化工儀表及自動化課后習題答案要點

1、第 1 章 自動控制系統(tǒng)基本概念p161、 化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動化的簡稱。在化工設備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的辦法， 稱為化工自動化。 實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化的意義： （ 1）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。 （ 2）減輕勞動強度，改善勞動條件。（ 3）能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設備使用壽命，提高設備利用能力的目的。（ 4 ）能改變勞動方式，提高工人文化技術水平，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。2、 一般要包括自

2、動檢測、自動保護、自動操縱和自動控制等方面的內(nèi)容。3、 閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高,響應時間縮短,適合于對系統(tǒng)的響應時間穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng). 開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高, 響應時間相對來說很長,精確度不高使用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡單的系統(tǒng)。4、 自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)主要由測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(huán)節(jié)組成。5、 p76、 pi-307 表示就地安裝的壓力指示儀表，工段號為3，儀表序號為07 ；trc-303 表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號為3，儀表序號為03；frc-3

3、05 表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號為 3 ，儀表序號為 05 。7、 方塊圖是用來表示控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間作用關系的一種圖形，由于各個環(huán)節(jié)在圖中都用一個方塊表示，故稱之為方塊圖。8、 測量變送裝置的功能是測量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）送往控制器；控制器接受測量變送器送來的信號，與工藝上需要保持的被控變量的設定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號（氣壓或電流）發(fā)送出去。執(zhí)行器即控制閥，它能自動地根據(jù)控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度，從而改變操縱變量的大小。9、 被控對象（對象）

4、自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設備或機器。 被控變量被控對象內(nèi)要求保持設定值的工藝參數(shù)。控系統(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。給定值（或設定值或期望值）人們希望控制系統(tǒng)實現(xiàn)的目標，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。操縱變量（調(diào)節(jié)變量）對被控變量具有較強的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。操縱介質(zhì) （ 操縱劑 ）用來實現(xiàn)控制作用的物料。10、 、 控制作用是對在受到外界干擾影響偏離正常狀態(tài)后，回復到規(guī)定范圍內(nèi)。干擾作用是引起被控變量偏離給定值，除操控變量以外的各種因素。11、 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖捷勸題解

5、1-11圖反應器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內(nèi)的溫度；操縱變量：冷卻水流量?？赡苡绊懕豢刈兞康母蓴_因素主要有a、b兩種物料的溫度、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。若當反應器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時，其測量值與給定值比較，獲得偏差信號，經(jīng)溫度控 制器運算處理后，輸出控制信號去驅(qū)動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內(nèi)的溫 度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。12、反饋信號與輸入信號極性相反或變化方向相反(反相) ，則疊加的結(jié)果將使凈輸入信號減弱，這種 反饋叫負反饋。負反饋可以減小非線性失真。因為引入負反饋后，

6、輸出端的失真波形反饋到輸入端，與 輸入波形疊加，因此凈輸入信號成為正半周小，負半周大的波形，此波形放大后，使其輸出端正、負半 周波形之間的差異減小，從而減小了放大電路輸出波形的非線性失真。13、在11題15、定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。16、在自動化領域中，把被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被控變量隨時間而變 化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。二.干擾是客觀存在的，是不可避免的。一個自動控制系統(tǒng)投入運行時，時時刻刻都受到干擾作用，破壞正常的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。這就需要通過自動化裝置不斷施加控制作用 去對抗或抵消干擾作用的影響，使被控變量保持在工藝所要求的技術指標上。一個正

7、常工作的自動控制 系統(tǒng)，總受到頻繁的干擾作用，總處在頻繁的動態(tài)過程中。：了解系統(tǒng)動態(tài)更為重要。17、階躍作用：在某一瞬間t0,干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并保持在這個幅度。采用階躍干擾的原因：階躍干擾比較突然，比較危險，對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能 夠有效克服階躍干擾，對其他比較緩和的干擾也一定很好地克服。階躍干擾形式簡單，容易實現(xiàn)，便于 分析、實驗和計算。19、等幅振蕩過程和發(fā)散振蕩過程是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上不能采用；非周期衰減過程雖是穩(wěn)定過程，但 該過程中被控變量達到新的穩(wěn)定值的進程過于緩慢，致使被控變量長時間偏離給定值，所以一般也不采用；衰減振蕩過程能夠較快地使系統(tǒng)達到穩(wěn)定

