第頁(yè) 《儀表及自動(dòng)化》第二版第1章自動(dòng)限制系統(tǒng)基本概念1-3自動(dòng)限制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？解自動(dòng)限制系統(tǒng)主要由檢測(cè)變送器,限制器,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限制流程圖。試分別說(shuō)明圖中307,303,305所代表的意義。題1-5圖加熱器限制流程圖解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；303表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度限制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為03；305表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量限制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為05。1-7在自動(dòng)限制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置,限制器,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）送往限制器；限制器接受測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，及工藝上須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)行器即限制閥，它能自動(dòng)地依據(jù)限制器送來(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)限制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)須要限制的生產(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)。控系統(tǒng)通常用該變量的名稱來(lái)稱呼，如溫度限制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。給定值（或設(shè)定值或期望值）——人們盼望限制系統(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)整變量）——對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)整（操縱）的變量。或?qū)崿F(xiàn)限制作用的變量。操縱介質(zhì)(操縱劑)——用來(lái)實(shí)現(xiàn)限制作用的物料。1-11題11圖所示為一反應(yīng)器溫度限制系統(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)限制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度限制系統(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)明該溫度限制系統(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)器溫度限制系統(tǒng)解該溫度限制系統(tǒng)的方塊圖題解1-11圖反應(yīng)器溫度限制系統(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上升時(shí)，其測(cè)量值及給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度限制器運(yùn)算處理后，輸出限制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)限制閥，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)。所以該溫度限制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)限制系統(tǒng)。1-12題1-11圖所示的溫度限制系統(tǒng)中，假如由于進(jìn)料溫度上升使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值，試說(shuō)明此時(shí)該限制系統(tǒng)的工作狀況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)限制作用來(lái)克服干擾作用對(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（即上升）時(shí)，溫度測(cè)量元件測(cè)出溫度值及給定值比較，溫度限制器將比較的偏差經(jīng)過(guò)限制運(yùn)算后，輸出限制信號(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)，這樣克服干擾作用對(duì)被控變量影響。1-13按給定值形式不同，自動(dòng)限制系統(tǒng)可分哪幾類？解：按給定值形式不同，自動(dòng)限制系統(tǒng)可以分為以下三類：·定值限制系統(tǒng)——給定值恒定的限制系統(tǒng)。·隨動(dòng)限制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）——給定值隨機(jī)變化的系統(tǒng)。·程序限制系統(tǒng)——給定值按肯定時(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(90010)℃。考慮安全因素，限制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò)80℃。現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值限制系統(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），并回答該限制系統(tǒng)能否滿意題中所給的工藝要求？題1-19圖溫度限制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線解最大偏差950900=50（℃）；超調(diào)量950908=42（℃）；由于B=918908=10（℃），所以，衰減比=42:10=4.2；余差908900=8℃；振蕩周期459=36()；過(guò)渡時(shí)間47。因?yàn)?0℃<80℃，8℃<10℃，所以，該限制系統(tǒng)能滿意題中所給的工藝要求。1-20題20(a)圖是蒸汽加熱器的溫度限制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對(duì)象,被控變量,操縱變量和可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產(chǎn)須要，要求出口物料溫度從80℃提高到81℃，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20(b)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,衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)限制系統(tǒng)，新的給定值為81℃）。題1-20圖蒸汽加熱器溫度限制解蒸汽加熱器溫度限制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解1-20圖蒸汽加熱器溫度限制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是蒸汽加熱器；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(jìn)口物料的流量,溫度的變化；加熱蒸汽的壓力,溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差81.581=0.5（℃）；由于81.580.7=0.8（℃），B=80.980.7=0.2（℃），所以，衰減比=0.8:0.2=4；余差80.781=0.3（℃）。第2章被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型2-1什么是對(duì)象特性？為什么要探討對(duì)象特性？解對(duì)象特性就是的對(duì)象的輸出-輸入關(guān)系。探討對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述對(duì)象輸入量及輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)采納自動(dòng)扮裝置組成自動(dòng)限制系統(tǒng)時(shí)，首先也必需深入了解對(duì)象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能依據(jù)工藝對(duì)限制質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)合理的限制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測(cè)量元件及限制器。