過(guò)程控制課后習(xí)題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——過(guò)程控制課后習(xí)題答案第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)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)尋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（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)理變量）——對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)理（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

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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

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。

可能影響被控變量的干擾因素主要有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，假使由于進(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)的工作狀況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)控制作用來(lái)戰(zhàn)勝干擾作用對(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)，這樣戰(zhàn)勝干擾作用對(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(900?10)℃?？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)80℃。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(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

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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），并回復(fù)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)=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(guò)渡時(shí)間ts=47min。

由于A=50℃

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?V，EE(25，0)=1496.5?V，則

EE(160，25)=10501?1496.5=9004.5?V

EK(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=246.4℃

4-14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?Rt，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+RP?r1）=R2(R4+r1)（2）

用式（1）減式（2），則得

?RtR3?r1R3=R2r1

即

R3r1??Rt（3）

R2?R3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

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停電時(shí)，指針指在任何位置，電橋輸出都為0，（電橋“平衡〞）。

4-19有一分度號(hào)為Cul00的熱電阻，接在配分度號(hào)為Ptl00的自動(dòng)平衡電橋上，指針讀數(shù)為143℃，問(wèn)所測(cè)實(shí)際溫度是多少?

解溫度為143℃時(shí)，分度號(hào)為Ptl00的熱電阻阻值（查Ptl00分度表）為154.70?。而自動(dòng)平衡電橋上實(shí)際接的是分度號(hào)為Cul00的熱電阻，利用154.70?查Cul00分度表，得所測(cè)實(shí)際溫度為128℃。

4-20有一配K分度號(hào)熱電偶的電子電位差計(jì)，在測(cè)溫過(guò)程中錯(cuò)配了E分度號(hào)的熱電偶，此時(shí)儀表指示196℃，問(wèn)所測(cè)的實(shí)際溫度是多少?此時(shí)儀表外殼為28℃。

解電子電位差計(jì)指示196℃，輸入信號(hào)為

EK(196，28)=E(196，0)?E(28，0)=7.977?1.122=6.855(mV)，

而該熱電勢(shì)實(shí)際是由E型熱電偶提供的。設(shè)所測(cè)的實(shí)際溫度為t，則有

EE(t，0)=EE(t，28)?EE(28，0)=EK(196，28)+EE(28，0)=6.855+1.679=8.534(mV)查E型熱電偶分度表，得所測(cè)的實(shí)際溫度為t=132.2℃

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

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)。

~~~~5-4何為比例控制器的比例度？一臺(tái)DDZ—Ⅱ型液位比例控制器，其液位的測(cè)量范圍為0~1.2m，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：

????x?x?maxmin?e?p??100%

pmax?pmin??式中e——輸入變化量；

p——相應(yīng)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。

根據(jù)題給條件，該控制器的比例度為

0.6?0.47?5???100%?83.3%

1.2?010?0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—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？

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解??epmax?pmin20?41001.6?????80%pxmax?xminp1000?0p控制器的輸出變化量p=1.6/80%=2(mA)

5-9一臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的DDZ—Ⅱ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=6?5=1(mA)，經(jīng)歷時(shí)間t=30s。由

?p?KPA?得

KPAtTITI?KPAt0.5?0.5?30??10(s)

?p?KPA1?0.5?0.55-10某臺(tái)DDZ—Ⅲ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

?p?KPA?KP1At?1?0.2??0.2?5?0.7(mA)TI2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(mA)

~~~5-12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

?1de??p?KP?e?edt?TD???T1dt??其中，e—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(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

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大小，假使偏差固定，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。

5-26請(qǐng)寫出下面對(duì)應(yīng)的ACMY-S80的STL指令

解（1）LD00000（2）LD00000OR00003LD00002LDNOT00001OR00005ORNOT00004LD00003ANDLDORNOT00006AND00002ANDLDOUT-01000ORLD

AND00001OUT01000

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)閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系：

Q?l??f??Qmax?L?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想流量特性。主要有：

?直線流量特性Q?1?1?(R?1)l?；

??QmaxR?L???1??等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性Q?R?L?；

Qmax?l?19

?Q?d?max??拋物線流量特性；??K???d?lL??Qmax??快開(kāi)流量特性Q?1?1?(R?1)l?

QmaxR?L???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

212R?QmaxQmin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Qmax＝50m3/h，可調(diào)范圍R＝30。

（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)在理想狀況下閥的相對(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)在理想狀況下閥的相對(duì)行程為0.2及0.8時(shí)的流量值Q。

解（1）由R?max50?1.67(m3/h)。Qmin不是閥的泄漏量，，得Qmin?max?R30Qmni而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。

Q?l?（2）由直線流量特性Q?1?1?(R?1)l?，得Q?max?1?(R?1)?，

RLQR?L?max?????l/L=0.2時(shí)，Q0.2??l/L=0.8時(shí)，Q0.850?1?(30?1)?0.2??11.33(m3/h)3050??1?(30?1)?0.8??40.33(m3/h)30?l???1??L?（3）由等百分比流量特性Q?RQmax，得Q?Qmax?R?l???1??L?，

