化工儀表及自動(dòng)化 (第五版)課后解答

1、第3章 檢測(cè)儀表與傳感器3-1 什么叫測(cè)量過(guò)程?解 測(cè)量過(guò)程就是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程3-5 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)果分別為：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/02004006007008009001000被校表讀數(shù)/02014026047068059031001(1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如果工藝上允許的最大絕對(duì)誤差為8C，問(wèn)該溫度儀表是否符合要求?解 (1 校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/02004006007008009001000被校表讀數(shù)/02014026047068059031001絕對(duì)誤差/0+1+2

2、+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對(duì)誤差：+6；(2儀表誤差：，儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)；(3儀表的基本誤差：m=1000(1.0%=10, 該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。3-6 如果有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為010MPa，經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校表正行程讀數(shù)/MPa01.983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.068.0310.01(1求出該壓力表的變差；(2問(wèn)該壓力表是否符合10級(jí)精度?解 （1）校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校表正行程讀數(shù)/MPa01.983.965.947.9

3、79.99被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.068.0310.01壓力表的變差/%00.40.71.20.60.2被校表正、行程讀數(shù)平均值/MPa02.003.9956.008.0010.00儀表絕對(duì)誤差/ MPa00.000.0050.000.000.00由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差：1.2%；（2）儀表誤差：；但是，由于儀表變差為1.2%1.0%，所以該壓力表不符合1.0級(jí)精度。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?解 （1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即P=F/S（壓強(qiáng)）。（2）絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力；表壓力=絕對(duì)壓力大氣壓力；負(fù)壓力（

4、真空度）=大氣壓力絕對(duì)壓力3-10作為感受壓力的彈性元件有哪幾種?解 彈簧管式彈性元件、薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種）、波紋管式彈性元件。3-11彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是什么?試述彈簧管壓力計(jì)的主要組成及測(cè)壓過(guò)程。解：（1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)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(yīng)的位移，只要測(cè)出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測(cè)壓力p的大小。（2）彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤(pán)。（3）彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過(guò)程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大機(jī)構(gòu)將這個(gè)很小的位移量放大從而帶動(dòng)指針在表盤(pán)上指示出當(dāng)前的壓力

5、值。3-14 電容式壓力傳感器的工作原理是什么?有何特點(diǎn)?解 見(jiàn)教材P.54P55。當(dāng)差動(dòng)電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時(shí)，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。其特點(diǎn)：輸出信號(hào)與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測(cè)量。3-15 某壓力表的測(cè)量范圍為01MPa，精度等級(jí)為1.0級(jí)，試問(wèn)此壓力表允許的最大絕對(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0.5MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為0.508MPa，試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級(jí)精度，為什么?解 壓力表允

6、許的最大絕對(duì)誤差為max=1.0MPa1.0%=0.01MPa在校驗(yàn)點(diǎn)0.5MPa處，絕對(duì)誤差為=0.50.508=0.008(MPa該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合1.0級(jí)精度。3-16為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要根據(jù)測(cè)量大小來(lái)選取?選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值有何問(wèn)題?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(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓情況，對(duì)儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實(shí)際使用時(shí)的測(cè)量誤差，儀表的量程又不宜選得過(guò)大。（2）由于儀表的基本誤差m由其精度等級(jí)和量程決定，在整個(gè)儀表測(cè)量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)

7、值這樣會(huì)加大測(cè)量誤差。3-17 如果某反應(yīng)器最大壓力為0.8MPa，允許最大絕對(duì)誤差為0.01MPa?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa，精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求?若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.0MPa，精度為1.0級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎?試說(shuō)明其理由。解 用01.6MPa、精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差max=1.6MPa1.0%=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l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差max=1.0MPa1.0%=0.01MPa0.01MPa(允許值該表符合工藝上的誤差要

8、求。3-18 某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.11.6MPa，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)(類型、測(cè)量范圍、精度等級(jí)，并說(shuō)明其理由。解 空壓機(jī)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(shè)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(guān)系，有根據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測(cè)量范圍為02.5MPa的電接點(diǎn)壓力表。根據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為max1.15%=0.055(MPa則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足要求，故可選精度等級(jí)為2.0

9、級(jí)（或1.5級(jí)）的壓力表。3-19 某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求誤差不超過(guò)0.4MPa，試選用一臺(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 合成塔控制壓力14MPa為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為p，則根據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測(cè)量范圍為025MPa的電接點(diǎn)壓力表。根據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。3-20 現(xiàn)有一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa，精度為1.5級(jí)的普通彈簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果為：被校表讀數(shù)/MPa00 04 08 12 16標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa0000 0385 0790 1

