化工儀表與自動化課后習(xí)題答案

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(shè)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(jìn)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(qiáng)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(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用能力的目的。 （4）能改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)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、 一般要包括自動檢測、自

2、動保護(hù)、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(yīng)時間縮短,適合于對系統(tǒng)的響應(yīng)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(yīng)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-305表示集中儀表

3、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(guān)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(shè)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）自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制

4、的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。 被控變量被控對象內(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稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。 給定值（或設(shè)定值或期望值）人們希望控制系統(tǒng)實現(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(fù)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)的方塊圖題解1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中，被

5、控對象：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，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(yīng)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(fù)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(fù)反饋。負(fù)反饋可以減小非線性失真。因為引入負(fù)反饋后，輸出端的失真波形反饋到輸入端，與輸入波形疊加，因此

6、凈輸入信號成為正半周小，負(fù)半周大的波形，此波形放大后，使其輸出端正、負(fù)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(lǐng)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)。 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(shù)指標(biāo)上。一個正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)

7、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(dá)到新的穩(wěn)定值的進(jìn)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(dá)到穩(wěn)定狀態(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

8、，更不會遠(yuǎn)離給定值以致造成 事故。所以21、最大偏差A(yù)=950-900=50（）；超調(diào)量B=950-908=42（）；由于B¢=918-908=10（），所以，衰減比n=B:B¢=42:10=4.2；余差C=908-900=8；振蕩周期T=45-9=36(min)；過渡時間ts=47min。因為A=50<80，C=8<10，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。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

9、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(biāo)：最大偏差A(yù)=81.5-81=0.5（）；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= -0.3（）。第2章 被控對象的數(shù)學(xué)模型 P331、對象特性就是的對象的輸出輸入關(guān)系。 研究對象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)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(shè)計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適

10、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(xué)描述（方程、曲線、表格等）稱為對象的數(shù)學(xué)模型。 穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)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(guān)系；動態(tài)數(shù)學(xué)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(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是對象在達(dá)到平衡狀態(tài)時的動態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個特例。4、機(jī)理建模法、實驗建模法。5、對象或生產(chǎn)

11、過程的內(nèi)部機(jī)理。7、階躍反應(yīng)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(rèn)為施加了一個階躍干擾，同時還可以利用原設(shè)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(shè)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(yīng)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(rèn)為施加了一個階躍干擾，同時還可以利用原設(shè)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(shè)備，測試工作量也大。但由于

12、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(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間；或當(dāng)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(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的

13、時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)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t，使對象的被控變量對輸入的變化響應(yīng)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(dāng)，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要通過一定阻力而引起的?？刂仆ǖ廊舸嬖诩儨?，會使控制作用不及時，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(dāng)于

14、將干擾推遲一段時間才進(jìn)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(dāng)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5min，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12、題2-3圖 RC電路解 RC電路的微

15、分方程為當(dāng)ei=5V時，微分方程的解為eo=5(1-e-t/T) = 5(1-e-t/10) (V)（該系統(tǒng)的時間常數(shù)T=RC=5´103´2000´10-6=10s）當(dāng)t=T時， eo=5(1-e-T/T)= 5(1-e-1)=3.16V；當(dāng)t=2T時，eo=5(1-e-2T/T)= 5(1-e-2)=4.32V；當(dāng)t=3T時，eo=5(1-e-3T/T)= 5(1-e-3)=4.75V。題解2-3圖 RC電路的階躍響應(yīng)曲線13.解 這是一個積分對象，則(m)題解2-13圖 水槽液位Dh的變化曲線14、解:（輸入）燃料變化量由題圖知,該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量(

