化工儀表及自動化課后答案

1、第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念 1什么是化工自動化？它有什么重要意義？ 答：在化工等連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備上，配備一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，稱為化工自動化。 化工自動化的重要意義是：加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量；降低勞動強度，改善勞動成本，改變勞動方式；確保生產(chǎn)安全。 6圖 1-16 為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說明圖中 PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意義。 答：PI-307：表示測量點在蒸汽加熱器的一臺壓力指示儀表，工段號為 3，儀表序號為 07。儀表安裝在現(xiàn)場。 TRC-303：表示測量點在蒸汽加熱器出

2、料管線上的一臺溫度記錄控制儀表，工段號為 3，儀表序號為 03。儀表安裝在集中儀表盤面上。 FRC-305： 表示測量點在蒸汽加熱器進料管線上的一臺流量記錄控制儀表， 工段號為 3，儀表序號為 05。儀表安裝在集中儀表盤面上。 8自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用? 答：在自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等） ；控制器將測量變送裝置送來的測量信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號（如氣壓信號或電流信號）發(fā)送給

3、執(zhí)行器；執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流入（或流出）被控變量的物料量或能量，克服擾動的影響，最終實現(xiàn)控制要求。 9試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量? 答：被控對象自動控制系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)控制的設(shè)備、機械或生產(chǎn)過程等。 被控變量被控對象內(nèi)要求保持一定數(shù)值 （或按某一規(guī)律變化） 的工藝參數(shù) （物理量） 。 設(shè)定值工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。 操縱變量受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持一定數(shù)值的物料量或能量。 11圖 1-17 所示是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A. B 兩種物料進入反應(yīng)器進行反應(yīng)， 通過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的

4、溫度保持不變。 試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量變化的干動是什么? 解：反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 干擾T反應(yīng)器 控制器 執(zhí)行器測量、變送TCP 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中被控對象為反應(yīng)器；被控變量為反應(yīng)器內(nèi)溫度；操作變量為冷卻水流量。 可能影響被控變量變化的干擾是：A、B 物料的流量、溫度、濃度、冷卻水的溫度、壓力及攪拌器的轉(zhuǎn)速等。 21 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(900士 10)?？紤]安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 80。 現(xiàn)設(shè)計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圖 1-18

5、所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、過和振蕩周期，并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？ 解：由反應(yīng)器過渡過程曲線可知： 最大偏差 A=950 一900 = 50 超調(diào)量 B= 950 一908 = 42 衰減比 n 第一個波峰值與新穩(wěn)定值之差 B=950 一908 = 42 第二個波峰值與新穩(wěn)定值之差 B' =918 一908 = 10 n =B / B' =42:10=4.2:1 振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔，故振蕩周期 T =45 一9 = 36 min 因為最大偏差 A=50< 80，且新穩(wěn)定值 908符合題中要求的(900

6、± 10)，故該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。 第二章 過程特性及其數(shù)學(xué)模型 作業(yè)題（P32-33） 9為什么說放大系數(shù) K 是對象的靜態(tài)特性？而時間常數(shù) T 和滯后時間 是對象的動態(tài)特性？ 答：放大系數(shù) K在數(shù)值上等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比，即 由于放大系數(shù) K 反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。 時間常數(shù) T 是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間?；虍攲ο笫艿诫A躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需要的時間。時間常數(shù)是反映被控變量變化快慢的

7、參數(shù)，因此它是描述對象動態(tài)特性的一個重要參數(shù)。 滯后時間 是純滯后時間 0 和容量滯后 r 的總和。輸出變量的變化落后于輸人變量變化的時間稱為純滯后時間， 純滯后的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。容量滯后一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。所以滯后時間 也是反映對象動態(tài)特性的重要參數(shù)。 14為了測定某重油預(yù)熱爐的對象特性，在某瞬間（假定為 t0=0）突然將燃料氣量從 2.5t/h增加到 3. 0t/h.重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如圖 2-25 所示。假定該對象為一階對象，試寫出描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式（分別以溫度變化量與燃料量變化量為輸

8、人量與輸出量)，并寫出燃料量變化量為 0.5t/h 時溫度變化量的函數(shù)表達式。 解：該對象為具有純滯后的一階對象，由圖 2-25 可得出 放大系數(shù) 150 120603.0 2.5K =（·h/t） 由一階對象的輸出響應(yīng) (1 )tT KA e = （14-1） 其中 為溫度的增量，A為輸入幅值，T 為時間常數(shù)， t 為與 相對應(yīng)的時間增量。 145 120 25 = = （） ， 3.0 2.5 0.5 A = （t/h） ， 82 6 t = = （min） 將以上數(shù)據(jù)代入式（14-1） ，有 625 60 0.5(1 ) T e=× 可得 3.35 T （min） 由

