化工儀表及自動(dòng)化期末復(fù)習(xí)

化工儀表及自動(dòng)化期末復(fù)習(xí)

緒論

1.化工自動(dòng)化：化工設(shè)備上，配備上一些自動(dòng)化裝置，代替操作人員

的部分直接勞動(dòng)，使生

產(chǎn)的不同程度上自動(dòng)的進(jìn)行，這種用自動(dòng)化裝置來管理化工生產(chǎn)過程

的辦法，稱為化工自動(dòng)化。

2.自動(dòng)化目的：（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(dòng)強(qiáng)

度，改善勞動(dòng)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(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用能力的目的。（4）能根本上改變勞

動(dòng)方式，提高工人文化技術(shù)水平，為逐步的消滅體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)之間

的差別創(chuàng)造條件。

第一章

1.化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化包括：自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、自動(dòng)

控制四個(gè)方面。

2.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)：利用各種檢測(cè)儀表對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示、

記錄。

3.自動(dòng)控制系統(tǒng)：對(duì)化工生產(chǎn)中的某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，是

他們?cè)谑艿酵饨绺蓴_的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)的控制而回到規(guī)定

的數(shù)值范圍內(nèi)。

4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成：被控對(duì)象、測(cè)量變送系統(tǒng)、控制器、執(zhí)

行器。

5.對(duì)象：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)

器叫做被控對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。

6.自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。被控變量不

是被控對(duì)象。

7.反饋：把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信息直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新返回

到輸入端的做法叫做反饋。反饋的信號(hào)取負(fù)值就叫做負(fù)反饋。

8.自動(dòng)控制系統(tǒng)按需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化

分:定值控制、隨動(dòng)控制和程序控制系統(tǒng)。

9.控制系統(tǒng)靜態(tài)：當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出據(jù)恒定不變時(shí)，

整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)入變送器、

控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，他們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜

止?fàn)顟B(tài)，即靜態(tài)（被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)）。

10.控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)：從干擾發(fā)生開始，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平

衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，

即動(dòng)態(tài)（被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)）。

11.系統(tǒng)的過渡過程：系統(tǒng)有一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過

程，稱為系統(tǒng)的過渡過程。

12.自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程形式：非周期衰減過程、

衰減震蕩過程、等幅震蕩過程、發(fā)散震蕩過程。

13.控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間。前后

相鄰兩個(gè)峰值之比稱為衰減比。當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新

的穩(wěn)定值遇給定值之間的偏差稱為余差。從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到

系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間稱為過渡時(shí)間。

13.輸入包括：給定和干擾

第一節(jié)例題分析

1.在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱

量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。

圖1-9是一個(gè)簡(jiǎn)化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯

裂解氣，其溫度要

制藥過程控制原理與儀表求控制在口5±1.5)℃。如果溫度太高，冷卻

后的氣體會(huì)包含過多的水分，對(duì)生產(chǎn)造成有害影響；如果溫度太低，乙烯

裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。

圖1-9丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖

(1)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？

(2)試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。

(3)試比較圖1-9及它的方塊圖，說明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)

際流動(dòng)方向不同。解

⑴在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量

為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。

⑵該系統(tǒng)方塊圖如圖1-10所示。

圖1-10丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)方塊圖

注：0為乙烯裂解氣的出口溫度；Osp為乙烯裂解氣的出口溫度設(shè)定

值

(3)在圖1-9中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，

氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號(hào)的流向是指向丙烯冷卻器的。

制藥過程控制原理與儀表

2.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為(900±10)℃?？紤]安全因素,

控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃o現(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渡過程曲線如圖1-13所示。試求最大偏差、

衰減比和振蕩周期等過渡過程品質(zhì)指標(biāo)，并說明該控制系統(tǒng)是否滿足題中

的工藝要求。

圖1-13過渡過程曲線

解由過渡過程曲線可知

最大偏差A(yù)=950-900=50℃

衰減比

第一個(gè)波峰值B=950-908=42℃第二個(gè)波峰值B'=918-908=10℃

衰減比n=42:10=4.2

振蕩周期T=45-9=36min

余差C=908-900=8℃

過渡時(shí)間為

47mino

由于最大偏差為50℃,不超過80℃,故滿足題中關(guān)于最大偏差的工

藝要求。

第二節(jié)習(xí)題

2.鍋爐是化工、煉油等企業(yè)中常見的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽

質(zhì)量及鍋爐安全的一個(gè)十分重要的參數(shù)。水位過高，會(huì)使蒸汽帶液，降低

了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)p壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕則影響汽液

平衡，重則燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格的控

制。圖1-27是一類簡(jiǎn)單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求：

(1)畫出該控制系統(tǒng)方塊圖；

(2)指出該系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量各是什么？

制藥過程控制原

理與儀表

圖1-27鍋爐汽包水位控制示意圖

答：(1)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-36所示。

圖1-36鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖

注：h為鍋爐汽包水位；hO為鍋爐汽包水位設(shè)定值

⑵被控對(duì)象：鍋爐汽包。

被控變量：鍋爐汽包水位。

操縱變量：鍋爐給水量。

擾動(dòng)量：冷水溫度、壓力，蒸汽壓力、流量，燃燒狀況等。

6.圖1-31為一組在階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線。

⑴指出每種過程曲線的名稱；

(2)試指出哪些過程曲線能基本滿足控制要求？哪些不能？為什么？

(a)(b)(c)

(d)

圖1-31過渡過程曲線

答:

(1)(a)等幅振蕩；(b)衰減振蕩；(c)非振蕩衰減；(d)發(fā)散振蕩。

(2)(b),(c)能基本滿足控制要求，(a),(d)不能。因?yàn)?b),(c)對(duì)應(yīng)的過渡

過程是穩(wěn)定的。

制藥過程控制原理與儀表

8.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(800±10)℃。為確保生產(chǎn)安全，

控制中溫度最高不得超過850℃?，F(xiàn)運(yùn)行的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾

動(dòng)下的過渡過程曲線如圖1-33所示。

(1)分別求出最大偏差、余差、衰減比、過渡時(shí)間(溫度進(jìn)入按±2%新

穩(wěn)態(tài)值即視為系統(tǒng)已穩(wěn)定來確定)和振蕩周期。

(2)說明此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求。

圖1-33溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線

答：最大偏差：A=45℃O

余差：C=5℃o

衰減比:n=4:lo

過渡時(shí)間：Ts=25min。

振蕩周期：T=13mino

該系統(tǒng)滿足正藝要求。

第一早

一.問題解答

1.什么是被控對(duì)象特性？什么是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？

答:被控對(duì)象特性是指被控對(duì)象輸人與輸出之間的關(guān)系。即當(dāng)被控對(duì)象

的輸人量發(fā)生變化時(shí)，對(duì)象的輸出量是如何變化、變化的快慢程度以及最

終變化的數(shù)值等。對(duì)象的輸人量有控制作用和擾動(dòng)作用，輸出量是被控變

量。因此，討論對(duì)象特性就要分別討論控制作用通過控制通道對(duì)被控變量

的影響，和擾動(dòng)作用通過擾動(dòng)通道對(duì)被控變量的影響。

定量地表達(dá)對(duì)象輸人輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為該對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。

2.什么是控制通道？什么是干擾通道？在反饋控制系統(tǒng)中它們是怎

樣影響被控變量的？

答:干擾變量與控制變量都是作用于被控對(duì)象的輸人量，它們都會(huì)引起

被控變量變化。由干擾變量影響被控變量變化的通道稱干擾通道，由控制

變量影響被控變量變化的通道稱控制通道，如圖2-1所示。過程特性及其

數(shù)學(xué)模型

制藥過程控制原理與儀表

圖2-1干擾輸人變量、控制輸人變量與對(duì)象輸出變量之間的關(guān)系

在反饋控制系統(tǒng)中，干擾變量總是通過干擾通道破壞系統(tǒng)的平衡狀態(tài),

使被控變量離開設(shè)定值。為了對(duì)抗和抵消干擾變量的影響，就必須由自動(dòng)

化裝置不斷地施加控制作用（即操縱變量）通過控制通道，力圖使被控變量

始終保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)（即設(shè)定值）上。

3.簡(jiǎn)述建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型的主要方法。

答:一是機(jī)理分析法。二是實(shí)驗(yàn)測(cè)取法。以上兩種方法又稱機(jī)理建模和

實(shí)驗(yàn)建模，將以上兩種方法結(jié)合起來，稱為混合建模。

4.穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么不同？

答:穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)

系；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸人量改變以后輸出量的變化情況。穩(wěn)

態(tài)數(shù)學(xué)模型是動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在對(duì)象達(dá)到平衡時(shí)的特例。

6.為什么說放大系數(shù)K是對(duì)象的靜態(tài)特性？而時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間

T是對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性？

答:放大系數(shù)K反映的是對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸人之間的關(guān)

系，所以放大系數(shù)是描述對(duì)象靜態(tài)特性的參數(shù)。

時(shí)間常數(shù)T是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始

速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間，是反映被控變量變化快慢的參數(shù),

因此它是對(duì)象的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)。

滯后時(shí)間T是指對(duì)象在受到輸入作用后，被控變量不能立即而迅速地

變化這種現(xiàn)象的參數(shù)。因此它是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。

7.何謂系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)？

答:應(yīng)用對(duì)象的輸人輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來確定其數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù),

通常稱為系統(tǒng)辨識(shí)。在已知對(duì)象數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來

確定其中的某些參數(shù)，稱為參數(shù)估計(jì)。

8.對(duì)象的純滯后和容量滯后各是什么原因造成的？對(duì)控制過程有什么

影響?

答：對(duì)象的純滯后一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引

起的。在控制通道，

制藥過程控制原理與儀表如果存在純滯后，會(huì)使控制作用不及時(shí)，

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。在擾動(dòng)通道，

如果存在純滯后，相當(dāng)于將擾動(dòng)推遲一段時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制

系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

對(duì)象的容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力

而引起的。容量滯后增加，會(huì)使對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T增加。在控制通道，T

大，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的影響來得慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。T小，會(huì)

使控制作用對(duì)被控變量的影響來得快，系統(tǒng)的控制質(zhì)量有所提高，但時(shí)間

常數(shù)不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)匹配，否則都會(huì)影響控

制質(zhì)量。在擾動(dòng)通道，如果容量滯后增加，擾動(dòng)作用對(duì)被控變量的影響比

較平穩(wěn)，一般是有利于控制的。

二.

