儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案

1、優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔PAGEPAGE9優(yōu)選文檔讓每一個(gè)人相同地提升自我儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案1-3、自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？答：一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)主若是由兩大部分組成：一部分是起控制作用的全套儀表，稱(chēng)自動(dòng)化妝置，包括測(cè)量元件及變送器、控制器、執(zhí)行器；另一部分是自動(dòng)化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。1-5、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？答：測(cè)量元件與變送器，用于測(cè)量液位，并將測(cè)得的液位轉(zhuǎn)變?yōu)橐恢碌臉?biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出?？刂破鳎邮軠y(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)并與工藝要求的液位高度進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差的大小，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，再將此結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)送至執(zhí)行器。執(zhí)行器，它接受控制器傳

2、來(lái)的操作指令信號(hào)，改變閥門(mén)的開(kāi)度以改變物料或能量的大小，從而起到控制作用。1-8、圖1-15為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說(shuō)明圖中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？答：PI-307：擁有指示功能的壓力表，該儀表就地安裝，工號(hào)段為07。TRC-303：擁有記錄功能的溫度控制儀表，該儀表集中儀表盤(pán)面安裝，工號(hào)段為3，儀表序號(hào)為07。FRC-305：擁有記錄功能的流量控制儀表該儀表集中儀表盤(pán)面安裝，工號(hào)段為3，儀表序號(hào)屢05。1-11、圖1-16所示為一反響溫度控制系統(tǒng)表示圖A、B兩種物料進(jìn)入反響器進(jìn)行反響，經(jīng)過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反響器內(nèi)的溫度不變。試現(xiàn)出該

3、溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該項(xiàng)系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、控制變量及可能影響被控變量的攪亂是什么，并說(shuō)明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)擁有負(fù)反響的團(tuán)環(huán)系統(tǒng)。1-讓每一個(gè)人相同地提升自我答：被控對(duì)象：反響器；被控變量：反響器內(nèi)的溫度；控制變量：冷卻水流量；可能攪亂：進(jìn)料和冷卻水的流量、壓力和溫度的改變當(dāng)反響器內(nèi)的被控溫度在攪亂作用下高升時(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)算辦理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開(kāi)度增大，冷卻水流量增加，這樣使反響器的溫度降下來(lái)，因此該項(xiàng)溫度控制系統(tǒng)為一個(gè)擁有負(fù)反響的閉環(huán)系統(tǒng)。1-19、某化學(xué)反響器工藝規(guī)定操作溫度為（90010）?？紤]安全因素，控制過(guò)程

4、中溫度偏離給定值最大不得高出60。現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍攪亂作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖1-17所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)：最大誤差、超調(diào)量、衰減比、余差和振蕩周期。該控制系統(tǒng)可否滿足題中所給的工藝要求？答：最大誤差：A=950-900=50超調(diào)量：B=50-（908-900）=42衰減比：n=B：=21：5余差：C=908-900=8振蕩周期：45-9=36min1-20、圖1-18（a）是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試現(xiàn)出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對(duì)象、被控變量、控制變量和可能存在的攪亂是什么?，F(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從80提升到81，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變

5、量的變化曲線如圖1-18（b）所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)：最大誤差、衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新的給定值為81）。答：被控對(duì)象：蒸汽加熱器被控變量：出口物料溫度控制變量：蒸汽流量可能攪亂；物料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度2-1、什么是對(duì)象特點(diǎn)？為什么要研究對(duì)象特點(diǎn)？答：對(duì)象的特點(diǎn)即對(duì)象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，是對(duì)象的外面特點(diǎn)，但它是由對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)理等所決定。研究控制對(duì)象的特點(diǎn)，掌握其內(nèi)在規(guī)律，能夠?yàn)楹侠淼剡x擇自動(dòng)控制方案，設(shè)計(jì)最正確的控制系統(tǒng)、選擇合適的控制器及控制器參數(shù)供應(yīng)依照，使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。2-8、反響對(duì)象特點(diǎn)的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？它們對(duì)自動(dòng)控