9、于有純滯后時間 2 = （min） 故描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式為 (2)3.35 ( 2) 60 ( )dy tyt xtdt+= （14-2） 式中， y為輸出量（溫度變化值） ，x為輸入量（燃料量變化值） 。 當燃料量變化量為 0.5t/h，由 14-1） ，得輸出溫度變化量的函數(shù)表達式 223.35 3.35(1 ) 60 0.5(1 ) 30(1 )tt tT KA e e e = = × = （ 2 t ） （14-3） 第三章 檢測儀表與傳感器 作業(yè)題（P90-92） 1什么叫測量過程？ 答：測量過程實質(zhì)上是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。一般利用專門

10、的技術(shù)工具（即測量儀表） ，將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量形式的轉(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。 3何為儀表的相對百分誤差和允許的相對百分誤差? 答：工業(yè)上經(jīng)常將絕對誤差折合成儀表測量范圍的百分數(shù)表示，稱為相對百分誤差，即 （儀表的測量范圍上限值與下限值之差，稱為該儀表的量程。 ） 根據(jù)儀表的使用要求，規(guī)定一個在正常情況下允許的最大誤差，這個允許的最大誤差就叫允許誤差。允許誤差一般用相對百分誤差來表示，即某一臺儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即 4何為儀表的精度等級？ 答：儀表的精確度簡稱精度，是用來表示儀表測量結(jié)果

11、的可靠程度。儀表的精確度等級是將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“%”號去掉后的數(shù)值，以一定的符號表示在儀表的標尺板上。目前，我國生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級有 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0 等。精度等級 1.0，表示該儀表允許相對百分誤差誤差為±1.0%。 6有一臺壓力表，其測量范圍為 010MPa，經(jīng)校驗得出下列數(shù)據(jù)： (1)、求出該壓力表的變差； (2)、問該壓力表是否符合 1.0 級精度？ 解：(1) 該儀表正、反行程各點標準表讀數(shù)的差值為： 0-0=0（MPa） ，2.02-1.98=0.04（M

12、Pa） ，4.03-3.96=0.07（MPa） ， 6.06-5.94=0.12（MPa） ，8.03-7.97=0.06（MPa） ，10.01-9.99=0.02（MPa） 。 故其正、反行程最大差值（即最大絕對差值） f =0.12（MPa） ，所以該壓力表的變差為： f = % 1000 10× f= % 1000 1012 . 0×=1.2%。 (2) 由于該壓力表的變差已超過 1.0 級儀表的允許誤差，故不符合 1.0 級精度。 9測壓儀表有哪幾類?各基于什么原理? 答：測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理的不同，主要有四大類：液柱式壓力計、彈性式壓力計、電氣式壓力計、活塞式

13、壓力計。 液柱式壓力計是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量的；彈性式被校表讀數(shù)/ MPa 0 2 4 6 8 10 標準表正行程讀數(shù)/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 標準表反行程讀數(shù)/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 壓力計是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的； 電氣式壓力計是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量的；活塞式壓力計是根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來進行測量的。 11彈簧管壓力計的測壓原理是什么?試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。 答：彈簧管壓力計是利

14、用彈簧管在被測壓力作用下產(chǎn)生變形，使自由端產(chǎn)生位移，經(jīng)放大機構(gòu)使指針偏轉(zhuǎn)，從而指示出相應(yīng)的壓力值。 彈簧管壓力計主要由彈簧管、放大機構(gòu)、指針、面板及壓力接頭組成。 彈簧管壓力計測壓過程：當通入被測壓力 p 后，由于橢圓形截面在壓力 p 的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生向外挺直的擴張變形。由于變形，使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。輸入壓力 p 越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸人壓力與彈簧管自由端的位移成正比，所以只要測得 B 點的位移量，就能反映壓力 p 的大小。由于彈簧管自由端的位移量一般很小， 直接顯示有困難， 所以必須通過放大機構(gòu)才能指示出來。 具體的放大過程是，彈簧管自由端

15、B 的位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針通過同軸的中心齒輪的帶動而作順時針偏轉(zhuǎn)，在面板的刻度標尺上顯示出被測壓力 p 的數(shù)值。游絲用來克服因扇形齒輪和中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)整螺釘?shù)奈恢茫锤淖儥C械傳動的放大系數(shù)） ，可以實現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。 16電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點? 答：電容式壓力傳感器的工作原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定極板組成可變電容器。當被測壓力變化時，由于測壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。 電容式壓力傳感器特點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、過載能力大