1.例題分析已知一個(gè)具有純滯后的一階過程的時(shí)間常數(shù)為4min,放

大系數(shù)為10,純滯后時(shí)間為Imin,試寫出描述該過程特性的一階微分方程

式。

解該過程特性仍為一階微分方程式，但由于存在純滯后Imin,故輸

出y(t)比輸人x(t)在時(shí)間坐標(biāo)上平移了Imin,假定方程式中的時(shí)間量綱為

min,則微分方程式為

4dy(t?l)?y(t?l)?10x(t)dt

2.已知一個(gè)對(duì)象為具有純滯后的一階特性，其時(shí)間常數(shù)為5,放大系

數(shù)為10,純滯后時(shí)間為2。

(1)試寫出描述該對(duì)象的微分方程；

⑵求出描述該對(duì)象的傳遞函數(shù)。

解⑴與題6類似，該對(duì)象的微分方程式數(shù)學(xué)模型為

5dy(t?2)?y(t?2)?10x(t)[1]dt

式中y表示輸出變量，x表示輸入變量。

(2)將式［1］在零初始條件下，兩端都取拉普拉斯變換，則有

5sY(s)e2s?Y(s)e2s?10X(s)

則對(duì)象的傳遞函數(shù)為

G(s)?Y(s)102s?eX(s)5s?l

第二早

測(cè)量過程在實(shí)質(zhì)上就是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的

過程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。

制藥過程控制原理與儀表

1.由儀表讀得的被測(cè)值與被測(cè)值真值之間，總是存在一定的差距，這

一差距稱為測(cè)量誤差。測(cè)量誤差的表示方法：絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。

2.絕對(duì)誤差：理論上是指儀表指示值與被測(cè)量的真值之間的差值。(通

常說的是絕對(duì)誤差中的最大值△max。)

相對(duì)誤差：某一點(diǎn)的絕對(duì)誤差與標(biāo)準(zhǔn)儀表在該點(diǎn)的指示值的比值。

3.相對(duì)百分誤差，：amax/(測(cè)量范圍上限值-測(cè)量范圍下限值)

*100%。

4.允許誤差€允(在規(guī)定的正常情況下允許的相對(duì)百分誤差的最大值):

，允=土儀表允許的最

大絕對(duì)誤差值/(測(cè)量范圍上限值-測(cè)量范圍下限值)*100%

5.精確度：將允許誤差的“土”和“％”去掉后的數(shù)值，便是用來確

定儀表的精確度等級(jí)(35頁)

靈敏度：儀表指針的線位移或者角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)

變化量值比值稱為儀表的靈敏度。(在數(shù)值上等于單位被測(cè)參數(shù)變化量所

引起得儀表指針移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)角）儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，反映儀表動(dòng)

態(tài)特性的好壞。

壓力：均勻垂直的作用在單位面積上的力。表壓=絕對(duì)壓力-大氣壓力；

真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力

壓力計(jì)分類：液柱式壓力計(jì)（原理：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓

力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量）、彈性式壓力計(jì)（原理：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成

彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量）、電氣式壓力計(jì)（原理：通過機(jī)械和電氣

元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測(cè)量）、活塞式壓力計(jì)（原理：根據(jù)水壓

機(jī)液體傳送壓力原理）。

彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理：彈簧管是壓力表的測(cè)量元件，他是一根彎

成270度圓弧的橢圓形的空心金屬管子，管子的自由端封閉，管子的另一

端固定在封頭上，當(dāng)通入被測(cè)壓力時(shí)，由于橢圓形截面在壓力的作用下將

趨于圓形，而彎成圓弧型的彈簧管也隨之產(chǎn)生向外挺直得擴(kuò)張變形，由于

變形，是彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，輸入壓力與自由端位移成正比，只要

測(cè)得自由端位移，就能反映壓力的大小，此即測(cè)量原理。

一次儀表：將壓力轉(zhuǎn)換成微弱電參數(shù)；

二次儀表：將微弱電參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。

電容式壓力變送器，是先將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，然后進(jìn)

行測(cè)量。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測(cè)量精度高、體積小、

重量輕、使用方便。

測(cè)量流量的意義：在化工和石油煉制生產(chǎn)過程中，為了有效地進(jìn)行生

產(chǎn)操作和控制，需要測(cè)量生產(chǎn)過程中各介質(zhì)的流量。以便為了生產(chǎn)操作和

控制提供依據(jù)，同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合算。

3.瞬時(shí)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小即瞬時(shí)

流量。

4.節(jié)流現(xiàn)象：流體在有節(jié)流裝置的管道總流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的

管壁處。流體的靜壓力

差生差異的現(xiàn)象。

5.壓差式流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置

時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)

流量測(cè)量的。影響因素：被測(cè)流體工作狀態(tài)的改變、節(jié)流裝置安裝的

不正確、孔板入口邊緣的磨損、導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞，滲漏現(xiàn)象、

壓差計(jì)安裝或者使用不正確。

6.壓差式流量計(jì)是在節(jié)流面積不變的條件下，以壓差變化來反映流量

的大小，而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，

卻是以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測(cè)量流量的變化。

7.節(jié)流裝置差生壓差的原因：由于節(jié)流裝置造成流束的局部收縮，使

流體的流速發(fā)生變化，

即動(dòng)能發(fā)生變化，表征流體靜壓能的靜壓力也要變化（流體能量守恒

原理）

8.渦輪流量計(jì)原理：在流體流經(jīng)的管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的

葉輪，當(dāng)流體經(jīng)過葉輪

時(shí)，流體的動(dòng)能使葉輪旋轉(zhuǎn)，流體的流速越快，動(dòng)能就越大，葉輪轉(zhuǎn)

速也就越快，在規(guī)定的流量范圍和一定的流體黏度下，轉(zhuǎn)速與流速成線性

關(guān)系，因此，測(cè)出葉輪的轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過管道的流體流量或

者總量。特點(diǎn)：安裝方便、測(cè)量精度高、可耐高壓、

制藥過程控制原理與儀表

反應(yīng)快、便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。9.在容器中液體介質(zhì)的高低成為液