在限制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，也要依據(jù)對(duì)象特性選擇合適的限制器參數(shù)(也稱限制器參數(shù)的工程整定)，使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。被控對(duì)象的特性對(duì)自動(dòng)限制系統(tǒng)的限制質(zhì)量的影響很大，所以必需對(duì)其深入探討。2-2何為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？靜態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么區(qū)分？解對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述（方程,曲線,表格等）稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量及輸出量之間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸入量改變以后輸出量的變化狀況。穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)是事物特性的兩個(gè)側(cè)面，可以這樣說(shuō)，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是對(duì)象在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例。2-8反映對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：放大系數(shù)K,時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間t放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出變化量及（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即對(duì)象的放大系數(shù)K越大，就表示對(duì)象的輸入量有肯定變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響越大，或被控變量對(duì)這個(gè)量的變化就越靈敏，所以，K實(shí)質(zhì)上是對(duì)象的靈敏度。時(shí)間常數(shù)T是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間；或當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量假如保持初始變化速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間也越大對(duì)象在受到輸入作用后，被控變量卻不能馬上而快速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時(shí)間t表示。對(duì)象的滯后時(shí)間t，使對(duì)象的被控變量對(duì)輸入的變化響應(yīng)滯后，限制不及時(shí)。2-11已知一個(gè)對(duì)象特性是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，試寫出描述該對(duì)象特性的一階微分方程式。解該對(duì)象特性的一階微分方程為2-12如題2-12圖所示的電路中，已知R＝5k，C＝2000F。試畫出突然由0階躍變化到5V時(shí)的變化曲線，并計(jì)算出t＝T,t＝2T,t＝3T時(shí)的值。題2-12圖電路解電路的微分方程為當(dāng)5V時(shí)，微分方程的解為5(1e)=5(1e10)(V)（該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)51032000106=10s）當(dāng)時(shí)，5(1e)=5(1e1)=3.16V；當(dāng)2T時(shí)，5(1e2)=5(1e2)=4.32V；當(dāng)3T時(shí)，5(1e3)=5(1e3)=4.75V。題解2-12圖電路的階躍響應(yīng)曲線2-13已知一個(gè)簡(jiǎn)單水槽，其截面積為0.5m2，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。假如在穩(wěn)定的狀況下，輸入流量突然在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了0.1m3，試畫出水槽液位h的變化曲線。解這是一個(gè)積分對(duì)象，則(m)題解2-13圖水槽液位h的變化曲線2-14為了測(cè)定某重油預(yù)熱爐的對(duì)象特性，在某瞬間（假定為t0=0）突然將燃料氣流量從2.5增加到3.0，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如題2-14圖所示。假定該對(duì)象為一階對(duì)象，試寫出描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式（分別以溫度變化量及燃料量變化量為輸出量及輸入量），并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時(shí)溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式。題2-14圖重油預(yù)熱爐的解（輸入）燃料變化量由題圖知,該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量(溫度)的變化量y(t)相對(duì)于輸入(燃料)變化量x(t)的關(guān)系(方程)為當(dāng)x(t)50/6().時(shí)，方程的解為y(t)(1e)℃由題圖知，y()150120=30℃,則3030/(50/6)=3.6(℃/())首先不考慮延遲，y(t)的變化從t0=2開(kāi)始，到t1=8時(shí)，實(shí)際變化時(shí)間6，由題圖知y(t)(6)=30(1e6)=145120=25（℃）由此解出3.35()所以y(t)=30(1e3.35)℃若考慮滯后時(shí)間=2，則微分方程為系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性，不會(huì)隨輸入信號(hào)的變化而變化，因此，前面求解過(guò)程中所確定的K和T的值是不變的。所以，當(dāng)燃料變化量x(t)1時(shí)，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式為y(t)(t)=3.6(1e(t2)/3.35)℃第3章檢測(cè)儀表及傳感器3-1什么叫測(cè)量過(guò)程？解測(cè)量過(guò)程就是將被測(cè)參數(shù)及其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程3-5某一標(biāo)尺為0~1000℃的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果分別為：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃02004006007008009001000被校表讀數(shù)/℃02014026047068059031001(1)求出該溫度儀表的最大肯定誤差值；(2)確定該溫度儀表的精度等級(jí)；(3)假如工藝上允許的最大肯定誤差為8C，問(wèn)該溫度儀表是否符合要求？解(1)校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃02004006007008009001000被校表讀數(shù)/℃02014026047068059031001肯定誤差/℃0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大肯定誤差：+6℃；(2)儀表誤差：，儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)；(3)儀表的基本誤差：1000(1.0%)=10℃,該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。3-6假如有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為0~10，經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)0246810被校表正行程讀數(shù)01.983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù)02.024.036.068.0310.01(1)求出該壓力表的變差；(2)問(wèn)該壓力表是否符合1．0級(jí)精度？解（1）校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)0246810被校表正行程讀數(shù)01983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù)02.024.036.068.0310.01壓力表的變差00.40.71.20.60.2被校表正,行程讀數(shù)平均值02.003.9956.008.0010.00儀表肯定誤差/00.000.0050.000.000.00由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差：1.2%；（2）儀表誤差：；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(jí)精度。