過程裝備控制技術(shù)課后習(xí)題及參考答案

過程裝備控制技術(shù)課后習(xí)題及參考答案

第一章控制系統(tǒng)的基本概念

1.什么叫生產(chǎn)過程自動(dòng)化？生產(chǎn)過程自動(dòng)化主要包含了哪些內(nèi)容？

答：利用自動(dòng)化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法稱為生產(chǎn)過程自動(dòng)化。主要包含：①自動(dòng)檢測(cè)

系統(tǒng)②信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)③自動(dòng)操縱系統(tǒng)④自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2.自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的術(shù)語(yǔ)有哪些？

答：自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有被控對(duì)象，測(cè)量元件和變送器，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器等環(huán)節(jié)組成。

自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的術(shù)語(yǔ)有：

被控變量y；給定值以測(cè)量值ym：操縱變量m；干擾f；偏差信號(hào)（c）；控制信號(hào)u

3.什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖？它與工藝流程圖有什么不同？

答：自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖上是由傳遞方塊、信號(hào)線（帶有箭頭的線段）、綜合點(diǎn)、分支

點(diǎn)構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每一個(gè)分塊代表系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，

方塊內(nèi)填入表示其自身特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式；方塊間用帶有箭頭的線段表示相7間的關(guān)系及

信號(hào)的流向。采用方塊圖可直觀地顯示出系統(tǒng)中各組成部分以及它們之間的相互影響和信

號(hào)的聯(lián)系，以便對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析和研究。而工藝流程圖則是以形象的圖形、符號(hào)、代

號(hào)，表示出工藝過程選用的化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等的排列及連接，借以表達(dá)

在一個(gè)化工生產(chǎn)中物料和能量的變化過程，即原料一成品全過程中物料和能量發(fā)生的變化

及其流向。

4.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？?jī)烧哂惺裁搓P(guān)系？

答：干擾作用是指除操縱變量以外的各種因素引起被控變量偏離給定值的作用；控制作用

是通過對(duì)被控變量的測(cè)量得到測(cè)量值，使其與給定值比較，得出偏差信號(hào)。這個(gè)信號(hào)按一

定規(guī)律計(jì)算出控制信號(hào)來改變操縱變變量克服干擾作用。兩者關(guān)系是控制作用的一部分職

能就是減小或消除干擾對(duì)被控變量的影響。

5.什么是閉環(huán)控制？什么是開環(huán)控制？定值控制系統(tǒng)為什么必須是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)？

答：閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)為輸出信號(hào)的改變回返回影響操縱變量的控制方式。

開環(huán)控制是控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)不會(huì)影響操縱變量的控制方式。

定值控制系統(tǒng)是指設(shè)定值恒定不變的控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的作用是克服擾動(dòng)對(duì)被控變

量的影響，當(dāng)輸出信號(hào)變大時(shí)，反饋影響操縱變量使輸出信號(hào)減小，反之則影響操縱變量

是輸出信號(hào)增大?？梢姸ㄖ悼刂葡到y(tǒng)滿足閉環(huán)魚反饋系統(tǒng)的要求。

6.在圖1-11的換熱器出口溫度控制系統(tǒng)中，工藝要求熱物料出口溫度保持為某一設(shè)定值。

①試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖；

②方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是什么？整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)又是什

么？

③系統(tǒng)在遇到干擾作用(如冷物料流量突然增大)時(shí)，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的？

該控制系統(tǒng)及各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號(hào)如圖所示。整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為：給定值內(nèi)，干

擾作用f，輸出為熱物料出口溫度T,

當(dāng)冷物料流量增大，則出口溫度y減小，TT檢測(cè)后所得ym減小，偏差信號(hào)e=ym-ysO,輸

入調(diào)節(jié)器后產(chǎn)生控制信號(hào)u,使執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥加大閥門開度，使溫度T升高，從而實(shí)現(xiàn)

控制。

7.圖1?12為貯糟液位控制系統(tǒng)，工藝要求液位保持為某一數(shù)值，

(1)試畫出該系統(tǒng)的方框圖；

(2)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象，被控變量，操縱變量，干擾作用各是什么？

qvl

（2）該系統(tǒng)中被控變量對(duì)象為貯槽；被控變量為貯槽液位；操縱變量為出水流量：干擾作

用為：進(jìn)水流最，大氣溫度等。

8.什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的過度過程？在階躍干擾作用下有哪幾種基本形式？其中哪些能滿

足自動(dòng)控制的要求，哪些不能，為什么？

答：對(duì)于任何一個(gè)控制系統(tǒng)，從被控對(duì)象受到干擾作用使被控變最偏離給定值時(shí)起，調(diào)節(jié)

器開始發(fā)揮作用，使被控變量恢復(fù)到給定值附近范圍內(nèi)的過程叫做系統(tǒng)的過渡過程。

①發(fā)散振蕩過程②等幅振蕩過程③衰減振蕩過程④非振蕩的單調(diào)過程⑤等幅振蕩過

程。上述五種振蕩過程，其中非振蕩衰減和振蕩衰減過程是穩(wěn)定過程，能基本滿足要求，

但衰減過程被控變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值進(jìn)程過于緩慢，致使被控變量長(zhǎng)期偏離給定值，所以一

般不采用。只有生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時(shí)才會(huì)考慮采用這種形式的過渡過程。

等幅振蕩發(fā)散振蕩和非振蕩發(fā)散受到階躍干擾后不能穩(wěn)定下來，不符合自動(dòng)控自要求

9.試畫出衰減比分別為n<l,n=l,n>l,n-*o0時(shí)的過度過程曲線？

答：如圖所示：

10.表示衰減振蕩過程的控制指標(biāo)有哪些?

言，時(shí)間常數(shù)大明顯存在好處，此時(shí)階躍干擾系統(tǒng)影響比較平緩，被控變量變化平緩，系

統(tǒng)容易控制。

滯后時(shí)間對(duì)控制影響：對(duì)控制通道而言，滯后存在是不利的，使控制不夠及時(shí)，在干擾

出現(xiàn)后不能及時(shí)調(diào)節(jié)，嚴(yán)重影響控制質(zhì)最。對(duì)干擾通道而言，純滯后只是延遲干擾時(shí)間，

并不影響控制質(zhì)量，對(duì)于容量滯后則可以緩和干擾對(duì)控制變量的影響，因而對(duì)控制系統(tǒng)是

有利

5.試從圖2?58某對(duì)象的反應(yīng)曲線中，表示出該對(duì)象的放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間。

解：如圖所示：

iL

X（8）-X（0）的匕i）

T如圖所示，以起始速率變化至新穩(wěn)態(tài)值所對(duì)應(yīng)打時(shí)間，

----------------------------------?

Tf—o，ro=°Hzo

rc如圖所示，不存在容量滯后，|

.y=°

6.什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？調(diào)節(jié)器有哪幾種基*W好----------------------?