8、狀態(tài)，并且最終的穩(wěn)態(tài)值必然在兩峰值之間，決不會出現(xiàn)太高或太低的現(xiàn)象，更不會遠離給定值以致造成事故。所以，21、最大偏差 a=950 -900=50 ();超調(diào)量 b=950-908=42 (c);由于 b =918-908=10 (),所以，衰減比 n=b: b =42: 10=4.2;余差 c=908-900=8 c ;振蕩周期 t=45-9=36(min);過渡時間ts=47min。因為a=50 c80c, c=8 c10 c,所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。22、解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。拄勖題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對象是蒸汽加熱

9、器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量?？赡艽嬖诘母蓴_主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度 的變化等。該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差 a=81.5-81=0.5 (c);由于 b=81.5-80.7=0.8 () , b =80.9-80.7=0.2 (),所以，衰減比 n=b: b =0.8:0.2=4;余差 c=80.7-81= jd.3 () o第2章被控對象的數(shù)學模型p331、對象特性就是的對象的輸出 輸入關系。研究對象的特性，就是用數(shù)學的方法來描述對象輸入量與輸出量之間的關系。當采用自動化裝置組成自動控制系統(tǒng)時，首先也必須深入了解對象的

10、特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝 對控制質(zhì)量的要求，設計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控 制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)(也稱控制器參數(shù)的工程整定), 使系統(tǒng)正常地運行。被控對象的特性對自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的影響很大，所以必須對其深入研究。2、對象特性的數(shù)學描述(方程、曲線、表格等)稱為對象的數(shù)學模型。穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型描述的是對象在穩(wěn)態(tài)時的輸入量與輸出量之間的關系；動態(tài)數(shù)學模型描述的是對象在輸入量改變以后輸出量的變化情 況。穩(wěn)態(tài)與動態(tài)是事物特性的兩個側(cè)面，可以這樣說，動態(tài)數(shù)學模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型基礎上的發(fā)展， 穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型

11、是對象在達到平衡狀態(tài)時的動態(tài)數(shù)學模型的一個特例。4、機理建模法、實驗建模法。5、對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理。7、階躍反應曲線法：特點是簡易但精度較差。如果輸入量是流量，只要將閥門的開度作突然的改變， 便可認為施加了一個階躍干擾，同時還可以利用原設備上的儀表把輸出量的變化記錄下來，既不需要增 加儀器設備，測試工作量也大。但由于對象在階躍信號作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需時間一般較長，這 期間干擾因素較多，因而測試精度受到限制。為提高測試精度就必須加大輸入量的幅度，這往往又是工 藝上不允許的。階躍反應曲線法：特點是簡易但精度較差。如果輸入量是流量，只要將閥門的開度作突然的改變，便可 認為施加了一個階躍干

12、擾，同時還可以利用原設備上的儀表把輸出量的變化記錄下來，既不需要增加儀 器設備，測試工作量也大。但由于對象在階躍信號作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需時間一般較長，這期間 干擾因素較多，因而測試精度受到限制。為提高測試精度就必須加大輸入量的幅度，這往往又是工藝上 不允許的。8、解：放大系數(shù)k、時間常數(shù)t和滯后時間t放大系數(shù)k在數(shù)值上等于對象(重新)處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出變化量與(引起輸出變化的)輸入 變化量之比，即輸出量的變化量k =輸入量的變化量對象的放大系數(shù) k越大，就表示對象的輸入量有一定變化時，對輸出量的影響越大，或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，k實質(zhì)上是對象的靈敏度。時間常數(shù)t是指當對

13、象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的 63.2%所需時間；或當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越大對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時間t表示。對象的滯后時間 事使對象的被控變量對輸入的變化響應滯后，控制不及時。10、純滯后一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間而引起的，而測量點選擇不當，測量元件安 裝不合適等原因也會造成純滯后。容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需