6、制系統(tǒng)有什么影響？答：反響對(duì)象特點(diǎn)的參數(shù)有：放大系數(shù)、時(shí)間常用數(shù)、滯后時(shí)間放大系數(shù)在數(shù)值上等于對(duì)象重新牢固后的輸出變化量與輸入變化量之比。對(duì)象放大系數(shù)越大，就表示對(duì)象的輸入量有必然變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響越大。時(shí)間常數(shù)：當(dāng)對(duì)象碰到階躍輸入后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的%所需的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)越大，表示對(duì)象碰到攪亂作用后，被控變量變化得越慢，達(dá)到新的穩(wěn)2-讓每一個(gè)人相同地提升自我態(tài)值所需的時(shí)間越長(zhǎng)。滯后時(shí)間：在碰到輸入作用后，被控變量不能夠馬上迅速地變化。系統(tǒng)碰到限制攪亂作用后，由于存在滯后，被控變量不能夠馬上反響出來(lái)，于是不能夠及時(shí)產(chǎn)生控制作用，整個(gè)系統(tǒng)的控制量就會(huì)碰到嚴(yán)重的影響。2-11、已知一個(gè)

7、對(duì)象特點(diǎn)是擁有純滯后的一階特點(diǎn)，其時(shí)間常數(shù)為5min，放大系數(shù)為了10，純滯后時(shí)間為2min，試寫(xiě)出描述該對(duì)象特點(diǎn)的一階微分方程式。解：5+(t+2)=10(t)2-12、以下列圖的RC電路中，已知R=5，C=2000F。試畫(huà)出突然由0V階躍變化到5V時(shí)的變化曲線，并計(jì)算出t=T、t=2T、t=3T時(shí)的值解：依照基爾霍定律得：=iR+(t),其中i=CRC+=(t)=(1-)=5(1-)T=RC=10s(T)=(2T)=(3T)=2-13、已知一個(gè)簡(jiǎn)單水槽，其截面積為，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。若是在牢固的情況下，輸入流量突然在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了，試畫(huà)出水槽液位h的變化曲

8、線。解：由Qt=hA得h=m3-5、某一標(biāo)尺為01000的溫度儀表，出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果以下表所示。標(biāo)準(zhǔn)表計(jì)數(shù)/被校表計(jì)數(shù)/02004006007008009001000020140260470680590310011、求出該溫度儀表的最大絕對(duì)誤差值；2、確定該溫度儀表的精度等級(jí)；3、若是工藝上贊同的最大絕對(duì)誤差為8，問(wèn)該溫度儀表可否吻合要求？解：1、max=706-700=62、max=100%=100%=%該溫度表為級(jí)3、max=10001%=108該溫度表不吻合要求3-6、若是有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為010MPa，經(jīng)校驗(yàn)得出下表數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa被校表正行程讀

9、數(shù)/MPa被校表反行程讀數(shù)/MPa0246810001、求出該壓力表的變差；3-讓每一個(gè)人相同地提升自我2、問(wèn)該壓力表可否吻合級(jí)精度？解：起落變差：max=MPamax=100%=%該壓力表不吻合要求3-7、什么叫壓力？表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力（真空度）之間有何關(guān)系？答：所謂壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。=-=-3-15、某壓力表的測(cè)量范圍為01MPa，精度等級(jí)為級(jí)，試問(wèn)此壓力表贊同的最大絕對(duì)誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為MPa，試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)可否吻合1級(jí)精度，為什么？解：max=1%=MPamax=100%=%M

10、Pa該壓力表不吻合要求max=%=MPa=MPa該壓力表吻合要求3-18、某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為MPa，工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)（種類(lèi)、測(cè)量范圍、精度等級(jí)），并說(shuō)明其原由。解：PmaxAAMPamax=5%=MPaPminAAMPa采用量程為0MPa的壓力表3-19、某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求誤差不得高出MPa，試采用一臺(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：由題可知：被測(cè)對(duì)象壓力為高壓，設(shè)所用壓力表量程為APmaxAA14=MPa依照量程系列選PminAA143=42MPa用