?0.2?1??3.29(m3/h)?l/L=0.2時(shí)，Q0.2?50?30?0.8?1??25.32(m3/h)?l/L=0.8時(shí)，Q0.8?50?306-9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，試求出在理想狀況

Q?d??Q?max?下，相對(duì)行程分別為l/L＝0.2和0.8時(shí)的兩種閥的相對(duì)放大系數(shù)?（閥?K相對(duì)。dlL??20

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Q?1?1?(R?1)l?，得

QR?L???maxQ?d??Q?1max???K?1?1，即K與l/L的值無(wú)關(guān)，所以，對(duì)于相對(duì)行程分?K?1?相對(duì)RRdlL??別為l/L＝0.2和0.8時(shí)的直線流量特性閥，均有

K相對(duì)=1?1/R=1?1/30=0.967。

??1?當(dāng)閥的理想流量特性為等百分比流量特性時(shí)，由Q?R?L?，得

Qmax?l?Q??l?d??l??Q???1???1?ma?x??L??L?，則K?lnR?R相對(duì)?lnR?RldLQ?d??l??Q???1?max???當(dāng)l/L＝0.2時(shí)，?K相對(duì)?lnR?R?L??ln30?30?0.2?1??0.22dlLQ?d??l??Q???1?max???當(dāng)l/L＝0.8時(shí)，?K相對(duì)?lnR?R?L??ln30?30?0.8?1??1.72dlL??????6-10已知閥的最大流量Qmax＝100m3/h，可調(diào)范圍R＝30。試分別計(jì)算在理想狀況下閥的相對(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)的流量變化狀況。(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：

Q1?l???1?(R?1)?QmaxR?L?分別在公式中代入數(shù)據(jù)Qmax＝100m3/h，R＝30，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：

Q0.1＝13m3/hQ0.2＝22.67m3/hQ0.8＝80.67m3/hQ0.9＝90.33m3/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：

??1?Q?R?L?Qmax?l?分別代入上述數(shù)據(jù)，可得：

Q0.1＝4.68m3/hQ0.2＝6.58m3/hQ0.8＝50.65m3/hQ0.9＝71.17m3/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：

21

22.67?13?100%?74.4%；

13相對(duì)行程由80％變化到90％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：

90.33?80.67?100%?12%。

80.67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)，簡(jiǎn)單使系統(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：

6.58?4.68?100%?40%；

4.68相對(duì)行程由80％變到90％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：

71.17?50.65?100%?40%。

50.65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

控制閥全開(kāi)時(shí)閥上的壓差s?系統(tǒng)總壓差?即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)力損失總和?s值變化時(shí)，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(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=0.3~0.5。s?0.6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

并聯(lián)管道控制閥全開(kāi)時(shí)流量Q1maxx?總管最大流量Qmaxx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，工作特性與理想特性一致。隨著x值的減小，旁路閥逐漸開(kāi)啟，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)

22

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)滾動(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？

控制閥全開(kāi)時(shí)閥上的壓差?p1解由s?，得控制閥全開(kāi)時(shí)

系統(tǒng)總壓差?即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)力損失總和??p閥上壓差?p1=?p?s=100?0.5=50kPa，則

Kmax?10Qmax??p1?10?60?150?84.42

實(shí)際的可調(diào)范圍Rr為Rr?Rs?30?0.5?21.21

6-14某臺(tái)控制閥的額定流量系數(shù)Kmax＝100。當(dāng)閥前后壓差為200kPa時(shí)，其兩種流體密度分別為1.2g／cm3和0.8g／cm3，滾動(dòng)狀態(tài)均為非阻塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量各是多少？

K解由Kmax?10Qmax?，得Qmax?max?p

??p10當(dāng)?=1.2g／cm3時(shí)，Qmax?當(dāng)?=0.8g／cm3時(shí)，QmaxKmax?p100200??129(m3/h)?101.210K100200?max?p??158(m3/h)

?100.8106-15對(duì)于一臺(tái)可調(diào)范圍R＝30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為Kmax＝100，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，假使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：

60s??0.6。100由于該閥的Cmax＝100，R＝30，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Qmax＝l00m3/h，最小流量Qmin＝Qmax／R＝100/30＝3.33m3/h。

對(duì)于非阻塞流的液體，

Kmax?10Qmax?/?p。

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

100??Qmax??p/??10?60/1?77.46m3/h。

?這時(shí)的可調(diào)范圍

Rr??Qmax77.46（或Rr?30?0.6?23.24）??23.26；

Qmin3.33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。

假使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。

23

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)Kmax＝200。當(dāng)閥前后壓差為1.2MPa，流體密度為0.81g/cm3，滾動(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？假使壓差變?yōu)?.2MPa時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為多少？

解由公式

Kmax?10Qmax?/?p，

得

Kmax?p2023200????769.8(m3/h)10?100.81當(dāng)壓差變?yōu)?.2MPa時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為：

K?p202300??max?Qmax???314.3(m3/h)

10?100.81Qmax?上述結(jié)果說(shuō)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)確定的狀況下，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，而擔(dān)憂裝在吸入管線上，這