14、要通過一定阻力而引起的?？刂仆ǖ廊舸嬖诩儨螅瑫箍刂谱饔貌患皶r，造成被控變量的最大偏 差增加，控制質(zhì)量下降，穩(wěn)定性降低；干擾通道若存在純滯后，相當于將干擾推遲一段時間才進入系統(tǒng)， 并不影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。容量滯后增加，會使對象的時間常數(shù)t增加。在控制通道，t增大，會使控制作用對被控變量的影響來得慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低； t減小，會使控制作用對被控變量的影響來得快，系統(tǒng)控制質(zhì)量提高。但 t不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)時間常數(shù)要適當匹配，否則都會影響控制質(zhì)量。在干擾通道，如果容量滯 后增加，干擾作用對被控變量的影響比較平穩(wěn)，一般有利于控制。11、已知一個對象特性是具有純滯后的一階特性，其時間常數(shù)為5

15、min,放大系數(shù)為10,純滯后時間為2min ,試寫出描述該對象特性的一階微分方程式。解該對象特性的一階微分方程為5 皿 2) y(t 2) =10x(t)dt12、oi t-crc一七題2-3圖 rc電路解rc電路的微分方程為deote。= edt當e=5v時，微分方程的解為_t/t_t/10eo=5(1 -e ) = 5(1 -e) (v)(該系統(tǒng)的時間常數(shù) t=rc=5m103m2000m10上=10s)當 t=t 時，e0=5(1 -e/t)= 5(1 -e/)=3.16v ;當 t=2t 時，e0=5(1 -ej2t/t)= 5(1 -ej2)=4.32v ;當 t=3t 時，e0=

16、5(1 -et/t)= 5(1 -e)=4.75v。c)(b)題解2-3圖 rc電路的階躍響應曲線13、 解 這是一個積分對象，則題解2-13圖 水槽液位的的變化曲線14、解：（輸入）燃料變化量x(t) =0,t 0由題圖知，該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量（溫度）的變化量y相對于輸入（燃料）變化量x的關系（方程） 為t_dymy(t)= kx(t)dt當 x(t)=a=50/6(kg/min尸const.時，方程的解為y(t)=ka(1 -ec由題圖知，y(二戶ka=150-120=30c則k=30/a=30/(50/6)=3.6( c/(kg/min)首先不考慮延遲，y(t)的變化從t=2min

17、開始，至u t1=8min時，實際變化時間t=6min ,由題圖知_6/t.,.y(t)=y(6)=30(1 -e )=145-120=25 (c)由此解出t=3.35(min)所以t/3.35. o_y(t)=30(1 -e) c若考慮滯后時間i=2min,則0,t 1.0% ,所以該壓力表不符合1.0級精度。7 .解 (1)工程上的壓力是物理上的壓強，即p=f/s (壓強)。(2)絕對壓力是指物體所受的實際壓力；表壓力=絕對壓力尺氣壓力；負壓力(真空度)=大氣壓力/色對壓力8 .通常，由于各種工藝設備和檢測儀表本身就處于大氣壓力之下，因此工程上常采用表壓和真空度來表 示壓力的大小，一般儀表

18、所指的壓力也是表壓或真空度。9 .測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要分為四大類：液柱式壓力計：它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進 行測量的；彈性式壓力計：它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移來進行測量的；電氣式壓力計：它是 通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量的；活塞式壓力計：它是根據(jù)液壓原理，將被測 壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來進行測量的。10 .主要的彈性元件有：1彈簧管：可分為單圈彈簧管與多圈彈簧管，它們的測壓范圍較寬，最高可測 量高達1000mpa勺壓力；2膜片：可分為平薄膜、波紋膜、膜盒等，它的測壓范圍較彈簧管式的為低，通 常可與其他轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應的變送器；3

19、波紋管：這種彈性元件易變形，常用于微壓與低壓的測量。11 .解：(1)彈簧管壓力計的測壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應的位移，只要測出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測壓力p的大小。(2)彈簧管式壓力計的主要組成：彈簧管(測量元件) ，放大機構，游絲，指針，表盤。(3)彈簧管壓力計測壓過程為：用彈簧管壓力計測量壓力時，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大 機構將這個很小的位移量放大從而帶動指針在表盤上指示出當前的壓力值。12 .ex12.13 .將霍爾元件與彈簧管配合，可組成霍爾片式彈簧管壓力傳感器。當被測壓力引入后，彈簧管自由端 產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在磁場中的位置，

