《儀表與自動化》解題參考

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1、儀表與自動化解題參考Oct.25，2007第1章自動控制系統(tǒng)基本概念1- 3自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？解自動控制系統(tǒng)主要由檢測變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(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。試分別說明圖中PI-307、TRC-303FRC-305所代表的意義。FRC3051-5圖加熱力指示儀表,空制流程圖段號為3題解PI-307表示就地安裝的壓TRC-303表示集中儀表盤安裝的，具有指儀表序號為03；|FRC-305表示集進表盤安裝的，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。1-7在自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什解測

2、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(guī)律算出結果，然后將此結果用特定信號（氣壓或電流）發(fā)送出去執(zhí)行器即控制閥，它能自動地根據(jù)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。記錄功能的溫彳度控制儀表；工段號為3,么作用？定的、統(tǒng)一的輸出信1- 8試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì)？解：被控對象（對象）自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設備或機器。被控變量被控對象內(nèi)要求保持設定值的工藝參數(shù)

3、?？叵到y(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。給定值（或設定值或期望值）人們希望控制系統(tǒng)實現(xiàn)的目標，即被控變量的期望2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)節(jié)變量）對被控變量具有較強的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。操縱介質(zhì)（操縱劑）用來實現(xiàn)控制作用的物料。1-11題1-11圖所示為一反應器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進入反應器進行反應，通過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么？并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反

4、饋的閉環(huán)系統(tǒng)。AB題i-ii圖反應器溫度控制系統(tǒng)q對舉解該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖控制器題解1-11圖其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內(nèi)的可能影響被控變量的干擾因素主要有A、B溫度，環(huán)境溫度的高低等。若當反應器內(nèi)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(jīng)溫度控制器運算處理后，輸出控制信號去驅(qū)動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內(nèi)的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1-12題1-11圖所示的溫度控制系統(tǒng)中，如果由于進料溫度升高使反應器內(nèi)的溫度超過給定值，試說明此時該控制系統(tǒng)的工作情況，此時系統(tǒng)是如何通過控制作用來克服干擾作

5、用對被控變量影響的？解：當反應器內(nèi)的溫度超過給定值（即升高）時，溫度測量元件測出溫度值與給定值比較，溫度控制器TC將比較的偏差經(jīng)過控制運算后，輸出控制信號使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應器內(nèi)的溫度降下來，這樣克服干擾作用對被控變量影響。1-13按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可分哪幾類？解：按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可以分為以下三類：退度檢91、磁器-應器溫度控制系統(tǒng)萬塊冷卻水流量、進料量，冷卻水的壓力、3定值控制系統(tǒng)給定值恒定的控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)(自動跟蹤系統(tǒng))給定值隨機變化的系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)給定值按一定時間程序變化的系統(tǒng)。1- 19某化學反應器工藝規(guī)定操作溫度為(9

6、0010)C?？紤]安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80Co現(xiàn)設計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題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間(被控溫度進入新穩(wěn)態(tài)值的1%(即900，(1%)=9C)的時間)，并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？950C,所以，該控制系寥滿足題中所給的工藝要求。題1-19圖解最大偏差A=95亡900=50(C超調(diào)量B=950908=42(C)；由于B=918908=10所以余差C=908900=8C；振蕩周期T=459=36(min)；過渡時間ts=47min。因為

7、A=50C80C,C=1-20題l-20(a)圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，被控對象、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)需要，要求出口物料溫度從80C提高到81C，當儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20(b)所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：)；減比n=BB=4210=4.2；匕出最大偏差、衰減比和余差(提示：該系統(tǒng)為隨圖間加控制系統(tǒng)，新的給定值為81C)。英汽TC81.5題1-20圖蒸汽加熱器溫度控制解蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。時間/81-08C1.A80.7題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對象是蒸

8、汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量?？赡艽嬖诘母蓴_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(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差A=81.5-81=0.5(C)；由于B=81.580.7=0.8(C),B=80.980.7=0.2(C),所以，衰減比n=BB=0.80.2=4；余差C=80.781=0.3(C)o第2章被控對象的數(shù)學模型2- 1什么是對象特性？為什么要研究對象特性？解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(shù)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(tǒng)時，首先也必須深入了解對

