， 0) 查 E(160， 0) = 10501V， 5， 0)=，則 60， 25)=10501 EK(0) =EK(25)+ 5， 0) =000(查 =V） 反查 4述電子自動(dòng)平衡電橋的工作原理 ?當(dāng)熱電阻短路、斷路或電源停電時(shí)，指針應(yīng)指在什么地方 ?為什么 ? 解 電子自動(dòng)平衡電橋的原理電路如下圖所示。 題解 4 電子平衡電橋測(cè)溫原理圖 當(dāng)被測(cè)溫度為測(cè)量下限時(shí)， 動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在 時(shí)電橋的平衡條件是 P） = （ 1） 當(dāng)被測(cè)溫度升高后，熱電阻阻值 增加 動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)右移動(dòng)才能使電橋平衡，此時(shí)電橋的平衡條件是 P=4+ （ 2） 用式（ 1）減式（ 2），則得 3 即 3231 （ 3） 從上式可以看出：滑動(dòng)觸點(diǎn) 即反映了被測(cè)溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 當(dāng)熱電阻短路時(shí)， ， 為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向左滑動(dòng)，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時(shí)， ，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向右滑動(dòng)，直至終終端；當(dāng)電源停電時(shí)，指針指在任何位置，電橋輸出都為 0，（電橋“平衡”）。 第 5 章 自動(dòng)控制儀表 5么是控制器的控制規(guī)律 ?控制器有哪些基本控制規(guī)律 ? 解 控制器的 控制規(guī)律 是指控制器的輸出信號(hào) )()( 控制器的 基本控制規(guī)律 有：位式控制（其中以雙位控制比較常用）；比例控制 (P)；積分控制 (I)；微分控制 (D)。 5為比例控制器的比例度 ?一臺(tái) 型液位比例控制器，其液位的測(cè)量范圍為 0指示值從 例控制器的輸出相應(yīng)從 5求控制器的比例度及放大系數(shù)。 解 比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為： %100m i nm a xm i nm a x pp e 式中 e 輸入變化量； p 相應(yīng)的輸出變化量； 輸入的最大變化量，即儀表的量程； 輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。 根據(jù)題給條件，該控制器的比例度為 %00010 對(duì)于單元組合儀表，其放大系數(shù)為 =1/120% 5臺(tái) 型溫度比例控制器，測(cè)量的全量程為 0 1000 ，當(dāng)指示值變化 100 ，控制器比例度為 80，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少 ? 解 % 0 0100420m i nm a x m i nm a x 控制器的輸出變化量 p=0%=2(5臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的 型控制器，其比例度 為 200，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為 5某瞬間，輸入突然變化了 過 30出由 5問該控制器的積分時(shí)間 解 控制器的放大倍數(shù) =1/200%=制器的輸入變化量為 A=制器的輸出變化量為 p=65=1(經(jīng)歷時(shí)間 t=30s。由 得 )( 5臺(tái) 型比例積 分控制器，比例度 為 100，積分時(shí)間 態(tài)時(shí)，輸出為 5瞬間，輸入突然增加了 問經(jīng)過 5出將由 5 解 控制器的放大倍數(shù) =1/100%=1 控制器的積分時(shí)間 態(tài)輸出 制器的輸入變化量為A=歷時(shí)間 t=5輸出變化量 )( 所以，經(jīng)歷時(shí)間 5，控制器的輸出為 p=p=5+.7(5寫出比例積分微分（ 作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 解 d 1P 其中， e 輸入變化量； p 相應(yīng)的輸出變化量； 放大倍數(shù)； 稱為積分時(shí)間； 微分時(shí)間。 5分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。 解 比例控制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)快，控制及時(shí)；存在余差 (有差控制 ) 積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)；無余差 (無差控制 ) 微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制響應(yīng)快，故有 超前控制 之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值 很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制器。 第 6 章 執(zhí)行器 6動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成 ? 各起什么作用 ? 