1、化工儀表及自動化課后習題答案 第1章 自動控制系統基本概念 P16 1. 化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產過程自動化的簡稱。在化工設備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產過程的辦法，稱為化工自動化。 實現化工生產過程自動化的意義： （1）加快生產速度，降低生產成本，提高產品產量和質量。 （2）減輕勞動強度，改善勞動條件。 （3）能夠保證生產安全，防止事故發生或擴大，達到延長設備使用壽命，提高設備利用能力的目的。 （4）能改變勞動方式，提高工人文化技術水平，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創造條

2、件。 2、 一般要包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動控制等方面的內容。 3、閉環控制有反饋環節，通過反饋系統是系統的精確度提高,響應時間縮短,適合于對系統的響應時間,穩定性要求高的系統. 開環控制沒有反饋環節，系統的穩定性不高,響應時間相對來說很長,精確度不高,使用于對系統穩定性精確度要求不高的簡單的系統。 4、自動控制系統主要由哪些環節組成？ 自動控制系統主要由測量元件與變送器、自動控制器、執行器和被控對象等四個環節組成。 5、p7 6、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

3、表序號為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；工段號為3，儀表序號為05。 7、方塊圖是用來表示控制系統中各環節之間作用關系的一種圖形，由于各個環節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化為一種特定的、統一的輸出信號（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定值相比較得出偏差，并按某種運算規律算出結果，然后將此結果用特定信號（氣壓或電流）發送出去。執行器即控制閥，它能自動地根據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、

4、被控對象（對象）自動控制系統中，工藝參數需要控制的生產過程、生產設備或機器。 被控變量被控對象內要求保持設定值的工藝參數?？叵到y通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統，壓力制系統等。 給定值（或設定值或期望值）人們希望控制系統實現的目標，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（調節變量）對被控變量具有較強的直接影響且便于調節（操縱）的變量。或實現控制作用的變量。 操縱介質(操縱劑)用來實現控制作用的物料。 10、控制作用是對在受到外界干擾影響偏離正常狀態后，回復到規定范圍內。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、該溫度控制系統的方

5、塊圖 題解1-11圖 反應器溫度控制系統方塊圖 其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內的溫度；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、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環境溫度的高低等。 若當反應器內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，經溫度控制器運算處理后，輸出控制信號去驅動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內的溫度降下來。所以該溫度控制系統是一個具有負反饋的閉環控制系統。 12、反饋信號與輸入信號極性相反或變化方向相反（反相），則疊加的結果將使凈輸入信號減弱，這種反饋叫負反饋。負反饋可以減小非線性失真。因為引

6、入負反饋后，輸出端的失真波形反饋到輸入端，與輸入波形疊加，因此凈輸入信號成為正半周小，負半周大的波形，此波形放大后，使其輸出端正、負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、隨動控制系統、程序控制系統。 16、在自動化領域中，把被控變量不隨時間而變化的平衡狀態稱為系統的靜態，把被控變量隨時間而變化的不平衡狀態稱為系統的動態。 干擾是客觀存在的，是不可避免的。一個自動控制系統投入運行時，時時刻刻都受到干擾作用，破壞正常的工藝生產狀態。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指標上

7、。一個正常工作的自動控制系統，總受到頻繁的干擾作用，總處在頻繁的動態過程中。了解系統動態更為重要。 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，便于分析、實驗和計算。 19、等幅振蕩過程和發散振蕩過程是不穩定過程，生產上不能采用；非周期衰減過程雖是穩定過程，但該過程中被控變量達到新的穩定值的進程過于緩慢，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達

8、到穩定狀態，并且最終的穩態值必然在兩峰值之間，決不會出現太高或太低的現象，更不會遠離給定值以致造成 事故。所以? 21、最大偏差A=950?900=50（）； 超調量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方塊圖 其中：被控對象

9、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。 可能存在的干擾主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環境溫度的變化等。 該系統的過渡過程品質指標： 最大偏差A=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 被控對象的數學模型 P33 1、對象特性就是的對象的輸出輸入關系。 研究對象的特性，就是用數學的方法來描述對象輸入量與輸出量之間的關系。當采用 自動化裝置組成自動控制系統時，首先也必須深入了解對象