16、、測量精度可達 0.2 級、可以測量壓力和差壓。 21某壓力表的測量范圍為 01MPa，精度等級為 1 級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？若用標準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為 0.5MPa 時，標準壓力計上讀數(shù)為0.508MPa，試問被校壓力表在這一點是否符合 1 級精度，為什么? 解：最大絕對誤差max =（1-0）×1% = 0.01（MPa） 在校驗點為 0.5MPa 處，校驗得到的絕對誤差為 = 0.508-0.5 = 0.008（MPa）0.01（MPa） 故在該校驗點符合 1 級精度。 23如果某反應(yīng)器最大壓力為 0.8MPa，允許最大絕對誤差為 0.01MP

17、a?，F(xiàn)用一臺測量范圍為 01.6MPa，精度為 1 級的壓力表來進行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為 01.0MPa ，精度為1級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。 解：采用測量范圍為 01.6MPa，精度為 1 級的壓力表，其允許最大絕對誤差 max=（1.6-0）×1%= 0.016（MPa） 0.01（MPa） 超出了工藝上允許的最大絕對誤差，故不能符合工藝上的誤差要求。 若采用測量范圍為 01.0MPa，精度為 1 級的壓力表，其允許最大絕對誤差 max=（1.0-0）×1%= 0.01（MPa）= 0.01（MPa） 等于工藝上允許

18、的最大絕對誤差，故能符合工藝上的誤差要求。 27壓力計安裝要注意什么間題? 答： （1）壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方； （2）安裝地點應(yīng)力求避免振動和高溫影響；（3）針對被測介質(zhì)的不同性質(zhì)，要采取相應(yīng)的防熱、防腐、防凍、防堵等措施； （4）壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏； （5）當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按 p gH =± 進行修正（式中 為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度，H 為高度差） ； （6）為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人

19、通過之處，以防發(fā)生意外。 30什么叫節(jié)流現(xiàn)象?流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差? 答：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 流體流經(jīng)節(jié)流裝置時， 由于流速發(fā)生變化， 使流體的動能發(fā)生變化， 根據(jù)能量守恒定律，動能的變化必然引起靜壓能變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產(chǎn)生靜壓差。 34為什么說轉(zhuǎn)子流量計是定壓降式流量計，而差壓式流量計是變壓降式流量計? 答：轉(zhuǎn)子流量計在流量變化時，轉(zhuǎn)子兩端的壓降是恒定的；而差壓式流量計在流量變化時，節(jié)流裝置兩端的壓降也是隨之改變的。 38用轉(zhuǎn)子流量計來測氣壓為 0.65Mpa，溫度為 40的 CO2

20、 氣體的流量時，若已知流量計讀數(shù)為 50L/s，求 CO2 的真實流量（已知 CO2 在標準狀態(tài)時的密度為 1. 977kg/m3） 。 解：根據(jù)氣體流量的修正公式，可計算得到 CO2 的真實流量為 00 1101011.293 0.65 293.1550 99.11.977 0.10133 313.15T pQQpT=×××= × × ×= （L/s） 注：按題中0.65Mpa 為絕壓進行計算 00 1101011.293 0.75133 293.1550 106.51.977 0.10133 313.15T pQQpT=×

21、;××= × × ×= （L/s） 注：按題中0.65Mpa 為表壓進行計算 39用水刻度的流量計，測量范圍為 010L/min，轉(zhuǎn)子用密度為 7920kg/m3的不銹鋼制成。若這時轉(zhuǎn)子材料改為由密度為 2750kg/m3的鋁制成，問這時用來測量苯的流量，其測量范圍為多少？苯的密度為 0.831kg/L 苯的流量。 解：轉(zhuǎn)子流量計測量水時，其流量公式為： 水 Q = hAgv t水水 ) ( 2 。若將轉(zhuǎn)子材料更換后，并用來測量苯，其流量公式為： 苯 Q = hAgv t苯苯 ) ( 2 '， 所以有：水苯QQ=苯 水水 苯 ) ()

22、('tt=)831 1000 (7920831)1000 - 2750 (=0.578 ，苯 Q =0.578× 水 Q =0.578×10=5.78 L/min。故測量苯的量程為 0-5.78 L/min。 41橢圓齒輪流量計的特點是什么？在使用中要注意什么問題？ 答：橢圓齒輪流量計的特點是：測量精度高、對流體黏度變化不敏感，特別適用于測量高黏度的流體流量，但要求被測介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，一般不宜在高溫或低溫下使用。 使用橢圓齒輪流量計時，要特別注意被測介質(zhì)的溫度不能大于流量計的使用溫度。因為溫度過高時，齒輪發(fā)生膨脹，有卡死的可能。此外，也應(yīng)注意被測介質(zhì)中不應(yīng)含