20、使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例，利用這一電勢 就可實現(xiàn)壓力的測量。14 .應變片式壓力傳感器：測壓元件是電阻應變片。利用金屬導體的電阻應變效應制成的。壓阻式壓力 傳感器：測壓元件是單晶硅片。利用半導體的壓阻效應制成的。15 .工作原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定 極板組成可變電容器。當被測壓力變化時，由于測壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距 離，造成電容量發(fā)生變化。特點：結(jié)構緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達0.2級、可以測量壓力和差壓。20.解壓力表允許的最大絕對誤差為.max=1.0mpa 1.0%=0.01mpa在校

21、驗點0.5mpa處，絕對誤差為. =0.5 -0.508= -0.008（mpa）該校驗點的測量誤差為-0.008、.二100%=1.57%0.508故該校驗點不符合1.0級精度。21 .解 （1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超 壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實際使用時的測量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。（2）由于儀表的基本誤差 小由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大測量誤差。22 .解 用01.6mpa、精度為1.0級的壓力表來進行測量的基本誤差

22、 max=1.6mpa x1.0%=0.016mpa0.01mpa（允許值）該表不符合工藝上的誤差要求。用01.0mpa、精度為1.0級的壓力表來進行測量的基本誤差max=1.0mpa m1.0%=0.01mpa0.01mpa（允許值） 該表符合工藝上的誤差要求。23 .解 空壓機緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限pmin=1.1mpa,工作壓力上限pmax=1.6mpa設所選壓力表量程為 p,則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關系，有.344pmax 一1 p一 .4p 一 3 pmax1.6 =2.13(mpa)1_pmin - pp - 3 pmin=3 1.1=3.3(mpa

23、)3根據(jù)壓力表量程系列（附表 1）,可選yx-150型、測量范圍為02.5mpa的電接點壓力表。根據(jù)測量誤差要求，測量的最大誤差為maxo.1 5%=0.055（mpa）則所選壓力表的最大引用誤差應滿足0.055max100% =2.2%2.5 -0要求，故可選精度等級為 1.5級的壓力表。24 .解 合成塔控制壓力14mpa為高壓，設所選壓力表的量程為 p,則5 p - 14 ： 23.3（mpa）根據(jù)壓力表量程系列（附表 1）,可選yx-150型、測量范圍為025mpa的電接點壓力表。根據(jù)測量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應滿足0.4、max 100% =1.6%25要求，故可選精度等

24、級為 1.5級的壓力表25 .解壓力表的校驗壓力表的校驗數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果被校表讀數(shù)/mpa0.00.40.81.21.6最大誤差標準表上行程讀數(shù)/mpa0.0000.3850.7901.2101.595標準表下行程讀數(shù)/mpa0.0000.4050.8101.2151.595升降變差/mpa0.0000.0200.0200.0050.0000.020標準表上、下行程讀數(shù)平均值 /mpa0.0000.3950.8001.21251.595絕對誤差也mpa0.0000.0050.000-0.0130.005-0.013儀表的最大引用誤差(從絕對誤差和升降變差中選取絕對值最大者做為zm,求儀表的

25、最大引用誤差)0 020、max = - 100%= 100% = _1.25%pfs1.6所以，這臺儀表1.5級的精度等級合格?？諝赓A罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且pmax=1.0mpa1.6m1/3mpa;最大誤差&ax=1.6m1.5%=0.024mpa e05mpa。所以這臺儀表能用于該空氣貯罐的壓力測量。29 .流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流速發(fā)生變化，使流體的動能發(fā)生變化。根據(jù)能量守恒定律，動能的變化必然引起靜壓能的變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產(chǎn)生靜壓差。30 .流體流經(jīng)節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的壓差與流量之間

26、有一定的對應關系，通過測量壓差的大小，即可得知 流量的大小。由于流量基本方程式是在一定的條件下推導出的，這些條件包括節(jié)流裝置的形式、尺寸、取壓方式 以及流體的工藝條件(密度、溫度、壓力、雷諾數(shù)等)，當以上這些條件改變時都會影響流量的測量。33 .因為轉(zhuǎn)子流量計在流量變化時，轉(zhuǎn)子兩端的壓降是恒定的；而差壓式流量計在流量變化時，節(jié)流裝 置兩端的壓差也是隨之改變的。37 .解 由題知：p0=0.101325mpa, p1=0.65+0.101325=0.751325(mpa) ; t0=293k ,=273+40=313 (k); r=1.293kg/nm 3； r=1.977kg/nm3, q=5