10、210 1595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa0000 0405 0810 1215 1595試問(wèn)這臺(tái)表合格否?它能否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（該貯罐工作壓力為0.81.0MPa，測(cè)量的絕對(duì)誤差不允許大于0.05MPa）?解 壓力表的校驗(yàn)表3-1 壓力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果被校表讀數(shù)/MPa0.0 0.4 0.8 1.2 1.6最大誤差標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa0.000 0.385 0.790 1.210 1.595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa0.000 0.405 0.810 1.215 1.595升降變差/MPa0.000 0.020 0.020 0.005 0.0000.020標(biāo)準(zhǔn)表上、下行

11、程讀數(shù)平均值/MPa0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595絕對(duì)誤差/MPa0.000 0.005 0.000 -0.013 0.005-0.013儀表的最大引用誤差（從絕對(duì)誤差和升降變差中選取絕對(duì)值最大者做為m，求儀表的最大引用誤差）所以，這臺(tái)儀表1.5級(jí)的精度等級(jí)合格?？諝赓A罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且Pmax=1.0MPa1.62/3MPa；Pmin=0.8MPa1.61/3MPa；最大誤差max=1.61.5%=0.024MPa0.05MPa。所以這臺(tái)儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。3-24什么叫節(jié)流現(xiàn)象? 流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生靜壓差?解：流體在有節(jié)流裝置的管道中

12、流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。3-28 為什么說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)?解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)，轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差p為一常數(shù)，即=const.（恒量）3-32 用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)氣壓為0.65MPa、溫度為40的CO2氣體的流量時(shí)，若已知流量計(jì)讀數(shù)為50L/s，求CO2的真實(shí)流量（已知CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為1.977kgm3）。解 由題知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa；T0=293

13、K，T1=273+40=313（K）；0=1.293kg/Nm3；1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。則3-33 用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量范圍為010L/min，轉(zhuǎn)子用密度為7920kgm3的不銹鋼制成，若用來(lái)測(cè)量密度為0.831kgL苯的流量，問(wèn)測(cè)量范圍為多少?若這時(shí)轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750kgm3的鋁制成，問(wèn)這時(shí)用來(lái)測(cè)量水的流量及苯的流量，其測(cè)量范圍各為多少?解 由題知t=7920kgm3，f=0.831kgL=831kgm3，W=1000m3，Q0=10 L/min測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為Qr=Q0/KQ=10/0.911.1(L/min所以，苯的流量測(cè)量范圍為011.1L

14、/min。當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)，r=2750kgm3，此時(shí)測(cè)水的流量的修正系數(shù)為Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min所以，此時(shí)測(cè)水的流量的測(cè)量范圍為05L/min測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75（L/min）所以，此時(shí)測(cè)苯的流量的測(cè)量范圍為05.75L/min。3-36 渦輪流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)是什么?解：（1）渦輪流量計(jì)的工作原理：流體在管道中流動(dòng)時(shí)使葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，反映流體流速的大小。流速與管道截面的乘積就是流體的流量。（2）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：安裝方便、測(cè)量精度高、可耐高壓

15、、反應(yīng)快、便于遠(yuǎn)傳、不受干擾、容易磨損等特點(diǎn)。3-37 電磁流量計(jì)的工作原理是什么?它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求?解 電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電磁感應(yīng)原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比。電磁流量計(jì)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。3-46 什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題?怎樣進(jìn)行遷移?其實(shí)質(zhì)是什么?解 （1）當(dāng)被測(cè)容器的液位H=0時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓差p0的現(xiàn)象，稱為液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移，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)題3-19圖，問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位

16、時(shí)，要不要遷移?如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮?題3-19圖 高溫液體的液位測(cè)量解：差壓液位計(jì)正壓室壓力p1=gh1+ gH+p0負(fù)壓室壓力p2=gh2+ p0正、負(fù)壓室的壓差p=p1p2= gH(h2h1 g H=0時(shí)，p= (h2h1 g。這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使H=0時(shí)，p=0，該差壓變送器測(cè)液位時(shí)需要零點(diǎn)遷移，遷移量為(h2h1 g3-54 什么是熱電偶的熱電特性? 熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成?解：（1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）A和B組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)溫度(T、T0不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或