9、象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求，設計合理的控制系統(tǒng)，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(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)(也稱控制器參數(shù)的工程整定)，使系統(tǒng)正常地運行。被控對象的特性對自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的影響很大，所以必須對其深入研究。2- 2何為對象的數(shù)學模型？靜態(tài)數(shù)學模型與動態(tài)數(shù)學模型有什么區(qū)別？解對象特性的數(shù)學描述(方程、曲線、表格等)稱為對象的數(shù)學模型。穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型描述的是對象在穩(wěn)態(tài)時的輸入量與輸出量之間的關系；動態(tài)數(shù)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(wěn)態(tài)與動態(tài)是事物特性的兩個側面，可以這樣

10、說，動態(tài)數(shù)學模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型基礎上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型是對象在達到平衡狀態(tài)時的動態(tài)數(shù)學模型的一個特例。2- 8反映對象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和滯后時間,放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對象(重新)處于穩(wěn)定狀態(tài)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(shù)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,5或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，K實質(zhì)上是對象的靈敏度。時間常數(shù)T是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)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

11、化速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)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(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。2-11已知一個對象特性是具有純滯后的一階特性，其時間常數(shù)為5min,放大系數(shù)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*2),y(t,2)=10x(t)dt2-12如題2-12圖所示的RC電路中，已知R=5kO,C=2000

12、F。試畫出ei突然由0階躍變化到5V時的e變化曲線，并計算出t=T、t=2T、t=3T時的e值。解RC電路的微分方程為dedt當e=5V時，微分方程的解為Ioo-e-t)=5(1e0)(V)當t=T時，當t=2T時當t=3T時(該系統(tǒng)的時間常數(shù)T=RC=5x103x2000x10-6=10s)eo=5(1-e-T/T)=5(1-e-1)=3.16V；eo=5(1-e-2T/T)=5(1-e-2)=4.32V；eo=5(1-e-3T/T)=5(1e-3)=4.75V。(V)；題解2-12圖RC電路的階躍響應曲線2-13已知一個簡單水槽，其截面積為0.5m2，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出73

13、.0題2-14圖重油預熱爐的解*7（唸）燃料變化量x(t),0,t0由題圖知,該系統(tǒng)x（t）的關系（方程）為屬于一階系統(tǒng)，輸出量（溫度）的變化量y（t）相對于輸入（燃料）變化量T繆+y(t)，Kx(t)r/min當x(t)=A=50/6(kg/min)=const.時(方程的解為斗y(t)=KA(1-e)C由題圖知，y(x)=KA=150120=30C,則K=30/A=30/(50/6)=3.6(C/(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,流量是恒定的。如果在穩(wěn)定的情況下，輸入流量突然在原來的基礎上增加了0.1m3/h，

14、試畫出水槽液位h的變化曲線。解這是一個積分對象，則2-14為了測定某重油預熱爐的對象特性，在某瞬間（假定為t0=0）突然將燃料氣流量從2.5t/h增加到3.0t/h，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應曲線如題2-14圖所示。假定該對象為一階對象，試寫出描述該重油預熱爐特性的微分方程式（分別以溫度變化量與燃料量變化量為輸出量與輸入量），并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時溫度變化量的函數(shù)表達式。由題圖知y(t)=y(6)=30(le-6/T)=145120=25(C)由此解出T=3.35(min)所以y(t)=30(1et/3.35)C若考慮滯后時間仁2min,則yQ=T0,t2min微分方程為3

15、.35空t+y(t+2)=3.6x(t)dtt系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性,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(shù)表達式為yT(t)=y(tT)=3.6(1e-(t-2)/3.35)C第3章檢測儀表與傳感器3- 1什么叫測量過程？解測量過程就是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程3- 5某一標尺為01000C的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗，其刻度標尺上的各點測量結果分別為：標準表讀數(shù)/C02004006007008009001000被校表讀數(shù)/C02014026047068059031001(1) 求出

16、該溫度儀表的最大絕對誤差值；(2) 確定該溫度儀表的精度等級；(3) 如果工藝上允許的最大絕對誤差為8C，問該溫度儀表是否符合要求?解(1)校驗數(shù)據(jù)處理：標準表讀數(shù)C被校表讀數(shù)C絕對誤差C由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：C；儀表誤差：=x100%=0.6%，max1000儀表的精度等級應定為1.0級；儀表的基本誤差：m=1000x(1.0%)=10C該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。3-6如果有一臺壓力表，其測量范圍為0lOMPa，經(jīng)校驗得出下列數(shù)據(jù):標準表讀數(shù)/MPa0246810被校表正行程讀數(shù)/MPa0L983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.