3-7．什么叫壓力？表壓力,肯定壓力,負(fù)壓力(真空度)之間有何關(guān)系？解（1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即（壓強(qiáng)）。（2）肯定壓力是指物體所受的實(shí)際壓力；表壓力=肯定壓力大氣壓力；負(fù)壓力（真空度）=大氣壓力肯定壓力3-10．作為感受壓力的彈性元件有哪幾種？解彈簧管式彈性元件,薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種）,水紋管式彈性元件。3-11．彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是什么？試述彈簧管壓力計(jì)的主要組成及測(cè)壓過(guò)程。解：（1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測(cè)出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測(cè)壓力p的大小。（2）彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。（3）彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過(guò)程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大機(jī)構(gòu)將這個(gè)很小的位移量放大從而帶動(dòng)指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。3-14電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點(diǎn)？解見(jiàn)教材第3章3.2.5節(jié)。當(dāng)差動(dòng)電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時(shí)，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。其特點(diǎn)：輸出信號(hào)及壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓,差壓,流量,液位等的測(cè)量。3-15某壓力表的測(cè)量范圍為0～1，精度等級(jí)為1.0級(jí)，試問(wèn)此壓力表允許的最大肯定誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為0.5時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為0.508，試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級(jí)精度，為什么？解壓力表允許的最大肯定誤差為1.01.00.01在校驗(yàn)點(diǎn)0.5處，肯定誤差為=0.50.508=0.008()該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合1.0級(jí)精度。3-16．為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要依據(jù)測(cè)量大小來(lái)選取？選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值有何問(wèn)題？解（1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)牢靠地工作，也考慮到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異樣超壓狀況，對(duì)儀表的量程選擇必需留有足夠的余地，但還必需考慮實(shí)際運(yùn)用時(shí)的測(cè)量誤差，儀表的量程又不宜選得過(guò)大。（2）由于儀表的基本誤差m由其精度等級(jí)和量程確定，在整個(gè)儀表測(cè)量范圍內(nèi)其大小是肯定的，選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值這樣會(huì)加大測(cè)量誤差。3-17假如某反應(yīng)器最大壓力為0.8，允許最大肯定誤差為0.01。現(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.6，精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求？若采納一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0，精度為1.0級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎？試說(shuō)明其理由。解用0~1.6,精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差11.61.00.016>0.01(允許值)該表不符合工藝上的誤差要求。用0~1.0,精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差21.01.00.01>0.01(允許值)該表符合工藝上的誤差要求。3-18某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.1~1.6，工藝要求就地視察罐內(nèi)壓力，并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5％，試選擇一臺(tái)合適的壓力計(jì)(類型,測(cè)量范圍,精度等級(jí))，并說(shuō)明其理由。解空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限1.1，工作壓力上限1.6。設(shè)所選壓力表量程為p，則依據(jù)最大,最小工作壓力及選用壓力表量程關(guān)系，有依據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選150型,測(cè)量范圍為0~2.5的電接點(diǎn)壓力表。依據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為1.150.055()則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿意要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。3-19某合成氨廠合成塔壓力限制指標(biāo)為14，要求誤差不超過(guò)0.4，試選用一臺(tái)就地指示的壓力表(給出型號(hào),測(cè)量范圍,精度等級(jí))。解合成塔限制壓力14為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為p，則依據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選150型,測(cè)量范圍為0~25的電接點(diǎn)壓力表。依據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿意要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。3-20現(xiàn)有一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.6，精度為1.5級(jí)的一般彈簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果為：被校表讀數(shù)0．00．40．81．21．6標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)0．0000．3850．7901．2101．595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)0．0000．4050．8101．2151．595試問(wèn)這臺(tái)表合格否？它能否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（該貯罐工作壓力為0.8~1.0，測(cè)量的肯定誤差不允許大于0.05）？解壓力表的校驗(yàn)表3-1壓力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果被校表讀數(shù)0.00.40.81.21.6最大誤差標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)0.0000.3850.7901.2101.595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)0.0000.4050.8101.2151.595升降變差0.0000.0200.0200.0050.0000.020標(biāo)準(zhǔn)表上,下行程讀數(shù)平均值0.0000.3950.8001.21251.595肯定誤差0.0000.0050.000-0.0130.005-0.013儀表的最大引用誤差（從肯定誤差和升降變差中選取肯定值最大者做為m，求儀表的最大引用誤差）所以，這臺(tái)儀表1.5級(jí)的精度等級(jí)合格。空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且1.01.62/3；0.81.61/3；最大誤差1.61.50.0240.05。