儀表與自動化課后習(xí)題與答案

1、優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔PAGEPAGE9優(yōu)選文檔讓每一個人相同地提升自我儀表與自動化課后習(xí)題與答案1-3、自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？答：一個自動控制系統(tǒng)主若是由兩大部分組成：一部分是起控制作用的全套儀表，稱自動化妝置，包括測量元件及變送器、控制器、執(zhí)行器；另一部分是自動化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。1-5、在自動控制系統(tǒng)中，測量變裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？答：測量元件與變送器，用于測量液位，并將測得的液位轉(zhuǎn)變?yōu)橐恢碌臉?biāo)準(zhǔn)信號輸出?？刂破鳎邮軠y量變送器送來的信號并與工藝要求的液位高度進(jìn)行比較，計算出誤差的大小，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果，再將此結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)送至執(zhí)行器。執(zhí)行器，它接受控制器傳

2、來的操作指令信號，改變閥門的開度以改變物料或能量的大小，從而起到控制作用。1-8、圖1-15為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說明圖中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？答：PI-307：擁有指示功能的壓力表，該儀表就地安裝，工號段為07。TRC-303：擁有記錄功能的溫度控制儀表，該儀表集中儀表盤面安裝，工號段為3，儀表序號為07。FRC-305：擁有記錄功能的流量控制儀表該儀表集中儀表盤面安裝，工號段為3，儀表序號屢05。1-11、圖1-16所示為一反響溫度控制系統(tǒng)表示圖A、B兩種物料進(jìn)入反響器進(jìn)行反響，經(jīng)過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反響器內(nèi)的溫度不變。試現(xiàn)出該

3、溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該項系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、控制變量及可能影響被控變量的攪亂是什么，并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個擁有負(fù)反響的團(tuán)環(huán)系統(tǒng)。1-讓每一個人相同地提升自我答：被控對象：反響器；被控變量：反響器內(nèi)的溫度；控制變量：冷卻水流量；可能攪亂：進(jìn)料和冷卻水的流量、壓力和溫度的改變當(dāng)反響器內(nèi)的被控溫度在攪亂作用下高升時，其測量值與給定值比較，獲得偏差信號，經(jīng)溫度控制器運算辦理后，輸出控制信號去驅(qū)動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增加，這樣使反響器的溫度降下來，因此該項溫度控制系統(tǒng)為一個擁有負(fù)反響的閉環(huán)系統(tǒng)。1-19、某化學(xué)反響器工藝規(guī)定操作溫度為（90010）。考慮安全因素，控制過程

4、中溫度偏離給定值最大不得高出60?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍攪亂作用下的過渡過程曲線如圖1-17所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程質(zhì)量指標(biāo)：最大誤差、超調(diào)量、衰減比、余差和振蕩周期。該控制系統(tǒng)可否滿足題中所給的工藝要求？答：最大誤差：A=950-900=50超調(diào)量：B=50-（908-900）=42衰減比：n=B：=21：5余差：C=908-900=8振蕩周期：45-9=36min1-20、圖1-18（a）是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試現(xiàn)出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、控制變量和可能存在的攪亂是什么。現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從80提升到81，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變

5、量的變化曲線如圖1-18（b）所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程質(zhì)量指標(biāo)：最大誤差、衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，新的給定值為81）。答：被控對象：蒸汽加熱器被控變量：出口物料溫度控制變量：蒸汽流量可能攪亂；物料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度2-1、什么是對象特點？為什么要研究對象特點？答：對象的特點即對象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，是對象的外面特點，但它是由對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)理等所決定。研究控制對象的特點，掌握其內(nèi)在規(guī)律，能夠為合理地選擇自動控制方案，設(shè)計最正確的控制系統(tǒng)、選擇合適的控制器及控制器參數(shù)供應(yīng)依照，使系統(tǒng)正常地運行。2-8、反響對象特點的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？它們對自動控

6、制系統(tǒng)有什么影響？答：反響對象特點的參數(shù)有：放大系數(shù)、時間常用數(shù)、滯后時間放大系數(shù)在數(shù)值上等于對象重新牢固后的輸出變化量與輸入變化量之比。對象放大系數(shù)越大，就表示對象的輸入量有必然變化時，對輸出量的影響越大。時間常數(shù)：當(dāng)對象碰到階躍輸入后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的%所需的時間。時間常數(shù)越大，表示對象碰到攪亂作用后，被控變量變化得越慢，達(dá)到新的穩(wěn)2-讓每一個人相同地提升自我態(tài)值所需的時間越長。滯后時間：在碰到輸入作用后，被控變量不能夠馬上迅速地變化。系統(tǒng)碰到限制攪亂作用后，由于存在滯后，被控變量不能夠馬上反響出來，于是不能夠及時產(chǎn)生控制作用，整個系統(tǒng)的控制量就會碰到嚴(yán)重的影響。2-11、已知一個