17、塞貝克（Seebeck）效應(yīng)?；芈分械碾妱?shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，用EAB(T，T0或EAB(t，t0.（2）熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。3-22常用的熱電偶有哪幾種?所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線是什么?為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線?并說(shuō)明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪幾點(diǎn)?解：（1）常用的熱電偶有如下幾種：（2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下：（3）用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場(chǎng)變化的影響并與測(cè)量電路相連接。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)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(gè)接點(diǎn)溫度相等。3-56 用熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?其冷端溫度補(bǔ)償?shù)?/p>

18、方法有哪幾種?解：（1）熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng)T0（或t0）恒定是才是被測(cè)溫度T（或t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以T00為參考溫度條件下測(cè)試制定的，只有保持T00，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若T00，則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。（2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L(zhǎng)導(dǎo)線法，0恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法等。3-57試述熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和儀表?輸入、輸出信號(hào)各是什么?解：熱電偶溫度計(jì)由熱電偶（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)。熱電阻溫度計(jì)由熱電阻（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是電阻。3-58

19、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25C，求設(shè)備的溫度?如果改用E型熱電偶來(lái)測(cè)溫，在相同的條件下，E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少?解 用K型熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)設(shè)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=508.4若改用E型熱電偶來(lái)測(cè)次設(shè)備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測(cè)得熱電勢(shì)為EK(508.4，25= EK(508.4，0 EK(25，0=37678.61496.5=36182.1V36.18mV

20、。3-59 現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)某換熱器內(nèi)的溫度，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，則認(rèn)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?解 認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430不對(duì)。設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為t，實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為E(t，30，根據(jù)顯示儀表指示值為400，則有E(t，30= E(400，0，由中間溫度定律并查鎳鉻-銅鎳（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=30744V反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得器內(nèi)的溫度t=422.53-60試述熱電阻測(cè)溫原理?常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N?熱

21、電阻的分度號(hào)主要有幾種?相應(yīng)的R0各為多少?解：（1）熱電阻測(cè)溫原理：電阻溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。（2）常用測(cè)溫?zé)犭娮栌校恒K熱電阻和銅熱電阻。（3）鉑熱電阻的分度號(hào)主要有：Pt100，（R0=100）；Pt50，（R0=50）；Pt1000，（R0=1000）；等銅熱電阻的分度號(hào)主要有：Cu100，（R0=100）；Cu50，（R0=50）；等3-62 用分度號(hào)為Ptl00鉑電阻測(cè)溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了Cul00的分度表，查得的溫度為140，問(wèn)實(shí)際溫度為多少?解 查Cul00的分度表，140對(duì)應(yīng)電阻為159.96，而該電阻值實(shí)際為Ptl00鉑電阻測(cè)溫時(shí)的電阻值，反查P

22、tl00的分度表，得實(shí)際溫度為1573-63 用分度號(hào)為Cu50、百度電阻比W(100=R100/R0=1.42的銅熱電阻測(cè)某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為50時(shí)，該熱電阻的阻值R50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 分度號(hào)為Cu50、百度電阻比W(100=1.42的銅熱電阻，其R0=50，R100=501.42=71。則該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度k為(/被測(cè)溫度為50時(shí)，電阻值R50=50+0.21/50=60.5。當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值Rt=92，則對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為t=(9250/0.21=200。第1章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)主

23、要由哪些環(huán)節(jié)組成？解 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由檢測(cè)變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象等四個(gè)環(huán)節(jié)組成。1-5 題1-5圖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所代表的意義。題1-5圖 加熱器控制流程圖解 PI-307表示就地安裝的壓力指示儀表，工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為07；TRC-303表示集中儀表盤(pán)安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為03；FRC-305表示集中儀表盤(pán)安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為05。1-7 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用?解 測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)

24、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(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）送往控制器；控制器接受測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值來(lái)改變閥門(mén)的開(kāi)啟度，從而改變操縱變量的大小。1-8試分別說(shuō)明什么是被控對(duì)象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì)?解：被控對(duì)象（對(duì)象）自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。被控變量被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)?？叵到y(tǒng)通常用該變量的名稱來(lái)稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。給定值

25、（或設(shè)定值或期望值）人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，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(duì)被控變量具有較強(qiáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)控制作用的物料。1-11 題l-11圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫(huà)出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么?并說(shuō)明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。題1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖

26、題解1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)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(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時(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)算處理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開(kāi)度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1-12 題1-11圖所示的溫度控制系統(tǒng)中，如果由于進(jìn)料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值，試說(shuō)明此時(shí)該控制系統(tǒng)的工作情況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)控制作用來(lái)