23、有固體顆粒和夾雜機械物，以免引起齒輪磨損或損壞。 48按工作原理不同，物位測量儀表有哪些主要類型？它們的工作原理各是什么？ 答：按其工作原理主要有下列幾種類型。 （1）直讀式物位儀表 這類儀表主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等。它們是利用連通器的原理工作的。 （2）差壓式物位儀表 這類儀表又可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表。它們是利用液柱或物位堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理而工作的。 （3）浮力式物位儀表 這類儀表又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶杠桿的和沉筒式的幾種。它們是利用浮子的高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子(或沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理來工作的。 （4）電磁式

24、物位儀表 這類儀表可分為電阻式(即電極式)、電容式和電感式等幾種。它們是把物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測出這些電量的變化來測知物位的。另外，還有利用壓磁效應(yīng)工作的物位儀表。 （5）核輻射式物位儀表 這類儀表是利用核輻射透過物料時，其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理而工作的，目前應(yīng)用較多的是射線。 （6）聲波式物位儀表 這類儀表可以根據(jù)它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式幾種。它們的原理是：由于物位的變化引起聲阻擾的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些變化就可以測知物位。 （7）光學(xué)式物位儀表 這類儀表是利用物位對光波的遮斷和反射原理而工作的。它利用的光源可以是普通白熾燈光

25、，也可以是激光。 49差壓式液位計的工作原理是什么？當測量有壓容器的液位時，差壓計的負壓室為什么一定要與容器的氣相相連接？ 答：差壓式液位變送器是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。 如右圖所示，將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。 設(shè)容器上部空間為干燥氣體， 其壓力為 p，則 12p pgHpp =+= 由此可得 12 p pp gH = = 式中，H 為液位高度； 為介質(zhì)密度；g重力加速度；1 p 、 2 p 分別為差壓變送器正、負壓室的壓力。 當被測介質(zhì)的密度是已知的，則差壓變送器測得的差壓與液位高度成正比。這樣就把測量液位高度轉(zhuǎn)換為測量差壓的問題了。

26、當測量有壓容器的液位時，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負壓室與容器的氣相相連接，以平衡氣相壓力 p變化時對液位測量的影響。 52什么是液位測量時的零點遷移問題？怎樣進行遷移？其實質(zhì)是什么？ 答： 在使用差壓變送器測量液位時， 一般壓差 p 與液位高度H 之間的關(guān)系為： p gH = 。這就是一般的“無遷移”的情況。當 0 H = 時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。實際應(yīng)用中，由于安裝有隔離罐、凝液罐，或由于差壓變送器安裝位置的影響等，使得在液位測量中，當被測液位 0 H = 時，差壓變送器正、負壓室的壓力并不相等，即 0 p ，這就是液位測量時的零點遷移問題。 為了進行零點遷移，可調(diào)節(jié)儀

27、表上的遷移彈簧，以使當液位 0 H = 時，盡管差壓變送器的輸入信號 p 不等于 0，但變送器的輸出為最小值，抵消固定壓差的作用，此為“零點遷移”方法。 零點遷移實質(zhì)就是變送器零點的大范圍調(diào)整，改變測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，而不改變量程的大小。 59試述溫度測量儀表的種類有哪些？各使用在什么場合？ 答：按照測量方式的不同，溫度測量儀表可以分為接觸式與非接觸式兩類。 接觸式測溫時，測溫元件與被測對象接觸，依靠傳熱和對流進行熱交換。接觸式溫度計結(jié)構(gòu)簡單、可靠，測量精度較高，但由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱交換且達到平衡后才能測量， 測溫元件容易破壞被測對象的溫度場， 且有可

28、能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同時帶來測溫過程的滯后現(xiàn)象。不適于測量熱容量小、極高溫和處于運動中的對象溫度，不適于直接對腐蝕性介質(zhì)測量。 非接觸式測溫時，測溫元件不與被測對象接觸，而是通過熱輻射進行熱交換，或測溫元件接收被測對象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測對象的溫度。從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫，不會破壞被測對象的溫度場。非接觸式測溫響應(yīng)快，對被測對象擾動小，可用于測量運動的被測對象和有強電磁干擾、強腐蝕的場合。但缺點是容易受到外界因素的擾動，測量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格比較昂貴。 60熱電偶的熱電特性與哪些因素有關(guān)? 答：熱電偶的熱電特性與兩接點處的溫度、熱電極的材料有關(guān)。 6