解 氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)輸入控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力 l，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將控制信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與操縱介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥 的流量的裝置。 6分別說明什么叫控制閥的流量特性和理想流量特性 ? 常用的控制閥理想流量特性有哪些 ? 解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（相對(duì)位移）間的關(guān)系： 式中，相對(duì)流量 Q/與全開時(shí)流量 對(duì)開度 l/之比。 在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為理想流量特性。主要有： 直線流量特性 )1(11m a x ； 等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性 1 拋物線流量特性 21m a xm a x 快開流量特性 2m a x)1(11 等四種。 6么叫控制閥的可調(diào)范圍 ? 在串、并聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化 ? 解 控制閥的可調(diào)范圍（可調(diào)比）是其所能控制的最大流量 在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會(huì)變小。 6知閥的最大流量 50m3/h，可調(diào)范圍 R 30。 （ 1）計(jì)算其最小流量 說明 （ 2）若閥的流量特性為直線流量特性，問在理想情況下閥的相對(duì)行程 l/。 （ 3）若閥的流量特性為等百分比流量特性，問在理想情況下閥的相對(duì)行程為 。 解 （ 1）由 ， 得 )/(m a xm in 。 是比泄漏量大的可以控制的最小流量。 （ 2）由直線流量特性 1(11m a x ，得 1(1m a x ， l/L= )/(30(13050 32.0 l/L= )/(30(13050 38.0 （ 3）由直線流量特性 1得 1m l/L= )/( l/L= )/( 6的理想流量特性分別為直線流量特性和等百分比流量特性，試求出在理想情況下，相對(duì)行程分別為 l/L 的兩種閥的相對(duì)放大系數(shù) 相對(duì)m a x。（閥的可調(diào)比 R=30） 解 當(dāng)閥的理想流量特性為直線流量特性時(shí)，由 )1(11m a x ，得 a x ，即 1 相對(duì) 與 l/以，對(duì)于相對(duì)行程分別為 l/L 量特性閥，均有 K 相對(duì) =11/R=11/30= 當(dāng)閥的理想流量特性為等百分比流量特性時(shí)，由 1得 1m a x 1對(duì) 當(dāng) l/L a x l/L a x 6知閥的最大流量 100m3/h，可調(diào)范圍 R 30。試分別計(jì)算在理想情況下閥的相對(duì)行程為 l/L=的流量值 Q，并比較不同理想流量特性的控制閥在小開度與大開度時(shí)的流量變化情況。 (1) 直線流量特性。 (2) 等百分比流量特性。 解 (1) 根據(jù)直線流量特性，相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的關(guān)系： )1(11m a x 分別在公式中代入數(shù)據(jù) 100m3/h， R 30， l/L=數(shù)據(jù)，可計(jì)算出在相對(duì)行程為 13m3/h m3/h m3/h m3/h。 (2) 根據(jù)等百分比流量特性的相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的關(guān)系： 1分別代入上述數(shù)據(jù)，可得： h h h h。 由上述數(shù)據(jù)可以算得，對(duì)于直線流量特性的控制閥，相對(duì)行程由 10變化到20時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： %0013 ； 相對(duì)行程由 80變化到 90時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： 12%10 。 由此可見，對(duì)于直線流量特性的控制閥，在小開度時(shí)，行程變化了 10，流量就在原有基礎(chǔ)上增加了 控制作用很強(qiáng)，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開度時(shí) (80處 )；行程同樣變化了 10，流量只在原有基礎(chǔ)上增加了 12，控制作用很弱，控制不夠及時(shí)、有力，這是直線流量特性控制閥的一個(gè)缺陷。 對(duì)于等百分比流量特性的控制閥，相對(duì)行程由 10變?yōu)?20時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： %40%10 ； 相對(duì)行程由 80變到 90時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： %40%1 0 。 故對(duì)于等百分比特性控制閥，不管是小開度或大開度時(shí)，行程同樣變化了 10，流量在原來基礎(chǔ)上變化的相對(duì)百分?jǐn)?shù)是相等的，故取名為等百分比流量特性。具有這種特性的控制閥，在同樣的行程變化值下，小開度時(shí)，流量變化小，控制比較平穩(wěn)緩和；大開度時(shí)，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 6么是串聯(lián)管道中的阻力比 s ? 