所以這臺(tái)儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。3-24．什么叫節(jié)流現(xiàn)象？流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生靜壓差？解：流體在有節(jié)流裝置的管道中流淌時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。3-28為什么說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)？解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)，轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差p為一常數(shù)，即.（恒量）3-32用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)氣壓為0.65,溫度為40℃的2氣體的流量時(shí)，若已知流量計(jì)讀數(shù)為50，求2的真實(shí)流量（已知2在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為1.977／m3）。解由題知：p0=0.101325，p1=0.65+0.101325=0.751325()；T0=293K，T1=273+40=313（K）；0=1.2933；1=1.9773，Q0=50。則3-33用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量范圍為0～10，轉(zhuǎn)子用密度為7920／m3的不銹鋼制成，若用來(lái)測(cè)量密度為0.831／L苯的流量，問(wèn)測(cè)量范圍為多少？若這時(shí)轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750／m3的鋁制成，問(wèn)這時(shí)用來(lái)測(cè)量水的流量及苯的流量，其測(cè)量范圍各為多少？解由題知7920／m3，0.831／831／m3，1000／m3，Q0=10測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為010/0.911.1()所以，苯的流量測(cè)量范圍為0～11.1。當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)，2750／m3，此時(shí)測(cè)水的流量的修正系數(shù)為0010/2=5()所以，此時(shí)測(cè)水的流量的測(cè)量范圍為0～5測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為05/0.87=5.75（）所以，此時(shí)測(cè)苯的流量的測(cè)量范圍為0～5.75。3-36渦輪番量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)是什么？解：（1）渦輪番量計(jì)的工作原理：流體在管道中流淌時(shí)使葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速及流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，反映流體流速的大小。流速及管道截面的乘積就是流體的流量。（2）渦輪番量計(jì)的特點(diǎn)：安裝便利,測(cè)量精度高,可耐高壓,反應(yīng)快,便于遠(yuǎn)傳,不受干擾,簡(jiǎn)單磨損等特點(diǎn)。3-37電磁流量計(jì)的工作原理是什么？它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求？解電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中流淌時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電磁感應(yīng)原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及流量成正比。電磁流量計(jì)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。3-46什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題？怎樣進(jìn)行遷移？其實(shí)質(zhì)是什么？解（1）當(dāng)被測(cè)容器的液位0時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓差p≠0的現(xiàn)象，稱為液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移，3-48測(cè)量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝的狀況)時(shí)，常常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐(見(jiàn)題3-19圖)，問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮？題3-19圖高溫液體的液位測(cè)量解：差壓液位計(jì)正壓室壓力p1=1+0負(fù)壓室壓力p2=2+p0正,負(fù)壓室的壓差1p2=(h2h1)g0時(shí)，(h2h1)g。這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使0時(shí)，0，該差壓變送器測(cè)液位時(shí)須要零點(diǎn)遷移，遷移量為(h2h1)g3-54什么是熱電偶的熱電特性？熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成？解：（1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）A和B組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)溫度(T,T0)不同，則回路中有肯定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝克（）效應(yīng)。回路中的電勢(shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，用(T，T0)或(t，t0).（2）熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。3-22．常用的熱電偶有哪幾種？所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線是什么？為什么要運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線？并說(shuō)明運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要留意哪幾點(diǎn)？解：（1）常用的熱電偶有如下幾種：（2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下：（3）用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場(chǎng)變化的影響并及測(cè)量電路相連接。運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要留意：在肯定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線及配對(duì)的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持延長(zhǎng)電極及熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等。3-56用熱電偶測(cè)溫時(shí)，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？解：（1）熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng)T0（或t0）恒定是才是被測(cè)溫度T（或t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以T0＝0℃為參考溫度條件下測(cè)試制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若T0≠0℃，則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。（2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L(zhǎng)導(dǎo)線法，0℃恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法等。3-57試述熱電偶溫度計(jì),熱電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和儀表？輸入,輸出信號(hào)各是什么？解：熱電偶溫度計(jì)由熱電偶（感溫元件）,顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)。熱電阻溫度計(jì)由熱電阻（感溫元件）,顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是電阻。