29、2用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？ 答：采用補償導(dǎo)線后，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是 0。而工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度一熱電勢關(guān)系曲線是在冷端溫度保持為 0的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關(guān)系曲線進行刻度的，由于操作室的溫度往往高于 0，而且是不恒定的，這時，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢必然偏小，且測量值也隨冷端溫度變化而變化，這樣測量結(jié)果就會產(chǎn)生誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測溫時，又有將冷端溫度保持為 0，或者進行一定的修正才能得到準確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。

30、冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N： （1）冷端溫度保持為 0的方法； （2）冷端溫度修正方法； （3）校正儀表零點法； （4）補償電橋法； （5）補償熱電偶法。 64用 K熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為 20mV，冷端（室溫）為 25，求設(shè)備的溫度？如果改用 E 熱電偶來測溫，在相同的條件下，E 熱電偶測得的熱電勢為多少？ 解：當熱電勢為 20mV 時，此時冷端溫度為 25，即 0 (, ) 20 Ett mV = 查表可得 0 ( ,0) (25,0) 1 Et E mV = = 因為 00 ( ,0) ( , ) ( ,0) ( , 25) (25,0) 20 1 21 Et Ett E

31、t Et E mV =+ = + =+= 由此電勢，查表可得 509 tC =° ，即設(shè)備溫度為 509。 若改用E 熱電偶來測溫時，此時冷端溫度仍為 25，查表可得 0 ( ,0) (25,0) 1.50 Et E mV = = 設(shè)備溫度為 509，查表可得 ( ,0) (509,0) 37.7 Et E mV = = 因為 00 ( , ) ( ,0) ( ,0) ( ,0) (25,0) 37.7 1.5 36.2 Ett Et Et Et E mV = = = 即 E 熱電偶測得的熱電勢為 36.2mV 66測溫系統(tǒng)如圖 3-79所示。請說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計？已知熱電

32、偶為 K，但錯用與 E配套的顯示儀表，當儀表指示為 160時，請計算實際溫度 tx 為多少度?（室溫為 25） 解：這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。 查分度號為 E 的熱電偶分度表，可得 160時的電勢為10501V，這電勢實際上是由 K熱電偶產(chǎn)生的，即 ( , 25) 10501 xEt V = 查分度號為 K的熱電偶分度表，可得 (25,0) 1000 EV = 由此可得 ( ,0) ( , 25) (25,0) 10501 1000 11501 xxEt Et E V = +=+= 由此電勢查分度號為 K的熱電偶分度表，可得 tx =283 即實際溫度 tx 為 283。 69用分度號 Pt

33、100 鉑電阻測溫，在計算時錯用 Cu100 的分度表，查得的溫度為 140，問實際溫度為多少？ 解：由分度號 Cu100 查得 140的電阻值為 159.96 R = 再由分度號 Pt100 查得與 159.96 R =對應(yīng)的溫度為 157.1 tC =° 即實際溫度為 157.1。 70試述 DDZ-型溫度變送器的用途。 答：DDZ-型溫度變送器的用途在于它與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，將溫度轉(zhuǎn)換成 420mA和 15V的統(tǒng)一標準信號，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，使其轉(zhuǎn)換成 420mA 和 15V的統(tǒng)一輸出信號。然后，它和顯示單元、控制單元配合，實現(xiàn)對溫度及其他各種

34、參數(shù)進行顯示、控制。 74試簡述TT302 智能式溫度變送器的主要特點及基本組成。 答：TT302 溫度變送器是一種符合 FF通信協(xié)議的現(xiàn)場總線智能儀表，它可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度，具有量程寬、精度高、環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強、質(zhì)量輕以及安裝維護方便等優(yōu)點。 TT302溫度變送器主要有硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括輸入板、主電路板和液晶顯示器；軟件部分包括系統(tǒng)程序和功能模塊兩部分。 75試述測溫元件的安裝和布線的要求？ 答：測溫元件的安裝要求： （1）在測量管道溫度時，要求安裝時測溫元件應(yīng)迎著被測介質(zhì)流向插人，至少須與被測介質(zhì)正交（成 90°） ，切

35、勿與被測介質(zhì)形成順流，保證測溫元件與流體充分接觸，以減少測量誤差； （2）測溫元件的感溫點應(yīng)處于管道中流速最大處； （3）測溫元件應(yīng)有足夠的插人深度，以減小測量誤差； （4）若工藝管道過?。ㄖ睆叫∮?80rnm ） ，安裝測溫元件處應(yīng)接裝擴大管； （5）熱電偶、熱電阻的接線盒面蓋應(yīng)向上，以避免雨水或其他液體、臟物進人接線盒中影響測量； （6）為了防止熱量散失，測溫元件應(yīng)插在有保溫層的管道或設(shè)備處； （7）測溫元件安裝在負壓管道中時，必須保證其密封性，以防外界冷空氣進人，使讀數(shù)降低。 測溫元件的布線要求： （1）按照規(guī)定的型號配用熱電偶的補償導(dǎo)線，注意熱電偶的正、負極與補償導(dǎo)線的正、負極相連接，