10、的特性，了解它的內在規律，才能根據工藝對控制質量的要求，設計合理的控制系統，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控制器。在控制系統投入運行時，也要根據對象特性選擇合適的控制器參數(也稱控制器參數的工程整定)，使系統正常地運行。被控對象的特性對自動控制系統的控制質量的影響很大，所以必須對其深入研究。 2、對象特性的數學描述（方程、曲線、表格等）稱為對象的數學模型。 穩態數學模型描述的是對象在穩態時的輸入量與輸出量之間的關系；動態數學模型描述的是對象在輸入量改變以后輸出量的變化情況。穩態與動態是事物特性的兩個側面，可以這樣說，動態數學模型是在穩態數學模型基礎上的發展，穩態數學模型是對

11、象在達到平衡狀態時的動態數學模型的一個特例。 4、機理建模法、實驗建模法。 5、對象或生產過程的內部機理。 7、階躍反應曲線法：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，便可認為施加了一個階躍干擾，同時還可以利用原設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備，測試工作量也大。但由于對象在階躍信號作用下，從不穩定到穩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，便可認為施加了一個階躍干擾，同

12、時還可以利用原設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備，測試工作量也大。但由于對象在階躍信號作用下，從不穩定到穩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K、時間常數T和滯后時間? 放大系數K在數值上等于對象（重新）處于穩定狀態時的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即 K?輸出量的變化量輸入量的變化量 對象的放大系數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實質上是對象的靈敏度。 時間常數T是指當對象受到階

13、躍輸入作用后，被控變量達到新的穩態值的63.2%所需時間；或當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，達到新的穩態值的時間。 時間常數越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩態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象稱為滯后現象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現象稱為滯后現象。滯后現象用滯后時間?表示。 對象的滯后時間?，使對象的被控變量對輸入的變化響應滯后，控制不及時。 10、純滯后一般是由于介質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，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

14、通過一定阻力而引起的。控制通道若存在純滯后，會使控制作用不及時，造成被控變量的最大偏差增加，控制質量下降，穩定性降低；干擾通道若存在純滯后，相當于將干擾推遲一段時間才進入系統，并不影響控制系統的控制品質。 容量滯后增加，會使對象的時間常數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，系統穩定性降低；T減小，會使控制作用對被控變量的影響來得快，系統控制質量提高。但T不能太大或太小，且各環節時間常數要適當匹配，否則都會影響控制質量。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，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，其時間常數為5min，

15、放大系數為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 5 12、 dy(t?2)?y(t?2)?10x(t) dt 題2-3圖 RC電路 解 RC電路的微分方程為 T 當ei=5V時，微分方程的解為 deo?eo?ei dt eo=5(1?e?t/T) = 5(1?e?t/10) (V) （該系統的時間常數T=RC=5?103?2000?10?6=10s） 當t=T時， eo=5(1?e?T/T)= 5(1?e?1)=3.16V； 當t=2T時，eo=5(1?e?2T/T)= 5(1?e?2)=4.32V； 當t=3T時，eo=5(1?e

16、?3T/T)= 5(1?e?3)=4.75V。 題解2-3圖 RC電路的階躍響應曲線 13.解 這是一個積分對象，則 ?h?Q110.1Qdt?dt?t?0.2t(m) 1 A?A?0.5 題解2-13圖 水槽液位?h的變化曲線 14、解:（輸入）燃料變化量 t?0;?0, x(t)?0.5(t/h)?50/6(kg/min),t?0 由題圖知,該系統屬于一階系統，輸出量(溫度)的變化量y(t)相對于輸入(燃料)變化量x(t)的關系(方程)為 Tdy(t)?y(t)?Kx(t) dt 當x(t)=A=50/6(kg/min)=const.時，方程的解為 y(t)=KA(1?e?t/T) 由題圖

17、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 ?=2min，則 t?2min;?0, y?t?(t?2)/3.35),t?2min?y(t?)?30(1?e 微分方程為 3.35 dy?(t?2) ?y?(t?2)?3.6x(t) dt 系統的特性參數是系統的固有