27、0l/s。則qi：0pito，:?1poti1.293 0.751325 293 1.977 0.101325 31350 = 105(l/s)38 .解 由題知 p=7920kg/m3, ff=0.831kg/l=831kg/m3, fw=1000/m3, qo=10 l/min 測苯的流量的修正系數(shù)為kq(7920 -1000) 831(7920 -831) 1000:0.9所以，苯的流量測量范圍為當轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，qr=qo/kq=10/0.9 :11.1(l/min)0 11.1l/min。r=2750kg/m3,此時測水的流量的修正系數(shù)為_ t-：w(7920 -1000)k rq

28、 -一 2 pr - ： w 2750 -1000qr0=q0/krq=10/2=5(l/min)所以，此時測水的流量的測量范圍為05l/min測苯的流量的修正系數(shù)為口i(pr - pw )pf1(2750 -1000)x831n =k fq = = = 0.87(pr -pf )pw (2750-831/1000qrf=qhkfq=5/0.87=5.75 (l/min )所以，此時測苯的流量的測量范圍為05.75l/min。39 .橢圓齒輪流量計屬于容積式流量計，它有兩個相互嚙合的橢圓齒輪，當流體流過時，帶動齒輪旋轉(zhuǎn)。齒輪每轉(zhuǎn)1周排出定量流體，只要測了橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速，便可知被測流體的流量。4

29、1 .解電磁流量計的工作原理是基于管道中的導電流體在磁場中流動時切割磁力線而產(chǎn)生感應電動 勢的電磁感應原理，流體的流速越大，感應電動勢也越大，感應電動勢與流量成正比。電磁流量計只能 用來測量導電液體的流量。42 .漩渦流量計的原理：是利用流體自然振蕩的原理制成的一種漩渦分離型流量計。當流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的漩渦發(fā)生體時，若該物體幾何尺寸適當，則在阻擋體后面，沿兩條平行直線 上會產(chǎn)生整齊排列、轉(zhuǎn)向相反的漩渦列。漩渦產(chǎn)生的頻率和流體的流速成正比。通過測出漩渦產(chǎn)生的頻 率可知流體的流量。46 . (1)直讀式物位儀表：利用連通器的原理工作。(2)差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對某

30、定點產(chǎn)生壓力的原理而工作。(3)浮力式物位儀表：利用浮子的高度隨液位變化而改變，或液體對浸沉于液體中的浮子(或沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理來工作的。(4)電磁式物位儀表：把物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測出電量的變化測出物位。(5)核輻射式物位儀表：利用核輻射透過物體時，其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理來工作。目前t射線應用最多。(6)聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出 這些變化即可測出物位。(7)光學式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作。47 .差壓式液位計是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理而工作

31、的。當測量有壓容器的液位時，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負壓室與容器的氣相相連接，以平衡氣相 壓力p變化時對液位測量的影響。48 .生產(chǎn)中欲連續(xù)測量液體的密度，根據(jù)已學的測量壓力及液位的原理，試考慮一種利用差壓原理來連 續(xù)測量液體密度的方案。r=pw = kfc 氣.5= p* = hp 宮，當a f不變時.與成正tt* p的測量=，的測出491）利用差壓式液位計可以測液體的分界面=力0% +（蟲 卡 包），口-工=（包+房+生）戶1g + p.&p= pl p* =/ s* 。）f=玄鳴j.”與分界面高度包成正比q2）注意：測量界面時,兩種液體應互不相溶，且有明顯的密度差；差壓變送器的

32、正取壓口應在最低分界面之下，負取壓口應在 最高分界面之上，但不能高于容器內(nèi)的液位高度（即不能氣 相取壓.）50、什么是液位測量時的零點遷移問題 ？怎樣進行遷移？其實質(zhì)是什么？（參考）答（1）當被測容器的液位 h=0時，差壓液位計所感受的壓差 ap，0的現(xiàn)象，稱為液位測量時的零點遷 移在使用差壓變送器測量液位時，一般壓差與液位高度h之間的關系為：=。這就是一般的 無遷移”的情況。當h = o時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。實際應用中，有時為防止容器內(nèi)液體和氣體進入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液設被測介質(zhì)密度為