36、不要接錯； （2）熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求； （3）為了保護連接導(dǎo)線與補償導(dǎo)線不受外來的機械損傷，應(yīng)把連接導(dǎo)線或補償導(dǎo)線穿人鋼管內(nèi)或走槽板； （4）導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭，應(yīng)有良好的絕緣，禁止與交流輸電線合用一根穿線管、以免引起感應(yīng)； （5）導(dǎo)線應(yīng)盡量避開交流動力電線； （6）補償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒，另外，最好與其他導(dǎo)線分開敷設(shè)。 77現(xiàn)代傳感器技術(shù)發(fā)展的顯著特征是什么？ 答：現(xiàn)代傳感器技術(shù)發(fā)展的顯著特征：研究新材料，開發(fā)利用新功能，使傳感器多功能化、微型化、集成化、數(shù)字化、智能化。 第四章 顯示儀表 作業(yè)題（P111） 2自動電子電位差計是如何基于補償測量

37、法工作的？線路電阻（即外阻）的變化，對電子電位差計的測量有無影響？為什么？ 答： 如右圖所示是自動電子電位差計的簡單原理圖。當熱電勢 Et 與已知的直流壓降相比較時，若 Et=UCB，其比較之后的差值（即不平衡信號）經(jīng)放大器放大后，輸出足以驅(qū)動可逆電機的功率， 使可逆電機又通過一套傳動系統(tǒng)去帶動滑動觸點 C 的移動，直到 Et=UCB時為止。這時放大器輸人端的輸人訊號為零，可逆電機不再轉(zhuǎn)動，測量線路就達到了平衡， 這樣 UCB就可以代表被測量的 Et 值。 由此可知， 電子電位差計是利用已知的電壓 UCB去補償未知的熱電勢 Et的，故是基于補償測量法工作的。由于當 Et=UCB時，熱電偶回路是

38、沒有電流流過的，因此線路電阻值的變化，對電子電位差計的測量不會造成影響。 3與熱電偶配套的自動電子電位差計是如何進行冷端溫度補償?shù)模?答：如右圖所示是電位差計的測量電橋，電阻R2 用銅絲繞制，讓 R2 與熱電偶冷端處于同一溫度。因為銅電阻的阻值隨著溫度升高而增加，則R2 上的電位差也增加。而熱電偶的熱電勢卻隨冷端溫度的升高而降低，如配置得當，就可以達到溫度補償?shù)哪康摹?4對于配有鎳鉻-鎳硅熱電偶，且標尺始端為 0的電子電位差計，當熱電偶的熱端為 0，冷端為 25時，問這時應(yīng)指示多少度？輸人信號為多少？若熱端為 0，冷端也為 0時，這時應(yīng)指示多少度？輸人信號為多少？ 答：因為電子電位差計的冷端溫

39、度補償是按冷端為 25設(shè)計餓，所以當熱電偶的熱端溫度為 0，冷端溫度為 25時，指示的應(yīng)是熱端溫度 0，這時放大器的輸人信號為 0。 若熱端和冷端均為 0時，送到放大器的輸人信號為 1mV，這時應(yīng)指示在 25。 8在實際工業(yè)中用熱電偶溫度計或熱電阻溫度計時，為使測溫準確，從測溫元件到顯示儀表都應(yīng)該注意些什么問題？ 答：在實際工業(yè)中用熱電偶溫度計或熱電阻溫度計時，為使測溫準確，從測溫元件到顯示儀表都應(yīng)該注意：安裝問題；量程匹配問題；冷端溫度補償問題或補償導(dǎo)線問題；布線問題。 10數(shù)字式顯示儀表主要由哪幾部分組成？各部分有何作用？ 答：數(shù)字式顯示儀表主要由信號變換、前置放大、非線性校正或開方運算、

40、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、標度變換、數(shù)字顯示、電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換及各種控制電路等部分組成。 信號變換電路是將生產(chǎn)過程中的工藝變量經(jīng)過檢測變送后的信號， 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流值；前置放大電路是將輸入的微小信號放大至伏級電壓信號；非線性校正電路是為了校正檢測元件的非線性特性；開方運算電路是為了將差壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的流量值；A/D轉(zhuǎn)換是將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量；標度變換電路是進行比例尺的變更，使數(shù)顯儀表的顯示值和被測原始參數(shù)統(tǒng)一起來；數(shù)字顯示部分是被測數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示出來；V/I轉(zhuǎn)換電路是將電壓信號轉(zhuǎn)換成直流電流標準信號；控制電路可以根據(jù)控制規(guī)律進行運算，輸出控制信號。 第五章 自動控制

