過程控制及儀表自動化課后答案2

第三章思考題與習題3.1圖3-31為某單位負反饋系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線，比較系統(tǒng)校正前后的性能變化。圖3-31習題3.1圖加入串聯(lián)P校正裝置，提高系統(tǒng)增益后：1）使系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增加。2）增益提高，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度改善。3.2什么是比例控制規(guī)律、積分控制規(guī)律和微分控制規(guī)律？它們各有什么特點？當控制器的輸出變化量與輸入變化量（即設定值和測量值之間的偏差）成比例時，這就是比例（P）控制。比例控制能實現(xiàn)被控變量在過渡過程結(jié)束后，能穩(wěn)定在某一個值上。積分控制是控制器的輸出變化量與輸入偏差值隨時間的變化成正比的控制規(guī)律，亦即控制器的輸出變化速度與輸入偏差值成正比。在積分控制時，余差最終會等于零。理想微分控制是指控制器的輸出變化量與輸入偏差的變化速度成正比的控制規(guī)律。微分控制卻是根據(jù)偏差的變化趨勢進行動作的。從而有可能避免產(chǎn)生較大的偏差，且可以縮短控制時間。3.3什么是比例度、積分時間和微分時間？它們對過渡過程有什么影響？比例度就是指控制器輸入的相對變化量與相應的輸出相對變化量之比的百分數(shù)。比例度來衡量比例控制作用的強弱。使用比例控制器控制系統(tǒng)時，控制器在閉環(huán)運行下比例度對系統(tǒng)過渡過程的影響。1）比例控制是有余差的控制，余差的大小與比例度有關，與負荷的變化量有關。在同樣的負荷變化擾動下，比例度越小，比例增益越大，余差越??；在相同比例度下，負荷變化量越大，余差越大。2）不論是在設定值變化還是負荷（擾動）變化的情況下，比例度越小，系統(tǒng)的振蕩也越劇烈，穩(wěn)定性越差。當太小時，系統(tǒng)可能出現(xiàn)等幅振蕩，甚至發(fā)散振蕩；反之，則系統(tǒng)越穩(wěn)定。積分時間Ti定義為：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時間。積分時間Ti對系統(tǒng)過渡過程的影響。隨著Ti減小，積分作用增強，消除余差較快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；Ti過小，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ti小，擾動作用下的最大偏差下降，振蕩頻率增加。微分時間Td是時間常數(shù)的Kd倍。微分時間Td的大小對系統(tǒng)過渡過程的影響。若取Td太小，則對系統(tǒng)的控制指標沒有影響或影響甚微；選取適當?shù)腡d，系統(tǒng)的控制指標將得到全面的改善；但若Td取得過大，即引入太強的微分作用，反而可能導致系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的振蕩。3.4某混合器出口溫度控制系統(tǒng)如圖3-32a所示，系統(tǒng)框圖如圖3-32b所示，其中，，，min，min，調(diào)節(jié)器比例增益為，F(xiàn)為一擾動信號，利用Simulink仿真輔助分析：1）當，分別為2.4和0.48時系統(tǒng)的干擾階躍響應。2）當時的系統(tǒng)設定值階躍響應。3）分析調(diào)節(jié)器比例增益對設定值階躍響應和干擾階躍響應的不同影響。a)混合器出口溫度控制系統(tǒng)示意圖b)系統(tǒng)框圖圖3-32習題3.4圖1）當，為2.4時系統(tǒng)的干擾階躍響應當，為0.48時系統(tǒng)的干擾階躍響應2）當，為2.4時的系統(tǒng)設定值階躍響應當，為0.48時的系統(tǒng)設定值階躍響應3）比例增益不管對設定值階躍響應和干擾階躍響應都基本相同，比例增益越大，振蕩越劇烈、穩(wěn)態(tài)誤差越小。第四章思考題與習題4.1什么是標準信號？各種標準信號是多少？