《熱工儀表及自動化》課程各章習題

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2023年9月12日星期六

《熱工儀表及自動化》課程各章習題

其次章熱力過程自動控制基本概念

一、基本要求

1.把握自動控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用以及相互影響和聯(lián)系；2.把握自動控制系統(tǒng)中常用術(shù)語，了解方塊圖的意義及畫法；3.把握管道及控制流程圖上常用符號的意義；

4.了解控制系統(tǒng)的分類形式，把握系統(tǒng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的意義；

5.把握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，過渡過程的形式和過渡過程的品質(zhì)指標。二、常用術(shù)語1.控制對象：2.被控變量：3.操縱變量：

4.擾動量：除操縱變量外，作用于被控變量并使其發(fā)生變化的因素。5.設(shè)定值：6.偏差：

7.控制系統(tǒng)的過渡過程：

8.反饋：把系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出信號直接或（經(jīng)過一些環(huán)節(jié)）間接引入到輸入端的方法稱為反饋。9.負反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號位兩者之差，這種反饋稱為負反饋。10正反饋：三、問答題

1.控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律可分為哪幾類？簡述每種形式的基本含義。

開環(huán)自動控制系統(tǒng)：操縱變量可以改變被控變量，但被控變量對操縱變量沒有影響。閉環(huán)自動控制系統(tǒng)：操縱變量可以改變被控變量，被控變量又對操縱變量產(chǎn)生影響。定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；

隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制調(diào)理系統(tǒng)：按預定時間順序控制參數(shù)。

2.自動控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

控制對象：控制儀表：

檢測儀表（檢測元件及變送器）：控制儀表：執(zhí)行儀表：顯示儀表：

3.在階躍擾動作用下，控制系統(tǒng)的過渡過程有哪幾種形式?其中哪些形式能基本滿足控制要求？

發(fā)散振蕩過程：非振蕩發(fā)散過程：等幅振蕩過程：衰減振蕩過程：非振蕩衰減過程：

其中，衰減振蕩過程和非振蕩衰減過程可以基本滿足控制要求，但后者進程緩慢，只用于系統(tǒng)不允許振蕩時。

4.試述控制系統(tǒng)衰減振蕩過程的品質(zhì)指標及其含義。

最大偏差：衰減比：余差：過渡時間：

振蕩周期（振蕩頻率）：

5.什么是控制系統(tǒng)的方塊圖？它與工藝管道及控制流程圖有何區(qū)別？

自動控制系統(tǒng)的方塊圖是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合點、分支點構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中：每一個方塊代表系統(tǒng)中的一個組成部分，

6.在自動化系統(tǒng)中，儀表符號由哪幾部分組成，各表示什么意義？儀表位號由字母組合和回路編號組成：字母組合：首字母――被側(cè)變量，尾字母――儀表功能，中字母――修飾詞回路編號：首位數(shù)――工序號；后續(xù)數(shù)――順序號7.某化學反應器工藝操作規(guī)定溫度為（800±10℃）。為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850℃?，F(xiàn)運行的控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如下圖。T/°C84581580580072025t/min（1）分別求出最大偏差、余差、衰減比、過渡時間（溫度進入±2%新穩(wěn)定值即視為系統(tǒng)已穩(wěn)定）和振蕩周期。（2）說明此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求。第三章熱工對象動態(tài)特性分析一、基本要求1.了解建立被控對象數(shù)學模型的意義及數(shù)學模型的建立方法；2.把握用機理建模的方法，建立簡單對象的數(shù)學模型；3.把握表征被控對象特性的三個參數(shù)——放大倍數(shù)K、時間常數(shù)T、滯后時間τ的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響；4.了解被控對象特性的試驗測定方法。二、常用術(shù)語1.被控對象特性：2.被控對象數(shù)學模型：3.被控對象的放大倍數(shù)：4.被控對象的時間常數(shù)：5.被控對象的滯后時間：純滯后（輸出變化落后于輸入變化的時間）與容積滯后（因物料或能量傳遞需要一定時間而引起的輸出變化遲鈍）之和6.通道：由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系。包括控制通道和干擾通道。三、問答題1.為什么說放大倍數(shù)K是對象的靜態(tài)特性，而時間常數(shù)T和滯后時間τ是對象的動態(tài)特性？2.簡述獲取對象特性（數(shù)學模型）的兩種方法。理論分析法：通過理論分析建立輸入和輸出之間的關(guān)系。例如：一階對象、積分對象、二階對象試驗測取法：在實際系統(tǒng)或試驗系統(tǒng)中，通過一組輸入來考察輸出的跟隨變化規(guī)律。常見的有：多點擬合法、階躍輸入法和周期脈沖法。3.RC電路如下圖。Vi為輸入量，V0為輸出量。在時間t＝0時，閉合開關(guān)K，電容開始充電。此時，電壓V0隨時間的變化規(guī)律為：RUiCUoV0?Vi(1?e?t/RC)（1）求當t分別為0、T和∞時，V0分別為多少？（2）繪出Vi作階躍變化時，V0隨時間變化的響應曲線形狀；（3）根據(jù)上述已知條件，確定對象的特性參數(shù)K、T和τ。4.為了測定某物料枯燥筒的對象特性，在t0時刻突然將加熱蒸汽量從25m3/h增加到28m3/h，物料出口溫度記錄儀得到階躍輸入曲線如下圖。寫出描述物料枯燥筒特性的微分方程（溫度變化量作為輸入量，加熱蒸汽量的變化量作為輸出量；溫度測量儀表的測量范圍0～200℃；流量測量儀表的測量范圍0～40m3/h）。