7、對象特點是擁有純滯后的一階特點，其時間常數(shù)為5min，放大系數(shù)為了10，純滯后時間為2min，試寫出描述該對象特點的一階微分方程式。解：5+(t+2)=10(t)2-12、以下列圖的RC電路中，已知R=5，C=2000F。試畫出突然由0V階躍變化到5V時的變化曲線，并計算出t=T、t=2T、t=3T時的值解：依照基爾霍定律得：=iR+(t),其中i=CRC+=(t)=(1-)=5(1-)T=RC=10s(T)=(2T)=(3T)=2-13、已知一個簡單水槽，其截面積為，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。若是在牢固的情況下，輸入流量突然在原來的基礎(chǔ)上增加了，試畫出水槽液位h的變化曲

8、線。解：由Qt=hA得h=m3-5、某一標(biāo)尺為01000的溫度儀表，出廠前經(jīng)校驗，其刻度標(biāo)尺上的各點測量結(jié)果以下表所示。標(biāo)準(zhǔn)表計數(shù)/被校表計數(shù)/02004006007008009001000020140260470680590310011、求出該溫度儀表的最大絕對誤差值；2、確定該溫度儀表的精度等級；3、若是工藝上贊同的最大絕對誤差為8，問該溫度儀表可否吻合要求？解：1、max=706-700=62、max=100%=100%=%該溫度表為級3、max=10001%=108該溫度表不吻合要求3-6、若是有一臺壓力表，其測量范圍為010MPa，經(jīng)校驗得出下表數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa被校表正行程讀

9、數(shù)/MPa被校表反行程讀數(shù)/MPa0246810001、求出該壓力表的變差；3-讓每一個人相同地提升自我2、問該壓力表可否吻合級精度？解：起落變差：max=MPamax=100%=%該壓力表不吻合要求3-7、什么叫壓力？表壓力、絕對壓力、負(fù)壓力（真空度）之間有何關(guān)系？答：所謂壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。=-=-3-15、某壓力表的測量范圍為01MPa，精度等級為級，試問此壓力表贊同的最大絕對誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為MPa時，標(biāo)準(zhǔn)壓力計上讀數(shù)為MPa，試問被校壓力表在這一點可否吻合1級精度，為什么？解：max=1%=MPamax=100%=%M

10、Pa該壓力表不吻合要求max=%=MPa=MPa該壓力表吻合要求3-18、某臺空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為MPa，工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5%，試選擇一臺合適的壓力計（種類、測量范圍、精度等級），并說明其原由。解：PmaxAAMPamax=5%=MPaPminAAMPa采用量程為0MPa的壓力表3-19、某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求誤差不得高出MPa，試采用一臺就地指示的壓力表（給出型號、測量范圍、精度等級）。解：由題可知：被測對象壓力為高壓，設(shè)所用壓力表量程為APmaxAA14=MPa依照量程系列選PminAA143=42MPa用

11、025MPa的壓力表max=100%=%依照精度等級選擇級儀表3-20、現(xiàn)有一臺測量范圍為0MPa，精度為級的一般彈簧管壓力表，校驗后，其結(jié)果以下表。4-讓每一個人相同地提升自我標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa被校表正行程讀數(shù)/MPa被校表反行程讀數(shù)/MPa試問這臺表合格否？它可否用于某空氣貯罐的壓力測量（該貯罐工作壓力為MPa的絕對誤差不相贊同大于MPa）？解：max=100%=%依照精度等級選擇級儀表,合格。max=%=MPaMPaA=MPaA3=MPa所選壓力表量程為MPa，吻合要求=%=精度等級吻合要求3-48、測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時，經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐（見圖3-91

12、），問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮？解：=g(H+)+=g+P=g(H+-)0有零點遷移，且為負(fù)遷移即當(dāng)H=0時將變送器的輸出值調(diào)回4mA當(dāng)H=Hmax時，將變送器的輸出值調(diào)回20mA3-54、什么是熱電偶的熱電特點？熱電偶的熱電勢由哪兩部分組成？答：將兩種不相同導(dǎo)體A、B一致一個閉合回路，若兩接觸點溫度不相同，則回路中有必然大小電流，表示回路有電勢，則為熱電特點。熱電動勢包括：接觸電勢、溫差電勢3-56、用熱電偶測量時，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：在工程測試中，冷端溫度隨環(huán)境溫度變化而變化。若T0，將引入測量誤差，因此必定對冷端進(jìn)

13、行補(bǔ)償。方法；延長導(dǎo)線法、0恒溫法、冷端溫度修正法、電橋補(bǔ)償法3-58、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25，求設(shè)備的溫度？若是改用E型熱電偶來測溫，在相同的條件下，E型熱電偶測得的熱電勢為多少？解：(1)（T，25）=20mV查表得（25，0）=mV（T，0）=（T，25）+（25，0）=20+=mV（T，0）=（T，25）+（25，0）（T，25）=uV=uV3-59、現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶來測溫，其冷端溫度為30，顯示儀表的機(jī)械零位在0時，這時指示值為400，則以為換熱器內(nèi)的溫度為430對不對？為什么？正確值為多少度？5-讓每一個人相同地提升自我解：（