位，

10.容器中固體或者顆粒狀物質(zhì)的堆積高度成為料位

11.測(cè)量液位的儀表稱為液位計(jì)，測(cè)量料位的儀表稱為料位計(jì)，測(cè)量

兩種不同密度的液體介質(zhì)的分界面的儀表稱為界面計(jì)，上述三種儀表稱為

物位儀表。

12.物位測(cè)量的意義：可以正確獲知容器設(shè)備中所儲(chǔ)物質(zhì)的體積或質(zhì)

量；監(jiān)視或控制容器內(nèi)的介質(zhì)物位，使它保持在一定的工藝要求的高度,

或?qū)λ纳?、下限位置進(jìn)行報(bào)警，以及根據(jù)物位來連續(xù)監(jiān)視或調(diào)節(jié)容器中

流入與流出物料的平衡。

13.物位儀表分為：直讀式物位儀表、壓差式物位儀表（容器內(nèi)液位

改變，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化）、浮力式物位儀表、電磁式物位儀

表、輻射式物位儀表、聲波式物位儀表、光學(xué)式物位儀表。

14.液位：容器中液體介質(zhì)的高低。15.熱電偶溫度計(jì)（依靠熱電現(xiàn)

象）：熱電偶、測(cè)量?jī)x表、導(dǎo)線16.熱電阻溫度計(jì)（依靠熱電阻阻值隨溫

度變化）：熱電阻，測(cè)量?jī)x表、導(dǎo)線。

17.現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展顯著特征：研究新材料、開發(fā)利用新功能、

式傳感器多功能化、微型化、集成化、數(shù)字化、智能化。三.

例題分析

1.如果有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為0~10MPa,經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù):

(2)問該壓力表是否符合1.0級(jí)精度？

解(1)首先計(jì)算出各點(diǎn)正、反行程標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)的差值，找出其中的最大

差值(指絕對(duì)值)。本題的最大絕對(duì)差值發(fā)生在6MPa處，其值為

6.06-5.94=0.12(MPa)o

變差？

最大絕對(duì)差值0.12

?100%??100%?1.2%

量程10?0

(2)由于該表的變差已超過1.0級(jí)表的允許誤差,故不符合1.0級(jí)精度。

2.某壓力表的測(cè)量范圍為0~lMPa,精度等級(jí)為1級(jí)，試問此壓力表

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,試問被校壓力表在這一點(diǎn)

是否符合1級(jí)精度，為什么？

解最大絕對(duì)誤差？max?(l?0)?l%?0.01(MPa)

在0.5MPa處，校驗(yàn)得到的絕對(duì)誤差為0.508-0.5=0,008(MPa),此值小

于該壓力表的允許最大絕對(duì)誤差，故在這一校驗(yàn)點(diǎn)符合1級(jí)精度。

3.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.8MPa,允許最大絕對(duì)誤差為O.OIMPao

現(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為

制藥過程控制原理與儀表0~1.6MPa,精度為1級(jí)的壓力表來進(jìn)行測(cè)

量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0MPa,精

度為1級(jí)的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。

解測(cè)量范圍為0~1.6MPa,精度為1級(jí)的壓力表的允許最大絕對(duì)誤差

為

(1.6?0)?l%?0.016(MPa)

已經(jīng)超出了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差，故不能符合工藝上的誤差要

求。若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0MPa,精度為1級(jí)的壓力表，這時(shí)允許的

最大絕對(duì)誤差為

(1.0?0)?l%?0.01(MPa)

故能符合工藝上的誤差要求。

4.某控制系統(tǒng)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，需要選擇一個(gè)量程為0~100m3/h

的流量計(jì)，流量檢測(cè)誤差小于±0.6m3/h,試問選擇何種精度等級(jí)的流量

計(jì)才能滿足要求？

解工藝上允許的相對(duì)百分誤差為

???0.6?100%??0.6%100?0

因此選擇0.5級(jí)精度的流量計(jì)才能滿足要求。

5.某溫度控制系統(tǒng)，最高溫度為700℃,要求測(cè)量的絕對(duì)誤差不超過

±10℃,現(xiàn)有兩臺(tái)量程分別為0~1600℃和0~1000℃的1.0級(jí)溫度檢測(cè)儀表，

試問應(yīng)該選擇哪臺(tái)儀表更合適？如果有量程均為0~1000℃,精度等級(jí)分別

為1.0級(jí)和0.5級(jí)的兩臺(tái)溫度變送器，那么又應(yīng)該選擇哪臺(tái)儀表更合適？

試說明理由。

解對(duì)于量程為0~1600℃和0~1000℃的1.0級(jí)儀表，其允許的最大絕

對(duì)誤差分別為：(1600-0)X1%=16(℃(1000-0)Xl%=10(℃),因此。0~1600℃

量程的儀表其絕對(duì)誤差已經(jīng)超出了工藝上允許的絕對(duì)誤差(土10℃),故不

能選用。另外，對(duì)于最高溫度僅為700℃的溫度控制系統(tǒng)，其量程也沒有

必要選0~1600℃這么大量程的儀表。因此，本溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該選擇

0~1000℃量程的1.0級(jí)溫度檢測(cè)儀表，這時(shí)其絕對(duì)誤差也能滿足要求(土

10℃)o

如果有量程均為0~1000℃,精度等級(jí)分別為1.0級(jí)和0.5級(jí)的兩臺(tái)溫

度變送器，應(yīng)該選擇1.0級(jí)的更為合適。這時(shí)兩臺(tái)儀表都能滿足工藝要求，

應(yīng)該選擇其中精度較低的儀表，這樣可以節(jié)省投資，日常維護(hù)也比較方便。

6.某一標(biāo)尺為0~500℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)過校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)的