11、025MPa的壓力表max=100%=%依照精度等級(jí)選擇級(jí)儀表3-20、現(xiàn)有一臺(tái)測(cè)量范圍為0MPa，精度為級(jí)的一般彈簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果以下表。4-讓每一個(gè)人相同地提升自我標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa被校表正行程讀數(shù)/MPa被校表反行程讀數(shù)/MPa試問(wèn)這臺(tái)表合格否？它可否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（該貯罐工作壓力為MPa的絕對(duì)誤差不相贊同大于MPa）？解：max=100%=%依照精度等級(jí)選擇級(jí)儀表,合格。max=%=MPaMPaA=MPaA3=MPa所選壓力表量程為MPa，吻合要求=%=精度等級(jí)吻合要求3-48、測(cè)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(jiàn)圖3-91

12、），問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮？解：=g(H+)+=g+P=g(H+-)0有零點(diǎn)遷移，且為負(fù)遷移即當(dāng)H=0時(shí)將變送器的輸出值調(diào)回4mA當(dāng)H=Hmax時(shí)，將變送器的輸出值調(diào)回20mA3-54、什么是熱電偶的熱電特點(diǎn)？熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成？答：將兩種不相同導(dǎo)體A、B一致一個(gè)閉合回路，若兩接觸點(diǎn)溫度不相同，則回路中有必然大小電流，表示回路有電勢(shì)，則為熱電特點(diǎn)。熱電動(dòng)勢(shì)包括：接觸電勢(shì)、溫差電勢(shì)3-56、用熱電偶測(cè)量時(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？答：在工程測(cè)試中，冷端溫度隨環(huán)境溫度變化而變化。若T0，將引入測(cè)量誤差，因此必定對(duì)冷端進(jìn)

13、行補(bǔ)償。方法；延長(zhǎng)導(dǎo)線法、0恒溫法、冷端溫度修正法、電橋補(bǔ)償法3-58、用K型熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV，冷端（室溫）為25，求設(shè)備的溫度？若是改用E型熱電偶來(lái)測(cè)溫，在相同的條件下，E型熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？解：(1)（T，25）=20mV查表得（25，0）=mV（T，0）=（T，25）+（25，0）=20+=mV（T，0）=（T，25）+（25，0）（T，25）=uV=uV3-59、現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶來(lái)測(cè)溫，其冷端溫度為30，顯示儀表的機(jī)械零位在0時(shí)，這時(shí)指示值為400，則以為換熱器內(nèi)的溫度為430對(duì)不對(duì)？為什么？正確值為多少度？5-讓每一個(gè)人相同地提升自我解：（

14、T，0）=（T，30）+（30，0）=28943+1801=30744uV查表得T=4223-60、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)的各為多少？答：熱電阻是利用物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的特點(diǎn)制成的電阻式測(cè)量系統(tǒng)。常用的熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻。鉑熱電阻的分度號(hào)主要為Pt100和Pt50兩種，其0時(shí)的電阻值分別為100和50。其他還有=1000的Pt1000鉑熱電阻。標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的一般為100和50兩種，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100和Cu503-62、用分度號(hào)為Pt100鉑電阻測(cè)溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了Cu100的分度表，查得的溫度為140，問(wèn)實(shí)質(zhì)溫度為多少？解

15、：查表得140時(shí)=查表得=時(shí),=157=時(shí),=158T=157+、用分度號(hào)為Cu50、百度電阻比W（100）=/=銅熱電阻測(cè)某一反響器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為50時(shí)，該熱電阻的阻值為多少？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：R=(1+50=T=2005-1、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：所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系，控制器的控制規(guī)律有：位式控制、比率控制、積分控制、微分控制、比率積分控制、比率微分控制、比率積分微分控制5-4、何為比率控制器的比率度？一臺(tái)DDZ-型液位比率控制器，其液位的測(cè)量范圍為0m，若指示值從m增加到m比率