17、068.0310.01（1）求出該壓力表的變差；（2）問該壓力表是否符合1.0級精度?解（1）校驗數(shù)據(jù)處理:標準表讀數(shù)/MPa0246810被校表正行程讀數(shù)/MPa01983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.068.0310.01壓力表的變差/%00.40.71.20.60.2被校表正、行程讀數(shù)平均值/MPa02.003.9956.008.0010.00儀表絕對誤差/MPa00.000.0050.000.000.00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：=xlOO%=0.5%；max10但是，由于儀表變差為1.2%1.0%，所以

18、該壓力表不符合1.0級精度。3- 7.什么叫壓力?表壓力、絕對壓力、負壓力（真空度）之間有何關系?解（1）工程上的壓力是物理上的壓強，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）、波紋管式彈性元件。3-11.彈簧管壓力計的測壓原理是什么?試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。解:（1）彈簧管壓力計的測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。（

19、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，壓力使彈簧管產(chǎn)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。3-14電容式壓力傳感器的工作原理是什么?有何特點?解見教材第3章3.2.5節(jié)。當差動電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時，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：輸出信號與壓差成正比；應用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測量。3-15某壓力表的測量

20、范圍為0IMPa,精度等級為1.0級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？若用標準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為0.5MPa時，標準壓力計上讀數(shù)為0.508MPa，試問被校壓力表在這一點是否符合1級精度，為什么？解壓力表允許的最大絕對誤差為=1.0MPax1.0%=0.01MPamax在校驗點0.5MPa處，絕對誤差為該校驗點的測量誤差為=0.50.508=0.008(MPa)0.008=x100%=一1.57%0.508故該校驗點不符合1.0級精度。3-16為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)測量大小來選??？選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值有何問題？解（1）為了保證敏感元件能在其安全的范

21、圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)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誤差，儀表的量程又不宜選得過大。（2）由于儀表的基本誤差由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內(nèi)其大小m是一定的，選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大測量誤差。3-17如果某反應器最大壓力為0.8MPa，允許最大絕對誤差為0.01MPa?，F(xiàn)用一臺測量范圍為01.6MPa,精度為1.0級的壓力表來進行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為01.0MPa,精度為1.0級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。解用01.6MPa、精度為1.0級的

22、壓力表來進行測量的基本誤差A=1.6MPax1.0%=0.016MPa0.01MPa（允許值）1max該表不符合工藝上的誤差要求。用01.0MPa、精度為1.0級的壓力表來進行測量的基本誤差A=1.0MPax1.0%=0.01MPa0.01MPa（允許值）2max該表符合工藝上的誤差要求。3-18某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為1.11.6MPa,工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測量結果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5%，試選擇一臺合適的壓力計（類型、測量范圍、精度等級），并說明其理由。解空壓機緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限p.=1.1MPa,工作壓力上限minpmax=1.6MPa。設

23、所選壓力表量程為p，則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關系，max3PPmax4有p4p=4x1.6=2.13(MPa)3max3ppnp，3p3xl.l3.3（MPa）min3min根據(jù)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(jù)測量誤差要求，測量的最大誤差為,1.1x5%=0.055（MPa）max則所選壓力表的最大引用誤差應滿足8，0.055x100%2.2%max2.5一0要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。3-19某合成氨廠合成塔壓力控制指標為14MPa,要求誤差不超過0.4MPa，試選用一臺就地指示的壓力表（給出型號、測量范圍

24、、精度等級）。解合成塔控制壓力14MPa為高壓，設所選壓力表的量程為p,貝9p5x14沁23.3（MPa）根據(jù)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(jù)測量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應滿足0.48，x100%1.6%max25要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。3-20現(xiàn)有一臺測量范圍為01.6MPa，精度為1.5級的普通彈簧管壓力表，校驗后，其結果為：被校表讀數(shù)/MPa0.00.40.81.21.6標準表上行程讀數(shù)/MPa0.0000.3850.7901.2101.595標準表下行程讀數(shù)/MPa0.0000.4050.8101.215