18、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，當燃料變化量x(t)=A=1時，溫度變化量的函數表達式為 y?(t)=y(t?)=3.6(1?e?(t?2)/3.35) 第3章 檢測儀表與傳感器 P101 1.測量過程在實質上是將被測參數與其相應的測量單位進行比較的過程。一般它都是利用專門的技術工具，將被測參數經過一次或多次的信號能量形式的轉換，最后獲得一種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數字形式顯示出來。 2.p34 3. 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“%”去掉后的數值，以一定的符號形式表示在儀表標尺板上。

19、精確度等級目前是按國家統一規定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。 5、 (1) 校驗數據處理： 由以上數據處理表知，最大絕對誤差：+6； (2)儀表誤差：?max ? 6 ?100%?0.6%，儀表的精度等級應定為1.0級； 1000 (3)儀表的基本誤差：?m=1000?(?1.0%)=?10, 該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。 6、解 （1）校驗數據處理： 由以上數據處理表知，該壓力表的變差：1.2%； （2）儀表誤差：?max?0.005?100%?0.5%； 10 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

20、上的壓強，即P=F/S（壓強）。 （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； 負壓力（真空度）=大氣壓力?絕對壓力 8.通常，由于各種工藝設備和檢測儀表本身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：它是將被測壓力轉換成液柱高度來進行測量的；彈性式壓力計：它是將被測壓力轉換成彈性元件的位移來進行測量的；電氣式壓力計：它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量來進行測量的；活塞式壓力計：它是根據液壓原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測

21、 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管式的為低，通?？膳c其他轉換環節結合起來，組成相應的變送器； 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生變形，使其自由端產生相應的位移，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），放大機構，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

22、使彈簧管產生很小的位移量，放大機構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。當被測壓力引入后，彈簧管自由端產生位移，因而改變了霍爾片在磁場中的位置，使所產生的霍爾電勢與被測壓力成比例，利用這一電勢就可實現壓力的測量。 14.應變片式壓力傳感器：測壓元件是電阻應變片。利用金屬導體的電阻應變效應制成的。壓阻式壓力傳感器：測壓元件是單晶硅片。利用半導體的壓阻效應制成的。 15.工作原理：將彈性元件的位移轉換為電容量的變化。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。當被測壓力變化時，由于測壓膜

23、片的彈性變形產生位移改變了兩塊極板之間的距 離，造成電容量發生變化。 特點：結構緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達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 ?max=1.0MPa?1.0%=0.01MPa 在校驗點0.5MPa處，絕對誤差為 ?=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。 ?0.008?100%?1.57% 0.508 21. 解 （1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內可靠地工作，也考慮到被測對象可能發生的異常超壓情況，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

24、誤差，儀表的量程又不宜選得過大。（2）由于儀表的基本誤差?m由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內其大小是一定的，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級的壓力表來進行測量的基本誤差 ?1max=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級的壓力表來進行測量的基本誤差 ?2max=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 空壓機緩沖器內壓力為穩態壓力

25、，其工作壓力下限pmin=1.1MPa，工作壓力上限pmax=1.6MPa。設所選壓力表量程為p，則根據最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關系，有 pmax?pmin3p41?p3?p?44pmax?1.6?2.13(MPa) 33p?3pmin?3?1.1?3.3(MPa) 根據壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測量范圍為02.5MPa的電接點壓力表。 根據測量誤差要求，測量的最大誤差為 ?max?1.1?5%=0.055(MPa) 則所選壓力表的最大引用誤差應滿足 ?max?0.055?100%?2.2% 2.5?0 要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。 24. 解 合成塔

26、控制壓力14MPa為高壓，設所選壓力表的量程為p，則 p?5?14?23.3(MPa) 3 根據壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測量范圍為025MPa的電接點壓力表。 根據測量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應滿足 ?max?0.4?100%?1.6% 25 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 壓力表的校驗數據及其數據處理結果 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?m，求儀表的最大引用誤差） ?max?m0.020?100%?100%?1.25% PF?S1.6 所以，這臺儀表1.5級的精度等級合格。 空氣貯罐的壓力屬穩