27、克服干擾作用對(duì)被控變量影響的?解：當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值（即升高）時(shí)，溫度測(cè)量元件測(cè)出溫度值與給定值比較，溫度控制器TC將比較的偏差經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)使冷卻水閥門(mén)開(kāi)度增大，從而增大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)，這樣克服干擾作用對(duì)被控變量影響。1-13 按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分哪幾類?解：按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為以下三類：定值控制系統(tǒng)給定值恒定的控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機(jī)變化的系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)給定值按一定時(shí)間程序變化的系統(tǒng)。 1-19 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(90010?？紤]安全因素，控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò)

28、80?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間（被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的1%（即900（1%）=9）的時(shí)間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求?題1-19圖 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線解 最大偏差A(yù)=950900=50（）；超調(diào)量B=950908=42（）；由于B=918908=10（），所以，衰減比n=BB=4210=4.2；余差C=908900=8；振蕩周期T=459=36(min；過(guò)渡時(shí)間ts=47min。因?yàn)锳=5080，C=810，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所

29、給的工藝要求。1-20 題l-20(a 圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對(duì)象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么?現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從80提高到81，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20(b 圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、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）。題1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。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(duì)象是蒸汽加熱器；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(jìn)口物料的流量

30、、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(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差A(yù)=81.581=0.5（）；由于B=81.580.7=0.8（），B=80.980.7=0.2（），所以，衰減比n=BB=0.80.2=4；余差C=80.781=0.3（）。第4章 顯示儀表4-10 對(duì)于標(biāo)尺始端為0的電子電位差計(jì)，當(dāng)熱電偶的熱端為0，冷端為25時(shí)，問(wèn)這時(shí)應(yīng)指示多少度?輸入信號(hào)為多少?若熱端為0，冷端也為0時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示多少度?輸入信號(hào)為多少?解 當(dāng)熱電偶的熱端為0，冷端為25時(shí)，應(yīng)指示0；輸入信號(hào)為E(0，25= E(25，0。若熱端為0，冷端也為0時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示0；輸入信號(hào)為E(

31、0，0=0。4-12 如題4-12圖所示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的型號(hào)為K，請(qǐng)回答：(1這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)?(2顯示儀表應(yīng)采用哪種儀表?該儀表的輸入信號(hào)是多少?應(yīng)指示多少溫度?題4-12圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)圖解 （1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。（2）顯示儀表應(yīng)采用XCZ-101型動(dòng)圈式顯示儀表或電子電位差計(jì)顯示儀表；儀表的輸入信號(hào)是K型熱電偶的熱電勢(shì)E(600，25，E(600，25= E(600，0 E(25，0=24902 1000=23902（V）；指示溫度應(yīng)為600（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，能直接顯示被測(cè)溫度）。4-13 測(cè)溫系統(tǒng)如題4-13圖所示。請(qǐng)說(shuō)出這是工業(yè)上用的哪種

32、溫度計(jì)?已知熱電偶為K，但錯(cuò)用與E配套的顯示儀表，當(dāng)儀表指示為160時(shí)，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際溫度tx為多少度?（室溫為25）題4-13圖 測(cè)溫系統(tǒng)圖解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。當(dāng)與E型熱電偶配套的顯示儀表指示為160、室溫為25時(shí)，顯示儀表的輸入信號(hào)應(yīng)為E型熱電偶在熱端為160、冷端為25時(shí)的熱電勢(shì)EE(160，25。而顯示儀表外實(shí)際配用的是K型熱電偶，其輸入的熱電勢(shì)EE(160，25，實(shí)際應(yīng)為K型熱電偶在熱端為tx、冷端為25時(shí)的熱電勢(shì)EK(tx，25，即EK(tx，25= EE(160，25。EE(160，25= EE(160，0 EE(25，0查E型熱電偶分度表EE(160，0 = 10501

33、V，EE(25，0=1496.5V，則EE(160，25=105011496.5=9004.5VEK(tx，0 =EK(tx，25+ EK(25，0=9004.5+1000(查K型熱電偶分度表=10004.5（V）反查K型熱電偶分度表，得tx=246.44-14 試述電子自動(dòng)平衡電橋的工作原理?當(dāng)熱電阻短路、斷路或電源停電時(shí)，指針應(yīng)指在什么地方?為什么?解 電子自動(dòng)平衡電橋的原理電路如下圖所示。題解4-14圖 電子平衡電橋測(cè)溫原理圖 當(dāng)被測(cè)溫度為測(cè)量下限時(shí)，Rt有最小值及Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是R3（Rt0+RP）=R2R4 （1）當(dāng)被測(cè)溫度升高后，熱電阻阻值增加R