25、1.595試問這臺表合格否？它能否用于某空氣貯罐的壓力測量（該貯罐工作壓力為0.81.0MPa,測量的絕對誤差不允許大于0.05MPa）?解壓力表的校驗表3-1壓力表的校驗數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結果被校表讀數(shù)/MPa0.00.40.81.21.6最大誤差標準表上行程讀數(shù)/MPa0.0000.3850.7901.2101.595標準表下行程讀數(shù)/MPa0.0000.4050.8101.2151.595升降變差/MPa0.0000.0200.0200.0050.0000.020標準表上、下行程讀數(shù)平均值/MPa0.0000.3950.8001.21251.595絕對誤差/MPa0.0000.0050.0

26、00-0.0130.005-0.013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，求儀表的m最大引用誤差）=m,100%=,100%=1.25%maxP1.6FS所以，這臺儀表1.5級的精度等級合格?？諝赓A罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且p=1.0MPa1.6,2/3MPa；p.=0.8MPa1.6，l/3MPa；maxmin最大誤差厶=1.6，1.5%=0.024MPa0.05MPa。所以這臺儀表能用于該空氣貯罐的壓力測max量。3- 24什么叫節(jié)流現(xiàn)象？流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差？解：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，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)

27、流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時，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為什么說轉子流量計是定壓式流量計？解：轉子流量計測量流體流量時，轉子前后流體壓力的壓差Ap為一常數(shù)，即VYpKAp=pp12卩P“g=const.(恒量)3-32用轉子流量計來測氣壓為0.65MPa、溫度為40C的CO2氣體的流量時，若已知流量計讀數(shù)為50L/s，求CO2的真實流量(已知CO2在標準狀態(tài)時的密度為1.977kg/m3)。解由題知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K，片=273+40=313(

28、K)；p0=1.293kg/Nm3；p1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。貝V1.293x0.751325x2931.977,0.101325,31350=105(L/s)ppT010Q=ppT01013-33用水刻度的轉子流量計，測量范圍為010L/min,轉子用密度為7920kg/m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.831kg/L苯的流量，問測量范圍為多少？若這時轉子材料改為由密度為2750kg/m3的鋁制成，問這時用來測量水的流量及苯的流量，其測量范圍各為多少？解由題知pt=7920kg/m3，Pf=0.831kg/L=831kg/m3，pw=1000/m3，Q0=10L/m

29、in測苯的流量的修正系數(shù)為卩SP(7920-1000),831K=(tw)f=沁0.9QSp(7920831),1000tfwQr=Q0/Kq=10/0.9二11.1(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，pr=2750kg/m3，此時測水的流量的修正系數(shù)為(7920-1000)小u22750-1000(PP)rQGPJ=rwQr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min)所以，此時測水的流量的測量范圍為05L/min13測苯的流量的修正系數(shù)為K，P廣w”，SO1000）x831,0.87fQS心（2750831）x1000rfwQrf=Qr0/KfQ=

30、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。3- 36渦輪流量計的工作原理及特點是什么？解：（1）渦輪流量計的工作原理：流體在管道中流動時使葉輪旋轉，轉速與流體的流速成線性關系，磁電感應轉換器將葉輪的轉速轉換成相應的電脈沖信號，反映流體流速的大小。流速與管道截面的乘積就是流體的流量。（2）渦輪流量計的特點：安裝方便、測量精度高、可耐高壓、反應快、便于遠傳、不受干擾、容易磨損等特點。3- 37電磁流量計的工作原理是什么？它對被測介質(zhì)有什么要求？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(chǎn)生感應電動勢的電磁感應原理，流體的流

31、速越大，感應電動勢也越大，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。3- 46什么是液位測量時的零點遷移問題？怎樣進行遷移？其實質(zhì)是什么？解（1）當被測容器的液位H=0時，差壓液位計所感受的壓差pM0的現(xiàn)象，稱為液位測量時的零點遷移，3-48測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時，經(jīng)常在負壓管上裝有冷凝罐（見題3-19圖），問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移？如要遷移，遷移量應如何考慮？冷凝罐負壓室壓力正、負壓室的壓差H=0時，Ap=(h2h1)pg。解：差壓液位計正壓室壓力這種液位測量時，具有“負遷移”現(xiàn)象，為了使H=0時，p=0,該差壓變送器測液位時需