答：調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨輸入信ez,戈是指控制器的輸出

信號(hào)P與輸入偏差信號(hào)e之間的關(guān)系。

常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有：位式，比例，積分，微分等，以及它們的組合控制規(guī)律如PL

PD,PIDo

7.什么是雙位控制，比例控制，積分控制，微分控制，它們各有什么特點(diǎn)？

答：雙位控制是指調(diào)節(jié)器的輸出僅有最大和最小兩個(gè)極限位置，雙位控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本較

低使用方便，對(duì)配用的調(diào)節(jié)閥沒有任何要求，缺點(diǎn)是被控對(duì)象總是在波動(dòng)，控制質(zhì)量不

高，且當(dāng)被控對(duì)象純滯后較大時(shí)，被控變量波動(dòng)幅度較大，不適合控制要求較高場(chǎng)合。

比例控制是指調(diào)節(jié)器輸出變化量與輸入變化量成比例，比例控制系統(tǒng)能迅速的克服干擾

影響，使系統(tǒng)未定下來。有點(diǎn)是反應(yīng)快控制及時(shí)，缺點(diǎn)是被控對(duì)象負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)

輸出存在余差。

積分控制是指調(diào)節(jié)器輸出變化量與輸入余差枳分成正比，積分控制可以消除余差，但輸

出變化總是滯后于余差變化，不能及時(shí)克服擾動(dòng)影響，使被控變量的波動(dòng)加劇，使系統(tǒng)難

以穩(wěn)定。

微分控制是指調(diào)節(jié)器輸出變化量與輸入偏差變化速度成正比，且具有一定的超前控制作

用，抑制振動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定（但微分作用不宜過強(qiáng)）

8.什么是余差？為什么單純的比例控制不能消除余差積分控制消除余差。

答：余差是指過渡過程終了時(shí)，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與測(cè)定值之差。

比例調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差具有一一對(duì)應(yīng)的比例差系，要使調(diào)節(jié)器有輸出，就必

須要有偏差存在，因此，比例調(diào)節(jié)控制不能消除余差。艱分控制其輸出信號(hào)的大小不僅與

輸入偏差信號(hào)的大小有關(guān)，還取決于偏差存在時(shí)間長(zhǎng)短。只要有偏差，調(diào)節(jié)器的輸出就不

斷變化，偏差存在的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)的變化量就越大，只有存在偏差身先等于的情況

下，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)才能相對(duì)穩(wěn)定，因此積分控制作用是力圖消涂余差。

9.為什么積分控制規(guī)律一般不單獨(dú)使用？

答：積分控制其輸出變化總是滯后于偏差，不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)的影響，加劇了被控

變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來，因此工業(yè)過程控制中，通常不單獨(dú)使用積分控制規(guī)

律。

10.比例、積分、微分、控制分別用什么量表示其控制作用的強(qiáng)弱？并分別說明它們對(duì)控

制質(zhì)量的影響。

答：①比例一一比例度是反映比例控制器的比例控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)。比例度越大，表示

比例控制作用越弱。減少比例度，系統(tǒng)的余差越小，最大偏差也越短，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降

低；其過渡過程逐漸以衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。

②積分控制一一積分時(shí)間Ti表示積分控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)，積分時(shí)間越小，表示積分控制

作用越強(qiáng)。積分時(shí)間Ti的減少，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)性能變差，但能加快消除余

差的速度，提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度，最大偏差減小。

③微分控制一一微分時(shí)間TD是表示微分控制作用強(qiáng)弱的?個(gè)參數(shù)。如微分時(shí)間TD越天，

表示微分控制作用越強(qiáng)。增加微分時(shí)間TD，能克服對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提

高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但微分作用不能太大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。

11.試畫出在階躍作用下，比例、比例積分、比例積分微分調(diào)節(jié)器的輸出特征曲線。

12.比例積分微分調(diào)節(jié)器有什么特點(diǎn)？

答：比例積分微分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是：①在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行微分調(diào)節(jié)可提高系統(tǒng)的穩(wěn)

定性，進(jìn)行積分調(diào)節(jié)可消除余差，所以這種調(diào)節(jié)器既能快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，又能消除余差，具

有良好的調(diào)節(jié)性能。②調(diào)節(jié)作用可通過調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)，比例度，積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間

TD面改變。

答：比例控制反應(yīng)快，控制及時(shí)，但有余差。積分控制作用緩慢但可消除余差。微分控制

具有一定的超前控制作用，抑制振蕩，增強(qiáng)穩(wěn)定性。若洛三者結(jié)合起來，并選擇適合的比

例度、積分時(shí)間、微分時(shí)訶，就可以得到無余差、控制及時(shí)又穩(wěn)定的高質(zhì)量控制。

13.在比例積分微分調(diào)節(jié)器中可以調(diào)整的參數(shù)有哪幾個(gè)?試說明調(diào)下整其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，對(duì)

調(diào)節(jié)器的控制作用有什么影響？

答:在PID調(diào)節(jié)器中，比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)可以調(diào)整，從而可獲得較盛的

控制質(zhì)量。如比例度增大，則比例控制作用減少弱，當(dāng)時(shí)，PID調(diào)節(jié)器成為積分微分調(diào)節(jié)

器，當(dāng)T］枳分時(shí)間時(shí)，PID調(diào)節(jié)器成為比例微分控制器，當(dāng)TD時(shí)，PID調(diào)節(jié)器成為PI即

比例積分控制。

答：調(diào)整積分時(shí)間對(duì)控制作用的影響：隨著積分時(shí)間的減小積分作用不斷增強(qiáng)，在相同的

干擾作用下，調(diào)節(jié)器的輸出增大，最小偏差減小，余差消除很快，但同時(shí)系統(tǒng)的震蕩加

劇。積分時(shí)間過小還可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

14.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？

答：調(diào)節(jié)參數(shù)整定目的是按照給定的控制系統(tǒng)，求取控制系統(tǒng)最好的調(diào)節(jié)器參數(shù)。工程上

常用的整定方法有經(jīng)驗(yàn)試湊法、臨界比例法、曲線衰減法

15.調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇的依據(jù)是什么？

答：關(guān)于控制規(guī)律選取可歸納為以下幾點(diǎn)：

①簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)適用于控制負(fù)荷變化較小的被控變量，如果負(fù)荷變化較大，無論選擇哪種

調(diào)節(jié)規(guī)律，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)都很難得到滿意的控制質(zhì)量，此時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)選取用復(fù)雜的控

制系統(tǒng)。

②在一般的控制系統(tǒng)中，比例控制是必不可少的，當(dāng)廣義對(duì)控制通道時(shí)間常數(shù)較少，負(fù)

荷變化較小，而工藝要求不高時(shí)，可選擇單純的比例規(guī)律，

③當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較，負(fù)荷變化較小，而工藝要求無余差時(shí)，可選用二匕例

積分調(diào)節(jié)規(guī)律，如管道壓力，流量等參數(shù)的控制。

④當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大時(shí)，應(yīng)引入微分作用，如工藝充許消