27、態壓力，且pmax=1.0MPa?1.6?2/3MPa；pmin=0.8MPa?1.6?1/3MPa；最大誤差?max=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.流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為。 流體經節流裝置時，由于流速發生變化，使流體的動能發生變化。根據能量守恒定律，動能的變化必然引起靜壓能的變化，所以在流體流經節流裝置時必然會產生靜壓差。 30.流體流經節流裝置時所產生的壓差與流量之間有一定的對應關系，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

28、下推導出的，這些條件包括節流裝置的形式、尺寸、取壓方式以及流體的工藝條件（密度、溫度、壓力、雷諾數等），當以上這些條件改變時都會影響流量的測量。 33.因為轉子流量計在流量變化時，轉子兩端的壓降是恒定的；而差壓式流量計在流量變化時，節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）；?0=1.293kg/Nm3；?1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。則 Q1?0?p1?T0.293?0.751325?293?Q0?50?105(L/s)

29、?1?p0?T11.977?0.101325?313 38. 解 由題知?t=7920kgm3，?f=0.831kgL=831kgm3，?W=1000m3，Q0=10 L/min 測苯的流量的修正系數為 KQ?t?w?f?t?f?w?(7920?1000)?831?0.9 (7920?831)?1000 Qr=Q0/KQ=10/0.9?11.1(L/min) 所以，苯的流量測量范圍為011.1L/min。 當轉子材料改為鋁時，?r=2750kgm3，此時測水的流量的修正系數為 KrQ?t?w?r?w(7920?1000)?2 2750?1000 Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min)

30、 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為 KfQ?r?w?f?r?f?w?(2750?1000)?831?0.87 (2750?831)?1000 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，當流體流過時，帶動齒輪旋轉。齒輪每轉1周排出定量流體，只要測了橢圓齒輪的轉速，便可知被測流體的流量。 41. 解 電磁流量計的工作原理是基于管道中的導電流體在磁場中流動時切割磁力線而產生感應電動勢的電磁感應原理，流體的流速越大，感應電動

31、勢也越大，感應電動勢與流量成正比。電磁流量計只能用來測量導電液體的流量。 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。當流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的漩渦發生體時，若該物體幾何尺寸適當，則在阻擋體后面，沿兩條平行直線上會產生整齊排列、轉向相反的漩渦列。漩渦產生的頻率和流體的流速成正比。通過測出漩渦產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生壓力的原理而工作。 （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

32、的原理來工作的。 （4）電磁式物位儀表：把物位的變化轉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，其強度隨物質層的厚度而變化的原理來工作。目前射線應用最多。 （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的液位改變時，由液柱產生的靜壓也相應變化的原理而工作的。 當測量有壓容器的液位時，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負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。 4

33、8.生產中欲連續測量液體的密度，根據已學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?怎樣進行遷移?其實質是什么?（參考） 答 （1）當被測容器的液位H=0時，差壓液位計所感受的壓差?p0的現象，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之間的關系為： = 。這就是一般的“無遷移”的情況。當Ho時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。 實際應用中，有時為防止容器內液體和氣體進入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液設被測介質

34、密度為 ，隔離液密度為 ：(通常 )，此時正、負壓室的壓力分別為： 正負壓室間的壓差為： 當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。“無遷移”時， H0， 0，變送器輸出 4mA； ?！坝羞w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，即在“有遷移”情況下，使得當H0時， ?？烧{節儀表上的遷移彈簧，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，其實質就是改變測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。 51.在液位測量中，當被測液位H=0時，如果差壓變送器的輸入信號p0

35、，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“負遷移”。 52、解：差壓液位計正壓室壓力 p1=?gh1+ ?gH+p0 負壓室壓力 p2=?gh2+ p0 正、負壓室的壓差 ?p=p1?p2= ?gH?(h2?h1) ?g H=0時，?p= ?(h2?h1) ?g。 這種液位測量時，具有“負遷移”現象，為了使H=0時，?p=0，該差壓變送器測液位時需要零點遷移，遷移量為(h2?h1) ?g 58. 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）將兩種不同的導體（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