14、T，0）=（T，30）+（30，0）=28943+1801=30744uV查表得T=4223-60、試述熱電阻測溫原理？常用測溫?zé)犭娮栌心膸追N？熱電阻的分度號主要有幾種？相應(yīng)的各為多少？答：熱電阻是利用物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的特點制成的電阻式測量系統(tǒng)。常用的熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻。鉑熱電阻的分度號主要為Pt100和Pt50兩種，其0時的電阻值分別為100和50。其他還有=1000的Pt1000鉑熱電阻。標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的一般為100和50兩種，對應(yīng)的分度號為Cu100和Cu503-62、用分度號為Pt100鉑電阻測溫，在計算時錯用了Cu100的分度表，查得的溫度為140，問實質(zhì)溫度為多少？解

15、：查表得140時=查表得=時,=157=時,=158T=157+、用分度號為Cu50、百度電阻比W（100）=/=銅熱電阻測某一反響器內(nèi)溫度，當(dāng)被測溫度為50時，該熱電阻的阻值為多少？若測某一環(huán)境溫度時熱電阻的阻值為92，該環(huán)境溫度為多少？解：R=(1+50=T=2005-1、什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī)律？答：所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系，控制器的控制規(guī)律有：位式控制、比率控制、積分控制、微分控制、比率積分控制、比率微分控制、比率積分微分控制5-4、何為比率控制器的比率度？一臺DDZ-型液位比率控制器，其液位的測量范圍為0m，若指示值從m增加到m比率

16、控制器的輸出相應(yīng)從5mA增大到7mA，試求控制器的比率度及放大系數(shù)。解：已知DDZ-型液位比率控制器的現(xiàn)場傳輸信號010mA=100%=%Kp=120%5-5、一臺DDZ-型溫度比率控制器，測量的全量程為01000，指示值變化100，控制器比率度為80%，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？解：已知DDZ-型溫度控制器的現(xiàn)場傳輸信號420mA=100%=80%P=2mA5-9、一臺擁有比率積分控制規(guī)律的DDZ-型控制器，其比率度為200%，穩(wěn)態(tài)時輸出為5mA。在某剎時，輸入突然變化了mA，經(jīng)過30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA，該項控制器的積分時間為多少？解：已知DDZ-型比率積分控制器的現(xiàn)場傳輸信號

17、010mA6-讓每一個人相同地提升自我P=+=10s5-10、某臺DDZ-型比率積分控制器，比率度為100%，積分時間為2min.穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某剎時，輸入突然增加了mA，試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？解：已知DDZ-型比率積分控制器的現(xiàn)場傳輸信號420mAP=+5+P=5+5=mA5-12、試寫出比率積分微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。P=A+A(-1)5-13、試解析比率、積分、微分控制規(guī)律各自的特點。答：比率控制：1、依照“誤差的大小”工作2、有差控制3、反響快，控制及時積分控制：1、依照“誤差可否存在”工作2、無差控制3、反響慢微分控制：1、依照“誤差

18、變化速度”工作2、超前控制3、不能夠單獨使用6-1、氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？答：氣動執(zhí)行器主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將控制信號的大小變換為閥桿位移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)是將閥桿的位移變換為流過閥的流量的裝置。6-4、試分別說明什么叫控制閥的流量特點和理想流量特點？常用的控制閥理想流量特點有哪些？答：控制閥的流量特點是指控制介質(zhì)渡過閥門的相對流量與閥門的相對開度間這關(guān)系。在不考慮控制閥前后壓差變化時獲得的流量特點稱為理想流量特點。常用的控制閥理想流量特點有：直線、等百分比、拋物線及快等幾種流量特點。6-8、已知閥的最大流量=50，可調(diào)范圍R=30。1、計算其最

19、小流量，并說明可否就是閥的泄漏量。2、若閥的流量特點為直線流量特點，問在理想情況下閥的相對行程為及時的流量值Q。解：1、R=其實不等于控制閥全關(guān)時的泄漏量，一般它是的2%4%2、直線流量特點：=+（1-）=50（+（1-）=50（+（1-）=等百分比流量特點：=50=50=7-讓每一個人相同地提升自我7-1、簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：一個自動控制系統(tǒng)主若是由兩大部分組成：一部分是起控制作用的全套儀表，稱自動化妝置，包括測量元件及變送器、控制器、執(zhí)行器；另一部分是自動化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備即被控對象。7-2、圖7-21是一反響器溫度控制系統(tǒng)表示圖。試畫出這一系統(tǒng)的方塊圖

20、，并說明各方塊的含義，指出它們詳盡代表什么。假定該反響器溫度控制系統(tǒng)中，反響器內(nèi)需保持必然溫度，以利反響進(jìn)行，但溫度不相贊同過高，否則有爆炸危險。試確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用。答：（1）被控對象：反響器被控變量：反響器內(nèi)的溫度控制變量：蒸汽流量可能攪亂；原料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度控制器：溫度控制器執(zhí)行器：蒸汽控制閥門測量變送器；溫度測量變送器（2）執(zhí)行器應(yīng)為氣開型式，控制器奕為反作用。7-13、試確定圖7-22所示兩個系統(tǒng)中執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用。1、圖7-22（a）為一加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能夠過高，否則簡單分解。2、圖7-22（