16、控制器的輸出相應(yīng)從5mA增大到7mA，試求控制器的比率度及放大系數(shù)。解：已知DDZ-型液位比率控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)010mA=100%=%Kp=120%5-5、一臺(tái)DDZ-型溫度比率控制器，測(cè)量的全量程為01000，指示值變化100，控制器比率度為80%，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？解：已知DDZ-型溫度控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)420mA=100%=80%P=2mA5-9、一臺(tái)擁有比率積分控制規(guī)律的DDZ-型控制器，其比率度為200%，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5mA。在某剎時(shí)，輸入突然變化了mA，經(jīng)過(guò)30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA，該項(xiàng)控制器的積分時(shí)間為多少？解：已知DDZ-型比率積分控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)

17、010mA6-讓每一個(gè)人相同地提升自我P=+=10s5-10、某臺(tái)DDZ-型比率積分控制器，比率度為100%，積分時(shí)間為2min.穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5mA。某剎時(shí)，輸入突然增加了mA，試問(wèn)經(jīng)過(guò)5min后，輸出將由5mA變化到多少？解：已知DDZ-型比率積分控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)420mAP=+5+P=5+5=mA5-12、試寫(xiě)出比率積分微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。P=A+A(-1)5-13、試解析比率、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。答：比率控制：1、依照“誤差的大小”工作2、有差控制3、反響快，控制及時(shí)積分控制：1、依照“誤差可否存在”工作2、無(wú)差控制3、反響慢微分控制：1、依照“誤差

18、變化速度”工作2、超前控制3、不能夠單獨(dú)使用6-1、氣動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？答：氣動(dòng)執(zhí)行器主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將控制信號(hào)的大小變換為閥桿位移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)是將閥桿的位移變換為流過(guò)閥的流量的裝置。6-4、試分別說(shuō)明什么叫控制閥的流量特點(diǎn)和理想流量特點(diǎn)？常用的控制閥理想流量特點(diǎn)有哪些？答：控制閥的流量特點(diǎn)是指控制介質(zhì)渡過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度間這關(guān)系。在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)獲得的流量特點(diǎn)稱(chēng)為理想流量特點(diǎn)。常用的控制閥理想流量特點(diǎn)有：直線、等百分比、拋物線及快等幾種流量特點(diǎn)。6-8、已知閥的最大流量=50，可調(diào)范圍R=30。1、計(jì)算其最

19、小流量，并說(shuō)明可否就是閥的泄漏量。2、若閥的流量特點(diǎn)為直線流量特點(diǎn)，問(wèn)在理想情況下閥的相對(duì)行程為及時(shí)的流量值Q。解：1、R=其實(shí)不等于控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，一般它是的2%4%2、直線流量特點(diǎn)：=+（1-）=50（+（1-）=50（+（1-）=等百分比流量特點(diǎn)：=50=50=7-讓每一個(gè)人相同地提升自我7-1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)主若是由兩大部分組成：一部分是起控制作用的全套儀表，稱(chēng)自動(dòng)化妝置，包括測(cè)量元件及變送器、控制器、執(zhí)行器；另一部分是自動(dòng)化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備即被控對(duì)象。7-2、圖7-21是一反響器溫度控制系統(tǒng)表示圖。試畫(huà)出這一系統(tǒng)的方塊圖

20、，并說(shuō)明各方塊的含義，指出它們?cè)敱M代表什么。假定該反響器溫度控制系統(tǒng)中，反響器內(nèi)需保持必然溫度，以利反響進(jìn)行，但溫度不相贊同過(guò)高，否則有爆炸危險(xiǎn)。試確定執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用。答：（1）被控對(duì)象：反響器被控變量：反響器內(nèi)的溫度控制變量：蒸汽流量可能攪亂；原料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度控制器：溫度控制器執(zhí)行器：蒸汽控制閥門(mén)測(cè)量變送器；溫度測(cè)量變送器（2）執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)型式，控制器奕為反作用。7-13、試確定圖7-22所示兩個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用。1、圖7-22（a）為一加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能夠過(guò)高，否則簡(jiǎn)單分解。2、圖7-22（