解 串聯(lián)管道中的 阻力比 力損失總和即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)系統(tǒng)總壓差 差控制閥全開時(shí)閥上的壓s 管道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進(jìn)而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。 s = 1時(shí)，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓差全降在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著 線特性漸漸趨近于快開特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實(shí)際使用中，一般希望 選 s=s理想流量特性相差無幾。 6么是并聯(lián)管道中的分流比 x ? 試說明 解 并聯(lián)管道中 的分流比 m a xm a x 總管最大流量 流量并聯(lián)管道控制閥全開時(shí) 制閥的流量變化，控制閥所控制的流量與總管的流量產(chǎn)生差異，因此，其理想流量特性將會(huì)發(fā)生畸變。 x=1時(shí)，控制閥的流量就是總管的流量，工作特性與理想特性一致。隨著 路閥逐漸打開，雖然控制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。 6知某控制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為 100力比為 s=全開時(shí)流過水的最大流量為 60m3/h。閥的理想可調(diào)范圍 R=30，假設(shè)流動(dòng)狀態(tài)為非阻塞流。問該閥的額定 (最大 )流量系數(shù) 解 由 力損失總和即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)系統(tǒng)總壓差 差控制閥全開時(shí)閥上的壓 1，得控制閥全開時(shí)閥上壓差 ps=1000 )/(1m a xm a x 實(shí)際的可調(diào)范圍 r 6臺(tái)控制閥的額定流量系數(shù) 100。當(dāng)閥前后壓差為 200，其兩種流體密度分別為 動(dòng)狀態(tài)均為非阻塞流時(shí)，問所能通過的最大流量各是多少 ? 解 由 m a xm a x 10 ，得 10m a xm a x 當(dāng) =)/(m a xm a x 當(dāng) =)/(m a xm a x 6于一臺(tái)可調(diào)范圍 R 30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為 100，流體密度為 1g/由全關(guān)到全開時(shí)，由于串聯(lián)管道的影響，使閥兩端的壓差由 0果不考慮閥的泄漏量的影響，試計(jì)算系統(tǒng)的阻力比（或分壓比） s，并說明串聯(lián)管道對(duì)可調(diào)范圍的影響（假設(shè)被 控流體為非阻塞的液體）。 解 由于阻力比 不考慮閥的泄漏量的影響時(shí)，閥全關(guān)時(shí)閥兩端的壓差就可視為系統(tǒng)總壓差，故本系統(tǒng)總壓差為 全開時(shí)兩端壓差為 60以阻力比： s 。 由于該閥的 100， R 30，在理想狀況下，閥兩端壓差維持為 體密度為 1g/最大流量 h，最小流量 R 100/30 h。 對(duì)于非阻塞流的液體， /10 m a xm a x 。 串聯(lián)管道時(shí)，由于壓差由 0這時(shí)通過閥的最大流量將不再是 h，而是 010/100 3m a x 。 這時(shí)的可調(diào)范圍 a x m a c 。 由上可見，串聯(lián)管道時(shí)，會(huì)使控制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會(huì)有所降低。如果 使可調(diào)范圍大大降低，以至影響控制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的控制作用。 當(dāng)然，從節(jié)能的觀點(diǎn)來看， 明耗在閥上的壓降大，能量損失大，這是不利的一面。 6臺(tái)控制閥的流量系數(shù) 200。當(dāng)閥前后壓差為 體密度為 動(dòng)狀態(tài)為非阻塞流時(shí)，問所能通過的最大流量為多少 ?如果壓差變?yōu)?能通過的最大流量為多少 ? 解 由公式 /10 m a xm a x ， 得 )/(m a xm a x 當(dāng)壓差變?yōu)?，所能通過的最大流量為： )/(m a xm a x 上述結(jié)果表明，提高控制閥兩端的壓差時(shí)，對(duì)于同一尺寸的控制閥，會(huì)使所能通過的最大流量增加。換句話 說，在工藝上要求的最大流量已經(jīng)確定的情況下，增加閥兩端的壓差，可以減小所選擇控制閥的尺寸 (口徑 )，以節(jié)省投資。這在控制方案選擇時(shí)，有時(shí)是需要加以考慮的。例如離心泵的流量控制，其控制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線上，這是因?yàn)殡x心泵的吸入高度 (壓頭 )是有限的，壓差較小，將會(huì)影響控制閥的正常工作。同時(shí)，由于離心泵的吸入壓頭損失在控制閥上，以致會(huì)影響離心泵的正常工作。 6么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式 ?其選擇原則是什么 ? 解 氣動(dòng)執(zhí)行器（控制閥）的氣開式為，有壓力控制信號(hào)時(shí)閥開，無壓 力控制信號(hào)時(shí)閥處于全關(guān)；氣關(guān)式為，有壓力控制信號(hào)時(shí)閥關(guān)，無壓力控制信號(hào)時(shí)閥處于全開。氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式的選擇原則