16、溫度)的變化量y(t)相對于輸入(燃料)變化量x(t)的關(guān)系(方程)為 當(dāng)x(t)=A=50/6(kg/min)=const.時，方程的解為y(t)=KA(1-e-t/T)由題圖知，y(¥)=KA=150-120=30,則K=30/A=30/(50/6)=3.6(/(kg/min)首先不考慮延遲，y(t)的變化從t0=2min開始，到t1=8min時，實際變化時間t=6min，由題圖知y(t)=y(6)=30(1-e-6/T)=145-120=25（）由此解出 T=3.35(min)所以y(t)=30(1-e-t/3.35)若考慮滯后時間 t=2min，則微分方程為系統(tǒng)的特性參數(shù)是系

17、統(tǒng)的固有特性，不會隨輸入信號的變化而變化，因此，前面求解過程中所確定的K和T的值是不變的。所以，當(dāng)燃料變化量x(t)=A=1時，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式為yt(t)=y(t-t)=3.6(1-e-(t-2)/3.35)第3章 檢測儀表與傳感器 P1011.測量過程在實質(zhì)上是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。一般它都是利用專門的技術(shù)工具，將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量形式的轉(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。2.p343.4.儀表的精確度等級是將儀表允許的相對百分誤差的“±”號及“%”去掉后的數(shù)值，以一定的符號形式表示在儀表標(biāo)尺板上。精

18、確度等級目前是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。5、 (1) 校驗數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/02004006007008009001000被校表讀數(shù)/02014026047068059031001絕對誤差/0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：+6；(2)儀表誤差：，儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級；(3)儀表的基本誤差：Dm=1000´(±1.0%)=±10, 該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。6、解 （1）校驗數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校表正行程讀數(shù)/MPa01 983.965.947.979.99被校表反行程

19、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儀表絕對誤差/ MPa00.00-0.0050.000.000.00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級精度。7 解 （1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即P=F/S（壓強(qiáng)）。（2）絕對壓力是指物體所受的實際壓力；表壓力=絕對壓力-大氣壓力； 負(fù)壓力（真空度）=大氣壓力-絕對壓力8.通常，由于各種工藝設(shè)備和檢測儀表本身

20、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(jìn)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(jìn)行測量的；電氣式壓力計：它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)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砝碼的質(zhì)量來進(jìn)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(dá)1000MPa的壓力；2膜片：可分為平薄膜、波紋膜、膜盒等，它的測壓范圍較彈簧

21、管式的為低，通?？膳c其他轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應(yīng)的變送器； 3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(yīng)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(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)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(dāng)前的壓力值。12.13.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(dāng)被測壓力引入后，彈簧管自由端

22、產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在磁場中的位置，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(yīng)變片式壓力傳感器：測壓元件是電阻應(yīng)變片。利用金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的。壓阻式壓力傳感器：測壓元件是單晶硅片。利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)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(dāng)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(gòu)緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達(dá)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Dmax=1.0M

23、Pa´1.0%=0.01MPa在校驗點0.5MPa處，絕對誤差為D=0.5-0.508=-0.008(MPa)該校驗點的測量誤差為故該校驗點不符合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Dm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l.0級的壓力表來進(jìn)行測量的基本誤差D1max=

24、1.6MPa´1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允許值)該表不符合工藝上的誤差要求。 用01.0MPa、精度為l.0級的壓力表來進(jìn)行測量的基本誤差D2max=1.0MPa´1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允許值)該表符合工藝上的誤差要求。23. 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

25、Dmax£1.1´5%=0.055(MPa)則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。24. 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(yīng)滿足要求，故可選精度等級為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)/MPa0.0 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)

26、/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、下行程讀數(shù)平均值/MPa0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595絕對誤差D/MPa0.000 0.005 0.000 -0.013 0.005-0.013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Dm，求儀表的最大引用誤差）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=1.0MPa<1.6´2/3MPa；pmin=0.8MPa>1.6´

27、1/3MPa；最大誤差Dmax=1.6´1.5%=0.024MPa<0.05MPa。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有一定的對應(yīng)關(guān)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(dǎo)出的，這些條件包括節(jié)流裝置的形

28、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(dāng)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，T1=273+40=313（K）；r0=1.293kg/Nm3；r1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。則38. 解 由題知rt=7920kgm3，rf=0.831kgL=831kgm3，rW=1000m3，Q0=10 L/min測苯的

29、流量的修正系數(shù)為Qr=Q0/KQ=10/0.9»11.1(L/min)所以，苯的流量測量范圍為011.1L/min。當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，rr=2750kgm3，此時測水的流量的修正系數(shù)為Qr0=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Qrf=Qr0/KfQ=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(dāng)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。41.