32、要零點遷移，遷移量為（h2-坷）pg3-54什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、T。）不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動勢效應或塞貝克（Seebeck）效應?；芈分械碾妱莘Q為熱動勢，用EAB（T，T0）AB0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。3-22常用的熱電偶有哪幾種？所配用的補償導線是什么？為什么要使用補償導線？并說明使用補償導線時要注意哪幾點？解：（1）常用的熱電偶有如下幾種：熱電偶名稱代號分度號舊鉗

33、銬3。-鉗銬6WRRBLL-22配用的補償:導線如下：FDDQtnq(熱電偶名稱離熱端不受其溫度場變溫度范圍內(nèi)，補償導線與配對的熱特性；保持延伸電極與熱電偶兩個接點溫度相等。度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸足~熱電偶的熱電勢只有當To（或to）恒定是才是被測溫度TC或t）的單值函數(shù)。測試制定的，只有保持T0=0C，才能直冷端補償和處理。C恒溫法，冷端溫度修正法，冷端（3）用廉價的補償導線代替熱電偶使冷端遠量電路相連接。使用補償導線時要注意在定的具有相同或相近的熱電特mm.:3-56用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫種?鐮珞-鎳硅（鐮鋁）化的影響并與測電偶熱電接準分度表是鐮=0c為參考溫度條件下

34、|度表或度曲線。若T0MOC，則應進行贏償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導線法，0溫度自動補償法等。3-57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。3-58用K型熱電偶測某設備的溫度，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

35、分度表，E(25，0)=1.000mV。根據(jù)中間溫度定律，E(t，0)=E(t，25)+E(25，0)=20+1.0=21.000mV反查K型熱電偶分度表，得t=508.4C若改用E型熱電偶來測次設備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測得熱電勢為E(508.4,25)=E(508.4，0)E(25，0)=37678.61496.5=36182.1pV，36.18mV。EKK3-59現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30C,顯示儀表的機械零位在0C時，這時指示值為400C,則認為換熱器內(nèi)的溫度為430C對不對？為什么？正確值為多少度？解認為換熱器內(nèi)的溫度為430C不對。設換熱器

36、內(nèi)的溫度為t,實測熱電勢為E(t,30),根據(jù)顯示儀表指示值為400C,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=30744pV反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度t=422.5C3-60試述熱電阻測溫原理？常用測溫熱電阻有哪幾種？熱電阻的分度號主要有幾種？相應的R0各為多少？解：(1)熱電阻測溫原理：電阻溫度效應,即大多數(shù)金屬導體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。(2) 常用測溫熱電阻有：鉑熱電阻和銅熱電阻。(3) 鉑熱電阻的分度號主要有：

37、Pt100,(R0=100)； Pt50,(R0=50)； Pt1000,(R0=1000)；等銅熱電阻的分度號主要有： Cu100,(R0=100)； Cu50,(R0=50)；等3-62用分度號為Ptl00鉑電阻測溫，在計算時錯用了Cul00的分度表，查得的溫度為140C,問實際溫度為多少？解查Cul00的分度表，140C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157C3-63用分度號為Cu50、百度電阻比W(100)=R100/R0=1.42的銅熱電阻測某一反應器內(nèi)溫度，當被測溫度為50C時，該熱電阻的阻值R50為多少？

38、若測某一環(huán)境溫度時熱電阻的阻值為92，該環(huán)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=501.42=71。則該銅熱電阻測溫的靈敏度k為177150100-00.21(,/。0被測溫度為50C時，電阻值R50=5O,+O.21,/Cx5OC=6O.5,。當測某一環(huán)境溫度時，若熱電阻的阻值Rt=92,，則對應的環(huán)境溫度為t=(92-50)/0.21=200C。第4章顯示儀表4- 10對于標尺始端為0C的電子電位差計，當熱電偶的熱端為0C,冷端為25C時，問這時應指示多少度？輸入信號為多少？若熱端為0C,冷端也為0C時，這時應指示多少度？輸入