3-58用K型熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20，冷端（室溫）為25C，求設(shè)備的溫度？假如改用E型熱電偶來(lái)測(cè)溫，在相同的條件下，E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？解用K型熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)設(shè)備的溫度為t，則E(t，25)=20，查K型熱電偶分度表，E(25，0)=1.000。依據(jù)中間溫度定律，E(t，0)=E(t，25)+E(25，0)=20+1.0=21.000反查K型熱電偶分度表，得508.4℃若改用E型熱電偶來(lái)測(cè)次設(shè)備溫度，同樣，依據(jù)中間溫度定律，測(cè)得熱電勢(shì)為(508.4，25)=(508.4，0)(25，0)=37678.61496.5=36182.1V36.18。3-59現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30℃，顯示儀表的機(jī)械零位在0℃時(shí)，這時(shí)指示值為400℃，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃對(duì)不對(duì)？為什么？正確值為多少度？解認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃不對(duì)。設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為t，實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為E(t，30)，依據(jù)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=30744V反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度422.5℃3-60．試述熱電阻測(cè)溫原理？常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N？熱電阻的分度號(hào)主要有幾種？相應(yīng)的R0各為多少？解：（1）熱電阻測(cè)溫原理：電阻－溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。（2）常用測(cè)溫?zé)犭娮栌校恒K熱電阻和銅熱電阻。（3）鉑熱電阻的分度號(hào)主要有：100，（R0=100）；50，（R0=50）；1000，（R0=1000）；等銅熱電阻的分度號(hào)主要有：100，（R0=100）；50，（R0=50）；等3-62用分度號(hào)為00鉑電阻測(cè)溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了00的分度表，查得的溫度為140℃，問(wèn)實(shí)際溫度為多少？解查00的分度表，140℃對(duì)應(yīng)電阻為159.96，而該電阻值實(shí)際為00鉑電阻測(cè)溫時(shí)的電阻值，反查00的分度表，得實(shí)際溫度為157℃3-63用分度號(hào)為50,百度電阻比W(100)1000=1.42的銅熱電阻測(cè)某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為50℃時(shí)，該熱電阻的阻值R50為多少？若測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為92，該環(huán)境溫度為多少？解分度號(hào)為50,百度電阻比W(100)=1.42的銅熱電阻，其R0=50，R100=501.42=71。則該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度k為被測(cè)溫度為50℃時(shí)，電阻值R50=50+0.21/℃50℃=60.5。當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值92，則對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為(9250)/0.21=200℃。第4章顯示儀表4-10對(duì)于標(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(wèn)這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸入信號(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？輸入信號(hào)為多少？解當(dāng)熱電偶的熱端為0℃，冷端為25℃時(shí)，應(yīng)指示0℃；輸入信號(hào)為E(0，25)=E(25，0)。若熱端為0℃，冷端也為0℃時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示0℃；輸入信號(hào)為E(0，0)=0。4-12如題4-12圖所示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的型號(hào)為K，請(qǐng)回答：(1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？(2)顯示儀表應(yīng)采納哪種儀表？該儀表的輸入信號(hào)是多少？應(yīng)指示多少溫度？題4-12圖熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)圖解（1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。（2）顯示儀表應(yīng)采納101型動(dòng)圈式顯示儀表或電子電位差計(jì)顯示儀表；儀表的輸入信號(hào)是K型熱電偶的熱電勢(shì)E(600，25)，E(600，25)=E(600，0)E(25，0)=249021000=23902（V）；指示溫度應(yīng)為600℃（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，能直接顯示被測(cè)溫度）。4-13測(cè)溫系統(tǒng)如題4-13圖所示。請(qǐng)說(shuō)出這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？已知熱電偶為K，但錯(cuò)用及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)際溫度為多少度？（室溫為25℃）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)及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)(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)(160，25)，實(shí)際應(yīng)為K型熱電偶在熱端為℃,冷端為25℃時(shí)的熱電勢(shì)(，25)，即(，25)=(160，25)。(160，25)=(160，0)(25，0)查E型熱電偶分度表(160，0)=10501V，(25，0)=1496.5V，則(160，25)=105011496.5=9004.5V(，0)(，25)+(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)，有最小值及0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是R3（0）2R4（1）當(dāng)被測(cè)溫度上升后，熱電阻阻值增加，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（0+r1）2(R4+r1)（2）用式（1）減式（2），則得R3r1R3=R2r1即（3）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)的位移及熱電阻的增量呈線性關(guān)系。當(dāng)熱電阻短路時(shí)，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)，，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00的熱電阻，接在配分度號(hào)為00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00的熱電阻阻值（查00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00的熱電阻，利用154.70查00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(196，28)=E(196，0)E(28，0)=7.9771.122=6.855()，而該熱電勢(shì)實(shí)際是由E型熱電偶供應(yīng)的。設(shè)所測(cè)的實(shí)際溫度為t，則有(t，0)=(t，28)(28，0)=(196，28)+(28，0)=6.855+1.679=8.534()查E型熱電偶分度表，得所測(cè)的實(shí)際溫度為132.2℃第5章自動(dòng)限制儀表5-1什么是限制器的限制規(guī)律？限制器有哪些基本限制規(guī)律？解限制器的限制規(guī)律是指限制器的輸出信號(hào)p及輸入信號(hào)e之間的關(guān)系，即限制器的基本限制規(guī)律有：位式限制（其中以雙位限制比較常用）；比例限制(P)；積分限制(I)；微分限制(D)。