30、解 電磁流量計的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場中流動時切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的電磁感應(yīng)原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動勢也越大，感應(yīng)電動勢與流量成正比。電磁流量計只能用來測量導(dǎo)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(dāng)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(dāng)，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定點產(chǎn)生壓力的原理而

31、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(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理來工作。目前射線應(yīng)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(xué)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(yīng)變化的原理而工作的。 當(dāng)測量有壓容器的液位

32、時，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負(fù)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(xué)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。50、什么是液位測量時的零點遷移問題?怎樣進(jìn)行遷移?其實質(zhì)是什么?（參考）答 （1）當(dāng)被測容器的液位H=0時，差壓液位計所感受的壓差Dp0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(guān)系為： =  。這就是一般的“無遷移”的情況。當(dāng)Ho時，作用在正、負(fù)壓室的壓力是相等的。實際應(yīng)用中，有時為防止容器內(nèi)液體和氣體進(jìn)入變

33、送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負(fù)壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液設(shè)被測介質(zhì)密度為 ，隔離液密度為 ：(通常 )，此時正、負(fù)壓室的壓力分別為：正負(fù)壓室間的壓差為：當(dāng)H=0時， ，此為“有遷移”情況。若采用的是DDZ型差壓變送器，其輸出范圍為420mA的電流信號?！盁o遷移”時，H0， 0，變送器輸出 4mA； 。“有遷移”時，H0， 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(yīng)，即在“有遷移”情況下，使得當(dāng)H0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

34、，相當(dāng)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(dāng)被測液位H=0時，如果差壓變送器的輸入信號p0，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p0，則為“負(fù)遷移”。52、解：差壓液位計正壓室壓力p1=rgh1+ rgH+p0負(fù)壓室壓力p2=rgh2+ p0正、負(fù)壓室的壓差Dp=p1-p2= rgH-(h2-h1) rg H=0時，Dp= -(h2-h1) rg。這種液位測量時，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使H=0時，Dp=0，該差壓變送器測液位時需要零點遷移，遷移量為(h2-h1) rg58. 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

35、種不同的導(dǎo)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、T0)不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動勢效應(yīng)或塞貝克（Seebeck）效應(yīng)?；芈分械碾妱莘Q為熱動勢，用EAB(T，T0)或EAB(t，t0).（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：（2）所配用的補償導(dǎo)線如下：（3）用廉價的補償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)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(dǎo)線時要注意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補償導(dǎo)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。6

36、0.用熱電偶測溫時，為什么要進(jìn)行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：（1）熱電偶的熱電勢只有當(dāng)T0（或t0）恒定是才是被測溫度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)行冷端補償和處理。（2）冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導(dǎo)線法，0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(dǎo)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

37、表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是電阻。62.用K型熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為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(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型熱電偶來測次設(shè)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

38、(25，0)=37678.6-1496.5=36182.1mV»36.18mV。63. 解 認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430不對。設(shè)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=30744mV反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度t=422.564、解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。查分度號E，可得160時的電勢為10501V，這電勢實際上是由K熱電偶產(chǎn)生的，