測(cè)量結(jié)果值為

⑵確定儀表的允許誤差及精度等級(jí)；

制藥過程控制原理與儀表

(3)經(jīng)過一段時(shí)間使用后重新校驗(yàn)時(shí)，儀表最大絕對(duì)誤差為土8℃,問

該儀表是否還符合出廠時(shí)的精度等級(jí)？

解⑴首先計(jì)算出各點(diǎn)的絕對(duì)誤差，找出其中的最大絕對(duì)誤差是在400℃

這一點(diǎn)，其值為

)；?max?406?400?6(℃

(2)?允??max6?100%??100%?1.2%故該溫度計(jì)的精度等級(jí)確定為1.5級(jí)；

量程500?0

8?100%?1.6%,已經(jīng)超過500?0⑶當(dāng)儀表最大絕對(duì)誤差變?yōu)椤?℃后，

相對(duì)百分誤差?？

了1.5級(jí)儀表的最大允許相對(duì)百分誤差1.5%,故已不符合儀表出廠時(shí)

的精度要求。

7.如何根據(jù)待測(cè)工藝變量的要求來選擇儀表的量程和精度？現(xiàn)欲測(cè)

往復(fù)泵出口壓力（約

1.2MPa）,工藝要求±0.05MPa,就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表

的精度為：1.0級(jí)，1.5級(jí)，2.5級(jí)，4.0級(jí),測(cè)量范圍為0~1.6MPa,0~2.5MPa,

試選擇壓力表的量程和精度。

0~4.0MPao

解量程是根據(jù)所要測(cè)量的工藝變量來確定的。在儀表精度等級(jí)一定

的前提下適當(dāng)縮小量程，可以減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。一般而言，

儀表的上限應(yīng)為被測(cè)工藝變量的4/3倍或3/2倍，若工藝變量波動(dòng)較大，

例如測(cè)量泵的出口壓力，則相應(yīng)取為3/2倍或2倍。為了保證測(cè)量值的準(zhǔn)

確度，通常被測(cè)工藝變量的值以不低于儀表全量程的1/3為宜。

儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測(cè)量誤差來確定的。一般來

說，所選用的儀表越精密，則測(cè)量結(jié)果越精確、可靠。但不能認(rèn)為選用的

儀表準(zhǔn)確度越高越好，因?yàn)樵骄艿膬x表，一般價(jià)格越貴，操作和維護(hù)越

費(fèi)事。因此，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能選用準(zhǔn)確度較低、價(jià)廉

耐用的儀表。

當(dāng)往復(fù)泵的出口壓力為1.2MPa時(shí)，由于往復(fù)泵的出口壓力波動(dòng)較大，

可取儀表上限為正常壓力的2倍，即2.4MPa,所以應(yīng)選擇測(cè)量范圍為

0~2.5MPa的彈簧管壓力表。由于出口壓力不低出2.5MPa的1/3,故能保

證測(cè)量值的準(zhǔn)確度。

根據(jù)題意，允許的相對(duì)百分誤差???0.05?100%??2%,故應(yīng)選擇的精度

等級(jí)為L(zhǎng)5級(jí)。2.5

10.某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa,要求誤差不超過

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、精度級(jí))。

解由于合成塔內(nèi)的壓力比較平穩(wěn)，故壓力測(cè)量上限可選工作壓力的

3/2倍，即

14X3/2=21(MPa),測(cè)量范圍可選0~25Mpa。

根據(jù)所選量程和誤差要求，算得允許相對(duì)百分誤差

制藥過程控制原理與儀表

??0.4?100%?1.6%,壓力表的精度等級(jí)應(yīng)選1.5級(jí)。25?0

由于所測(cè)的介質(zhì)是氨氣，由產(chǎn)品目錄可選氨用壓力表YA-lOOo

11.有一臺(tái)DDZ-III型兩線制差壓變送器，已知其測(cè)量范圍為20~100kPa,

當(dāng)輸人信號(hào)為40kPa和70kPa時(shí);變送器的輸出信號(hào)分別是多少？

解當(dāng)輸入為40kPa時(shí)，其輸出為

10

?20?4(40?20)?4?8(mA)100?20

當(dāng)輸入為70kPa時(shí)，其輸出為

IO?2O?4(7O?2O)?4?14(mA)100?20

18.圖3-15所示的液位測(cè)量系統(tǒng)中采用雙法蘭差壓變送器來測(cè)量某介

質(zhì)的液位。已知介質(zhì)液位的變化范圍h=0~950mm,介質(zhì)密度P=1200kg/m3,

兩取壓口之間的高度差H=1200mm,變送器毛細(xì)管中填充的硅油密度為P

l=950kg/m3,試確定變送器的量程和遷移量。

圖3-15液位測(cè)量系統(tǒng)

解?pmax?hmax?g?0.95?1200?9,81?11183.4(Pa)

因此變送器量程可選0~16kPao

負(fù)遷移量為H?lg?1.2?950?9.81?11183.4(Pa)

19.用K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25℃,求設(shè)備的溫度？如果改用E熱電偶來測(cè)溫時(shí)，在相同的條件下,

E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？

解((1)當(dāng)熱電勢(shì)為20mV時(shí),此時(shí)冷端溫度為25°為即

E(t,t0)?20mV

查表可得E(t0,0)?E(25,0)?lmV

因?yàn)镋(t,O)?E(t,tO)?E(tO,O)?2O?l?21mV

由此電勢(shì)，查表可得t=509℃,即設(shè)備溫度為509℃。

(2)若改用E熱電偶來測(cè)溫時(shí)，此時(shí)冷端溫度仍為25℃。查表可得

制藥過程控制原理與儀表E(t0,0)?E(25,0)?1.5mV

設(shè)備溫度為509℃,查表可得

E(t,0)?E(509,0)?37.7mV

因?yàn)镋(t,t0)?E(t,0)?E(t0,0)?37.7?1,5?36

,2mV

即E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為36.2mVo

22.測(cè)溫系統(tǒng)如圖3-17所示。請(qǐng)說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？已