5-4何為比例限制器的比例度？一臺(tái)—Ⅱ型液位比例限制器，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，比例限制器的輸出相應(yīng)從5增大到7，試求限制器的比例度及放大系數(shù)。解比例限制器的比例度就是指限制器的輸入變化相對(duì)值及相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為：式中e——輸入變化量；p——相應(yīng)的輸出變化量；——輸入的最大變化量，即儀表的量程；——輸出的最大變化量，即限制器輸出的工作范圍。依據(jù)題給條件，該限制器的比例度為對(duì)于單元組合儀表，其放大系數(shù)為1/=1/83.3120%5-5一臺(tái)—Ⅲ型溫度比例限制器，測(cè)量的全量程為0～1000℃，當(dāng)指示值變化100℃，限制器比例度為80％，求相應(yīng)的限制器輸出將變化多少？解限制器的輸出變化量1.6/802()5-9一臺(tái)具有比例積分限制規(guī)律的—Ⅱ型限制器，其比例度為200％，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5。在某瞬間，輸入突然變化了0.5，經(jīng)過(guò)30s后，輸出由5變?yōu)?，試問(wèn)該限制器的積分時(shí)間為多少？解限制器的放大倍數(shù)1/=1/2000.5限制器的輸入變化量為0.5；限制器的輸出變化量為65=1()，經(jīng)驗(yàn)時(shí)間30s。由得5-10某臺(tái)—Ⅲ型比例積分限制器，比例度為100％，積分時(shí)間為2。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5。某瞬間，輸入突然增加了0.2，試問(wèn)經(jīng)過(guò)5后，輸出將由5變化到多少？解限制器的放大倍數(shù)1/=1/1001限制器的積分時(shí)間2，穩(wěn)態(tài)輸出p0=5；限制器的輸入變化量為0.2。經(jīng)驗(yàn)時(shí)間5。則輸出變化量所以，經(jīng)驗(yàn)時(shí)間5后，限制器的輸出為0+5+0.7=5.7()5-12試寫出比例積分微分（）三作用限制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。解限制器的限制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為其中，e—輸入變化量；p—相應(yīng)的輸出變化量；—放大倍數(shù)；—稱為積分時(shí)間；—微分時(shí)間。5-13試分析比例,積分,微分限制規(guī)律各自的特點(diǎn)。解比例限制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)快，限制及時(shí)；存在余差(有差限制)積分限制規(guī)律的特點(diǎn)是限制動(dòng)作緩慢，限制不及時(shí)；無(wú)余差(無(wú)差限制)微分限制規(guī)律的特點(diǎn)是限制響應(yīng)快，故有超前限制之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒(méi)有輸出，因而限制結(jié)果不能消退偏差，所以不能單獨(dú)運(yùn)用這種限制器，它常及比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分限制器。5-26請(qǐng)寫出下面對(duì)應(yīng)的80的指令解（1）00000（2）000000000300002000010000500004000030000600002-010000000101000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)和限制機(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，它依據(jù)輸入限制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力F和直線位移l，推動(dòng)限制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將限制信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；限制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的限制部分，它直接及操縱介質(zhì)接觸，限制流體的流量，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)明什么叫限制閥的流量特性和志向流量特性？常用的限制閥志向流量特性有哪些？解限制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量及閥門的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系：式中，相對(duì)流量是限制閥某一開(kāi)度時(shí)流量Q及全開(kāi)時(shí)流量之比；相對(duì)開(kāi)度是限制閥某一開(kāi)度行程l及全開(kāi)行程L之比。在不考慮限制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為志向流量特性。主要有：直線流量特性；等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性；拋物線流量特性；快開(kāi)流量特性等四種。6-7什么叫限制閥的可調(diào)范圍？在串,并聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化？解限制閥的可調(diào)范圍（可調(diào)比）是其所能限制的最大流量及最小流量的比值，即在串,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＝50m3，可調(diào)范圍R＝30。（1）計(jì)算其最小流量，并說(shuō)明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)在志向狀況下閥的相對(duì)行程為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)在志向狀況下閥的相對(duì)行程為0.2及0.8時(shí)的流量值Q。解（1）由，得。不是閥的泄漏量，而是比泄漏量大的可以限制的最小流量。（2）由直線流量特性，得，0.2時(shí)，0.8時(shí)，（3）由等百分比流量特性，得，0.2時(shí)，0.8時(shí)，6-9閥的志向流量特性分別為直線流量特性和等百分比流量特性，試求出在志向狀況下，相對(duì)行程分別為＝0.2和0.8時(shí)的兩種閥的相對(duì)放大系數(shù)。（閥的可調(diào)比30）解當(dāng)閥的志向流量特性為直線流量特性時(shí)，由，得，即及的值無(wú)關(guān)，所以，對(duì)于相對(duì)行程分別為＝0.2和0.8時(shí)的直線流量特性閥，均有K相對(duì)=1111/30=0.967。當(dāng)閥的志向流量特性為等百分比流量特性時(shí)，由，得，則當(dāng)＝0.2時(shí)，當(dāng)＝0.8時(shí)，6-10已知閥的最大流量＝100m3，可調(diào)范圍R＝30。試分別計(jì)算在志向狀況下閥的相對(duì)行程為0.1,0.2,0.8,0.9時(shí)的流量值Q，并比較不同志向流量特性的限制閥在小開(kāi)度及大開(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)依據(jù)直線流量特性，相對(duì)流量及相對(duì)行程之間的關(guān)系：分別在公式中代入數(shù)據(jù)＝100m3，R＝30，0.1,0.2,0.8,0.9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＝13m3Q0.2＝22.67m3Q0.8＝80.67m3Q0.9＝90.33m3。(2)依據(jù)等百分比流量特性的相對(duì)流量及相對(duì)行程之間的關(guān)系：分別代入上述數(shù)據(jù)，可得：Q0.1＝4.68m3Q0.2＝6.58m3Q0.8＝50.65m3Q0.9＝71.17m3。由上述數(shù)據(jù)可以算得，對(duì)于直線流量特性的限制閥，相對(duì)行程由10％變化到20％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：相對(duì)行程由80％變化到90％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：由此可見(jiàn)，對(duì)于直線流量特性的限制閥，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％，限制作用很強(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％，限制作用很弱，限制不夠及時(shí),有力，這是直線流量特性限制閥的一個(gè)缺陷。對(duì)于等百分比流量特性的限制閥，相對(duì)行程由10％變?yōu)?0％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：相對(duì)行程由80％變到90％時(shí)，流量變化的相對(duì)值為：故對(duì)于等百分比特性限制閥，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。