除余差，可選用比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律；如工藝要求無余差時(shí)，則選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律

16.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問題？

答：設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，苜先應(yīng)對(duì)被控對(duì)象做全面的了解。除被控對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)特征外，

對(duì)于工藝過程，設(shè)備等也需要比較深入的/解：

在此基礎(chǔ)上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢

測(cè)變送元件及檢測(cè)位置，選用恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行行器，調(diào)節(jié)器以及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律待，最后將調(diào)

節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值，

17.什么是串級(jí)控制系統(tǒng)？它有什么特點(diǎn)？什么情況下采用串級(jí)控制？

答：串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的，

主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的

定值控制。

它的特點(diǎn)有：①能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。②能改善被控對(duì)象的特征，提高了系統(tǒng)克

服干擾的能力。③主回路對(duì)副對(duì)象具有“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制精度。串級(jí)控制系

統(tǒng)主要就用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)面頻繁，負(fù)荷變化大，對(duì)控制質(zhì)

量要求較高的場(chǎng)合。

18.串級(jí)控制系統(tǒng)中心副回路和主回路各起什么作用？為什么？

答：串級(jí)控制系統(tǒng)中主回路在控制過程中起著細(xì)調(diào)作用，是定值控制系統(tǒng)，副回路在控制

系統(tǒng)中起著粗調(diào)作用，是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。這是因?yàn)榇?jí)控制系統(tǒng)的目的是更好的穩(wěn)定主回

路，使其等于給定值，主變量就是主調(diào)節(jié)器的輸出，所以說主回路是定制給定系統(tǒng)；副回

路的輸出是副變量，副I口I路的給定值是主調(diào)節(jié)器的輸出，所以在串級(jí)控制系統(tǒng)中，復(fù)變量

不是要求不變的，而是隨著主調(diào)節(jié)器的輸出變化而變化，因此是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

19.圖2?59是聚合釜溫度與流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。

①說明該系統(tǒng)的主、副對(duì)象，主、副變量，主、副調(diào)節(jié)器各是什么？

②試述該系統(tǒng)是如何客觀實(shí)現(xiàn)其控制作用？

解：①該系統(tǒng)的主對(duì)象：聚合釜副對(duì)象：冷卻水進(jìn)口管路

主變量：聚合釜溫度副變量：冷卻水流量

上調(diào)節(jié)器：溫度調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器：流量調(diào)節(jié)器

②該控制系統(tǒng)的方框圖:

調(diào)

節(jié)

冷源

器

進(jìn)口管

溫度調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器路

檢測(cè)變送2（流量）

如圖所示：冷卻水流量若檢測(cè)變送］（溫度）更送，經(jīng)流量倜節(jié)閥倜整冷卻水閥

門開度，開度增加；同時(shí)由于流量減少使聚合釜由溫度T升高。從而使溫度穩(wěn)定在工橄要

求范圍內(nèi)。

20.什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？

答：前饋控制乂稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它是測(cè)量進(jìn)入過程的F擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化），

并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制

主要用于下列場(chǎng)合：

①干擾幅值大面頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時(shí)；②主要干擾是可測(cè)

不可控的變量：③對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不即時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋

一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。

21.什么是比值控制系統(tǒng)？它有哪幾種類型？

答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符號(hào)一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)，它主

要有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。其中定比值系統(tǒng)有三類：開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單

閉環(huán)比值拴制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。

22.選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？

答：選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用選擇器，可以在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出端，或在幾個(gè)

變送器輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇，以適應(yīng)不同的T.況，主要應(yīng)用在對(duì)不穩(wěn)定T.況的控制，可

以保證生產(chǎn)工藝過程的安全操作，盡量減少開，停車中的不穩(wěn)定工況。主要應(yīng)用于非正常

生產(chǎn)過程的保護(hù)性措施中，

23.均勻控制的目的和特點(diǎn)是什么？

答：均勻控制系統(tǒng)的目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量之間能夠互相兼顧

和協(xié)調(diào)操作。均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制結(jié)果不像其他控制系統(tǒng)那樣，不是為了使被控

變最保持不變可，而是使兩個(gè)互相聯(lián)系的變最都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。

第三章過程檢測(cè)技術(shù)

1.寫出測(cè)量方程式，以及測(cè)量三要素，并舉例說明。

答：測(cè)量方程式：為被測(cè)量，x為測(cè)量值，u為測(cè)量單位。測(cè)量過程三要素為：測(cè)量隼

位，測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。舉例：如液柱式溫度計(jì)測(cè)量溫度。

2.簡(jiǎn)述直接測(cè)量法與間接測(cè)量法的定義，指出它們的異同及使用場(chǎng)合？

答：直接測(cè)量法一指被測(cè)量與單位能直接比較得出比值，或者儀表能直接顯示出被測(cè)參數(shù)

值的測(cè)量方法；間接測(cè)量法一通過測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的其他物理量，然后根據(jù)

函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值，稱為間接測(cè)量法。相同之處在于都是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中一些物

理量的測(cè)量，都包含測(cè)量三要素。不同之處在于直接測(cè)量測(cè)量過程簡(jiǎn)單方便，應(yīng)用廣泛；

間接測(cè)量過程較復(fù)雜，只有在誤差較大或缺乏直接測(cè)量?jī)x表時(shí)才采用。

3.測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有哪些？傳感器的主要特性有哪些？

答：測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有技術(shù)，經(jīng)濟(jì)及使用三方面的指標(biāo)，其中技術(shù)方面的有：誤

差，精度等級(jí)，靈敏度，變差，量程，響應(yīng)時(shí)間，漂移等；經(jīng)濟(jì)方面的有：使用壽命，功

耗，價(jià)格等；使用方面的有：操作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)

能的強(qiáng)弱，重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等。

傳感器的主要特性有：準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，靈敏性。

4.舉例說明系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差和粗大誤差的含義及減小誤差的方法。

答：系統(tǒng)誤差是由于測(cè)量工具本身的不準(zhǔn)確或安裝調(diào)整得不正確，測(cè)試人員的分辨能力或

固有的讀數(shù)習(xí)慣，測(cè)量方法的理論根據(jù)有缺陷或采用了近似公式等原因產(chǎn)生的測(cè)量值與真

值的偏差。系統(tǒng)誤差的絕對(duì)值和符號(hào)或者保持不變，或者在條件變化時(shí)按某一規(guī)律變化。

如儀表零位未調(diào)整好會(huì)引起恒值系統(tǒng)誤差。隨即誤差是由于測(cè)量過程中大量彼此獨(dú)立的微

小因素對(duì)被測(cè)值的綜合影響而產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的偏差，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)料的

方式變化。如氣溫的變化，粗大誤差一是由于測(cè)量操作者的粗心，不正確地操作，實(shí)驗(yàn)條

件的突變或?qū)嶒?yàn)狀況未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙實(shí)驗(yàn)等原因造成的明顯地歪曲測(cè)量結(jié)果的誤