41、儀表 作業(yè)題（P139） 1什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī)律？ 答：控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號 p與輸人偏差信號e之間的關(guān)系，即 () ( ) p fe fz x = = 式中，z為測量值信號；x為給定值信號； f 為某種函數(shù)關(guān)系。 控制器的基本控制規(guī)律有位式控制、比例控制（P） 、積分控制（I） 、微分控制（D）以及它們的組合控制規(guī)律，如 PI、PD、 PID等。 5一臺 DDZ-型溫度比例控制器，測量的全量程為 01000，當指示值變化 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：根據(jù)比例度 的定義 =輸出變化相對值輸入變化相對值 % 10

42、0 × = max minmax minex xpp p% 100 × ， 當輸入變化 e =100時，其輸出變化 p 為 p = max minmax min1ex xp p×1=4 2010 1000100 ×8 . 01=2mA。 8什么是積分時間 TI？試述積分時間對控制過程的影響。 答：積分時間 TI是用來表示積分控制作用強弱的一個參數(shù)。積分時間越小，表示積分控制作用越強，數(shù)值上 1IITK= ，式中 KI是積分速度（積分比例系數(shù)） 。 積分時間對控制過程的影響：積分時間 TI的減小，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動態(tài)性能變差，但能加快消除余差的速度，

43、提高系統(tǒng)的靜態(tài)準確度。 9 某臺 DDZ-型比例積分控制器， 比例度為 100%， 積分時間為 2 分。 穩(wěn)態(tài)時， 輸出為 5 mA。某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA，試問經(jīng)過 5rnin 后，輸出將由 5rnA變化到多少？ 解：對該臺 DDZ-型比例積分控制器，其控制規(guī)律符合下式 1() pIp Ke edtT=+ 比例放大系數(shù) 1P K= =1， 當變化值 e =0.2mA時，5min 后輸出為 111( ) ( ) ( ) ( ) pppIIIp Ke e e edt Ke edt K e edtTTT=+=+ + = 5+1×0.2+21×0.2×(5-

44、0) = 5.7mA 即輸出將由 5rnA變化到 5.7 mA。 17數(shù)字式控制器的主要特點是什么？ 答： 數(shù)字式控制器的主要特點有實現(xiàn)了模擬儀表與計算機一體化； 具有豐富的運算控制功能；使用靈活方便，通用性強；具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴展；可靠性高，維護方便。 18簡述數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成以及各部分的主要功能。 答：數(shù)字式控制器由硬件電路與軟件兩大部分構(gòu)成。 數(shù)字式控制器的硬件電路包括主機電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機接口電路以及通訊接口電路等。主機電路是數(shù)字式控制器的核心，用于實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)運算處理及各組成部分之間的管理；過程輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道，分別用于連接模

45、擬量輸入信號和開關(guān)量輸入信號；過程輸出通道包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道，分別用于連接模擬量輸出信號和開關(guān)量輸出信號；人機接口電路用于人機聯(lián)系；通訊接口電路用于信號的發(fā)送和接收。 數(shù)字式控制器的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶軟件。系統(tǒng)軟件由監(jiān)控程序和功能模塊組成，分別管理控制器各部分的工作和提供各種功能；用戶軟件是用戶根據(jù)控制系統(tǒng)要求，在系統(tǒng)程序中選擇所需要的功能模塊，并將它們按一定的規(guī)則連接起來（組態(tài)工作） ，使控制器完成預(yù)定的控制與運算功能。 19試述可編程序控制器（PLC）的功能與特點。 答：可編程調(diào)節(jié)器（PLC）的功能很豐富，除能完成傳統(tǒng)的模擬控制器的比例、積分、微分的運算外，還能進行加、

46、減、乘、除、開方等運算，并可進行高、低值選擇和邏輯運算等。所以可以比較方便地構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代大型的 PLC 都配有 PID子程序或 PID模塊，可實現(xiàn)單回路控制與各種復(fù)雜控制，也可組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 可編程調(diào)節(jié)器（PLC）特點是：編程容易、使用方便、靈活、控制精度高、維護方便、具有自我診斷的功能。 當與電子計算機聯(lián)用時， 該調(diào)節(jié)器能直接接受上位機來的設(shè)定值信號，可作為分散型數(shù)字控制系統(tǒng)中裝置級的控制器使用。 第六章 執(zhí)行器 作業(yè)題（P151-152） 1氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？ 答：氣動執(zhí)行器主要由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。 執(zhí)行機構(gòu)