33、，隔離液密度為：（通常），此時正、負壓室的壓力分別為：正負壓室間的壓差為：當h=0時，,此為 有遷移”情況。若采用的是ddz w型差壓變送器，其輸出范圍為 420ma的電流信號。 無遷移”時，h = 0, =0,變送器輸出 =4ma;。有遷移”時，h = 0,為了使液位的零值與滿量程能與變送器輸出的上、下限值相對應，即在 有遷移”情況下，使得當h=0時，?？烧{(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消 固定壓差 的作用，此為 零點遷移”方法。這里遷移彈簧的作用，其實質(zhì)就是改變測量范圍的上、下限， 相當于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。51.在液位測量中，當被測液位 h=o寸，如果差壓變送器的輸入信號ap。

34、，則為“正遷移”；反之如果被測液位h=0時，差壓變送器的輸入信號 pv。，則為“負遷移”。52、解：差壓液位計正壓室壓力pi=：ghi+ ：gh+po負壓室壓力p2=由h2+ p0 正、負壓室的壓差；p=pi 42= ：gh-(h2-hi) i：gh=0 時，p= -(h2-hi)(go這種液位測量時，具有 負遷移”現(xiàn)象，為了使h=0時，緋=0,該差壓變送器測液位時需要零點遷移，遷移量為(h2_hi);g58.什么是熱電偶的熱電特性？熱電偶的熱電勢由哪兩部分組成？解：(1)將兩種不同的導體(金屬或合金)a和b組成一個閉合回路(稱為熱電偶)，若兩接觸點溫度(t、to)不同，則回路中有一定大小電流

35、，表明回路中有電勢產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動勢效應或塞貝 克(seebecko效應。回路中的電勢稱為熱動勢，用eab(t, to)或eab, to).(2)熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。59、解：(1)常用的熱電偶有如下幾種：熱電偶名林代號分度號熱電極材料甜溫弗國/c新舊正熱電極|負蠅極,長期值用轆期使用般抽率愀wrrbll 2拓遍信金鼠孤300-16001800柏幡通wrpslb-3曲熱n合金純的-20-13001600檬格-模位wrnkeu-2候珞合金錦璉合金-50-10001200wree集鍋合金1桐鎮(zhèn)合金 40800900鐵力錦wrfj軼銅像合金750wrcick鍋建合金7

36、加7m350(2)所配用的補償導線如下:熱電偶名林導 ft工作端為100%，冷端為0。 時的標選熱電勢/mv正&負極材料斯色材料*虹鋼鎮(zhèn)10. &450.037糅格-銀在f想相)銀紅桐犢蜜095 0.105爆格-鍬鐮事夠紅軻轅粽6.3170.170桐-利鎮(zhèn)桐紅桐銀白k 77 0.047(3)用廉價的補償導線代替熱電偶使冷端遠離熱端不受其溫度場變化的影響并與測量電路相連接。 使用補償導線時要注意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補償導線與配對的熱電偶具有相同或相近的熱電特性； 保持延伸電極與熱電偶兩個接點溫度相等。60 .用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：(1)熱電

37、偶的熱電勢只有當 to (或to)恒定是才是被測溫度 t (或t)的單值函數(shù)。熱電偶標準 分度表是以to= 0c為參考溫度條件下測試制定的， 只有保持to= o c,才能直接應用分度表或分度曲線。 若to0,則應進行冷端補償和處理。(2)冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導線法，0c恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動補償法等。61 .試述熱電偶溫度計、熱電阻溫度計各包括哪些元件和儀表？輸入、輸出信號各是什么？解：熱電偶溫度計由熱電偶(感溫元件)、顯示儀表和連接導線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是熱電勢。熱電阻溫度計由熱電阻(感溫元件)、顯示儀表和連接導線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是電阻。62 .

38、用k型熱電偶測某設備的溫度，測得的熱電勢為20mv,冷端(室溫)為25c,求設備的溫度？如果改用e型熱電偶來測溫，在相同的條件下，e熱電偶測得的熱電勢為多少？解 用k型熱電偶測溫時，設設備的溫度為t,則e(t, 25)=20mv,查k型熱電偶分度表，e(25,0)=1.000mv。根據(jù)中間溫度定律，e(t, 0)= e(t, 25)+ e(25, 0)=20+1.0=21.000 mv反查k型熱電偶分度表，得t=508.4c若改用e型熱電偶來測次設備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測得熱電勢為ee(508.4, 25)= ek(508.4, 0)-ek(25, 0)=37678.6,496.5=