差。減小誤差的方法：①系統(tǒng)誤差：應(yīng)盡量減少或消除系統(tǒng)誤差的來源。首先檢查儀表本

身的性能是否符號(hào)要求；其次仔細(xì)檢查儀器是否處于正常工作條件，如環(huán)境條件及安裝位

置等是否符合技術(shù)要求，零位是否正確；此外還應(yīng)檢查測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法本身是否正

確。②隨即誤差：由于摩擦，間隙，噪聲等都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，因此首先從結(jié)構(gòu)，原理上

盡量避免采用存在摩擦的可動(dòng)部分；采用減小噪聲的裝置，并采用抗干擾能力強(qiáng)的測(cè)量?jī)x

器。③對(duì)于粗大誤差應(yīng)端正科學(xué)研究態(tài)度，并認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，剔除壞值。

5.試述絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差及引用誤差的定義，舉例說明各自的用途。

答：絕對(duì)誤差一儀表指示值與被測(cè)變量的真值之間的代數(shù)差，即以=x-A,可表示儀表

基本誤差限：八二土。。

相對(duì)誤差一測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)變量的約定真值(實(shí)際值)之比，即用

^-±-x100%-±6%:可表示儀表的基本誤差限與絕對(duì)誤差相比較，相對(duì)誤差更能說

x

明測(cè)量結(jié)果的精確程度，如溫度升測(cè)量顯示值為57℃,時(shí)間溫度為60C,則：

△=57-60=36=---X100%=—5.0%,

'60

若實(shí)際為30℃,測(cè)量顯示值為27C,則：

A=-3℃,e>=--xl(X)%=-10.0%,顯然此時(shí)的相對(duì)誤差比前者大。

30

引用誤差一絕對(duì)誤差與儀表的量程之比，用引用誤差表示的儀表基本誤差限為:

^=±-xlOO%=±t/%,

s

3

如溫度計(jì)的晟程為KX)℃,則其引用誤差"=一志xl00%=—3%,

根據(jù)允許引用誤差值的大小可劃分儀表的精度等級(jí)。

6.檢定一只量程為5A的電流表，結(jié)果如下：

輸入量/A12345

示量/A1.101.983.014.085.02

(1)試求儀兄導(dǎo)各示值的絕對(duì)誤差，實(shí)際相對(duì)誤差，示值相洋f誤差和引用誤MEo

(2)確定儀用導(dǎo)的精度等級(jí)。

解：1-1.102-1.983-3.014.-4.085-5.02

絕對(duì)誤差：=；相對(duì)誤差：^=—,

4

示值相對(duì)誤差：6'=——，引用誤差：q=—

xS

所以數(shù)值計(jì)算列表如下:

A.12345

X1.101.983.014.085.02

At=x-40.1-0.020.010.080.02

cAx

o=——0.1-0.010.00330.020.004

A)

0.091-0.01010.00330.01960.004

X

Ax

q=-0.020.0040.0020.040.004

S

儀表的精度等級(jí),.,4max=2%,故該儀表的精度等級(jí)為2。

7.對(duì)某物理量經(jīng)過20次測(cè)量，得到如下數(shù)據(jù)：

324.08324.03324.02324.11324.14324.07324.11324.14324.19324.23

324.18324.03324.01324.12324.08324.16324.12324.06324.21324.14

分別用3。準(zhǔn)則和肖維耐準(zhǔn)J則判斷有無粗差，并目后該測(cè)量的計(jì)算平均值X,標(biāo)準(zhǔn)另息G和

極限誤差4,寫出測(cè)量結(jié)果表達(dá)式。

|nI20

解：n=20,平均值元=一?=—=324.11,

〃I=I

20|=|

剩余誤差：V；=x,.-x,即:

-0.03-0.08-0.0900.03-0.0400.030.080.12

0.07-0.08-0.10.01-0.030.050.01-0.050.10.03

［冬》.。64,標(biāo)限誤差―?！?

標(biāo)準(zhǔn)差。二、

(1)3。準(zhǔn)則：3。=0.192,V；冰=0.12<3。因此該組數(shù)中無壞值。

(2)肖維耐準(zhǔn)則：依表3-1可知n=20時(shí),左=包二2.24

(J

.?.GT=0.14336,匕,=0.12v3b,故該組數(shù)中無壞值。

極限誤差A(yù)max=012,測(cè)量結(jié)果：%=￡=324.11

8.用一溫度計(jì)測(cè)量某介質(zhì)溫度，40%的讀數(shù)誤差小于0.5,用線性插值法估計(jì)該溫度升的

標(biāo)準(zhǔn)差，并計(jì)算誤差小于0.75的概率。

e

解：(1),.0^(z)=p{|Ar|<zcr}=1dz—22dz—1

—JQt

z=0.52-'由此推得0.7時(shí)，z=0.5205

0.69850.7019

由已知條件知。(z)=0.4,查概率積分表得:

rco——

2

L.dz=0.7時(shí)z=o.52O5,

zb=0.5=0.5205xb,得：ba0.96士1

(2)za=0.75,得：z=0.781

查表得：z=0.78時(shí)，

/.z)=2x0.7823-1=0.5646

即誤差小于0.75,概率為0.5646

9.現(xiàn)有精度等級(jí)為L(zhǎng)5A級(jí)，2.0B級(jí)和2.5C級(jí)的三塊儀表，測(cè)量范圍分別為0?100C,

—50?550C和—100?500C,現(xiàn)需測(cè)量500c左右的溫度，要求測(cè)量的相對(duì)誤差不超

過2.5%,選用哪塊表合適？

解：根據(jù)測(cè)量范圍，選擇B,C兩塊表，A表排除。

B表：q=2%=0.02=4些?

Am,tx=0.02x[550-(-50)]=12℃

/.=—=0.024=2.4%<2.5%

max50()

故B表合適。

C表:q=2.5%=0.025=-^

...-max=0.025X[500-(-100)]=15-C

/.九*---0.03-3%>2.5%

nwx500

故C表不合適。

綜上所述選用B表即2.0級(jí)，量程的儀表。

10.檢定一臺(tái)測(cè)量范圍為的位移測(cè)量?jī)x表，結(jié)果如下：

（1）試畫出上下行程的輸入輸出特性曲線；

（2）求該儀表的線性度（以上行曲線為例）；

（3）確定該表的回差（遲滯誤差）

解：已知數(shù)據(jù)：

位移/mm00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

上行程示值/mm：00.340.691.061.411.772.042.452.813.203.674.074.37

下行程示值/mm：00.400.771.141.521.902.272.653.023.383.724.064.37

（1）如圖所示，上下行程曲線

△L2.04-0.7199x3995x100%=-2%

(2)產(chǎn)—―=

L11

Ymax6

2,272()4

(3)dh==-,=3.8%

L6

11.概述膨脹式溫度計(jì)的工作原理與主要特點(diǎn)：

答：膨脹式溫度計(jì)是利用物體熱脹冷縮的性質(zhì)來測(cè)溫的。

主要特點(diǎn)：玻璃液體：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，價(jià)格低廉；測(cè)量上限和精度受

玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能遠(yuǎn)傳。雙金屬；結(jié)構(gòu)緊湊，牢固，可靠；測(cè)量精度較低，量

程和使用范圍有限。

12熱點(diǎn)偶有那些特點(diǎn)？用普通導(dǎo)線和補(bǔ)償導(dǎo)線作熱電偶的延長(zhǎng)線，效果有何不同？試證明

補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償作用。

答：熱電偶的特點(diǎn)有：測(cè)量精度教高，性能穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于

制造，產(chǎn)品互換性好；將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，便于信號(hào)遠(yuǎn)傳和

象現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)：測(cè)量范圍廣.可達(dá)-200?2000℃.形式多樣,適

用于各種測(cè)量條件。選用補(bǔ)償導(dǎo)線要求其在一定溫度范圍內(nèi)與所連

接的熱電偶具有相同的熱電特性，型號(hào)相配，極性連接正確。補(bǔ)償

導(dǎo)線的作用證明：

如圖所示：回路中電勢(shì)為：

E=Eab(t,tl)4-Ecd(tl,tO)

由補(bǔ)償導(dǎo)線的性質(zhì)得：Ecd(tl,tO)=Eab(tl,tO)

AE=Eab(t,tl)+Eab(tl,tO)=Eab(t,tO)

補(bǔ)：用普通導(dǎo)線做熱電偶得延長(zhǎng)線要求引入兩端得溫度用同熱電勢(shì)不同，故一般接熱電偶

的冷端，因此冷端溫度依然是現(xiàn)場(chǎng)溫度。而用補(bǔ)償導(dǎo)線卻可以將冷端溫度現(xiàn)場(chǎng)溫度分開，

利于測(cè)量。

13用兩只分度號(hào)為K的熱電偶測(cè)量A區(qū)與B區(qū)的溫差，連接方法如圖3—79所示。若

0

(1)tA=22OC,iH=20C°

(2)(=200C°,rfl=500C°

試分別求兩種情況下的示值誤差,并解釋為何與實(shí)際溫差不同.

解:查熱電偶分度號(hào)表：

K型熱電偶:20℃200℃220℃500

E:0.798mv8.137mv8.937mv20.640niv

(1)AE=8.938-0.798=8.140mv

反查K熱也偶分度號(hào)表：201C-------8.177mv

內(nèi)析求得：At=200.075℃

(2)AE=20.640-8.137=12.503℃

反查K分度號(hào)表:307——12.498℃;308——12.539℃

內(nèi)析求得:At=307.12℃

分析原因:低溫度下熱電勢(shì)與溫度線性關(guān)系較好,高溫時(shí)誤差較大。

14.用分度號(hào)為S的熱電偶與動(dòng)圈儀表構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng),冷端補(bǔ)償器的平衡點(diǎn)溫度在20℃.

圖3-80中，t=1300C,tl=80℃,t2=25*C,t0=30*C；動(dòng)圈儀表的機(jī)械零位為0℃,試求：

(1)儀表的示值溫度是多少；

(2)如何處理可使示值與實(shí)際溫度相符；

(3)把補(bǔ)償導(dǎo)線改為銅線時(shí),示值變?yōu)槎嗌伲?/p>

解:如圖所示:

(1)杳S型熱電偶的分度號(hào)表:

t/℃3003025

E/mv3.1550.730.142

由E(t,tO)=E(t,0)-E(tO,0)

即E(1300,30)=E(1300,0)-E(30,())

=13.155-0.173=12.982mv

查表，12.982mv時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為t=1286℃,

即儀表顯示的溫度為1286℃。

(2)由于補(bǔ)償電橋是在20C時(shí)平衡的，因此須將儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20處，即可

使示值與實(shí)際溫度相符。以?八八八°

rO=rl=80C

(3)若將補(bǔ)償導(dǎo)線改為銅線，則，

則E(1300,80)=E(1300,0)-E(80,0)=13.155-0.502=12.653mv

查表12.653mv時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為t=1258.5℃,

即示值變?yōu)?258.5℃0

15.用分度號(hào)為Cu50的熱電阻測(cè)得某介質(zhì)的溫度為84七,但經(jīng)檢定，該電阻RO50.4Q,

電阻溫度系數(shù)a=4.28X10-3/C.試求介質(zhì)的實(shí)際溫度。

解：???在-50C?150c的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度是線性關(guān)系：

6=凡)口+。(，一幻］

查得他t=84℃時(shí)R=67.97Q

67.97=50.4x[1+4.28xl0-3(r-0)]

即:

r=81.5C°

16.用U型管壓力計(jì)（封液為水銀）測(cè)溫度管道中水的壓力。壓力計(jì)在管道下面1.5M（至

肘管端口）處，壓力計(jì)同大氣一側(cè)肘管內(nèi)水銀面距口80mm,兩管水銀面高度h=140mm,求

水的表壓力（Pa）

解；如圖所示；1一1截面壓力相等，即：

P水+「水g（Z+飽+為）=P+2水白河3

表壓

p&=p水-pq=夕水銀g%-p水g（4+4+4）

=13.6X103X9.8X0.14-1X103X9.8X（1.5X0.08+0.14）

=1803.2&

17.四個(gè)應(yīng)變片RLR2（在上面），R3,R4（在下面）如

圖3—81所示貼于梯形片簧，片簧以懸臂形式固定。

（1）畫出應(yīng)變片接成直流氣橋形式的電路圖；

（2）當(dāng)片簧受力P的作用時(shí)，貼片處產(chǎn)生350口。的應(yīng)

變，供橋電壓10V,坊=%=&=&=/?,應(yīng)變片靈敏

系數(shù)為2,求電橋輸出。

參考：化工測(cè)量及儀表范玉文主編P31

圖3—81

輸出電壓:

A/?,△凡△&

=---R.R-,(—L---+-------

(凡+6)2/?,&(R；

,/R=R?=Ry=R4=R

￡第二竭土禍至

°4R?R

uA7?i—AT?,+A/?4—A&

=4R~

18.液體式壓力計(jì)有哪些主要類型？試分析其誤差

答：液柱式壓力計(jì)主要有：U型管壓力計(jì)，單管壓力計(jì)和微壓力計(jì)。

以U型管壓力計(jì)：誤差產(chǎn)生主要有以下幾方面：a讀數(shù)誤差，消除視察。b溫度變化產(chǎn)生

液體P變化，產(chǎn)生測(cè)量誤差，故須修正。c安裝誤差：當(dāng)U型管安裝不直時(shí)會(huì)產(chǎn)生安裝

誤差。d毛細(xì)現(xiàn)象，修正

19.試述彈簧管壓力計(jì)彈簧管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與測(cè)壓原理。

答：彈簧管壓力計(jì)由彈簧管壓力感應(yīng)元件和放大指示機(jī)構(gòu)兩部分組成“前者是彎成圓弧狀

的空心管子，一端固定（作為壓力輸入端）；另一端自由，作為位移輸出端，接放大指示

機(jī)構(gòu)。其它是由拉桿，齒輪及指針組成。

測(cè)壓原理：在彈性范圍內(nèi)，彈簧管自由端的位移與被測(cè)壓力之間近似線性關(guān)系，即通過測(cè)

量自由端的位移，可直接則得相應(yīng)的被測(cè)壓力大小。

20.已知被測(cè)壓力在范圍0.7~lMPa內(nèi)波動(dòng)，要求測(cè)量的絕對(duì)誤差不得超過0.02MPa,試選

定彈簧管壓力的量程和精度等級(jí)。可供選用的壓力計(jì)量程系列為：0?0.6MPa;0~2.5MPa.