36、，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產生，該現象稱為熱電動勢效應或塞貝克（Seebeck）效應。回路中的電勢稱為熱動勢，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）所配用的補償導線如下： （3）用廉價的補償導線代替熱電偶使冷端遠離熱端不受其溫度場變化的影響并與測量電路相連接。使用補償導線時要注意：在一定的溫度范圍內，補償導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。 60.用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償的方法有哪幾種？ 解：（

37、1）熱電偶的熱電勢只有當T0（或t0）恒定是才是被測溫度T（或t）的單值函數。熱電偶標準分度表是以T00為參考溫度條件下測試制定的，只有保持T00，才能直接應用分度表或分度曲線。若T00，則應進行冷端補償和處理。 （2）冷端溫度補償的方法有：延長導線法，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）、顯示儀表和連接導線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是電阻。 62.用K型熱電偶測某

38、設備的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端（室溫）為25C，求設備的溫度？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，設設備的溫度為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型熱電偶來測次設備溫度，同樣，根據中間溫度定律，測得熱電勢為 EE(508.4，25)= EK(508.4，0)? EK(25，0)=37678.6?1496.5=36182.1?V

39、?36.18mV。 63. 解 認為換熱器內的溫度為430不對。 設換熱器內的溫度為t，實測熱電勢為E(t，30)，根據顯示儀表指示值為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=30744?V 反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內的溫度t=422.5 64、解 這是工業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熱電偶產生的，即 E(tx,25)?10501?V 查分度號K，可得E(2

40、0,0)?1000?V，由此可見， E(tx,0)?E(tx,25)?E(25,0)?10501?1000?11501?V 由這個數值查分度號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。只要測出感溫熱電阻的阻值變化，便可得知被測溫度大小。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對應電阻為159.96?，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

41、度電阻比W(100)=R100/R0=1.42的銅熱電阻測某一反應器內溫度，當被測溫度為50時，該熱電阻的阻值R50為多少？ 若測某一環境溫度時熱電阻的阻值為92?，該環境溫度為多少？ 解 分度號為Cu50、百度電阻比W(100)=1.42的銅熱電阻，其R0=50?，R100=50?1.42=71?。則該銅熱電阻測溫的靈敏度k為 k?71?50?0.21(?/) 100?0 被測溫度為50時，電阻值R50=50?+0.21?/?50=60.5?。 當測某一環境溫度時，若熱電阻的阻值Rt=92?，則對應的環境溫度為 t=(92?50)/0.21=200。 69、說明熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變

42、送器的組成及主要異同點。 熱電偶溫度變送器的結構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構大體上也可分為三大部分：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 P139 1.解 控制器的控制規律是指控制器的輸出信號p與輸入信號e之間的關系，即 p?f(e)?f(z?x) 控制器的基本控制規律有：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行控制的，控制器的輸出信號p與其輸入信號e成正比。當比例控制系

43、統的控制過程結束之后，其被控變量新的穩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，只有偏差存在，才能產生控制作用。當系統受到一定的擾動后，為了克服擾動，必定要有一定的控制作用，才能使系統達到新的平衡，所以必定存在與該控制作用相對應的偏差，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的輸出變化相對值之比的百分數，用式子表示為： ?x?x?maxmin 式中 e 輸入變化量； p 相應的輸出變化量； ?e?p?100% ?pmax?pmin? xmax?xmin輸入的最大變化量，即儀表的量

44、程； pmax?pmin輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。 5解 ?epmax?pmin20?41001.6?80% pxmax?xminp1000?0p 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，但余差也越大；比例度越小，比例控制越強，過渡過程曲線越振蕩，系統的穩定性和動態性能變差，但余差也越小，提高了系統的靜態準確度；比例度過小，可能會出現發散振蕩。 選擇比例度要注意：若對象的滯后較小，時間常數較大以及放大系數較小，可選擇小比例度來提高系統的靈敏度，使過渡過程曲線形狀較好；反之，為保證系統的穩定性

45、，應選擇大的比例度。 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，系統才能穩定下來，所以? 8. TI就用來表示積分控制強弱的一個參數。TI越小，積分控制作用越強；TI越大，積分控制作用越弱。 TI越小，余差消除越快，可提高系統的靜態準確度，但會使系統穩定性下降，動態性能變差； 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 KP=1/?=1/100%=1 控制器的積分時間TI=2min，穩態輸出p0=5mA；控制器的輸入變化量為A=0.2mA。經歷時間t=5min