34、t，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)右移動(dòng)才能使電橋平衡，此時(shí)電橋的平衡條件是R3（Rt0+Rt+RPr1）=R2(R4+ r1 （2）用式（1）減式（2），則得Rt R3 r1R3= R2r1 即 （3）從上式可以看出：滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映熱電阻阻值的變化，亦即反映了被測(cè)溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。當(dāng)熱電阻短路時(shí)，Rt=0，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向左滑動(dòng)，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時(shí)，Rt=，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向右滑動(dòng)，直至終終端；當(dāng)電源停電時(shí)，指針指在任何位置，電橋輸出都為0，（電橋“平衡”）。第5章 自動(dòng)控制儀表5-1 什么是控制器的控制規(guī)律?控制器有哪些

35、基本控制規(guī)律?解 控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)p與輸入信號(hào)e之間的關(guān)系，即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。5-4 何為比例控制器的比例度?一臺(tái)DDZ型液位比例控制器，其液位的測(cè)量范圍為01.2m，若指示值從0.4m增大到0.6m，比例控制器的輸出相應(yīng)從5mA增大到7mA，試求控制器的比例度及放大系數(shù)。解 比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為：式中 e 輸入變化量；p 相應(yīng)的輸出變化量；輸入的最大變化量，即儀表的量程；輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。根

36、據(jù)題給條件，該控制器的比例度為對(duì)于單元組合儀表，其放大系數(shù)為KP=1/=1/83.3%=120%5-5 一臺(tái)DDZ型溫度比例控制器，測(cè)量的全量程為01000，當(dāng)指示值變化100，控制器比例度為80，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少?解 控制器的輸出變化量 p=1.6/80%=2(mA5-9 一臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的DDZ型控制器，其比例度為200，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5mA。在某瞬間，輸入突然變化了0.5mA，經(jīng)過(guò)30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA，試問(wèn)該控制器的積分時(shí)間TI為多少?解 控制器的放大倍數(shù)KP=1/=1/200%=0.5控制器的輸入變化量為A=0.5mA；控制器的輸出變化量為p=65=1(m

37、A，經(jīng)歷時(shí)間t=30s。由得5-10 某臺(tái)DDZ型比例積分控制器，比例度為100，積分時(shí)間TI為2min。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5mA。某瞬間，輸入突然增加了0.2mA，試問(wèn)經(jīng)過(guò)5min后，輸出將由5mA變化到多少?解 控制器的放大倍數(shù)KP=1/=1/100%=1控制器的積分時(shí)間TI=2min，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(shí)間t=5min。則輸出變化量所以，經(jīng)歷時(shí)間5min后，控制器的輸出為p=p0+p=5+0.7=5.7(mA5-12 試寫(xiě)出比例積分微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。解 PID控制器的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為其中，e輸入變化量；p相應(yīng)的輸出變化

38、量；KP放大倍數(shù)；TI稱為積分時(shí)間；TD微分時(shí)間。5-13 試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。解 比例控制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)快，控制及時(shí)；存在余差(有差控制積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)；無(wú)余差(無(wú)差控制微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制響應(yīng)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(méi)有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制器。第 6章 執(zhí)行器6-1 氣動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成? 各起什么作用?解 氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行

39、器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)輸入控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力F和直線位移l，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將控制信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機(jī)構(gòu)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(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性和理想流量特性? 常用的控制閥理想流量特性有哪些?解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系：式中，相對(duì)流量Q/Qmax是控制閥某一開(kāi)度時(shí)流量Q與全開(kāi)時(shí)流量Qmax之比；相對(duì)開(kāi)度l/L是控制閥某一開(kāi)度行程l與全開(kāi)行程L之比。在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為理

40、想流量特性。主要有：直線流量特性 ；等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性 ；拋物線流量特性 ；快開(kāi)流量特性 等四種。6-7 什么叫控制閥的可調(diào)范圍? 在串、并聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化?解 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，即在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會(huì)變小。6-8 已知閥的最大流量Qmax50m3/h，可調(diào)范圍R30。（1）計(jì)算其最小流量Qmin，并說(shuō)明Qmin是否就是閥的泄漏量。（2）若閥的流量特性為直線流量特性，問(wèn)在理想情況下閥的相對(duì)行程l/L為0.2及0.8時(shí)的流量值Q。（3）若閥的流量特性為等百分比流量特性，問(wèn)在理想情況下閥

