热工控制仪表自测题及答案

1、1.火电厂热工控制系统如图1-1所示，试画出系统的方框图，并说明被控量、给定值、控制对象、扰动（内扰，外扰）、操纵变量指的是什么物理量和设备。被控量: 汽包水位、过热蒸汽压力和温度、烟气含氧量、炉膛负压等；给定值: 希望的氧气含量、温度、压力、发电量；控制对象: 锅炉、汽轮机和发电机或火电机组扰动（内扰）：给水、空气、蒸汽压力和给煤机转速；扰动（外扰）：负荷（外界用电量）；操纵变量：给水量、燃料量、空气量、蒸汽量变送器: 速度传感器、压力测量、温度测量、氧气测量的变送器调节器:计算机或DCS执行器:操纵给水量、燃料量、空气量、蒸汽量的执行机构和控制机构9.试画出淋浴时人调节水温的方框图，并说明

2、受控对象、被控量、给定值、测量元件、控制器、偏差、执行机构、调节机构、内扰和外扰都指的是哪些物理量和设备。受控对象: 淋浴器； 被控量：淋浴器出口水温；给定值：人体温度; 测量元件:皮肤；控制器：大脑； 偏差：淋浴器出口水温与人体温度之间的差值；执行机构：手； 调节机构：热水门；内扰：热水压力和温度变化等；外扰：冷水压力和温度变化等。 第二章术语和指标1.控制器具有PI动作规律（设为正作用），其比例带为80%，积分时间为1min。稳态时，输出为6mA。某瞬间，输入偏差突然增加了0.3mA，试求： 比例增益为多少？ 比例作用使输出变化多少mA? 比例作用使输出变化到多少mA? 1min后输出变化

3、到多少mA? 3min后输出变化到多少mA?解：6+0.375=6.375mA6.375+0.375=6.75mA6.375+30.375=7.5mA2.一台气动比例压力调节器，测量范围为0100千帕。当测量值变化为10千帕，调节器的比例带为40%，试求：比例增益；测量值变化的百分数；调节器输出变化的百分数；调节器输出变化多少千帕（设输出气压变化范围为20 100千帕）；调节器输出变化到多少千帕。（共25分，每小题5分）kc=1/=1/40%=2.510/（100-0） 100%=10%10% 2.5=25%25% （100-20）=20千帕20+20=40千帕3.若PID控制器（设为反作用）

4、的,TI=12s,TD=120s，稳态时u(t)的输出为50%。t=0时施加4%的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分的输出表达式，并计算t=10s时的：比例输出；积分输出；微分输出；比例+积分+微分输出； PID控制器输出。（设）。解：4.有一台DDZ-型比例调节器，测量信号范围为2001000，当测量值从494变化到500时，相应的调节器从8mA变化到8.2mA，试求（1）输入和输出变化的标幺值（无量纲值）；（2）此时调节器的比例带和比例增益；（3）写出比例调节器输出与输入的数学表达式；（4）若输入为500时，输出为多少mA？解： (1)输入变化标幺值=输出变化标幺值

5、=(2)(3)K=1.67（4）5.给水流量的工程量程为01200t/h，将该参数乘以什么数值后，量程变为0100%。若给水流量分别为500、800、1100 t/h时，其百分数值是多少？(共20分)解：=1001200=0.083（）(5分)；5000.083=41.5%(5分)；8000.083=66.4%(5分)；11000.083=91.3%(5分)6.一台DDZ-电动液位比例调节器，其液位测量范围为01.2m,若指示值从0.4m增大到0.6m比例调节器的输出相应从5mA增大到7mA，试求调节器的比例带和放大系数。(15分)7.一台DDZ-温度比例调节器，测量范围为01000,当指示值

6、变化为100 ，比例带为60%。求调节器输出将变化多少？此时调节器输出值是多少？8.调节器处于反作用状态,比例带为200%,积分时间为2min,微分时间为0,在t=t1时加入一幅值为 1V的阶跃信号,若调节器的起始工作点为 3V,试求出2min后调节器的输出为多少伏特，对应多少毫安，并绘出响应波形。2V；8mA4.漏电阻引起干扰的电路示意图如图所示：画出计算的等效电路；求出与的关系式；若=14V，,试求；此干扰是属于共模干扰还是差模干扰？画出干扰的等效电路。干扰属于差模干扰。干扰的等效电路为5.电场耦合（分布电容）引起干扰的电路示意图如图所示：画出等效电路；与的关系式；当R很小时与的关系式；当