知熱電偶的分度號(hào)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℃)

圖3-17測(cè)溫系統(tǒng)圖

解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。查分度號(hào)E,可得160c時(shí)的電勢(shì)

為10501HV,這電勢(shì)實(shí)際上是由K熱電偶產(chǎn)生的，即

E(tx,25)?10501?V

查分度號(hào)K,可得E(20,0)?1000?V,由此可見，

E(tx,0)?E(tx,25)?E(25,0)?10501?1000?11501?V

由這個(gè)數(shù)值查分度號(hào)K,可得實(shí)際溫度tx=283℃。

第四章顯示儀表

1.按照現(xiàn)實(shí)的方式：模擬式、數(shù)字式和屏幕顯示三種。

2.模擬式的特點(diǎn)：測(cè)量速度慢、精度較低、讀數(shù)容易造成多值性，結(jié)

構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)廉又能反映被測(cè)值的變化趨勢(shì)。

3.數(shù)字式的特點(diǎn)：測(cè)量速度快、精度高，讀數(shù)直觀、對(duì)所測(cè)參數(shù)便于

進(jìn)行數(shù)值控制和數(shù)字打印記錄，能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。便于和數(shù)字

計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字裝置聯(lián)用。直接用數(shù)字來顯示測(cè)量值或偏差值，清晰直

觀、讀數(shù)方便、不會(huì)產(chǎn)生視差、線路簡(jiǎn)單、可靠性好、耐震性強(qiáng)。

4.屏幕顯示的特點(diǎn)：能將圖形、曲線、字符和數(shù)字等直接顯示在屏幕

±o

5.數(shù)字式儀表的組成：信號(hào)變換電路、前置放大、非線性校正或開方

運(yùn)算、A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換、數(shù)字顯示、V/I轉(zhuǎn)換及各種控制電路。

6.信號(hào)變換電路：將生產(chǎn)過程中的工藝變量經(jīng)過檢測(cè)變送后的信號(hào)，

轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流值。

7.前置放大電路：輸入信號(hào)往往很小，必須經(jīng)前置放大電路放大到伏

級(jí)電壓幅度，才能供線性化電路或A/D轉(zhuǎn)換電路工作。

8.非線性校正或開方運(yùn)算電路：許多檢測(cè)元件具有非線性關(guān)系，需將

信號(hào)經(jīng)過非線性校正或

制藥過程控制原理與儀表開方運(yùn)算電路處理成線性特性，以提高儀

表測(cè)量精度。

9.數(shù)模轉(zhuǎn)換電路：將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動(dòng)，

點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。是數(shù)顯儀表的核心。

10.標(biāo)度變換電路：將數(shù)顯儀表的顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值統(tǒng)一起來,

使儀表能以工程量形式顯示被測(cè)參數(shù)的大小。

四.11.電壓電流轉(zhuǎn)換：將被測(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)例題

分析

1,對(duì)于配有銀銘一銀硅熱電偶，且標(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)，問這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸人信號(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？輸人信號(hào)為多少？

解因?yàn)樽詣?dòng)電子電位差計(jì)的冷端溫度補(bǔ)償是按冷端為25℃設(shè)計(jì)的，

所以當(dāng)熱電偶的熱端溫度為0℃,冷端溫度為25℃時(shí)，指示的應(yīng)是熱端溫

度0℃,這時(shí)放大器的輸入信號(hào)為0。若熱端和冷端均為0℃時(shí)，送到放大

器的輸人信號(hào)約為+1000RV,這時(shí)應(yīng)指在25℃。

2.圖4-7所示為一自動(dòng)平衡電橋的測(cè)量橋路示意圖，請(qǐng)問在下列情況

儀表的指針、起點(diǎn)溫度、量程會(huì)如何變化？為什么？（1）溫度升高；（2）儀表

停電；⑶加大R6;⑷減小R5；⑸A線斷；

⑹B線斷；⑺C線斷。

圖4-7自動(dòng)平衡電橋

解（1）當(dāng)溫度升高時(shí)，指針向M方向移動(dòng)。因?yàn)闇囟壬?，Rt增加，

只有減小與Rt串聯(lián)的電阻才能使電橋達(dá)到新的平衡。

(2)儀表停電時(shí)，指針隨撥隨停，因?yàn)榇藭r(shí)UOD=0,放大器沒有輸出信

號(hào)。

(3)加大R6,指針向M方向移動(dòng)，因?yàn)镽6與Rt串聯(lián)，當(dāng)R6增加時(shí),

UOD增加，指針只有左移電橋才能達(dá)到新的平衡。這樣使得M點(diǎn)的起點(diǎn)

溫度降低。

⑷減小R5,流過RP的電流減小，量程也就減小。

(5)A線斷開，相當(dāng)于Rt-8,溫度升高，這時(shí)指針指到N點(diǎn)。

⑹B線斷開，UOD不能為零，而是正數(shù)，這樣指針左移直到M點(diǎn)。

(7)C線斷開，UOD永遠(yuǎn)為零，指針可停留在任何位置。

制藥過程控制原理與儀表

3.熱電阻短路或斷路時(shí)，電子自動(dòng)平衡電橋指針分別指在何處？

解熱電阻短路，相當(dāng)于Rt=O,指針會(huì)直指向始端，直到受到限位為

止，相當(dāng)于溫度非常低。

熱電阻斷路，相當(dāng)于Rt~8,指針會(huì)直指向終端，直到受限位為止,

相當(dāng)于溫度非常高。

五.習(xí)題

1.一臺(tái)與熱電偶配套的自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)，其冷端溫度補(bǔ)償是按

冷端為25℃設(shè)計(jì)的。問在下列兩種情況下，其溫度指示值會(huì)偏低或偏高？

⑴實(shí)際冷端溫度低于25℃；

⑵實(shí)際冷端溫度高于25℃0

答：1.(1)偏高；(2)偏低。

3.在自動(dòng)電子平衡電橋中，連接電源的線路電阻若發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量

的結(jié)果有否影響？答：沒有影響。

第二早

1.

