儀表自動化部分習題答案

1、第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念1第二章 過程特性及其數(shù)學模型2第三章 檢測儀表與傳感器2第四章 自動控制儀表3第五章 執(zhí)行器3第六章 簡單控制系統(tǒng)3第七章 復雜控制系統(tǒng)3第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念2、 化工自動化一般包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動控制等方面的內(nèi)容。或：自動檢測系統(tǒng)、自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)、自動操縱及自動開停車系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)。4、 自動控制系統(tǒng)由被控對象、測量元件變送器、控制器、執(zhí)行器組成。6、 FRC/305：流量記錄控制儀表，集中儀表盤面安裝，工段號為3，儀表序號為05 PI 307：壓力指示儀表，就地安裝，工段號為3，儀表序號為07 TRC/303：溫度記錄控制

2、儀表，集中儀表盤面安裝，工段號為3，儀表序號為03-z溫度控制器執(zhí)行器反應器溫度測量元件變送器TcpepqTf11、被控對象：反應器；被控變量：反應器內(nèi)溫度；操縱變量：冷卻水流量干擾：冷卻水溫度、壓力，AB物料溫度、流量、組成、純度，攪拌速率等。20、自動控制系統(tǒng)衰減振蕩過渡過程的品質(zhì)指標有最大偏差、超調(diào)量、衰減比、振蕩周期或頻率、過渡時間。對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞很大程度上決定于對象的性質(zhì)，自動化裝置的選擇和調(diào)整不當也會直接影響控制質(zhì)量，此外，在控制系統(tǒng)運行過程中，自動化裝置的性能變化也會影響控制質(zhì)量。第二章 過程特性及其數(shù)學模型8、反應對象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K、時間常數(shù)T

3、、滯后時間放大系數(shù)K：在數(shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出的變化量與輸入的變化量之比；放大系數(shù)越大，被控變量對這個量的變化就越靈敏。時間常數(shù)T：指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持在初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間； 時間常數(shù)越大，對象受到干擾作用后被控變量變化得越慢，達到新的穩(wěn)定值的時間就越長。滯后時間：是純滯后時間和容量滯后時間的總稱，它反映對象受到輸入作用后，輸出不能立即、迅速變化的現(xiàn)象；系統(tǒng)受到干擾后，由于滯后作用存在，被控變量不能立即反就出來，也就不能及時產(chǎn)生控制作用，整個系統(tǒng)的控制質(zhì)量會受到嚴重的影響。第三章 檢測儀表與傳感器5、（1）max=700-706=-6 （2

4、）=(-6)/(1000-0)×100%=-0.6% 去掉負號和百分號，該儀表的精度等級為1.0級。6、（1）0-0=0（MPa），2.02-1.98=0.04（MPa），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、反行程最大差值為0.12MPa所以 變差=0.12/(10-0)×100%=1.2% （2）由于變差1.2%超過了儀表的最大相對誤差1.0%×(10-0) =1.0%，所以該壓力表不符合1.0級精度。20、（1）max=1.0%&

5、#215;(1-0) =0.01MPa （2）=0.508-0.5=0.008 MPa<max，所以該表在這一點符合1級精度。 或該點=(0.5-0.508)0.008/(1-0)×100%= -0.8%22、（1）pmax0.8×(3/2)=1.2MPa 所以儀表量程符合工藝要求允=0.01/(1.6-0)×100%=0.625% 要求用精度高于0.625的儀表測量，所以該儀表精度不符合工藝上的誤差要求 （2）允=0.01/(1-0)×100%=1% 所以該儀表精度符合工藝上的誤差要求23、pmax1.6×(3/2)=2.4MPa pm

6、ax1.1×3=3.3MPa允=(±5%×1.1)/(2.5-0)×100%=2.2% 應選精度等級為1.5級就地指示，可以選用量程為02.5MPa、精度為1.5級的彈簧管壓力表。24、pmax14×(5/3)=23MPa 應選量程為025MPa 允=0.4/(25-0)×100%=1.6% 應選擇精度為1.5級 就地指示，可以選用量程為025MPa，精度為1.5級的Y-150彈簧管壓力表。（其他只要符合條件均可）25、（1）0-0=0 MPa，0.405-0.385=0.02 MPa，0.810-0.790=0.02 MPa，1.2

7、15-1.210=0.005 MPa，1.595-1.595=0 MPa0-0=0 MPa，0.4-0.385=0.015 MPa，0.8-0.790=0.01 MPa，1.2-1.210=0.01 MPa，1.6-1.595=0.005 MPa0-0=0 MPa，0.4-0.405=-0.005 MPa，0.8-0.810=-0.01 MPa，1.2-1.215=-0.015 MPa，1.6-1.595=0.005 MPa=0.015/(1.6-0)×100%=0.94% 變差=0.02/1.6×100%=1.25% 均小于1.5所以這臺儀表合格。（2）pmax1.0&#