溫度/℃第四章傳感器、變送器（一）一、基本要求1．把握儀表精度的意義與測量誤差的關(guān)系。2．了解儀表的性能指標。3．初步把握各種壓力檢測儀表的基本原理及壓力表的選用方法。4．了解各種流量計的測量原理。重點是差壓式流量計及轉(zhuǎn)子流量計。5．了解各種液位測量方法。初步把握液位測量中零點遷移的意義及計算方法。6．把握熱電偶溫度計及熱電阻溫度計的測溫原理。熟悉熱電偶溫度測量中的冷端溫度補償?shù)淖饔眉胺椒ā?．了解電動溫度變送器的作用及原理。二、常用術(shù)語1.參數(shù)檢測：2.非電量的電測法：3.確鑿度：4.絕對誤差：5.實際相對誤差：6.示值相對誤差：7.引用相對誤差：8.允許誤差：9.指示變差：10.縝密度

11.儀表精度等級：12.確切度：13.靈敏度：14.靈敏限：15.分辯率：16.線性度：17.反應時間：三、問答題

1.工業(yè)壓力計按敏感元件尋常可以分為哪幾種類型？試簡述各種壓力計的工作原理。液柱式壓力計：活塞式壓力計：彈性式壓力計：彈簧管式：薄膜式：波紋管式：電氣式壓力計：

應變式：壓電電阻式：電感式：電容式：霍爾式：

2.試述壓力計選型的主要內(nèi)容及安裝本卷須知。類型選擇量程與盤面選擇精度選擇

注意：取壓位置與隔離

3.試述流量計的分類及其工作原理。速度流量計：

壓差流量計：轉(zhuǎn)子流量計：電磁流量計：超聲波流量計：渦輪番量計：堰式流量計：容積式流量計：

齒輪番量計：活塞流量計：質(zhì)量流量計：

間接質(zhì)量流量計：直接質(zhì)量流量計：

4.試述物位計的分類及其工作原理。直讀式物位計：浮力式物位計：壓差式物位計：

電磁式物位計：核輻射式物位計：超聲波物位計：光電式物位計：

5.試述溫度測量儀表的種類及其工作原理接觸式溫度計：

膨脹式溫度計：

玻璃液體溫度計：雙金屬溫度計：壓力式溫度計：熱電偶溫度計：熱電阻溫度計：非接觸溫度計：

輻射溫度計：紅外溫度計：

光電溫度計：熱電溫度計：

6.試述電動溫度計二次儀表的功能及其組成部分。

功能：

–對信號進行放大和轉(zhuǎn)換；

–信號的線性化。

組成部分：–輸入電橋；–放大器；–反饋電路；–電源電路。

第四章傳感器、變送器（二）

一、基本要求

1．了解動圈式顯示儀表的基本結(jié)構(gòu)及原理。

2．把握自動電子電位差計的工作原理。熟悉電位差計的測量橋路及各個電阻的作用。3．把握自動電子平衡電橋的工作原理。4．了解DDZ-Ⅲ型顯示儀表的基本結(jié)構(gòu)及原理。5．了解數(shù)字式顯示儀表