46、。則輸出變化量 ?p?KPA?KP1At?1?0.2?0.2?5?0.7(mA) TI2 p=p0+?p=5+0.7=5.7(mA) 所以，經歷時間5min后，控制器的輸出為 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，所以微分控制規律不能單獨使用。 11. 試寫出比例積分微分（PID）三作用控制規律的數學表達式。 解 PID控制器的控制規律的數學表達式為 ?1de? p?KP?e?edt?TD?T1dt? 其中，e輸入變化量；p相應的輸出變化量；KP放大倍數；TI稱為積分時間；TD微分時間。 12.試分析比例、積分、微分控制

47、規律各自的特點。 解 比例控制規律的特點是反應快，控制及時；存在余差(有差控制) 積分控制規律的特點是控制動作緩慢，控制不及時；無余差(無差控制) 微分控制規律的特點是控制響應快，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，即使數值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結果不能消除偏差，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成比例微分或比例積分微分控制器。 第5章 執行器 p151 1. 解 氣動執行器由執行機構和控制機構（閥）兩部分組成。執行機構是執行器的推動裝置，它根據輸入控制信號的大小產生相應的推力F和直線位移l，推動控制機構動作，所以它是將控制信號的大小轉

48、換為閥桿位移的裝置；控制機構是執行器的控制部分，它直接與操縱介質接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。 2直通單座控制閥 應用于小口徑、低壓差的場合。 直通雙座控制閥 角型控制閥 適用于現場管道要求直角連接，介質為高黏度、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 適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的控制，也能用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質的控制。 蝶閥 大口徑、大流量、低壓差，含少量纖維或懸浮顆粒狀介質 球閥 適用于高黏度和污穢介質的控制 凸輪撓曲閥 用于高黏度灬帶有懸浮物的介質流量控制 籠式閥 壓差大，要求噪聲小的場合。對

49、高溫、高黏度及含固體顆粒的介質不適用 4解 控制閥的流量特性是指操縱介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系： Q?l?f? Qmax?L? 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 Q?1?1?(R?1)l?； QmaxR?L? ?1?等百分比（對數）流量特性 Q?R?L?； Qmax?l? ?Q?d?Qmax?拋物線流量特性 ?K?dlL?Qmax?2； 2 ?快開流量特性 Q?1?1?(R?1)l

50、? QmaxR?L? 等四種。 7解 控制閥的可調范圍（可調比）是其所能控制的最大流量Qmax與最小流量Qmin的比值，即 R? 8. 解 串聯管道中的阻力比s為 QmaxQmin 在串、并聯管道中，由于分壓和分流作用，可調范圍都會變小。 s?控制閥全開時閥上的壓差 即系統中最大流量時動系統總壓差力損失總和s值變化時，管道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進而影響到流量的變化，即理想流量特性發生畸變。s = 1時，管道阻力損失為零，系統總壓差全降在閥上，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.

51、3，常選s=0.30.5。s?0.6時，與理想流量特性相差無幾。 9. 解 并聯管道中的分流比x為 x?并聯管道控制閥全開時流量Q1max 總管最大流量Qmax 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生差異，因此，其理想流量特性將會發生畸變。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，但可調范圍卻降低了。 11. 解 氣動執行器（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；氣關式為，有壓力控制信號時閥關，無壓力控制信號時閥處于全開。氣動執行器的氣開式與氣關式的選擇原

52、則是考慮工藝生產的安全，即控制信號中斷時，應保證設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系，即實現控制器來的輸人信號與閥門位置之間關系的準確定位，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作全行程移動。 第6章 簡單控制系統 p168 1、簡單控制系統由檢測變送裝置、控制器、執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值并將其轉換為一種特定輸出信號。 控制器的作用是接受檢測裝置送來的信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規律算出結果送往執行器。 執行器能自動地根據控制器送來的控制信號來改變操縱變量的數值，以達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的生產設備或裝置。 2.解 該反應器溫度控制系統方塊圖如下圖所示。 題解7-2圖 反應器溫度控制系