8、215;(3/2)=1.5MPa； pmax0.8×3=2.4MPa允=0.05/(1.6-0)×100%=3% > 1.5%所以這臺儀表可以用于該貯罐壓力測量。37、38、(1)Q苯= Q水/KQ=(010)/0.9=011.1L/min測量苯時的測量范圍為011.1 L/min (2)轉(zhuǎn)子換為鋁，測量水時 Q水=Q水/1.99=(010)/1.99=05.03 L/min轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，水流量的測量范圍為05.03 L/min(3)轉(zhuǎn)子材料為鋁，測量苯時Q苯=Q水/1.73=(010)/1.73=05.78 L/min轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，水流量的測量范圍為05.7

9、8 L/min50、在使用差壓變送器測量液位時，一般壓差p 與液位高度H 之間的關系為：p = gH 。這就是一般的“無遷移”的情況。當H = 0 時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。實際應用中，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H = 0 時，差壓變送器正、負壓室的壓力并不相等，即p 0 ，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)儀表上的遷移彈簧，以使當液位H = 0 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

10、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。60、采用補償導線后，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。冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨?/p>

11、種：（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。62、當熱電勢為20mV 時，此時冷端溫度為25，即E(t,t0 ) = 20mV查表可得 E(t0 , 0) = E(25, 0) =1mV因為 E(t, 0)=E(t,t0)+E(t0 ,0)=E(t,25)+E(25, 0)=20+1=21mV由此電勢，查表可得t=509°C，即設備溫度為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E(t0 , 0) = E(25, 0) = 1.50mV設備溫度為509，查表可得E(t, 0) = E(50

12、9,0) = 37.7mV因為E(t, t0)=E(t,0)E(t0 ,0)=E(t,0)E(25,0)=37.71.5=36.2mV即E 熱電偶測得的熱電勢為36.2mV若用內(nèi)插法計算，設備溫度為508.5E(t, t0)=E(t,0)E(t0 ,0)=E(t,0)E(25,0)=37.6461.496=36.15mV64、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E (tx,25) =10501 V查分度號為K 的熱電偶分度表，可得E(25, 0) =1000V由此可得E(tx , 0) = E(tx,2

13、5) +E(25,0) = 10501+1000 =11501 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。67、用Pt100和Cu100測溫，其測得電阻值不變，即R Pt100 (t)= R Cu100 (140) 查Cu100分度表得R Cu100 (140)=159.96 反查Pt100分度表，得t=157。69、熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶（感溫元件）、測量儀表（毫伏計或電位差計）和連接熱電偶和測量儀表的導線（補償導線及銅導線）。熱電阻溫度計也由三部分組成：熱電阻（感溫元件）、顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）和連接導線。兩者都包含三個組成部分

14、，但是由于測量原理不同，組成也不同。熱電偶溫度計的測溫原理是兩種不同導體材料構(gòu)成回路，回路中會產(chǎn)生熱電勢，這種電勢與冷熱端溫差有關，電勢和溫度之間的單值對應關系，通地測量電勢得到熱端溫度值。熱電阻溫度計的測溫原理是導體材料的電阻值隨溫度的變化而變化，通過測量電阻值得到溫度值。由于兩種溫度計測溫原理不同，兩者的感溫原件也不同，顯示儀表也不同。此外，連接導線在兩者中的作用不同，熱電偶與顯示元件之間的連接導線為補償導線和銅導線，補償導線是為了遠離冷熱端并降低貴金屬成本，對補償導線有型號相配、極性相對、連接處溫度不超過100的要求，銅導線起到延長導線作用。而熱電阻溫度計的連接導線沒有這些要求。熱電偶溫

15、度計主要用于高溫測量，熱電阻溫度計可用于低溫測量。第四章 自動控制儀表1、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 之間的關系，即p = f(e)= f (zx)式中， z 為測量值信號； x 為給定值信號； f 為某種函數(shù)關系?？刂破鞯幕究刂埔?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。6、比例度對控制過程的影響：比例度越大，比例控制越弱，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大；比例度越小，比例控制越強，過渡過程曲線越振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但余差也越小，提高了系統(tǒng)的靜態(tài)準確度；比例度過小，可能會出現(xiàn)發(fā)

16、散振蕩。 選擇比例度要注意：若對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以及放大系數(shù)較小，可選擇小比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，使過渡過程曲線形狀較好；反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應選擇較大的比例度。8、TI就用來表示積分控制強弱的一個參數(shù)。TI越小，積分控制作用越強；TI越大，積分控制作用越弱。TI越小，余差消除越快，可提高系統(tǒng)的靜態(tài)準確度，但會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)性能變差；TI越大，余差消除越慢；TI時，成為純比例控制。 第五章 執(zhí)行器1、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)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)生相應的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號壓力

17、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、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，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

