儀表習(xí)題解楊麗明答案重點.doc

化工自動化及儀表（楊麗明）習(xí)題答案第一章12、方塊圖：把控制方案已定的自控系統(tǒng)中的各部分（環(huán)節(jié)）用一個方塊來表示，方塊間用帶箭頭的線條來表示相互間的信號聯(lián)系，方塊內(nèi)填入相應(yīng)的傳遞函數(shù)以表示信息的動態(tài)關(guān)系，便構(gòu)成了方塊圖。方塊圖的基本元素：信息、環(huán)節(jié)、加法器。13、（1）Y(S) G=Y(S)X(S)=G1(S)G2(S)（2）、并聯(lián)Y=G1X+G2X G= Y=G1+G2 X(3)、正反饋Y=(X+Y)G1G2 G=YG1G2= X1-G1G2(3)、負(fù)反饋Y=(X-Y)G1G2 G=14、圖YG1G2= X1-G1G2 (1)步驟：（1）把相互交叉的環(huán)路整理成相互包含的環(huán)路；（2）、從最內(nèi)環(huán)開始，有里到外外化簡；（3）、每次化簡，首先求該環(huán)路的輸出與輸入間的關(guān)系，再求出該環(huán)路的傳遞函數(shù)，從而把該環(huán)路化簡成對應(yīng)的一個環(huán)節(jié)。依次類推。最后求出整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，YY=(X-Y)G1G2/Y/G1G2 G=/= X1+G1G2/Y=(X+G=G4GGY)12G3 G11+G1G2G1G2G3Y =X1+G1G2-G2G3G4（2）、圖1-32P18XG1+(X-Y)G2=Y G=15、（1）、方塊圖（咯）被控對象：加熱器被控變量;物料出口溫度控制變量：蒸汽流量或壓力可能存在的干擾：物料進(jìn)口流量及溫度 GG2+G21+G200 （2）、由于工藝需要出口溫度從80C提高到85C，即設(shè)定值發(fā)生了變化，故屬隨動控制系統(tǒng)。5GcGvG05 G= =51+GcGvG0Hm1+117s+97s+411155T=GX=(s)(s) (s)7s+9s （因階躍A=5）又在零初始條件下，T(s)=T(s)由端點性質(zhì)得 T()=limT(t)=limsT(s)=limsts0s055=2.780C 7s+9s即物料出口溫度的穩(wěn)態(tài)變化量系統(tǒng)的余差為 c=5-2.78=2.22C第二章 0T()=2.7801、對象特性：對象的輸出與輸入間的關(guān)系。3、控制通道;控制作用至被控變量的信號聯(lián)系；干擾通道：干擾作用至被控變量的信號聯(lián)系。4、對象的數(shù)學(xué)模型有;參量模型: 采用數(shù)學(xué)方程式來表示對象輸入輸出間的關(guān)系，如微分方程、偏微分方程、狀態(tài)方程、差分方程、傳遞函數(shù)等；非參量模型 ：采用曲線或表格來表示對象輸入輸出的關(guān)系。5、建模的方法：機(jī)理建模、實驗建模、混合建模。6、一階對象：可用以階線性微分方程來描述其特性的對象。7 、由克?；舴蚨桑篖didt+Ri+u0=ui L=C=idti=du0uc0dt 代入上式得Rcdu0dt+udu0=ui T0dt+u0=Kui K=1TsU0(s)+U0(s)=KUi(s)G(s)=KTs+18、容器內(nèi)氣體質(zhì)量的變化量為 dM=cdP0（由c=dMdP)管路及閥門通過的氣體質(zhì)量變化量（質(zhì)量流量）為Gdt由R=Pi-P0G得 G=Pi-P0R故有dM=cdPPi-P0P-P00=Gdt=Rdt cdP0=iRdtRcdP0dt+P TdP00=Pi dt+P0=KPiTsP0(s)+P0(s)=KPi(s) GK(s)=Ts+19、對貯槽1和2列物料平衡方程c1dh1=(q1-q2)dt （1） c2dh2=(q2-q3)dt（1）+（2）得 c1dh1+c2dh2=qh2dtdt1-q3=q1-R （3）24 (電感） 2） （對（2）求導(dǎo)c1得d2h2h-hhcdhcdh2c1c2c12=(12)/c1-(2)/c1=11-1-dh2 （4） dtR1R2R1dtRdtR21（3）代入（4）得d2h2c1dh2c11h2dh2 c1c2+dh=(q-c) 2122dtR1dtR2R1R2dtd2h2dhdhdh 整理得R1c1R2c22+R1c12R2c22R2c12+h2=R2q1 dtdtdtdt令T1=R1c1 T2=R2c2 K=R2d2h2dh2+(T+T+RC)+h2=Kq1 得 T1T21221dt2dt拉氏變換得 T1T2s2H(S)+(T1+T2+R2c1)sH(s)+H(s)=KQ(s)G(s)=10、對象特性參數(shù)有： 放大系數(shù)K、時間常數(shù)T 和滯后時間。