具有這種特性的限制閥，在同樣的行程變化值下，小開(kāi)度時(shí)，流量變化小，限制比較平穩(wěn)緩和；大開(kāi)度時(shí)，流量變化大，限制靈敏有效，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)使志向流量特性發(fā)生畸變？解串聯(lián)管道中的阻力比s為s值變化時(shí)，管道阻力損失變化，限制閥前后壓差變化，進(jìn)而影響到流量的變化，即志向流量特性發(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，工作特性及志向特性一樣。隨著s值的減小，直線特性慢慢趨近于快開(kāi)特性，等百分比特性慢慢接近于直線特性。所以，在實(shí)際運(yùn)用中，一般盼望s值不低于0.3，常選0.3~0.5。s0.6時(shí)，及志向流量特性相差無(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)限制閥流量特性的影響？解并聯(lián)管道中的分流比x為x值變化時(shí)，限制閥的流量變化，限制閥所限制的流量及總管的流量產(chǎn)生差異，因此，其志向流量特性將會(huì)發(fā)生畸變。1時(shí)，限制閥的流量就是總管的流量，工作特性及志向特性一樣。隨著x值的減小，旁路閥漸漸打開(kāi)，雖然限制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。6-13已知某限制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為100，阻力比為0.5。閥全開(kāi)時(shí)流過(guò)水的最大流量為60m3。閥的志向可調(diào)范圍30，假設(shè)流淌狀態(tài)為非堵塞流。問(wèn)該閥的額定(最大)流量系數(shù)及實(shí)際的可調(diào)范圍為多少？解由，得限制閥全開(kāi)時(shí)閥上壓差p1=p1000.5=50，則實(shí)際的可調(diào)范圍為6-14某臺(tái)限制閥的額定流量系數(shù)＝100。當(dāng)閥前后壓差為200時(shí)，其兩種流體密度分別為1.2g／3和0.8g／3，流淌狀態(tài)均為非堵塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量各是多少？解由，得當(dāng)=1.2g／3時(shí)，當(dāng)=0.8g／3時(shí)，6-15對(duì)于一臺(tái)可調(diào)范圍R＝30的限制閥，已知其最大流量系數(shù)為＝100，流體密度為13。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l00降為60，假如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)被控流體為非堵塞的液體）。解由于阻力比s等于限制閥全開(kāi)時(shí)閥上壓差及系統(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l00，閥全開(kāi)時(shí)兩端壓差為60，所以阻力比：由于該閥的＝100，R＝30，在志向狀況下，閥兩端壓差維持為l00，流體密度為13，則最大流量＝l00m3，最小流量＝／R＝100/30＝3.33m3。對(duì)于非堵塞流的液體，串聯(lián)管道時(shí)，由于壓差由l00降為60，故這時(shí)通過(guò)閥的最大流量將不再是l00m3，而是這時(shí)的可調(diào)范圍；（或）由上可見(jiàn)，串聯(lián)管道時(shí)，會(huì)使限制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會(huì)有所降低。假如s值很低，會(huì)使可調(diào)范圍大大降低，以至影響限制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的限制作用。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)限制閥的流量系數(shù)＝200。當(dāng)閥前后壓差為1.2，流體密度為0.813，流淌狀態(tài)為非堵塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量為多少？假如壓差變?yōu)?.2時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為多少？解由公式得當(dāng)壓差變?yōu)?.2時(shí)，所能通過(guò)的最大流量為：上述結(jié)果表明，提高限制閥兩端的壓差時(shí)，對(duì)于同一尺寸的限制閥，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，可以減小所選擇限制閥的尺寸(口徑)，以節(jié)約投資。這在限制方案選擇時(shí)，有時(shí)是須要加以考慮的。例如離心泵的流量限制，其限制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線上，這是因?yàn)殡x心泵的吸入高度(壓頭)是有限的，壓差較小，將會(huì)影響限制閥的正常工作。同時(shí)，由于離心泵的吸入壓頭損失在限制閥上，以致會(huì)影響離心泵的正常工作。6-18什么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)式及氣關(guān)式？其選擇原則是什么？解氣動(dòng)執(zhí)行器（限制閥）的氣開(kāi)式為，有壓力限制信號(hào)時(shí)閥開(kāi)，無(wú)壓力限制信號(hào)時(shí)閥處于全關(guān)；氣關(guān)式為，有壓力限制信號(hào)時(shí)閥關(guān)，無(wú)壓力限制信號(hào)時(shí)閥處于全開(kāi)。氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)式及氣關(guān)式的選擇原則是考慮工藝生產(chǎn)的安全，即限制信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和工作人員的安全。第7章簡(jiǎn)單限制系統(tǒng)7-2題7-2圖是一反應(yīng)器溫度限制系統(tǒng)示意圖。試畫出這一系統(tǒng)的方塊圖，并說(shuō)明各方塊的含義，指出它們?cè)敿?xì)代表什么？假定該反應(yīng)器溫度限制系統(tǒng)中，反應(yīng)器內(nèi)需維持肯定溫度，以利反應(yīng)進(jìn)行，但溫度不允許過(guò)高，否則有爆炸危險(xiǎn)。試確定執(zhí)行器的氣開(kāi),氣關(guān)型式和限制器的正,反作用。題7-2圖反應(yīng)器溫度限制系統(tǒng)解該反應(yīng)器溫度限制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解7-2圖反應(yīng)器溫度限制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是反應(yīng)器；被控變量是反應(yīng)器內(nèi)溫度；操縱變量是蒸汽流量；限制器是溫度限制器。依據(jù)工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)型式；蒸汽流量增加時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)溫度上升，被控對(duì)象是“正”作用；所以，限制器應(yīng)為“反”作用。7-13試確定題7-13圖所示兩個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行器的正,反作用及限制器的正,反作用。（1）題7-13(a)圖為一加熱器出口物料溫度限制系統(tǒng)，要求物料溫度不能過(guò)高，否則簡(jiǎn)單分解；（2）題7-13(b)圖為一冷卻器出口物料溫度限制系統(tǒng)，要求物料溫度不能太低，否則簡(jiǎn)單結(jié)晶。題7-13圖溫度限制系統(tǒng)解（1）依據(jù)工藝要求，題7-13(a)圖所示加熱器出口物料溫度限制系統(tǒng)，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；加熱劑流量增加時(shí)，加熱器內(nèi)溫度上升，被控對(duì)象是“正”作用，所以，限制器應(yīng)為“反”作用。（2）依據(jù)工藝要求，題7-13(b)圖所示冷卻器出口物料溫度限制系統(tǒng)，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；冷劑流量增加時(shí)，冷卻器內(nèi)溫度降低，被控對(duì)象是“反”作用，所以，限制器應(yīng)為“正”作用。7-14題7-14圖為貯槽液位限制系統(tǒng)，為安全起見(jiàn)，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出，試在下述兩種狀況下，分別確定執(zhí)行器的氣開(kāi),氣關(guān)型式及限制器的正,反作用。（1）選擇流入量為操縱變量；（2）選擇流出量為操縱變量。解（1）當(dāng)選擇流入量為操縱變量時(shí)，為滿意貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣開(kāi)閥；由于被控對(duì)象是“正”作用，所以，限制器應(yīng)為“反”作用。（2）當(dāng)選擇流入量為操縱變量時(shí)，為滿意貯題7-14圖液位限制槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣關(guān)閥；此時(shí)被控對(duì)象是“反”作用，所以，限制器應(yīng)為“反”作用。