-s<-5<0.7

3m,n3s<2.\MPa

22s>\.5MPa

max<—,s,—s>1

故選用（）4.6MPa'

精度等級(jí):

§=—xl00%=1.25

故選用精度等級(jí)為Y級(jí)的最鹿為/I.6而『的儀表。

21.轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示流量的形式有幾種，是如何分度的。

答：轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示流量的形式有3種，一種是玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其錐型管是電玻璃制

成，并在管壁標(biāo)有流量刻度，直接根據(jù)轉(zhuǎn)子的高度進(jìn)行讀數(shù)；另一類為電運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量

計(jì)，即將轉(zhuǎn)子的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；另一種為氣動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子流量，將轉(zhuǎn)子的位移信

號(hào)變?yōu)閴毫π盘?hào)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。

22.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有哪幾部分組成，對(duì)各部分有哪些要求？

答：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有：節(jié)流元件，取壓裝置和前、后管道三部分組成。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)

計(jì)、加工、安裝和使用都有規(guī)定的技術(shù)要求，規(guī)定和數(shù)據(jù)，可參見GB/T2624

23.試比較節(jié)流裝置與轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工作原理與使用特點(diǎn)上的異同點(diǎn)。

答:

工作原理使用特點(diǎn)

節(jié)流利用節(jié)流元件前后的差壓與流速之間的關(guān)系，獲使用已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，使

裝置得被測(cè)流量的大小用范圍：管徑為50?

1000mm,測(cè)量范圍

1.5~100000m3/h,但使用產(chǎn)

生的壓力損失大，精度±1?

2%

轉(zhuǎn)子基于力平衡原理，利用錐形管內(nèi)的轉(zhuǎn)子把流體的使用已系列化，測(cè)量時(shí)若介

流量流速轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的位移，進(jìn)而獲得被測(cè)流量的大質(zhì)變化，應(yīng)修正，可測(cè)小流

計(jì)小。量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，

壓力損失小。缺點(diǎn)：機(jī)械傳

相同點(diǎn)：都是測(cè)流速然后得流量。逆信號(hào)，儀表性能和準(zhǔn)確度

難以提高，轉(zhuǎn)子易K死，測(cè)

量管徑范圍4150m叫測(cè)量范

圍：0.00廣3000m3/h,精度

士「2.5%

24.從渦輪流量計(jì)得基本原理分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，輸出信號(hào)方法和使用要求。

答：渦輪流量計(jì)得基本原理：流體對(duì)置于管內(nèi)渦輪得作用力，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在

一定流速范圍內(nèi)與管內(nèi)流體得流速成正比。其結(jié)構(gòu)主要由：渦輪、導(dǎo)流器、磁電轉(zhuǎn)換裝

置，外殼以及信號(hào)放大電路等部分組成。

輸出信號(hào)方法：將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)得轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電信號(hào)輸出，經(jīng)進(jìn)一步放大整形后獲得分

撥信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)和單位換算可得到積累流量；通過頻率一一電流轉(zhuǎn)換單元可得

到瞬時(shí)流量。使用要求：①僅適用潔凈得被測(cè)介質(zhì)，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；②流

量計(jì)前后需由一定的直管段長(zhǎng)度，③流量計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)一般在常溫下用水標(biāo)定的，當(dāng)介

質(zhì)的密度和粘度發(fā)生變化時(shí)需重新標(biāo)定或進(jìn)行補(bǔ)償。

25.已知：流體為過熱蒸汽，工作壓力P=14MPa,工作溫度t=550℃；管道D20=221mm,

材料X20CrMoV21無縫管，節(jié)流裝置為角接標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，材料為lCrl8Ni9Ti,d20=

148.74mm；差壓0p=100.42KPa,求：

（1）在假定Op下的蒸汽流量；

（2）計(jì)算測(cè)量時(shí)的壓力損失。

解：計(jì)算參考《過程控制檢測(cè)技術(shù)與儀表》杜維主編??卬81。

查附數(shù)據(jù)表可得管道材質(zhì)和孔板材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)為:

4=18.20x10毋/C°4=12.30x1O-6/C°

則工作狀態(tài)下管道內(nèi)徑為

。=3?？?4)(「2(川

=221[1+12.30x10^x(550-20)]

=222.4〃〃"

Kn7

電表2-5查得管道內(nèi)壁粗糙度k=0.7則：一=—=0.03125

D22.4

〃=40口+/1d&-20)]

=148.74[1+18.2x1O'(550-20)]

=150.17mm

4=空衛(wèi)=06750.44</?<0.82xl04</?<107

D222.4

K1.15

(1、

C=0.9900-0.226240.00175/72-O.OO33/745)x—=0.9447

在工作壓力下P=14MRz=1.4xl()7尸。，八=550C0

過熱蒸汽p、=1.5kg/從=0.5Pa.s

廿?、bP、100.42xlO3CM。

其中r=l----=1----------=0.993

《1.4xl07

因?yàn)椤?().99

A-ld2=-x\50A72=\770.56〃〃〃2

44

“令所=

9一片

26.已知：流體為水，工作壓力p=14.71MPa,工作溫度t=215C；管道D20=233mm,材

料20號(hào)無縫鋼管；截流裝置為法蘭標(biāo)準(zhǔn)孔板，材料為lCrl8Ni9Ti。d20=117.34mm,差壓

Ap=156.91KPa.

求：(1)在給定的Ap下的流量qm

(2)測(cè)量時(shí)的壓力損失。

解：^=12.78x10^/^乙=17.20x10-6/?！?/p>

6

D=D2()[I+A,D(r,-20)]=233[14-12.78x10x(2i5-20)]

=233.6mm

6

J=J20[1+ZJ(/1-20)]=117.34[1+17.20X10-X(215-20)]

=117.7"〃〃

〃d117.7_.