41、的相對(duì)行程為0.2及0.8時(shí)的流量值Q。解 （1）由，得。Qmin不是閥的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。（2）由直線流量特性，得，l/L= 0.2時(shí)，l/L= 0.8時(shí)，（3）由直線流量特性，得，l/L= 0.2時(shí)，l/L= 0.8時(shí)，6-9閥的理想流量特性分別為直線流量特性和等百分比流量特性，試求出在理想情況下，相對(duì)行程分別為l/L0.2和0.8時(shí)的兩種閥的相對(duì)放大系數(shù)。（閥的可調(diào)比R=30）解 當(dāng)閥的理想流量特性為直線流量特性時(shí)，由，得，即與l/L的值無(wú)關(guān)，所以，對(duì)于相對(duì)行程分別為l/L0.2和0.8時(shí)的直線流量特性閥，均有K相對(duì)=11/R=11/30=0.967。當(dāng)閥的理想

42、流量特性為等百分比流量特性時(shí)，由，得，則當(dāng)l/L0.2時(shí)，當(dāng)l/L0.8時(shí)，6-10 已知閥的最大流量Qmax100m3/h，可調(diào)范圍R30。試分別計(jì)算在理想情況下閥的相對(duì)行程為l/L=0.1、0.2、0.8、0.9時(shí)的流量值Q，并比較不同理想流量特性的控制閥在小開(kāi)度與大開(kāi)度時(shí)的流量變化情況。(1 直線流量特性。(2 等百分比流量特性。解 (1 根據(jù)直線流量特性，相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的關(guān)系：分別在公式中代入數(shù)據(jù)Qmax100m3/h，R30，l/L=0.1、0.2、0.8、0.9等數(shù)據(jù)，可計(jì)算出在相對(duì)行程為0.1、0.2、0.8、0.9時(shí)的流量值：Q0.113m3/h Q0.222.67 m

43、3/h Q0.880.67 m3/h Q0.990.33 m3/h。(2 根據(jù)等百分比流量特性的相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的關(guān)系：分別代入上述數(shù)據(jù)，可得：Q0.14.68m3/h Q0.26.58m3/h Q0.850.65m3/h Q0.971.17m3/h。由上述數(shù)據(jù)可以算得，對(duì)于直線流量特性的控制閥，相對(duì)行程由10變化到20時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：；相對(duì)行程由80變化到90時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：。由此可見(jiàn)，對(duì)于直線流量特性的控制閥，在小開(kāi)度時(shí)，行程變化了10，流量就在原有基礎(chǔ)上增加了74.4，控制作用很強(qiáng)，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開(kāi)度時(shí)(80處；行程同樣變化了10，流量只在原有基礎(chǔ)上增加了

44、12，控制作用很弱，控制不夠及時(shí)、有力，這是直線流量特性控制閥的一個(gè)缺陷。對(duì)于等百分比流量特性的控制閥，相對(duì)行程由10變?yōu)?0時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：；相對(duì)行程由80變到90時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：。故對(duì)于等百分比特性控制閥，不管是小開(kāi)度或大開(kāi)度時(shí)，行程同樣變化了10，流量在原來(lái)基礎(chǔ)上變化的相對(duì)百分?jǐn)?shù)是相等的，故取名為等百分比流量特性。具有這種特性的控制閥，在同樣的行程變化值下，小開(kāi)度時(shí)，流量變化小，控制比較平穩(wěn)緩和；大開(kāi)度時(shí)，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。6-11 什么是串聯(lián)管道中的阻力比s ? s值的變化為什么會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變?解 串聯(lián)管道中的阻力比s為s值變化時(shí)，管

45、道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進(jìn)而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。s = 1時(shí)，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(kāi)特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實(shí)際使用中，一般希望s值不低于0.3，常選s=0.30.5。s0.6時(shí)，與理想流量特性相差無(wú)幾。6-12 什么是并聯(lián)管道中的分流比x ? 試說(shuō)明x值對(duì)控制閥流量特性的影響?解 并聯(lián)管道中的分流比x為x值變化時(shí)，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(huì)發(fā)生畸變。x=1時(shí)，控制閥的流量就是總管的流量，工作特性與理想特