39、即查分度號K，可得，由此可見，由這個數(shù)值查分度號K，可得實際溫度tx=283。65.熱電阻溫度計的原理：是利用金屬導(dǎo)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?zé)犭娮璧淖柚底兓憧傻弥粶y溫度大小。常用熱電阻的種類：Pt10、Pt100、Cu50、Cu100。R0分別為：10、100 、50 、100 。67. 解 查Cul00的分度表，140對應(yīng)電阻為159.96W，而該電阻值實際為Ptl00鉑電阻測溫時的電阻值，反查Ptl00的分度表，得實際溫度為157例題:用分度號為Cu50、百度電阻比W(100)=R100/R0=1.42的銅熱電阻測某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測溫度為50時，該熱

40、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92W，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R0=50W，R100=50´1.42=71W。則該銅熱電阻測溫的靈敏度k為(W/)被測溫度為50時，電阻值R50=50W+0.21W/´50=60.5W。當(dāng)測某一環(huán)境溫度時，若熱電阻的阻值Rt=92W，則對應(yīng)的環(huán)境溫度為t=(92-50)/0.21=200。69、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(gòu)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(gòu)大體上也

41、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)律是指控制器的輸出信號p與輸入信號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)。3.比例控制是按偏差大小進(jìn)行控制的，控制器的輸出信號p與其輸入信號e成正比。當(dāng)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

42、偏差存在，才能產(chǎn)生控制作用。當(dāng)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(dá)到新的平衡，所以必定存在與該控制作用相對應(yīng)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(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?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。5解 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(qiáng)，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

43、，但余差也越小，提高了系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)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(yīng)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(qiáng)弱的一個參數(shù)。TI越小，積分控制作用越強(qiáng)；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(zhǔn)確度，但會

44、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時，成為純比例控制。9. 解 控制器的放大倍數(shù)KP=1/d=1/100%=1控制器的積分時間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)歷時間t=5min。則輸出變化量所以，經(jīng)歷時間5min后，控制器的輸出為p=p0+Dp=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(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

45、輸入變化量；p相應(yīng)的輸出變化量；KP放大倍數(shù)；TI稱為積分時間；TD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(yīng)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(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(gòu)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(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)行器的推動裝置

46、，它根據(jù)輸入控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力F和直線位移l，推動控制機(jī)構(gòu)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(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)換為流過閥的流量的裝置。2直通單座控制閥 應(yīng)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)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

47、輪撓曲閥 用于高黏度灬帶有懸浮物的介質(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(guān)系：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。7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

48、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)范圍都會變小。8. 解 串聯(lián)管道中的阻力比s為s值變化時，管道阻力損失變化，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，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。s>0.6時，與理想流量特性相差無幾。9. 解 并聯(lián)管道中的分流比x為x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

49、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(guān)；氣關(guān)式為，有壓力控制信號時閥關(guān)，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(guān)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(yīng)保證設(shè)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號大小保持線性關(guān)系，即實現(xiàn)控制器來的輸人信號與閥門位置之間關(guān)系的準(zhǔn)確定位，故

50、取名為定位器。定位器可以使用在閥的不平衡力較大或閥桿移動摩擦力較大等場合，同時還可以利用定位器來改變閥的流量特性，改變執(zhí)行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使閥在不同的信號段范圍內(nèi)作全行程移動。第6章 簡單控制系統(tǒng) p1681、簡單控制系統(tǒng)由檢測變送裝置、控制器、執(zhí)行器及被控對象組成。檢測變送裝置的作用是檢測被控變量的數(shù)值并將其轉(zhuǎn)換為一種特定輸出信號?？刂破鞯淖饔檬墙邮軝z測裝置送來的信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果送往執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的控制信號來改變操縱變量的數(shù)值，以達(dá)到控制被控變量的目的。被控對象是指需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。2.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)為氣開型式；蒸汽流量增加時，反應(yīng)器內(nèi)溫度升高，被控對象是“正”作用；所以，控制器應(yīng)為“反”作用。3、試簡述家用電冰箱的工作過程，畫出其控制系統(tǒng)的方框圖。7（1）操縱變量應(yīng)是工藝上允許加以控制的可控變量；（2）操縱變量應(yīng)是對被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量，即控制通道