B=—=-----=0.504

D233.6

\0.7

(IO6

C=0.5959+0.03120”—0.1840加+0.0029夕'+資夕（一夕廠_等夕

液體e=l,&=?/=1()874.83〃〃〃

""J1-夕J29AP

p,=846.8依/〃/

27.當(dāng)工作壓力偏離額定壓力時(shí)，如何由差壓顯示的水位值求出真實(shí)的水位。

答：當(dāng)工作壓力偏離額定壓力時(shí)，可通過差壓計(jì)的正、負(fù)遷移，求出遷移量，即利用正負(fù)

遷移改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改變量程的上下限，即可求出真實(shí)的水位。

28.差壓式液位計(jì)如何測(cè)量液位？當(dāng)差壓變送器高于或低于最低液位時(shí)，應(yīng)如何處理？

答：差壓式液位計(jì)是采用壓差計(jì)測(cè)量氣、液兩相的壓差，壓差大小通過氣動(dòng)或電動(dòng)差壓變

送器傳送，并轉(zhuǎn)化位電信號(hào)，最終顯示處液位的大小及其變化。當(dāng)差壓變送器高于或低于

最低液位時(shí)，可對(duì)差壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，由正遷移和負(fù)遷移（低于最低液位時(shí)，采用

正遷移，高于最低液位時(shí)，采用負(fù)遷移。）

第四章過程控制裝置

1.單杠桿式氣動(dòng)差壓變送器式由哪些部分組成的？各部分由何作用？試說明其工作原

理。

答：?jiǎn)胃軛U式氣動(dòng)差壓變送器電氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分和測(cè)量部分組成，測(cè)量部分的作用是將被測(cè)

量的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成力的形式：氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分的作用，是將被測(cè)差壓△pi轉(zhuǎn)換成為作用于

主杠桿下端的輸入力臼。其工作原事管港押利舞☆壓力經(jīng)敏感元件轉(zhuǎn)換成輸入力

O向用于斗:發(fā)汗的卡醯，對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)計(jì)方

Fio即

向的輸入力矩Mi,使主杠桿發(fā)生順時(shí)針方向的偏轉(zhuǎn)。③變送器輸出信號(hào)P0,引入反饋波紋

管中，并產(chǎn)生反饋力矩Ff作用于主杠桿上，使主杠桿對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生一^媼旨方向的力矩

Mfo④當(dāng)時(shí)，主杠桿就處于平衡狀態(tài)，噴嘴擋板間的距離不再改變，若MfrMi

時(shí)，則杠桿系統(tǒng)產(chǎn)生偏角a,位移檢測(cè)片產(chǎn)生微小位移s,其變化量再通過放大器10轉(zhuǎn)換

并方大為20-100

KPa的輸出壓力，即變送器的輸出信號(hào)與被測(cè)差壓Api成正比。

2.什么時(shí)氣阻？什么是氣容？它們?cè)跉饴分懈髌鹗裁醋饔茫?/p>

答：在氣路中安裝的節(jié)流元件稱為氣阻，作用是阻礙氣體的流動(dòng)，起著降壓（產(chǎn)生壓力

降）和限流（調(diào)節(jié)氣體流量）的作用。氣容是在氣路中能儲(chǔ)存或釋放處氣體的氣容，在氣

路中起著緩沖，防止振蕩的作用。

3.噴嘴擋板機(jī)構(gòu)由哪些氣動(dòng)元件組成？它們的作用是什么？

答：噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)是由噴嘴和擋板構(gòu)成的變氣阻，一個(gè)恒氣阻和一個(gè)氣容串聯(lián)而成的節(jié)流

通室，作用是將輸入的微小位移信號(hào)（即擋板相對(duì)于噴嘴的距離）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號(hào)

輸出。

4.DD8—IH型電動(dòng)差壓變送器是按什么原理工作的？它是由哪幾部分組成的？試簡(jiǎn)述其

工作過程。

答：DD8-IU型電動(dòng)差壓變送器是按力矩平衡原理工作的，由測(cè)量部分（杠桿系統(tǒng)）；電

磁反饋裝置；矢量機(jī)構(gòu)；低額位移檢測(cè)放大器。其工作過程如下：

被測(cè)差壓信號(hào)pl,p2分別送入敏感元件兩側(cè)的正負(fù)壓室，敏感元件將其轉(zhuǎn)換成作用于主杠

桿下端的輸入力Fi,使主杠桿以軸封膜片為支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，并以力F1沿水平方向推動(dòng)矢量機(jī)

構(gòu)，矢量機(jī)構(gòu)將推力分解成F2和F3。F2使矢量機(jī)構(gòu)的推板向上偏轉(zhuǎn)，并通過連接簧片帶

動(dòng)副杠桿L4以支點(diǎn)M逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使固定在副杠桿上的差動(dòng)變壓器B的銜鐵靠近差動(dòng)變壓

器，兩點(diǎn)之間的距離變化量再通過低頻位移檢測(cè)放大器能換并方大為4?20mA直流電流，

作為便送器的輸出信號(hào)；同時(shí)該電流又流過電磁反饋裝置的反饋動(dòng)圈，產(chǎn)生電磁反饋力

Ff,使副杠桿順時(shí)偏轉(zhuǎn)。，當(dāng)輸入力與反饋力對(duì)杠桿系統(tǒng)說產(chǎn)生的力矩Mi,Mf達(dá)到平衡

時(shí)，變送器便達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)低頻位移檢測(cè)放大器的輸出電流I。便反映了說

測(cè)電壓Api的大小。

5.DD8-IH型溫度變送器為什么要采用線性化措施？熱電偶溫度變送器時(shí)怎樣實(shí)現(xiàn)線性

化的。

答：熱電偶溫度變送器要求的輸出電壓信號(hào)與相應(yīng)的變送器輸入的溫度信號(hào)成線性關(guān)系，

而熱電偶是非線性關(guān)系的，溫度變送器放大回路是線性的，若將熱電偶的熱電勢(shì)直接接到

變送器的放大I可路，則溫度tC與變送器的輸出電壓Use之間的關(guān)系是非線性的。因此需

要采用線性化措施，措施是:采用反饋電路非線性，使放大回路具有線性，依據(jù)輸入輸出關(guān)

系，當(dāng)放大系數(shù)k很大時(shí)，要使熱電偶輸入的溫度變送器保持線性，就要使反饋電路的特

性曲線與熱甩偶的特性曲線相同，從而實(shí)現(xiàn)線性化。

6.試分析電動(dòng)差壓變送器如何實(shí)現(xiàn)量程遷移（零點(diǎn)遷移）的。

答：電動(dòng)差壓變送器的零點(diǎn)遷移是通過調(diào)整零點(diǎn)遷移彈簧進(jìn)行的。當(dāng)調(diào)整零點(diǎn)遷移彈簧

時(shí)，由主杠桿力矩平衡，可知在被測(cè)差壓信號(hào)不變的情況下，作用于矢量結(jié)構(gòu)的力F1變

化，從而改變壓差變送器的輸出電流，即改變儀表的使用范圍，實(shí)現(xiàn)量程遷移

7.試分析四線制變送器與兩線制變送器與電源的連接方式并畫出示意圖。

答：電動(dòng)變送器輸出信號(hào)與電源的連接方式有兩種：四線制和兩線制，四線制中，供電電

源通過兩根導(dǎo)線接入，另兩根導(dǎo)線與負(fù)載電阻R2相連，輸出0?10mADC信號(hào)。這種連線

方式中，同變送器連接的導(dǎo)線共有4根，成為四線制，如圖（a）所示。如圖b中所示，同

變送器連接的導(dǎo)線只有兩根，同時(shí)傳送變送器所需的電源電壓和4?20mADC輸出電流，稱

為兩線制。

(a)(b)