46、性一致。隨著x值的減小，旁路閥逐漸打開(kāi)，雖然控制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。6-13 已知某控制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為100kPa，阻力比為s=0.5。閥全開(kāi)時(shí)流過(guò)水的最大流量為60m3/h。閥的理想可調(diào)范圍R=30，假設(shè)流動(dòng)狀態(tài)為非阻塞流。問(wèn)該閥的額定(最大流量系數(shù)Kmax及實(shí)際的可調(diào)范圍Rr為多少?解 由 ，得控制閥全開(kāi)時(shí)閥上壓差 p1=ps=1000.5=50 kPa，則實(shí)際的可調(diào)范圍Rr為6-14 某臺(tái)控制閥的額定流量系數(shù)Kmax100。當(dāng)閥前后壓差為200kPa時(shí)，其兩種流體密度分別為1.2gcm3和0.8gcm3，流動(dòng)狀態(tài)均為非阻塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量各是

47、多少?解 由，得當(dāng)=1.2gcm3時(shí)，當(dāng)=0.8gcm3時(shí)，6-15 對(duì)于一臺(tái)可調(diào)范圍R30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為Kmax100，流體密度為1g/cm3。閥由全關(guān)到全開(kāi)時(shí)，由于串聯(lián)管道的影響，使閥兩端的壓差由l00kPa降為60kPa，如果不考慮閥的泄漏量的影響，試計(jì)算系統(tǒng)的阻力比（或分壓比）s，并說(shuō)明串聯(lián)管道對(duì)可調(diào)范圍的影響（假設(shè)被控流體為非阻塞的液體）。解 由于阻力比s等于控制閥全開(kāi)時(shí)閥上壓差與系統(tǒng)總壓差之比，在不考慮閥的泄漏量的影響時(shí)，閥全關(guān)時(shí)閥兩端的壓差就可視為系統(tǒng)總壓差，故本系統(tǒng)總壓差為l00kPa，閥全開(kāi)時(shí)兩端壓差為60kPa，所以阻力比：。由于該閥的Cmax100，R30

48、，在理想狀況下，閥兩端壓差維持為l00kPa，流體密度為1g/cm3，則最大流量Qmaxl00m3/h，最小流量QminQmaxR100/303.33m3/h。對(duì)于非阻塞流的液體，。串聯(lián)管道時(shí)，由于壓差由l00kPa降為60kPa，故這時(shí)通過(guò)閥的最大流量將不再是l00m3/h，而是。這時(shí)的可調(diào)范圍。由上可見(jiàn)，串聯(lián)管道時(shí)，會(huì)使控制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會(huì)有所降低。如果s值很低，會(huì)使可調(diào)范圍大大降低，以至影響控制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的控制作用。當(dāng)然，從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看，s值大，說(shuō)明耗在閥上的壓降大，能量損失大，這是不利的一面。6-16 某臺(tái)控制閥的流量系數(shù)Kmax200。當(dāng)閥前后壓差

49、為1.2MPa，流體密度為0.81g/cm3，流動(dòng)狀態(tài)為非阻塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量為多少?如果壓差變?yōu)?.2MPa時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為多少?解 由公式，得當(dāng)壓差變?yōu)?.2MPa時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為：上述結(jié)果表明，提高控制閥兩端的壓差時(shí)，對(duì)于同一尺寸的控制閥，會(huì)使所能通過(guò)的最大流量增加。換句話說(shuō)，在工藝上要求的最大流量已經(jīng)確定的情況下，增加閥兩端的壓差，可以減小所選擇控制閥的尺寸(口徑，以節(jié)省投資。這在控制方案選擇時(shí)，有時(shí)是需要加以考慮的。例如離心泵的流量控制，其控制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線上，這是因?yàn)殡x心泵的吸入高度(壓頭是有限的，壓差較小，將會(huì)影響控制閥的正常

50、工作。同時(shí)，由于離心泵的吸入壓頭損失在控制閥上，以致會(huì)影響離心泵的正常工作。6-18 什么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)式與氣關(guān)式?其選擇原則是什么?解 氣動(dòng)執(zhí)行器（控制閥）的氣開(kāi)式為，有壓力控制信號(hào)時(shí)閥開(kāi)，無(wú)壓力控制信號(hào)時(shí)閥處于全關(guān)；氣關(guān)式為，有壓力控制信號(hào)時(shí)閥關(guān)，無(wú)壓力控制信號(hào)時(shí)閥處于全開(kāi)。氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇原則是考慮工藝生產(chǎn)的安全，即信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和工作人員的安全。第7章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)7-2 題7-2圖是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。試畫(huà)出這一系統(tǒng)的方塊圖，并說(shuō)明各方塊的含義，指出它們具體代表什么?假定該反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中，反應(yīng)器內(nèi)需維持一定溫度，以利反應(yīng)進(jìn)行，但溫度不允許過(guò)高