39、信號為多少？解當熱電偶的熱端為0C,冷端為25C時，應指示0C；輸入信號為E(0，25)=-E(25，0)。若熱端為0C,冷端也為0C時，這時應指示0C；輸入信號為E(0，0)=0。4- 12如題4-12圖所示熱電偶測溫系統(tǒng)，熱電偶的型號為K,請回答：(1) 這是工業(yè)上用的哪種溫度計？25C(2) 顯示儀表應采用哪種儀表？該儀表的輸入信號是多少？應指示多少溫度？題4-12圖熱電偶測溫系統(tǒng)圖60X2解(1)這是工業(yè)上示儀表或電子電位差計顯示儀表；儀表的(2)顯示儀表應采用輸入信號是K型熱電偶的熱電勢E(600,25),-E(600,25)=E(600,0)-E(25,0)=24902(00=23

40、902(V)；25V指示溫度應為600C(顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動補償，能直接顯示被測溫度)。4- 13測溫系統(tǒng)如題4-13圖所示。請說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計？已知熱電偶為K,但錯用與E配套的顯示儀表，當儀表指示為160C時，請計算實際溫度t為多少度？(室x溫為25C)解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度當與E型熱電偶配套的顯示儀表指示為題4-13圖亠測溫系統(tǒng)圖E入信號表外實室溫為25C.時，顯示應為E型熱電偶在熱端為160C、冷端為25C時的熱電勢eE(160,，2R。匕II控制室19當被測溫度為測量下限時，平衡條件是當被測溫度升高后，熱電橋的平衡條件是BRpRi橋的(2)用式(1)減式(2),

41、則得3Rt題解4-tR3-riR3=此時+際配用的是K型熱電偶，其輸入的熱電勢Ee(160,25),實際應為K型熱電偶在熱端為tJC、冷端為25C時的熱電勢EK(t,25)，即EK(t,25)=Ee(160,25)。KxKxEE(160,25)=E(160,0)E(25,0)EEE查E型熱電偶分度表Ee(160,0)=10501pV,Ee(25,0)=1496.5pV,則EEEe(160,25)=105011496.5=9004.5pVEK(tx,0)=EK(tx,25)+EK(25,0)=9004.5+1000(查K型熱電偶分度表)=10004.5(pV)反查K型熱電偶分度表，得t=246.

42、4Cx4- 14試述電子自動平衡電橋的工作原理？當熱電阻短路、斷路或電源停電時,指針應指在什么地方？為什么？解電子自動平衡電橋的原理電路如下圖所示。電子平衡電橋測溫原理圖最小值及Rt0，滑動觸點應在RP的左端,RAr3,R1R+Rt23從上式可以看出：滑動觸點B的位置就可以反映熱電阻阻值的變化，亦即反映了被測溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關系。當熱電阻短路時，Rt=0,為了使電橋平衡，指針應盡可能地向左滑動，直至始端；當熱電阻斷路時，Rt=，為了使電橋平衡，指針應盡可能地向右滑動，直至終終端；當電源停電時，指針指在任何位置，電橋輸出都為0，(電橋“平衡”)。4- 19有

43、一分度號為Cul00的熱電阻，接在配分度號為Ptl00的自動平衡電橋上，指針讀數(shù)為143C，問所測實際溫度是多少?解溫度為143C時，分度號為Ptl00的熱電阻阻值(查Ptl00分度表)為154.700。而自動平衡電橋上實際接的是分度號為Cul00的熱電阻，利用154.70查Cul00分度表，得所測實際溫度為128C。4- 20有一配K分度號熱電偶的電子電位差計，在測溫過程中錯配了E分度號的熱電偶，此時儀表指示196C，問所測的實際溫度是多少?此時儀表外殼為28Co解電子電位差計指示196C，輸入信號為E(196,28)=E(196,0)E(28,0)=7.9771.122=6.855(mV)

44、,K而該熱電勢實際是由E型熱電偶提供的。設所測的實際溫度為t,則有E匸(t,0)=E匸(t,28)E(28,0)=E(196,28)+E匸(28,0)=6.855+1.679=8.534(mV)EEEKE查E型熱電偶分度表，得所測的實際溫度為t=132.2C第5章自動控制儀表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p與輸入信號e之間的關系，即P，f(e)，f(zx)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DDZII型液位比例控制器，其液