（1）、K：表征對象對其輸入的放大能力，為對象的穩(wěn)特性。K=H(s)Q(s)=K 2T1T2s+(T1+T2+R2c1)s+1 K0越大，控制作用對被控變量的影響越大，但K0不可過大，否則放大能力太強，易引起振蕩，使過程不穩(wěn)定。一般要求K0適當(dāng)大。Kf越大，干擾作用對被控變量的影響越大，所以Kf越小越好。（2）、T：反應(yīng)對象輸出對其輸入響應(yīng)的快慢程度，為動特性（為對象從受到階躍干擾到其輸出達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間，或?qū)ο筝敵霰３殖跛俣却笞罱K穩(wěn)態(tài)值所需時間）。T0:T0越大，控制作用越不及時，一般要求T0適當(dāng)小，但不可過小，否則響應(yīng)太快，易引起振蕩，不易穩(wěn)定。Tf：Tf越大，被控變量對干擾作用的響應(yīng)越慢，越易控制。所以Tf越大 5越好。（3）、：又分純滯后（傳遞滯后）和容量滯后（過渡滯后）。純滯后：由于物料或能量的傳遞需通過一定的距離而引起的時間滯后 。 容量滯后：由于物料或能量的傳遞需克服一定的阻力而引起的時間滯后。0：控制通道滯后時間越大，控制作用越不及時，故其越小越好。 f：干擾通道滯后時間的存在，只是把干擾的進(jìn)入推遲了一段時間，所以其對過渡過程影響不大。11、有滯后的一階對象特性方程 Tdydt+y=Kx(t-）已知T=5 K=10 =2故其微分方程為 5dydx+y=10x(t-2)拉氏變換得5sY-2s(s)+Y(s)=10X(s)e傳遞函數(shù)為 GS)10e-2s(s)=Y(X=(S)5s+112、c=0.5 q0不變 f=0.1m3h-1穩(wěn)定時 q0=qi f進(jìn)入后 qi=qi-q0cdh=(qi-q0)dt=qidtcdhdt=q5dhdhi 即0.dt=qi（即Tdt=Kqi）拉氏變換得 0.5sH(s)=Q(s)GH(S)1(s)=Q=(S)0.5s=2s由（1)得 0.5dh=qidt當(dāng)qi=0.1m3h-1時 積分得6 1） 2） （0.5dh=0.1dt 0.5h=0.1t 00htht h= 5(h)13、()=KA=(3.0-2.5)K=150-120=30K=60 =2-0=2min0 由圖可知： 當(dāng)t=8min時，=145C, 即被控變量在（8-2）min-(8-2)內(nèi)的增量為（145-120）C,故(8-2)=KA1-e 0- 即 25=30(1-e) T=3.35min因?qū)ο鬄橐浑A線性對象，故有dy+y=Kx(t-) Tdtdy 3.35+y=60x(t-2) dt3.35sY(S)+Y(s)=60X(s)e-2sG(S)=Y(S)X(s)=60e-2s 3.35s+118、控制規(guī)律:控制器的輸出與其輸入的關(guān)系。工業(yè)上常用的控制規(guī)律有位式、比例式、比例積分式、比例微分式、比例積分微分式。它們各自的特點如下。（1）、位式 屬簡單的控制規(guī)律，一般適用于控制質(zhì)量要求不高的場合。(2)、比例式 克服干擾能力強，控制及時，過渡時間短。屬最基本的控制規(guī)律。其缺點是有余差。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上允許存在余差的場合。（3）、比例積分式 積分作用可消除余差。缺點是穩(wěn)定性降低。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝要求不允許存在余差的場合。 7（4）、比例微分式 微分控制具超前作用，它能反應(yīng)偏差變化的速度。但穩(wěn)定性差。適用于對象有較大容量滯后的場合。但對于滯后小、干擾頻繁、及測量信號噪聲嚴(yán)重的系統(tǒng)，則不適用。（5）、比例積分微分式 綜合了比例、積分、微分三者的優(yōu)點，適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制要求高的場合。20、（1）、比例度 比例控制器輸入的相對變化量與其輸出的相對變化量之比的百分?jǐn)?shù)。即ex-x =maxmin100 umax-umin過大，控制作用太弱；過小，控制作用太強，易引起振蕩，不易穩(wěn)定，故要適中。