7、R很大时与的关系式；若=5V， , R=0.1M,试求加在B导线与地之间的干扰电压。；6.一个RC低通滤波器，已知 R=2K，C=10F，当输入端加入5V的50HZ交流电压时，试求截止频率和输入的交流电压通过滤波器后衰减的百分数。 96HZ;84%五、计算题1.若变送器的测量范围为031.1/186.8KPa ，使用量程为186.8KPa，试计算零点正迁移量。根据式7-2：Pz+PsPh(式中：Pz为零点迁移量；Ps为使用量程；Ph为最大量程)Pz=Ph-Ps=186.8-186.8=0 KPa7.若变送器的测量范围为0250/1500Pa，使用量程为250Pa，试计算最大正负迁移量的百分数。

8、根据式7-2：Pz+PsPh(式中：Pz为零点迁移量；Ps为使用量程；Ph为最大量程)最大的零点正迁移量=1500-250=12501250/250=5,5*100/100=500%最大的零点负迁移量=15001500/250=6,6*100/100=600%9.某火电厂最高给水温度为250，开始时使用0-300温度变送器测量，后来对温度变送器进行了迁移，把起始点0迁移到了200，并辅以量程调整。求迁移前后的灵敏度，迁移量的百分数，并说明是正迁还是负迁，这样的迁移有何意义，试证明之。答：0.053;0.16;66.7%;正迁;提高灵敏度,若对温度进行闭环控制,可提高控制精度.10.用差压变送器

9、测量开口水箱水位,变送器低于水箱2m,水箱高3m,试绘出水箱水位测量示意图，并计算变送器的量程和迁移量。量程=gh=1000*9.8*3=29400Pa迁移量=gH=1000*9.8*2=19600Pa答：29400 Pa；19600 Pa11.火电厂过热蒸汽温度的额定值为540，开始使用0600 温度变送器测量，后来，对温度变送器进行了迁移，把起始点0迁移到了450，并辅以量程调整，最后标定范围为450600 ，试求：迁移前仪表的灵敏度是多少?迁移后仪表的灵敏度是多少? 迁移量是多少?迁移量的百分数是多少?是正迁吗？迁移有何意义？ 解 ： 迁移前 迁移后 迁移量450迁移量的百分数是：是正迁

10、。提高灵敏度，提高控制精度零点迁移后,K3, ,控制精度。12.用差压变送器测开口容器内液位，其最低和最高液位到差压变送器的距离分别为h1=1m和h2=3m，如图所示。若被测介质密度=980kg/m3，试求：变送器的量程为多少？当开口容器内液位为0%时，变送器的正压头是多少？当开口容器内液位为0%时，变送器的负压头是多少？是否需要迁移？迁移量是多少？是正迁还是负迁？ 解：P=（ h2 g - h1 g ）=19221.7PaP+ = h1g = 9610.9 PaP- = 0 Pa需要迁移，迁移量P=9610.9-0=9610.9 Pa因为P+ P- ,所以需要正迁移。13.用1151测量汽包

11、水位。图中：, ,，。最低液位对应的差压是多少？最高液位对应的差压是多少？变送器的量程是多少? 变送器的零点迁移量为多少? 若使水位升高时变送器输出增大，应采取什么办法? 最低液位对应的差压是最高液位对应的差压是变送器的测量范围是 变送器的零点迁移量为 若使水位升高时变送器输出增大，应采取什么办法?应采用负向迁移。14.如果变送器的LRV是-200，URV是500。若零点迁到-50，试求：量程改变吗？它是多少? URV会是多少? 测量范围是多少?零点迁移的百分数是多少?是正迁还是负迁? 解： 不变，500-（-200）=700-50+700=650-50650-50/700=-7.14%负迁1

12、5.有一台差压变送器，它的测量范围为062.5/250 KPa ,现使用在40140 KPa，试求最大HRV、最大LRV、最小HRV、最小LRV、最小量程、最小测量范围、最大量程、最大测量范围、量程比、仪表的使用范围、使用量程、迁移量各是多少？答：250；0；62.5;0;62.5;062.5;250;0250; 4;40140;100; 4016.两线制传输线路上变送器的负载电阻为600，连接导线的电阻为100，变送器输出端电压为10V输出电流的上限值为22mA，试求电源电压的最小值。当电源电压为40V时，试求最大回路电阻为多少欧姆。根据式7-4U=Emin-I0max(Rlmax+r)10

13、=Emin-22*10-3*(600+100), Emin=10+22*10-3*(600+100)=25.4答：25.4V；1364欧姆17.用差压变送器测量流量，若测量范围为0250t/h，问流量为200t/h时变送器的输出电流是多少毫安。设I=kq+b4=k*0+b,b=420=K*250+b,k=(20-4)/250=0.064I=0.064q+4,I=0.064*200+4=16.8答：16.8 mA18.一台测量汽包水位的差压变送器，其静压引起量程误差的规律是-0.5%、6.86MPa，若量程为06227、37360 MPa，静压为18 MPa，试求量程的绝对变化量。五、计算题1.