45、位的測量范圍為01.2m,若指示值從0.4m增大到0.6m,比例控制器的輸出相應從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值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù),用式子表示為：8，epxl00%.xxppmaxminmaxmin式中e輸入變化量；p相應的輸出變化量；xx輸入的最大變化量，即儀表的量程；maxminpp輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。maxmin根據(jù)題給條件,該控制器的比例度為860-475100%833%8，x100%，83.3%1.20100對于單元組合儀表,其放大系數(shù)為KP=1/8=1/83.3%=120%5-

46、5一臺DDZIII型溫度比例控制器，測量的全量程為01000C,當指示值變化100C，控制器比例度為80%，求相應的控制器輸出將變化多少？epp2041001.6解8，maxmin，X，80%pxxp10000pmaxmin控制器的輸出變化量p=1.6/80%=2(mA)5- 9一臺具有比例積分控制規(guī)律的DDZII型控制器，其比例度8為200%,穩(wěn)態(tài)時輸出為5mA。在某瞬間，輸入突然變化了0.5mA,經(jīng)過30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA,試問該控制器的積分時間TI為多少？解控制器的放大倍數(shù)P=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Ap=6-5=l(m

47、A)，經(jīng)歷時間t=30s。由ApKKA+pAt0.50.530T二PT10(s)iAp-A1-0.50.5P5-10某臺DDZIII型比例積分控制器，比例度為100%，積分時間人為2min。穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某瞬間，輸入突然增加了0.2mA，試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？解控制器的放大倍數(shù)P=1/=1/100%=1控制器的積分時間T=2min,穩(wěn)態(tài)輸出p0=5mA；控制器的輸入變化量為A=0.2mA。經(jīng)歷時間t=5min。則輸出變化量1ApAHAt10.2+0.250.7(mA)pT2I所以，經(jīng)歷時間5min后，控制器的輸出為p=p0+Ap=5+0.7=5.7(mA)5-

48、12試寫出比例積分微分(PID)三作用控制規(guī)律的數(shù)學表達式。解PID控制器的控制規(guī)律的數(shù)學表達式為pKe+丄Jedt+TdePIT1Ddt丿其中，e輸入變化量；p相應的輸出變化量；P放大倍數(shù)；T稱為積分時間；TD微分時間。5- 13試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點。解比例控制規(guī)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(guī)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(guī)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(shù)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

49、組合構成比例微分或比例積分微分控制器。5-26請寫出下面對應的ACMY-S80的STL指令00000000010000201(1)LORLOAlANOT.NOTIDLDIDOUT00000(2)LD00000ooeoc?300001LDOR000醴100004T.D00003一3IORNOT0000600002ANDLD-01000ORLDAND00001OUT01000卄第6章執(zhí)行器6- 1氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？解氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構和控制機構（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)輸入控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力F和直線位移1,推動控制機構動作，所以它是將

50、控制信號的大小轉換為閥桿位移的裝置；控制機構是執(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換為流過閥的流量的裝置。6- 4試分別說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)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系：Qf（l,QL丿max式中，相對流量Q/Q是控制閥某一開度時流量Q與全開時流量Q之比；相對開度l/Lmaxmax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：直線流量特性等百分比（對數(shù)）流量特性拋物線流量特性快開流量

51、特性QRmaxd=RI:-1Qmaxd(QQma)KdUL丿12Q丿maxmax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Q與最小流量Q.的maxmin比值，即RQRmaxQmin在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會變小。6-8已知閥的最大流量Q=50m3/h，可調(diào)范圍R=30。max(1) 計算其最小流量Q.，并說明Q.是否就是閥的泄漏量。minmin(2) 若閥的流量特性為直線流量特性，問在理想情況下閥的相對行程l/L為0.2及0.8時的流量值Q。(3) 若閥的流量特性為等百分比流量特性，問

52、在理想情況下閥的相對行程為0.2及0.8時的流量值Q。解(1)由R=Qmax，得Q=Qmax=50沁1.67(m3/h)。Q.不是閥的泄漏量,QminR30minmin而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。，得0R(2)由直線流量特性21QRmax501+(30-1)x0.2=11.33(m3/h)30=301+(30-1)x0.8=40.33(m3/h)心.2時，Q0.2心8時，Q0.824#(3)由等百分比流量特性2R：-1)，得QQ”RL-1,qmaxmax心0.2時，Q0.250X30心)3.2953/h)l/L=0.8時，Q50x300.8-1)二25.32(m3/h)0.8d下，相對