（2）、積分時間Ti 控制器的輸出追上階躍輸入偏差e的幅值A(chǔ)所需時間。 Ti過大，積分作用太弱，不利于控制；過小，積分作用太強，易引起振蕩。（3）、微分時間Td 控制器輸出信號比其輸入偏差信號超前的時間。 Td過小，微分作用太弱；過大微分作用太強，震蕩加劇，不易穩(wěn)定。0.6-0.427、=100=83% 0.7-0.5110028、50=100 u=20 即20% 100-029、 ue 2 4 t(min) 2 4 t(min) 第二分鐘時，e進(jìn)入，比例作用使u增至10（KP=1)，然后積分控制起作用，2min后追上e的幅值，第4min時，e=0，積分作用保持不變?yōu)?0（比 8例消失）。30、初始u=50（設(shè)為零），e=0.1，x(t)不變（為零），u(t)=0.6-0.5=0.1 比例作用 u=Kpe 即 0.1=0.1Kp， Kp=1。e%u 0 tt(min) (e進(jìn)入的瞬間 ，比例和微分同時起作用。因輸出線性上升，說明無微分作用）de 比例微分作用 u=Td+eKp 0.1=Td+0.11 Td=0 dt（e進(jìn)入的瞬間de=） dt1 比例積分作用 u=Kpe+edtTi（0.8-0.5）=1（0.1+1Ti300.1dt）=0.1+0.3 Ti=0.5min Ti純積分作用 （0.8-0.6）=1Ti300.1dt=0.3 Ti=1.5min Ti31、ueudtde （e=mt） u=Kp(e+Td) dt第三章3、測量誤差 ： 測量值與被測量真值之差。儀表的精度等級 ：儀表在規(guī)定的工作條件下所允許的最大相對百分誤差。4 、=0.61000=0.6 100-00.6介于0.5與1.0之間，若選1.0級儀表，其絕對誤差為=1001.0%=1.0mh3-1，超出了0.6mh3-1的范圍，而0.5級儀表，其絕對誤差為=1000.5=0.5m3h-1，其絕對值小于0.6m3h-1，故應(yīng)選0.5級流量計。5、該儀表最大相對百分誤差為=-0.5max=100=0.625 A100-20可見其精度等級為1.0級，已不能滿足工藝要求。或 =-0.5大于（100-20）0.5%=0.4的工藝允許值，超出了工藝要求。 要繼續(xù)使用，可減小其量程。（） max亦減小。即max100=0.625，在誤差不變的情況下，減小A，A0.40.4=0.625 量程范圍 A=64 即把量程調(diào)整為2084kPa。 A0.62500 6、 （1）、 01600C儀表，量程范圍內(nèi)的最大絕對誤差為max=(1600-0)1=160C100C，不可用。01000C儀表，max=(1000-0)1=100C，可用。（2）、量程01000C、精度等級為1.0的儀表，其絕對誤差為10C,；量程01000C、精度等級為0.5的儀表，其絕對誤差為5C，雖然測量準(zhǔn)確度高于前者，但從節(jié)約原則出發(fā)，應(yīng)選前者，后者可用于要求更高的場合。7、過程參數(shù)檢測的一般原理 守恒原理 場的定律 熱電效應(yīng) 熱阻效應(yīng) 應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)10、變送器量程調(diào)整：使變送器輸出信號上限與測量范圍上限相對應(yīng)。相當(dāng)于改變輸出輸入特性的斜率，一般通過改變反饋部分的特性來實現(xiàn)。如下圖。10 00000yy x(xmin) x/max xmax零點調(diào)整、零點遷移：都是使變送器輸出信號下限值與測量范圍下限值相對應(yīng)。零點調(diào)整：使變送器測量起始點為零。零點遷移：把測量起始點由零遷移到某一數(shù)值（正值或負(fù)值，即正遷移和負(fù)遷移）。y y yy ymy ym xmin=0 xmax x 0 xmin xmaxx xmin 0 xmax x 未遷移 正遷移 負(fù)遷移13、x、y為直線關(guān)系，ymax y y x0 xmin x xmaxtg=ymax-yy-ymin= xmax-xx-xminy=(ymax-ymin)(x-xmin)+ymin xmax-xmin11或y=ymax-yminx xmax-xmin本題中 xmax-xmin=100-20=80 ymax-ymin=20-4=16 當(dāng)x=40 y=當(dāng)x=70 y=y=（I0=KiP+FZKZ 4=Ki20+FZKZ =Ki100+FZKZ 解得Ki= KZFZ=01 即I0=P 當(dāng)P=40時 I0=4mA 當(dāng)P=70時 I0=14mA ） 519、（1）、設(shè)量程為A則有1.11 A3.3MPa A31.63 2.1MPa A41670=14 80161640-20+4=8 8080根據(jù)壓力表量程系列，選02.5MPa的壓力表。