標準信號是為了方便有效地把自動化系統(tǒng)中各類現(xiàn)場儀表與控制室內(nèi)的儀表和裝置連接起來，構成各種各樣的控制系統(tǒng)，儀表之間的統(tǒng)一信號。標準氣壓信號：20～100kPa標準電動信號：DC4～20mA或DC0~20mA4.2電動模擬信號傳輸方式有哪幾種？各自的優(yōu)缺點及適用場合。電動模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓四種。直流電流信號抗干擾能力強，便于進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，且適合于遠距離傳輸；在過程控制儀表及裝置中廣泛應用。直流電壓信號便于進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，但抗干擾能力差，適合于近距離傳輸；在過程控制儀表及裝置中廣泛應用。交流信號抗干擾能力差，容易傳輸線路中的電感、電容及負荷性質(zhì)的影響，不適合過程控制儀表及裝置使用。4.3測量誤差有哪幾種分類方法?按出現(xiàn)的規(guī)律可分為系統(tǒng)誤差、過失誤差和隨機誤差三類；按表示方法分為絕對誤差、相對誤差及引用誤差。4.4某壓力計的測壓范圍為0～4MPa，精確度等級為1級，如果用標準壓力計來校驗該壓力計，當被校表讀數(shù)為2MPa時，標準表讀數(shù)為2.03MPa，試問被校壓力計在這一點是否符合1級精度?并說明理由。由于，去掉“—”號與“％”號，其值為0.75，小于1，因此，被校壓力表在這一點符合1級精度。4.5一臺自動平衡式溫度計的精度等級為0.5級，測量范圍為0～500℃，經(jīng)校驗發(fā)現(xiàn)最大絕對誤差為4℃，問該表是否合格?應定為幾級?由于，去掉“％”號，其值為0.8，大于0.5，因此該表不合格，應定為1級。4.6某反應器的工作壓力為15MPa，要求測量誤差不超過0.5MPa，現(xiàn)選用一只2.5級，0～25MPa的壓力計進行壓力測量，是否能滿足工藝上對誤差的要求?如不滿足，應選用幾級的壓力計?由于，去掉“％”號，其值為2，如果選擇精度等級為2.5級的儀表，其允許的誤差為±2.5％，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應選擇1.5級儀表才能滿足工藝要求。4.7測量溫度的儀表分為哪幾類?分別依據(jù)什么原理工作?測量溫度的儀表按工作原理，可分為膨脹式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計、輻射高溫計和光學高溫計等。膨脹式溫度計是根據(jù)氣體、液體或金屬受熱時膨脹產(chǎn)生壓力或體積變化而工作的；熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應工作的；熱電阻溫度計是根據(jù)導體或半導體的電阻值隨溫度而改變而工作的；輻射高溫計是根據(jù)加熱體的輻射能量隨溫度高低而變化的原理工作的；光學高溫計是根據(jù)加熱體的亮度隨溫度高低而變化的原理工作的。4.8常用的熱電偶有哪些？常用熱電偶有鉑銠30-鉑銠6（B）、鉑銠10-鉑（S）、鎳鉻-鎳硅（K）、鎳鉻-康銅（E）、銅-康銅（T）等。4.9熱電偶測溫時為什么要進行冷端溫度補償，其補償方法常采用哪幾種?在實際使用中，熱電偶的冷端是暴露在裝置外的，受環(huán)境溫度波動的影響，不可能保持恒定，更不可能保持在0℃，而熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻度的顯示儀表都要求冷端溫度恒為0℃，否則將產(chǎn)生測量誤差。因此，必須采取措施，對熱電偶的冷端溫度的影響進行補償。常用的補償方法有冰浴法、查表修正法、校正儀表零點法和補償電橋法等。4.10用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在無冷端溫度補償?shù)那闆r，顯示儀表指示值為600℃，此時冷端溫度為50℃。試問：實際溫度是多少，如果熱端溫度不變，使冷端溫度為20℃。此時顯示儀表指示值應為多少？由附錄B可以查得E（t，50）=E（600，0）=24.902mVE（50，0）=2.022mV由E（t，50）=E（t，0）―E（50，0）可得E（t，0）=E（t，50）+E（50，0）=24.902+2.022=26.924mV由附錄B可得實際溫度℃如果熱端溫度不變，使冷端溫度為20℃。