8.本質(zhì)安全防爆型系統(tǒng)是由哪些要素構(gòu)成的？需要采取哪些措施才能保證整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到

防爆要求？

答：本質(zhì)安全防爆型系統(tǒng)是由安裝載危險(xiǎn)場(chǎng)所中的本質(zhì)安全電路及安裝載非危險(xiǎn)場(chǎng)所中的

非本質(zhì)安全電路和防爆安全柵組成。

采取措施以達(dá)到防爆要求的方法有：

①本質(zhì)安全防爆儀表采用低的工作電壓和小的工作電流。

②用防爆安全柵將危險(xiǎn)場(chǎng)所和非危險(xiǎn)場(chǎng)所的電路隔開。

③在現(xiàn)場(chǎng)儀表導(dǎo)控制室儀表之間的連接導(dǎo)線不得形成過大的分布電感和電容。

9.試分析氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表各自具有什么特點(diǎn)。

答；氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表線路簡(jiǎn)單，直觀，容易被使用者掌握，使用壓縮空氣作為氣源，是天然

防爆儀表，信號(hào)范圍為2。?lOOKPa,電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，4?20mADC傳

輸信號(hào)，并采用線路集成電路，使可靠性提高，維修工作量減少，結(jié)構(gòu)合理，功能多樣，

整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且可與計(jì)算機(jī)連用。

10.簡(jiǎn)述膜片式PI調(diào)節(jié)器的工作原理。

答：膜片式PI調(diào)節(jié)器是根據(jù)力矩平衡原理工作的，由比較部分，比例部分，積分部分，放

大部分，開關(guān)部分等組成，其中比較部分由測(cè)量氣室，給定氣容，和比較部分芯桿所聯(lián)系

起來的膜片組，比例部分使輸出△舄二（,以。積分部分用積分氣容和跟蹤氣室串聯(lián)在積

分正反饋I可路里，△〃,,二寸］〔以力，開關(guān)部分用以控制調(diào)節(jié)器輸出的通斷。輸入回路

作用是將輸入信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，取出偏差信號(hào)，并進(jìn)行電平移動(dòng)。

11.PID調(diào)節(jié)甥是由哪些基本部分組成的？試分析各部分所完成的功能。

答：PID調(diào)節(jié)器的基本組成有輸入電路，運(yùn)算電路和輸出電路組成。輸入電路是檢測(cè)偏差

信號(hào)，信號(hào)經(jīng)濾波電路后輸出導(dǎo)P【D運(yùn)算電路。（輸入電路包括偏差檢測(cè)電路，內(nèi)給定穩(wěn)

壓電源電路，內(nèi)外給定切換開關(guān)，正反作用開關(guān)及濾波電路等）。

PID運(yùn)算電路：根據(jù)整定好的參數(shù)用以對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行比例，微分和積分的運(yùn)算，是調(diào)節(jié)

器實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律的關(guān)犍環(huán)節(jié)。

輸出電路：將運(yùn)算電路的輸出信號(hào)做最后一次放大，或者作為運(yùn)算電路之回路中放大器的

組后一-級(jí)，提供調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。

12.何為基型調(diào)節(jié)器？它具有哪些主要特點(diǎn)？

答：基型調(diào)節(jié)器是一種具有PID運(yùn)算功能，并能對(duì)被調(diào)參數(shù)，給定值及閥門位置進(jìn)行顯示

的調(diào)節(jié)器。

特點(diǎn)：①采用了高增益、高阻抗線性集成電路組件，提高萬儀表的精度，穩(wěn)定性和可靠

性，降低了能耗。

②有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)之間由于有保持狀態(tài)而使調(diào)節(jié)器輸出能夠長(zhǎng)

期保持，因而在互相切換時(shí)具有雙向無平衡無抗擾特性，提高了操作性能。

③采用集成電路便于各種功能的擴(kuò)展。

④采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，接受1-5VDC測(cè)量信號(hào)，輸出4?20mADC信號(hào)，由于空氣受點(diǎn)不

是從零點(diǎn)開始的，故容易識(shí)別斷電、斷線等故障

⑤能與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。

13.試說明基型調(diào)節(jié)需產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象的原因。

答：???在基型調(diào)節(jié)器的PI電路中，接有運(yùn)算放大器，對(duì)于理想的比例積分電路，只要輸入

信號(hào)Usc2存在，積分作用就不會(huì)終止，直到輸出電壓被限制在運(yùn)算放大器的最大或最小允

許輸出為止，即產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，一般稱輸出電壓未被限制為正常工作狀態(tài)，輸出電壓

被限制后稱為飽和工作狀態(tài)。

14.試分析DTZ—2100型氣刻度指示調(diào)節(jié)器的工作原理，它試由哪些部分組成的？各部分

的主要功能試什么？

答：DT8-2100型氣刻度指示調(diào)節(jié)器的工作原理是：輸入信號(hào)經(jīng)測(cè)量指示回路進(jìn)行連續(xù)指

示，并輸入輸入I可路與經(jīng)給定指示電路指示的給定值進(jìn)吁比較得出偏差信號(hào)，偏差信號(hào)經(jīng)

比例微分，比例積分回路運(yùn)算后，送入輸出回路將1-5VDC電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4?20mADC

信號(hào)，作為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。

組成：由指示單元和控制單元兩部分組成，其中指示單元由測(cè)量指示電路和給定指示，分

別實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量信號(hào)和給定信號(hào)進(jìn)行連鎖指示?？刂茊卧奢斎腚娐芬灰蛔饔檬菍⑤斎胄盘?hào)

與給定信號(hào)進(jìn)行比較，取出偏差信號(hào)，并進(jìn)行電平移位；比例微分回路一一功能為：???回

路的輸出值大小不僅與輸入信號(hào)的大小、極性有關(guān)，而且與輸入信號(hào)變化的速度有關(guān)，因

此對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行PD運(yùn)算，對(duì)于容量大、慣性大，具有滯后的調(diào)節(jié)對(duì)象有益。比例積分回

路一一作用是為調(diào)節(jié)器引入積分功能，從而使調(diào)節(jié)器的輸出值與偏差對(duì)時(shí)間的積分成正比

例。輸出回路一一作用使將PI回路輸出的1-5YDC電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成以電流負(fù)端為基建的

4?20mADC信號(hào)，作為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。手動(dòng)操作回路一一在控制回路中實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操

作。

15.DDZ-IH型調(diào)節(jié)器的輸入電路為什么要進(jìn)行電平移動(dòng)？

答：DDZ—I