型？

答主要有三種類型：基地式控制儀表、單元組合式儀表和以微處理

器為基礎(chǔ)的控制裝置。

2.控制器的控制規(guī)律是指什么？常用的控制規(guī)律有哪些？

答所謂控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)p與輸人偏差信號(hào)e

之間的關(guān)系，即p?f(e)?f(z?x)自動(dòng)控制儀表問題解答從控制儀表的發(fā)展

及結(jié)構(gòu)原理來看，主要有哪幾種類

式中，z為測(cè)量值信號(hào)；x為給定值信號(hào)；f為某種函數(shù)關(guān)系。

常用的控制規(guī)律有位式控制、比例控制(P)、積分控制(I)、微分控制(D)

以及它們的組合控制規(guī)律，例PI,PD,PID等。

3.什么是比例控制規(guī)律？

答比例控制規(guī)律(P)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸人偏差信號(hào)

變化量e之間成比例關(guān)系，即

p?KPe

式中，Kp為比例放大系數(shù)。

制藥過程控制原理與儀表

4.什么是積分控制規(guī)律？什么是比例積分控制規(guī)律?

答積分控制規(guī)律是指控制器的輸出變量p與輸人偏差e的積分成正

比，即

p?KI?edt

式中，KI為積分比例系數(shù)。

在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上積分控制作用，便構(gòu)成比例積分控制規(guī)

律，其輸出p與輸入e的關(guān)系為：

p?KP(e?KI?edt)

5.什么是微分控制與比例微分控制？

答微分控制規(guī)律是指控制器的輸出變化量p與輸人偏差e的變化速

度成正比，即

p?TDdedt

式中，TD為微分時(shí)間。

在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上微分控制作用，便構(gòu)成比例微分控制規(guī)

律，其輸出p與輸入e的關(guān)系為

p?KP(e?TDde)dt

14.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。

答

p?KP(e?ldeedt?T)D?Tldt

二.例題分析

1.一臺(tái)DDZ-III型溫度比例控制器,測(cè)量的全量程為0~1000℃,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？

解根據(jù)比例度的定義

????x?xmin?max??e??IO??lOO%?lmax?lmin?

?IO??1OO代人有關(guān)數(shù)據(jù)，得80%????100%?1000?020?4?

可解得輸出變化量△lO=2(mA)

制藥過程控制原理與儀表

2.某比例控制器輸入信號(hào)為4~20mA,輸出信號(hào)為1~5V,當(dāng)比例度為

60%時(shí)，輸入變化6mA,所引起的輸出變化量是多少？

解代人比例度的公式，有

??l????l?l?maxmin??U?U??6??100%????100%?60%

Umax?Umin?20?45?l???

可解得△U=2.5V。

3.一臺(tái)DDZ-III型溫度比例控制器,測(cè)溫范圍為200~1200℃。當(dāng)溫度

給定值由800℃變動(dòng)到850℃時(shí)，其輸出由12mA變化到16mA。試求該控

制器的比例度及放大系數(shù)。該控制器是高于正作用還是反作用控制器，為

什么？

解根據(jù)比例度的定義，并代人有關(guān)數(shù)據(jù)，可得比例度

為????x?xmin?max??epmax?p??100%??pmin?

?850?80016?12?????100%1200?20020?4??

?20%

由于是單元組合式儀表，輸人到溫度控制器的信號(hào)是由溫度變送器來

的4~20mADC信號(hào)，與輸出信號(hào)一樣，都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以溫度控

制器的放大系數(shù)與其比例度成倒數(shù)關(guān)系，故有

KP?1

??1?520%

該控制器當(dāng)給定信號(hào)增加時(shí)，其輸出信號(hào)也是增加的。由于給定信號(hào)

與測(cè)量信號(hào)在進(jìn)行比較時(shí)，是相減的運(yùn)算，控制器的輸人信號(hào)（偏差）等于

測(cè)量信號(hào)減去給定信號(hào)，所以當(dāng)給定信號(hào)增加時(shí);控制器的偏差信號(hào)是減

小的，而這時(shí)輸出信號(hào)反而增加，故該控制器屬于反作用式控制器。

第四章

1.問題解答氣動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？

答氣動(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)行器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)控制信號(hào)（由控制器來）壓力的大小產(chǎn)生相

應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位

移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，執(zhí)行器

制藥過程控制原理與儀表它直接與被控介質(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.氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點(diǎn)？

答氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩種結(jié)構(gòu)形式。

薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便、應(yīng)用最為廣泛。

它可以用作一般控制閥的推動(dòng)裝置，組成氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器，習(xí)慣上稱為

氣動(dòng)薄膜控制閥。

氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是推力大，主要適用于大口徑、高壓降的

控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。

除薄膜式和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)外，還有長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的行程長(zhǎng)、