18、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、高粘度及含固體顆粒的介質(zhì)不適用4、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）之間的關系，即Q /Q max= f(l/L)式中相對流量Q /Q max是控制閥某一開度時的流量Q與全開時的流量Qmax 之比；相對開度l/L是控制閥某一開度時的閥桿行程l 與

19、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、隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式；隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸關閉的稱為氣關式。（也可以這樣回答，有壓力信號時閥關、無信號壓力時閥開的為氣關式；有壓力信號時閥開、無信號壓力時閥關的為氣開式。）氣開、氣關式的選擇原則是：主要由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的，即信號壓力中斷時，應保證設備和操作人員的安全。一般來講，閥全開時，生產(chǎn)過程或設備比較危險的選氣開式；閥全關時，生產(chǎn)過程或設備比較危險的應選擇氣關式。第六章 簡單控制系統(tǒng)-z控

20、制器執(zhí)行器對象測量元件變送器TcpepqTf1、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來改變操縱變量的數(shù)值，以達到控制被控變量的目的；被控對象是指需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)過程、設備或裝置等。2對象：反應器執(zhí)行器：加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥測量元件變送器：反應器內(nèi)溫測量及變送器控制器：反應器內(nèi)部溫度控制器。3、家用電冰箱是溫度的有中間區(qū)的雙位控制過程，將冰箱內(nèi)的溫度控制在某一范

21、圍內(nèi)。當溫度高于最高設定溫度時壓縮機啟動，當溫度低于最低設定溫度時壓縮機停止。-z溫度控制器壓縮機冰箱溫度測量元件變送器溫度設定值epq冰箱內(nèi)溫度干擾7、（1）被控變量應能代表一定的工藝操作指標或是反映工藝操作狀態(tài)的重要變量；（2）被控變量應是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變量；（3）被控變量應盡可能選擇工藝生產(chǎn)過程的直接控制指標，當無法獲得直接控制指標信號，或其測量或傳送滯后很大時，可選擇與直接控制指標有單值對應關系的間接控制指標；（4）被控變量應是能測量的，并具有較大靈敏度的變量；（5）應考慮工藝的合理性與經(jīng)濟性；（6）被控變量應是獨立可控的。9、P控制器：特點是克服干擾能

22、力強、控制及時；但在系統(tǒng)負荷變化后，控制結(jié)果有余差。適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、允許有余差的系統(tǒng)。 PI控制器：特點是積分作用消余差，但會使穩(wěn)定性降低；可通過加大比例度改善穩(wěn)定性，但超調(diào)量和振蕩周期都相應增大，過渡過程的時間也加長。適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數(shù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。PID控制器：特點是微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它變化速度成比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果對克服對象的容量滯后有顯著的效果對克服對象的容量滯后有顯著的效果。在比例的基礎上加上微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作 用可以消除余差。所以，適當調(diào)整

23、、TI、TD三個參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。適用于對象容量滯后較大、負荷變化大但不太頻繁、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。12、由于反應器溫度不能過高，所以當控制器無輸出信號時，應使蒸汽閥門處于關閉狀態(tài)，故選氣開式（正作用）；當蒸汽流量Q增大時，反應器內(nèi)的溫度T升高，故對象為“正作用”；為使整個系統(tǒng)能組成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，溫度控制器應選反作用式的。13、（a）為一加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)。由于物料溫度不允許過高，當控制閥上氣源突然中斷時，應使加熱劑的閥門處于關閉狀態(tài)，以避免大量加熱劑流入加熱器，所以應選擇氣開閥型式，為正作用方向；當加熱劑流量增大時，會使被加熱物料出口溫度升高，故該對象為正

24、作用方向的；為使整個系統(tǒng)能組成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，溫度控制器應選反作用的。（b）為一冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)。由于物料溫度不允許過低，當控制閥氣源突然中斷時，應使冷劑的閥門處于關閉狀態(tài)，以避免大量冷劑進入冷卻器，所以應選擇氣開閥型式，為正作用方向；當冷劑流量增大時，會使被冷卻物料出口溫度降低，故該對象為反作用方向的；為使整個系統(tǒng)能組成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，溫度控制器應選正作用的。14、（1）無信號時，流入閥應關閉，否則液體會溢出，故選氣開式（正）；當Qi增加時，液位增加，故對象為正作用；為組成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，控制器應選反作用式的。 （2）無信號時，流出閥應打開，否則液體會溢出，故選氣關式（反）；當Qo增加時，液位降低，故對象為反作用；為組成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，控制器應選反作用式的。第七章 復雜控制系統(tǒng)5、（1）這是串級控制系統(tǒng)。主變量是釜內(nèi)溫度1，副變量是冷卻水流量F，其方塊圖如下圖所示。（2）為了防止釜溫過高，在氣源中斷時應保證冷卻水繼續(xù)供應，故控制閥應采用氣關型，為反作用方向。（3）副控制器FC的作用方向按簡單控制系統(tǒng)的