53、行程分別為l/L=0.2和0.8時的兩種閥的相對放大系數(shù)K。(閥的dL相對6- 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，試求出在理想情況“Q)可調(diào)比R=30)，得max解當閥的理想流量特性為直線流量特性時，由2=1+(R-1)丄QRL25K=1-丄,即K=K=1，R與l/L的值無關，所以，對于相對行程分R相對Rdrq1de；=別為l/L=0.2和0.8時的直線流量特性閥，均有K相對=1，1/R=1，1/30=0.967。當閥的理想流量特性為等百分比流量特性時，由旦=R(：，1，得Qdrq11Qm）LlnR-RILTdlLrrQ1Idm）LdLrrQ1r）丿=，則K=lnR-RL

54、，1相對d當l/L=0.2時，d當l/L=0.8時，maxK=lnR-RILt=ln30x30（02，i）=0.22相對K=lnR-RIA=ln30x30（0$-1）=1.72相對6-10已知閥的最大流量Q=100m3/h，可調(diào)范圍R=30。試分別計算在理想情況下max閥的相對行程為l/L=0.1、0.2、0.8、0.9時的流量值Q，并比較不同理想流量特性的控制閥在小開度與大開度時的流量變化情況。(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，相對流量與相對行程之間的關系：Q.1max分別在公式中代入數(shù)據(jù)Q=100m3/h,R=30，l/L=0.1、0.2、0.8、m

55、ax在相對行程為0.1、0.2、0.8、0.9時的流量值：Q01=13m3/hQ02=22.67m3/hQ08=80.67m3/h(2)根據(jù)等百分比流量特性的相對流量與相對行程之間的關系0.9等數(shù)據(jù)，可計算出Q9=90.33m3/h。:，1QRQQmax分別代入上述數(shù)據(jù)，可得：Q01=4.68m3/hQ02=6.58m3/hQ08=50.65m3/hQ09=71.17m3/h。由上述數(shù)據(jù)可以算得，對于直線流量特性的控制閥，相對行程由10變化到20時流量變化的相對值為：22.6713.彳/x100%=74.4%；相對行程由80變化到90時，流量變化的相對值為：90.3380.6780.67x10

56、0%12%。由此可見，對于直線流量特性的控制閥，在小開度時，行程變化了10，流量就在原有基礎上增加了74.4，控制作用很強，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開度時（80處）；行程同樣變化了10，流量只在原有基礎上增加了12，控制作用很弱，控制不夠及時、有力，這是直線流量特性控制閥的一個缺陷。對于等百分比流量特性的控制閥，相對行程由10變?yōu)?0時，流量變化的相對值為：6.584.68468x100%40%28相對行程由80變到90時，流量變化的相對值為：71.17-50.6550.65x100%=40%。#故對于等百分比特性控制閥，不管是小開度或大開度時，行程同樣變化了10，流量在原來基礎上變化的相對百

57、分數(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，小開度時，流量變化小，控制比較平穩(wěn)緩和；大開度時，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個優(yōu)點。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為控制閥全開時閥上的壓差S系統(tǒng)總壓差血卩系統(tǒng)中最大流量時動力損失總和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(fā)生畸變。s=1時，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特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，

58、在實際使用中，一般希望s值不低于0.3,常選s=0.30.5。s0.6時,與理想流量特性相差無幾。6-12什么是并聯(lián)管道中的分流比x?試說明x值對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)管道控制閥全開時流量QX.-.1max總管最大流量Qmaxx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(chǎn)生差異，因此，其理想流量特性將會發(fā)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(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。閥全開時流過水的最大流量為60m3/h。閥的理想可調(diào)范圍R=30，假設流動狀態(tài)為非阻塞流。問該閥的額定（最大）流量系數(shù)K及實際的可調(diào)范圍R為多少？maxr，得控制閥全開時解由控制閥全開時閥上的壓差Ap解田s1系統(tǒng)總壓差蛆卩系統(tǒng)中最大流量時動力損失總和）Ap閥上壓差p=pxs=100x0.5=50kPa,則Kmax，10QmaxPp，60f，1實際的可調(diào)范圍R為R，Rs，30x0.5，21.21rr6-14某臺控制閥的額定流量系數(shù)K=100。當閥前后壓差為