7-15題7-15圖所示為一鍋爐汽包液位限制系統(tǒng)的示意圖，要求鍋爐不能燒干。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，推斷限制閥的氣開(kāi),氣關(guān)型式，確定限制器的正,反作用，并簡(jiǎn)述當(dāng)加熱室溫度上升導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該限制系統(tǒng)是如何克服擾動(dòng)的？題7-15圖鍋爐氣包液位限制系統(tǒng)解該限制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解7-15圖鍋爐氣包液位限制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是鍋爐汽包；被控變量是鍋爐汽包內(nèi)液位；操縱變量是冷水流量；限制器是溫度限制器。限制閥應(yīng)為氣關(guān)型式；被控對(duì)象是“正”作用，限制器應(yīng)為“正”作用。當(dāng)加熱室溫度上升導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，汽包內(nèi)液位下降，限制器輸出信號(hào)減小，氣關(guān)閥開(kāi)度增大（關(guān)小），冷水流量增大。克服汽包內(nèi)液位降低。7-16題7-16圖所示為精餾塔溫度限制系統(tǒng)的示意圖，它通過(guò)限制進(jìn)入再沸器的蒸汽量實(shí)現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫出該限制系統(tǒng)的方塊圖，確定限制閥的氣開(kāi)氣,關(guān)型式和限制器的正,反作用，并簡(jiǎn)述由于外界擾動(dòng)使精餾塔溫度上升時(shí)該系統(tǒng)的限制過(guò)程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。題7-16圖精餾塔溫度限制系統(tǒng)解精餾塔溫度限制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解7-16圖精餾塔溫度限制系統(tǒng)方塊圖限制閥應(yīng)為氣開(kāi)型式；被控對(duì)象是“正”作用，限制器應(yīng)為“反”作用。當(dāng)外界擾動(dòng)使精餾塔溫度上升時(shí)，限制器輸出減小，限制閥開(kāi)度變小，蒸汽流量降低，精餾塔溫度下降。7-18某限制系統(tǒng)采納Ⅲ型限制器，用臨界比例度法整定參數(shù)。已測(cè)得k＝30％,＝3。試確定作用和作用時(shí)限制器的參數(shù)。解作用時(shí)限制器的比例度=66%，積分時(shí)間2.55。作用時(shí)限制器的比例度=51%，積分時(shí)間1.5，微分時(shí)間0.375。7-19某限制系統(tǒng)用4:1衰減曲線法整定限制器的參數(shù)。已測(cè)得s＝50％,＝5。試確定作用和作用時(shí)限制器的參數(shù)。解作用時(shí)限制器的比例度=60%，積分時(shí)間2.5。作用時(shí)限制器的比例度=40%，積分時(shí)間1.5，微分時(shí)間0.5。第8章困難限制系統(tǒng)8-7題8-7圖所示為聚合釜溫度限制系統(tǒng)。試問(wèn)：（1）這是一個(gè)什么類型的限制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖；（2）假如聚合釜的溫度不允許過(guò)高，否則易發(fā)生事故，試確定限制閥的氣開(kāi),氣關(guān)型式；（3）確定主,副限制器的正,反作用；（4）簡(jiǎn)述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的限制過(guò)程；（5）假如冷卻水的溫度是常常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？（6）假如選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級(jí)限制系統(tǒng)，試畫出它的方塊圖，并確定主,副限制器的正,反作用。題8-5圖聚合釜溫度限制系統(tǒng)解（1）這是一個(gè)溫度-流量串級(jí)限制系統(tǒng)，其方塊圖如下：題解8-5圖1溫度-流量串級(jí)限制系統(tǒng)的方塊圖其中：主對(duì)象是聚合釜，主變量是聚合釜內(nèi)的溫度，主限制器是溫度限制器；副對(duì)象是冷卻水管道，副變量是冷卻水流量，副限制器是流量限制器；操縱變量是冷卻水流量。（2）假如聚合釜的溫度不允許過(guò)高，限制閥應(yīng)為氣關(guān)型式（“反”作用）。（3）由于副變量就是操縱變量（冷卻水流量）本身，所以副對(duì)象是“正”作用，因此副限制器為“正”作用。當(dāng)主變量（聚合釜內(nèi)的溫度）增加時(shí)，要使主變量減小，要求限制閥關(guān)小；副變量（冷卻水流量）增加時(shí)，要使副變量減小，要求限制閥關(guān)大。因此主限制器應(yīng)為“正”作用。（4）當(dāng)冷卻水壓力變化（如壓力增大）時(shí)，在限制閥開(kāi)度不變時(shí)，其流量增大，聚合釜溫度會(huì)降低。首先，流量增大，副限制器輸出信號(hào)增大（“正”作用），使氣關(guān)閥門開(kāi)度減小，減小冷卻水流量；其次，聚合釜溫度降低，主限制器輸出減小（“正”作用），給定值減小，輸出增大，進(jìn)一步關(guān)小限制閥，減小冷卻水流量。這樣可以有效地限制因冷卻水壓力增大，導(dǎo)致其流量增大所造成的聚合釜內(nèi)溫度降低的影響。（5）假如冷卻水溫度常常波動(dòng)，則應(yīng)選擇冷卻水溫度作為副變量，構(gòu)成溫度-溫度串級(jí)限制系統(tǒng)。如題解8-5圖2所示。題解8-5圖2聚合釜溫度-冷卻水溫度串級(jí)限制系統(tǒng)（6）假如選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級(jí)限制系統(tǒng)，其原理圖如題解8-5圖3所示。方塊圖如前所示，但其中的副對(duì)象是聚合釜夾套，副變量是夾套內(nèi)的水溫，副限制器是溫度限制器T2C。副限制器T2C為“反”作用，主限制器T1C也為“反”作用。題解8-5圖3聚合釜溫度-夾套水溫度串級(jí)限制系統(tǒng)題8-9圖串級(jí)勻稱限制系統(tǒng)8-9題8-9圖是串級(jí)勻稱限制系統(tǒng)示意圖，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并分析這個(gè)方案及一般串級(jí)限制系統(tǒng)的異同點(diǎn)。假如限制閥選擇為氣開(kāi)式，試確定和限制器的正,反作用。解限制系統(tǒng)的方塊圖（略）。該串級(jí)限制系統(tǒng)的副變量就是其操縱變量本身。當(dāng)限制閥選擇為氣開(kāi)式時(shí)，應(yīng)為“正”作用，應(yīng)為“反”作用。8-12試簡(jiǎn)述題8-12圖所示單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)，在Q1和Q2分別有波動(dòng)時(shí)限制系統(tǒng)的限制過(guò)程。題8-12圖單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)解當(dāng)主流量Q1變化時(shí)，經(jīng)變送器送至主限制器F1C（或其他計(jì)算裝置）。按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變副流量限制器F2C的給定值，此時(shí)副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)限制系統(tǒng)，從而Q2跟隨Q1變化，使得在新的工況下，流量比值K保持不變。當(dāng)主流量沒(méi)有變化而副流量由于自身干擾發(fā)生變化時(shí)，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)定值限制系統(tǒng)，通過(guò)限制克服干擾，使工藝要求的流量比值仍保持不變。8-16在題8-16圖所示的限制系統(tǒng)中，被控變量為精餾塔塔底溫度，限制手段是改變進(jìn)入塔底再沸器的熱劑流量，該系統(tǒng)采納2℃的氣態(tài)丙烯作為熱劑，在再沸器內(nèi)釋熱后呈液態(tài)進(jìn)入冷凝液貯罐。試分析：（1）該系統(tǒng)是一個(gè)什么類型的限制系統(tǒng)？試畫出其方塊圖；（2）若貯罐中的液位不能過(guò)低，試確定調(diào)整閥的氣開(kāi),氣關(guān)型式及限制器的正,反作用型式；（3）簡(jiǎn)述系統(tǒng)的限制過(guò)程。題8-16圖精餾塔限制系統(tǒng)解該限制系統(tǒng)是溫度-流量串級(jí)限制及液位簡(jiǎn)單限制構(gòu)成的選擇性限制系統(tǒng)（串級(jí)選擇性限制系統(tǒng)）。系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解8-16圖串級(jí)選擇性限制系統(tǒng)方塊圖依據(jù)工藝要求，貯罐中的液位不能過(guò)低，則調(diào)整閥應(yīng)為氣開(kāi)式。液位限制器應(yīng)為“正”作用；溫度限制器為“反”作用；流量限制器為“反”作用。正常工況下，為一溫度-流量串級(jí)限制系統(tǒng)，氣態(tài)丙烯流量（壓力）的波動(dòng)通過(guò)副回