51、，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。題7-2圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)解 該反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解7-2圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是反應(yīng)器；被控變量是反應(yīng)器內(nèi)溫度；操縱變量是蒸汽流量；控制器是溫度控制器TC。根據(jù)工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)型式；蒸汽流量增加時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)溫度升高，被控對(duì)象是“正”作用；所以，控制器應(yīng)為“反”作用。7-13 試確定題7-13圖所示兩個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行器的正、反作用及控制器的正、反作用。（1）題7-13(a 圖為一加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能過(guò)高，否則容易分解；（2）題7-13(b 圖為一冷卻器出口

52、物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能太低，否則容易結(jié)晶。題7-13圖 溫度控制系統(tǒng)解 （1）根據(jù)工藝要求，題7-13(a 圖所示加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；加熱劑流量增加時(shí)，加熱器內(nèi)溫度升高，被控對(duì)象是“正”作用，所以，控制器應(yīng)為“反”作用。（2）根據(jù)工藝要求，題7-13(b 圖所示冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；冷劑流量增加時(shí)，冷卻器內(nèi)溫度降低，被控對(duì)象是“反”作用，所以，控制器應(yīng)為“正”作用。7-14 題7-14圖為貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見(jiàn)，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分別確定執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用。（1）選擇流入量Qi

53、為操縱變量；（2）選擇流出量Qo為操縱變量。題7-14圖 液位控制解 （1）當(dāng)選擇流入量Qi為操縱變量時(shí)，為滿足貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；由于被控對(duì)象是“正”作用，所以，控制器應(yīng)為“反”作用。（2）當(dāng)選擇流入量Qo為操縱變量時(shí)，為滿足貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣關(guān)閥；此時(shí)被控對(duì)象是“反”作用，所以，控制器應(yīng)為“反”作用。7-15 題7-15圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意圖，要求鍋爐不能燒干。試畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，判斷控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服擾動(dòng)的?題7-15

54、圖 鍋爐氣包液位控制系統(tǒng)解 該控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解7-15圖 鍋爐氣包液位控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是鍋爐汽包；被控變量是鍋爐汽包內(nèi)液位；操縱變量是冷水流量；控制器是溫度控制器LC?？刂崎y應(yīng)為氣關(guān)型式；被控對(duì)象是“正”作用，控制器應(yīng)為“正”作用。當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，汽包內(nèi)液位下降，控制器LC輸出信號(hào)減小，氣關(guān)閥開(kāi)度增大（關(guān)小），冷水流量增大。克服汽包內(nèi)液位降低。7-16 題7-16圖所示為精餾塔溫度控制系統(tǒng)的示意圖，它通過(guò)控制進(jìn)入再沸器的蒸汽量實(shí)現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫(huà)出該控制系統(tǒng)的方塊圖，確定控制閥的氣開(kāi)氣、關(guān)型式和控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述由于外界擾動(dòng)使精餾塔

55、溫度升高時(shí)該系統(tǒng)的控制過(guò)程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。題7-16圖 精餾塔溫度控制系統(tǒng)解 精餾塔溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解7-16 圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)方塊圖控制閥應(yīng)為氣開(kāi)型式；被控對(duì)象是“正”作用，控制器應(yīng)為“反”作用。當(dāng)外界擾動(dòng)使精餾塔溫度升高時(shí)，控制器TC輸出減小，控制閥開(kāi)度變小，蒸汽流量降低，精餾塔溫度下降。7-18 某控制系統(tǒng)采用DDZ-型控制器，用臨界比例度法整定參數(shù)。已測(cè)得k30、Tk3min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參數(shù)。解 PI作用時(shí)控制器的比例度=66%，積分時(shí)間TI=2.55min。PID作用時(shí)控制器的比例度=51%，積分時(shí)間TI=1.5min，微分時(shí)間TD=0.375min。7-19 某控制系統(tǒng)用4:1衰減曲線法整定控制器的參數(shù)。已測(cè)得s50、Ts5min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參數(shù)。解 PI作用時(shí)控制器的比例度=60%，積分時(shí)間TI=2.5min。