E（647.7，20）=E（647.7，0）―E（20，0）=26.924-0.798=26.126mV則儀表顯示溫度為628.8℃4.11熱電阻Cu100中Cu代表什么？100代表什么？Cu代表熱電阻的材料為銅，100代表溫度t=0℃時的電阻值為100Ω。4.12溫度檢測儀表安裝要求是什么？1）與工藝管道垂直安裝時，取源部件中心線應與工藝管道軸線垂直相交；在工藝管道的拐彎處安裝時，應逆著介質(zhì)流向，取源部件中心線應與工藝管道中心線相重合；與工藝管道成45°斜安裝時，應逆著介質(zhì)流向，取源部件中心線應與工藝管道中心線相交。2）熱電偶、熱電阻的接線盒面蓋應向上。3）為了防止熱量散失，測溫元件應插在有保溫層的管道或設備處。4）測溫元件安裝在負壓管道中時，必須保證其密封性。4.13溫度檢測儀表如何選型？應根據(jù)安裝環(huán)境、測量范圍、操作要求等因素綜合考慮。4.14常用的壓力物理量有哪些？其含義是什么？常用的壓力物理量有：絕對壓力：以完全真空（即絕對零壓）作參考點的壓力稱為絕對壓力。大氣壓力：由地球表面大氣層空氣重力所產(chǎn)生的壓力，稱為大氣壓力。表壓力：以大氣壓力為參考點，大于或小于大氣壓力的壓力稱為表壓力。真空度：當被測壓力低于大氣壓力的壓力值，稱為負壓，也叫真空度。差壓（力）：任意兩個相關壓力之差稱為差壓。4.15檢測壓力的儀表分為哪幾類?分別依據(jù)什么原理工作?依據(jù)壓力檢測儀表的工作原理可分為液柱式壓力計、彈性式壓力計、活塞式壓力計、電氣式壓力計等四大類。液柱式壓力計是依據(jù)液體靜力平衡原理工作的，彈性式壓力計是依據(jù)彈性元件彈性變形原理工作的，活塞式壓力計是根據(jù)液體靜力平衡原理工作的，電氣式壓力計是根據(jù)應變效應、霍爾效應或?qū)毫D(zhuǎn)換為電容、電感、電阻等參數(shù)的原理工作的。4.16如何用差壓變送器來測量壓力?將被測介質(zhì)的高、低兩個壓力信號分別通入左、右兩個壓室時，壓力差就可被轉(zhuǎn)換為電參量，再通過轉(zhuǎn)換電路將電參量轉(zhuǎn)換成4～20mA的統(tǒng)一標準信號，作為變送器的輸出，從而實現(xiàn)了壓力的測量。4.17壓力檢測儀表如何選型？壓力檢測儀表應從類型、量程及準確度三方面進行選擇。儀表的選型必須滿足生產(chǎn)過程的要求，量程應由生產(chǎn)過程需要測量的壓力大小來決定，準確度應根據(jù)生產(chǎn)過程對壓力測量所能允許的最大誤差來決定。4.18表示流量的物理量有哪些？表示流量的物理量有體積流量和質(zhì)量流量。按單位時間還是累計可分為瞬時流量和累積流量。4.19檢測流量的儀表分為哪幾類?分別依據(jù)什么原理工作?測量流量的儀表可分為差壓式、容積式、轉(zhuǎn)子式、速度式、旋渦式、靶式、電磁式等。差壓式是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量。容積式采用容積分界的方法，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周都可送出固定容積的流體，則可利用轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)流量的測量。轉(zhuǎn)子式是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子時，截流面積的變化來實現(xiàn)流量測量。速度式是利用葉輪或渦輪被液體沖轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速與流量的關系來實現(xiàn)流量測量。旋渦式是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體的流量。靶式是利用流體的流量與靶所受到的力之間的關系來實現(xiàn)流量的測量。電磁式利用電磁感應原理來實現(xiàn)流量的測量。4.20什么是物位？物位有哪幾種？物位是指設備和容器中液體或固體物料的表面位置。物位有液位、料位、界位三種。4.21檢測液位的儀表分為哪幾類?分別依據(jù)什么原理工作?檢測液位的儀表分為直讀式、差壓式、浮力式、電氣式、核輻射式、超聲