= 、1.15=0.055MP（2=）a maxmax0.055=0=2.2 10102.5-02.5應(yīng)選1.5級的壓力表。20、（1）、設(shè)量程為A，則有14318.67MPa 故應(yīng)選025MPa的壓力表。 A40.4=100=1.6 選1。5級壓力表 且不含銅 （2）、xam251.41 A42MPa A329、（1）、E(t,30)=38.5mA 查表得E(30,0)=1.203mAmA E(t,0)=38.5+1.203=39.703熱電偶t與E在小的溫度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是線性關(guān)系，查表知 1239.解得 a=0.0394 b=1.884 則 39.703=0.0394t+1.884 t=950.870C（2）、若為E型 則E(30,0)=1.801mAE(t,0)=38.5+1.801=40.301mA查表得a+ba+b 解得a=0.809 b=-3.45 40.301=0.809t-3.45 t=540.80C30、用分度號為E的分度表求得t=715.20C,查分度號為E的熱電偶的分度表得EE(715.2,0)=0.076715.2-2.609=54.32mA又EE(30,0)=1.801mA 則 EE(715.2,0)=EE(715.2,30)+EE(30,0)=54.32 54.32=EE(715.2,30)+1.801 EE(715.2,30)=54032-1.801=52.519mA 即EK(t,30)=52.519mA對K型 EK(30,0)=1.203mA則 EK(t,0)=52.519+1.203=53.722mA查K型分度表得 則有 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.880C33、Cu100，查1400C時電阻R=159.96.由Pt100分度表查得則 159.96=0.37t+101.84 t=157.080C44、112P1=P+gh P2=P+1gH P=gh-1gH當(dāng)h=0時 P=-1gH=-11183.4Pa=11.1834kPa當(dāng)h=950mm時 P=12009.810.95-11183.4=0kPa設(shè)量程A 則 11.1834314.91kPa 4A應(yīng)選量程為016kPa的變送器需負(fù)遷移，遷移量為-11.1834kPa。x)(kPa)第六章3、當(dāng)調(diào)節(jié)閥輸入信號增大時，閥的流量增大，為正作用，氣開閥。反之為反作用，氣關(guān)閥。閥的正反作用，可通過調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正反作用來實現(xiàn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 輸入信號增大，閥桿下移，為正作用（正裝），反之為反作用（反裝）。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)： 閥桿下移，流量減小，為正作用，反之為反作用。16、KV=10QQgcm-310=14.06） =14.06 （或KV=PP.64取KV=16 （P169表6-3） 查得Dg=32mm S=Rr=S=0.41=6.4以S=0.41 KV=16 P=164 Qi=18（或10） =1代入驗算公式可得 k=92 k/=72qi第七章14、氣開閥，控制器為反作用。15、圖a氣開閥，控制器為反作用。圖b氣開閥，控制器為正作用。 16、（1）、qi為控制變量。164=0.41(在0.30.6之間） （泵出口壓力即為管路系統(tǒng)總壓） 400Qmax18=1.8 Qmin10氣開閥；當(dāng)qi時，對象為正作用，執(zhí)行器為正作用，故控制器為反作用。（2）、q0為控制變量氣關(guān)閥；當(dāng)q時，對象為反作用，故控制器為反作用。第八章5、（1）、串級控制系統(tǒng)。(2)、氣關(guān)閥、反作用。副對象為正作用，副控制器