39、36182.1 w 36.18mv。63 .解 認為換熱器內(nèi)的溫度為 430c不對。設換熱器內(nèi)的溫度為t,實測熱電勢為e(t, 30),根據(jù)顯示儀表指示值為 400c,則有e(t,30)= e(400,0),由中間溫度定律并查饃銘-銅饃(e型)熱電偶分度表，有e(t, 0)= e(t, 30)+ e(30, 0)= e(400, 0)+ e(30, 0)=28943+1801=30744四反查銀銘-銅銀熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度 t=422.5c64、解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。查分度號e,可得160c時的電勢為10501 口,這電勢實際上是由k熱電偶產(chǎn)生的，即e(tx,25) =105

40、01查分度號k,可得e(20,0) =1000卬，由此可見，e(tx,0) =e(tx,25)e(25,0) =10501 1000 = 11501由這個數(shù)值查分度號 k,可得實際溫度tx=283c。65.熱電阻溫度計的原理：是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性測溫的。只要測出感溫熱 電阻的阻值變化，便可得知被測溫度大小。常用熱電阻的種類： pt10、pt100、cu5a cu100o r防別為：10 q、100 q、50 q、100 q 。67.解 查cul00的分度表，140 c對應電阻為159.96q,而該電阻彳！實際為 ptl00鉗電阻測溫時的電阻 值，反查ptl00的分度表，

41、得實際溫度為 157 c例題：用分度號為cu50、百度電阻比 w(100)=rioo/ro=1.42的銅熱電阻測某一反應器內(nèi)溫度，當被測溫度為50c時，該熱電阻的阻值 r50為多少？ 若測某一環(huán)境溫度時熱電阻的阻值為92q,該環(huán)境溫度為多少？解 分度號為cu50、百度電阻比 w(100)=1.42的銅熱電阻，其 ro=50q, rioo=5o442=71 d 則該 銅熱電阻測溫的靈敏度 k為k = 7150 =0.21(qc)100 -0被測溫度為50c時，電阻值&o=5odo.21fle冷0 =60.5g。當測某一環(huán)境溫度時，若熱電阻的阻值rt=92q,則對應的環(huán)境溫度為t=(92 -50)

42、/0.21=200 co69、說明熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器的組成及主要異同點。熱電偶溫度變送器的結(jié)構大體上可分為三大部分：輸入橋路、放大電路及反饋電路。熱電阻溫度變送器的結(jié)構大體上也可分為三大部分：輸入橋路、放大電路及反饋電路。熱電阻溫度變送器和熱電偶溫度變送器比較，放大電路是通用的，只是輸入電路和反饋電路不同第4章 自動控制儀表 p1391.解控制器的控制規(guī)律是指才$制器的輸出信號p與輸入信號e之間的關系，即p = f （e） = f （z - x）控制器的基本控制規(guī)律有：位式控制（其中以雙位控制比較常用）；比例控制（p）；積分控制（i）；微分控制（d）。3 .比例控制是按偏差大小

43、進行控制的，控制器的輸出信號p與其輸入信號e成正比。當比例控制系統(tǒng)的控制過程結(jié)束之后，其被控變量新的穩(wěn)定值與給定值之間仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的 產(chǎn)生是由比例控制本身的特性所決定的。因為比例控制作用是與偏差成比例的，只有偏差存在，才能產(chǎn) 生控制作用。當系統(tǒng)受到一定的擾動后，為了克服擾動，必定要有一定的控制作用，才能使系統(tǒng)達到新 的平衡，所以必定存在與該控制作用相對應的偏差，即余差。4 .解比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)， 用式子表示為：e = e/p 父100% xmax - xmin : pmax - pmin / 式中 e

44、輸入變化量；p 相應的輸出變化量；xmax -xmin 輸入的最大變化量，即儀表的量程；pmax - pmin 輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。5,解每 j .pmaxfn 100=16=80%p xmax - xminp 1000 -0 p控制器的輸出變化量p=1.6/80%=2（ma）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)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

45、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，應選擇大的比例度。7 .積分控制能消除余差的原因：因為積分控制作用的輸出與輸入偏差的積分成正比，只要有偏差存在，積分控制作用將隨時間不斷變化，直至偏差完全消除，系統(tǒng)才能穩(wěn)定下來，所以 ,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j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 -8時，成為純比例控制。9 .解控制器的放大倍數(shù)kp=1/、=1/100%=1控制器的積分時間 t=2min