轉(zhuǎn)矩大，適用于輸出轉(zhuǎn)角（00~900）和力矩的場(chǎng)合，如用于蝶閥或風(fēng)門的

推動(dòng)裝置。

3.何謂正作用執(zhí)行器？何謂反作用執(zhí)行器？

答當(dāng)輸人信號(hào)增大時(shí)，執(zhí)行器的流通截面積增大，即流過執(zhí)行器的

流量增大，稱為正作用；當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，流過執(zhí)行器的流量減小，稱

為反作用。

4.控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有哪些？各有什么特點(diǎn)？主要使用在什么

場(chǎng)合？

答簡(jiǎn)單列表說明如下：

5.控制閥的流量特性是指什么？

答控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相

對(duì)開度（或相對(duì)位移）之間的關(guān)系，即

Ql?f（）QmaxL

制藥過程控制原理與儀表式中相對(duì)流量IQ是控制閥某一開度時(shí)的流

量Q與全開時(shí)的流量Qmax之比。相對(duì)開度LQmax

是控制閥某一開度時(shí)的閥桿行程I與閥桿全行程L之比。

10.為什么說等百分特性又叫對(duì)數(shù)特性？與線性特性比較起來有什么

優(yōu)點(diǎn)？

答等百分比流量特性是指單位相對(duì)開度變化所引起的相對(duì)流量變化

與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系，即控制閥的放大系數(shù)隨相對(duì)流量的增加而

增加，即

d(Q)QmaxQ?KlQmaxd()L

將上式積分得

lnQI?K?CQmaxL

由上式可以看出，等百分流量特性的相對(duì)流量的對(duì)數(shù)值與相位行程成

正比，故又稱對(duì)數(shù)特性。

由于等百分比流量特性的控制閥，其放大系數(shù)隨相對(duì)流量的增加而增

加，在同樣的行程變化值下，流量小時(shí)，流量變化小，控制平穩(wěn)緩和；流

量大時(shí)，流量變化大，控制靈敏有效，這是它比起線性特性的控制閥來說

所具有的優(yōu)點(diǎn)。

12.什么是串聯(lián)管道中的阻力比s?s值的減少為什么會(huì)使理想流量特

性發(fā)生畸變？

答S值表示控制閥全開時(shí)閥上壓差與系統(tǒng)總壓差之比。當(dāng)5=1時(shí)?，說

明系統(tǒng)總壓差全部降在控制閥上，所以控制閥在工作過程中，隨著閥開度

的變化，閥兩端的壓差是不變的，故工作流量特性與理想流量特性是一致

的。當(dāng)s值小于1時(shí)，系統(tǒng)的總壓差一部分降在控制閥，另一部分降在與

控制閥串聯(lián)的管道上。隨著閥的開度增大，流量增加，降在串聯(lián)管道上的

壓差增加，從而使降在控制閥上的壓差減少，因而流過控制閥的流量也減

少。所以隨著S值減小，會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變，閥的開度越大，使

實(shí)際流量值離開理想值越大。具體來說，會(huì)使理想的直線流量特性畸變?yōu)?/p>

快開特性，使理想的等百分比流量特性畸變?yōu)橹本€特性。

13.什么是并聯(lián)管道中的分流比x?試說明x值的變化對(duì)控制閥流量特

性的影響。

答x值表示并聯(lián)管道時(shí)，控制閥全開時(shí)流過控制閥的流量與總管的總

流量之比，當(dāng)說明流過控制閥的流量等于總管的流量，即旁路流

量為零，如果這時(shí)閥的流量為理想流量特性，那么，隨著x值的減少，說

明流過旁路的流量增加。這時(shí)，控制閥即使關(guān)死，也有一部分流體從旁路

通過，所以控制閥所能控制的最小流量比原先的大大增加，使控制閥的可

調(diào)范圍減小，閥的流量特性發(fā)生畸變。

制藥過程控制原理與儀表15.什么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式?

其選擇原則是什么？

答隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號(hào)的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，

反之稱為氣關(guān)式。氣開、氣關(guān)式的選擇主要是由工藝生產(chǎn)上安全條件決定

的。一般來講，閥全開時(shí)，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的選氣開式；閥全關(guān)

時(shí).，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的應(yīng)選擇氣關(guān)式。

18.試述電-氣轉(zhuǎn)換器的用途與工作原理。

答電-氣轉(zhuǎn)換器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣信號(hào)的一種裝置。在控制

系統(tǒng)中，如果所使用的控制器是電動(dòng)控制器，其輸出信號(hào)為0~10mADC或

4~20mADC,但所選擇的執(zhí)行器為氣動(dòng)執(zhí)行器，其輸人信號(hào)一般為

20~l00kPa。這時(shí)就需要采用電-氣轉(zhuǎn)換器，先將控制器的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換

為相應(yīng)的氣信號(hào)，才能為氣動(dòng)執(zhí)行器所接受。

電-氣轉(zhuǎn)換器是接力矩平衡原理工作的。當(dāng)由輸入電流所產(chǎn)生的電磁力

與由輸出氣壓所產(chǎn)生的反饋力相平衡時(shí)，就建立了輸出氣壓信號(hào)與輸人電

流信號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

19.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(hào)轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)外，還能夠使閥

桿位移與送來的信號(hào)大小保持線性關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)控制器來的輸人信號(hào)與閥

門位置之間關(guān)系的準(zhǔn)確定位，故取名為定位器。定位器可以使用在閥的不

平衡力較大或閥桿移動(dòng)摩擦力較大等場(chǎng)合，同時(shí)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(hào)段范圍內(nèi)作全行程移動(dòng)。

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