47、是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制信號（由控制器來）壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(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。 2試問控制閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類型？各使用在什么場合？ 答：控制閥的結(jié)構(gòu)主要類型、特點及使用場合簡單列表說明如下： 類 型 特 點 主 要 使 用 場 合 直通單座控制閥 結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小、易于保證關(guān)閉、不平衡力大 小口徑、低壓差 直通雙座控制閥 不平衡力小、泄漏量較大 最為常用 角形控制閥 流路簡單，阻力較小 現(xiàn)場管道要求直角聯(lián)接

48、，高壓差、介質(zhì)粘度大、含有少量懸浮物和顆粒狀固體三通控制閥 有三個出入口與工藝管道聯(lián)接，可組成分流與合流兩種型式 配比控制或旁路控制 隔膜控制閥 結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力大、耐腐蝕性強 強酸、強堿、強腐蝕性、高粘度、含懸浮顆粒狀的介質(zhì) 蝶閥 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，價格便宜、流阻極小、泄漏量大 大口徑、大流量、低壓差，含少量纖維或懸浮順粒狀介質(zhì) 球閥 閥芯與閥體都呈球形體 流體的粘度高，污穢、雙位控制 凸輪撓曲閥 密閉性好、重量輕、體積小，安裝方便 介質(zhì)粘度高、含懸浮物顆粒 籠式閥 可調(diào)范圍大、振動小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡單、套筒互換性好、汽蝕小、嗓音小 壓差大，要求噪音小的場合。對高溫、高粘度及含

49、固體顆粒的介質(zhì)不適用 4試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？ 答：控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（或相對位移）之間的關(guān)系，即 max()QlfQL= 式中相對流量maxQQ是控制閥某一開度時的流量Q與全開時的流量 max Q 之比； 相對開度 lL是控制閥某一開度時的閥桿行程l與閥桿全行程L之比。 閥前后壓差保持不變時的流量特性稱為理想流量特性。 常用的控制閥理想流量特性有直線、等百分比（對數(shù)） 、拋物線及快開等幾種。 11什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？ 答：隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸

50、打開的稱為氣開式；隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸關(guān)閉的稱為氣關(guān)式。也可以這樣回答，有壓力信號時閥關(guān)、無信號壓力時閥開的為氣關(guān)式；有壓力信號時閥開、無信號壓力時閥關(guān)的為氣開式。 氣開、氣關(guān)式的選擇原則是：主要由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的，即信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。 一般來講， 閥全開時， 生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險的選氣開式；閥全關(guān)時，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險的應(yīng)選擇氣關(guān)式。 15試述電氣閥門定位器的基本原理與工作過程。 答：電氣閥門定位器的基本原理是力矩平衡原理。 電氣閥門定位器的工作過程： 當由輸入電流所產(chǎn)生的電磁力與由閥門位置所產(chǎn)生的反饋力在杠桿系統(tǒng)中建立力矩平衡時，就

51、使一定的輸入電流信號對應(yīng)于一定的閥門位置。 17控制閥的日常維護要注意什么？ 答：控制閥的日常維護要注意：要對控制閥經(jīng)常維護和定期檢修；應(yīng)注意填料的密封情況和閥桿上下移動的情況是否良好，氣路接頭及膜片有否漏氣等；檢修時重點檢查部位有閥體內(nèi)壁、閥座、閥芯、膜片及密封圈、密封填料等。 20數(shù)字閥有哪些特點？ 答：數(shù)字閥是一種位式的數(shù)字執(zhí)行器，由一系列并聯(lián)安裝且按二進制排列的閥門所組成。數(shù)字閥的特點是：分辨率高，精度高，反應(yīng)速度快，關(guān)閉特性好，沒有滯后，線性好，噪聲小， 可以直接與計算機相連。但是數(shù)字閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多、價格貴，此外由于對控制信號過于敏感，容易造成誤操作。 21什么是智能控制閥？它的智能主要體現(xiàn)在哪些方面 答：智能控制閥集常規(guī)儀表的檢測、控制、執(zhí)行等作用于一身，以控制閥為主體，將許多部件組裝在一起的一體化結(jié)構(gòu)。 智能控制閥的智能主要體現(xiàn)在控制智能、通信智能、診斷智能幾方面。 第七章 簡單控制系統(tǒng) 作業(yè)題（P166-167） 1簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 答：簡單控制系統(tǒng)由檢測變送裝置、控制器、執(zhí)行器及被控對象組成。 檢測變送裝置的作用是檢測被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換為一種特定的輸出信號； 控制器的作用是接收檢測變送裝置的測量信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果送往執(zhí)行器；執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的控制信號