46、,穩(wěn)態(tài)輸出p0=5ma;控制器的輸入變化量為 a=0.2ma。經(jīng)歷時間t=5min。 則輸出變化量kc1.：p =kpa pat =1 0.2 _ 0.2 5=0.7（ma） p ti2所以，經(jīng)歷時間5min后，控制器的輸出為p=po+ ；：p=5+0.7=5.7（ma）10 .因為微分控制作用的輸出與輸入偏差的變化速度成正比，一旦偏差不變化，即使偏差非常大，微分 控制也無能為力了，所以微分控制規(guī)律不能單獨使用。11 .試寫出比例積分微分（pid）三作用控制規(guī)律的數(shù)學表達式。解pid控制器的控制規(guī)律的數(shù)學表達式為1dep = kp e + jedt+tp 1t1dt j其中，e輸入變化量；p相

47、應的輸出變化量；kp一放大彳t數(shù)；ti稱為積分時間；td一微分時間。12.試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點。解 比例控制規(guī)律的特點是反應快，控制及時；存在余差（有差控制）積分控制規(guī)律的特點是控制動作緩慢，控制不及時；無余差（無差控制）微分控制規(guī)律的特點是控制響應快，故有超前控制之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固 定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨使用這種控制器, 它常與比例或比例積分組合構成比例微分或比例積分微分控制器。第5章執(zhí)行器 p1511 .解 氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構和控制機構（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)

48、輸 入控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力f和直線位移i,推動控制機構動作，所以它是將控制信號的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機構是執(zhí)行器的控制部分，它直接與操縱介質(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 .直通單座控制閥應用于小口徑、低壓差的場合。直通雙座控制閥角型控制閥適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒的場合。三通控制閥配比控制或旁路控制隔膜控制閥適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。蝶閥大口徑、大流量、低壓差，含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)球閥適用于高黏度和污穢介質(zhì)的控制凸輪撓曲閥用于

49、高黏度八帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制籠式閥壓差大，要求噪聲小的場合。對高溫、高黏度及含固體顆粒的介質(zhì)不適用4.解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系：2=f lqmax l式中，相對流量 q/qmax是控制閥某一開度時流量q與全開時流量 qmax之比；相對開度l/l是控制閥某一開度行程l與全開行程l之比。在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。主要有:直線流量特性等百分比（對數(shù)）流量特性拋物線流量特性快開流量特性等四種。1qmax r+(r-1)；q二rqmaxd q qmax y二 kd l l32；qmax qirm7 .解

50、控制閥的可調(diào)范圍（可調(diào)比）是其所能控制的最大流量qmax與最小流量qmin的比值，即rqmax =qmin在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會變小。8 .解串聯(lián)管道中的阻力比s為控制閥全開時閥上的壓差s 二系統(tǒng)總壓差（即系統(tǒng)中最大流量時動力損失總和）s值變化時，管道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。s = 1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓差全降在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著 s值 的減小，直線特性漸漸趨近于快開特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實際使用中，一般希望s值不低于0.3,常選s=0.30.5。s0.6時，與

51、理想流量特性相差無幾。9 .解 并聯(lián)管道中的分流比x為并聯(lián)管道控制閥全開時流量q1 max x =總管最大流量qmaxx值變化時，控制閥的流量變化，控制閥所控制的流量與總管的流量產(chǎn)生差異，因此，其理想流量特性將會發(fā)生畸變。x=1時，控制閥的流量就是總管的流量，工作特性與理想特性一致。隨著 x值的減 小，旁路閥逐漸打開，雖然控制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。11.解 氣動執(zhí)行器（控制閥）的氣開式為，有壓力控制信號時閥開，無壓力控制信號時閥處于全關； 氣關式為，有壓力控制信號時閥關，無壓力控制信號時閥處于全開。氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關式的選 擇原則是考慮工藝生產(chǎn)的安全，即控制信號中斷時，應保證設備和工作人員的安全。16.試述電-氣閥門定位器的用途。答電一氣閥門定位器除了能將電信號轉(zhuǎn)換為氣信號外，還能夠使閥桿位移與送來的信