14、对1151 进行量程调整，当输入量程上限15.2KPa时，输出为19.8mA，试计算量程调整的输出上限值、量程增加量和影响零点的量。(1151调量程时影响零点，影响量为量程增加量的1/5，调零点时不影响量程)19.8+(20.0-19.8)1.25=20.05(mA)(20.05-19.8) =0.25(mA)0.251/5= 0.05(mA)2.现用1151变送器测量汽包的液位，如图所示。已知d=2m; h=0.25m; l=1.5m; =900kg/m3; 0=1000kg/m3.试求：（）液位分别为和时的差压值？（）若h升高，P增大，且1151的正压侧接汽包，负压侧接平衡容器，应采用何种

15、迁移？零点迁移量为多少？ （3）变送器的量程是多少？解：（1）0%水位的差压值P0 = PHPL =0gd-0gh = 17395 Pa100%水位的差压值P100 = PHPL =0gd-g(h+l) = 4165 Pa（2） 零点迁移量为17395 Pa，负迁。（3）量程为：P=P100P0=13230 Pa3.有一储油罐如图所示，现采用1151系列差压变送器测量罐内的液位。罐内液体介质的密度1=1200kgm3，变送器的负压室充水，水的密度2=1000kgm3。图中：a=2m，b=2.5m，C=5 m。试求：变送器的零点迁移量为多少?应采用何种迁移(正向或负向)? 变送器的量程是多少?若

16、按上述迁移量和量程调校好仪表后，假定在初步试运行时，罐内液体介质为水，变送器负压室仍充水，这时变送器输出指示值L1=50，其罐内实际水位L2=?(%)。4.用1151测量某容器的液位。图中：a=2m,b=2m,c=4.5m =900，=950。最低液位对应的差压是多少？最高液位对应的差压是多少？变送器的量程是多少? 变送器的零点迁移量为多少? 若使水位升高时变送器输出增大，应采取什么办法? 解：a=2m,b=2m,c=4.5m =900，=950。应使变送器的正压侧与容器的下引压管连接，变送器的负压侧与容器的上引压管的连接，并采用负向迁移。5.1151压力变送器的材料范围原为0100KPa，现

17、零位迁移100%，求仪表的测量范围。仪表的量程。输入100、150、200 KPa时，仪表的输出为多少mA。仪表的测量范围变为100200KPa。仪表的量程是200-100=100KPa。输入100、150、200 KPa时，仪表的输出为4、12、20mA.6.有人在校验1151AP绝对压力变送器时，发现只要通上电源，仪表就有12mA输出。这种现象正常吗（如果仪表的测量范围为50150KPa绝压，当时的大气压为100KPa）？答 绝对压力变送器测的是绝对压力，该仪表的测量范围为50150KPa，也就是说：输入50KPa绝压时仪表输出4mA;输入150KPa绝压时仪表输出20mA。仪表在大气压力

18、作用下，即输入的是大气压力100KPa，仪表的输出为现仪表输出正好为12mA，所以是正常的。8.假设电容传感器为平板电容（C=KA/d）,传感器膜片与固定膜片之间的距离为d0,试求和的表达式，并说明电容式变送器为何不取电容差而要取电容比的原因。解：与为非线性关系，且与有关，这会使测量误差加大。与为线性关系，且与无关，这会使测量误差减小。这就是取电容比而不取电容差的原因。9.试画出惠斯登电桥,要求R1与R4对臂,R2与R3对臂。已知R1=R2=R3=120，R4=121，电源电压E=10V，试求电桥的不平衡电压。-20mV或20mV四、计算题1.使用375HART通信器和变送器通信时，要注意电源

19、电压和负载电阻的关系。已知电源电压为24VDC，变送器最小工作电压为11 VDC，回路中最大电流为21mADC, 试求负载电阻；若接收仪表的输入电阻为250欧姆，试求导线电阻和其他仪表的电阻之和；画出变送器、通信器、接收仪表和电源的连接图；若将通信器跨接在电源两端可以吗？在电源和通信器之间的电阻至少为多少欧姆。解不可以。250欧姆当电源为24VDC时，负载电阻应小于619欧姆。我们有时会遇到变送器输出最大时，手操器无法找到设备，原因是本安型安全栅的电阻加上DCS端子板上的取样电阻就使负载电阻比较大，超过20mA的电流使负载电阻上压降过大，变送器的电压小于通信允许最低电压所致。解决办法是使变送器输出电流小于20mA，比如关闭高压侧阀门；二是暂时短路一个取样电阻，降低负载电阻，通信结束后恢复。另外应注意，当整个回路中无负载电阻时，也是无法通信的，应保证回路负载电阻大于250欧姆。2.一台变送器最小需要12V工作电压，使用的是24V稳压电源，设电流回路的最大电流是21mA，试求该回路允许的最大回路电阻。如果AI输入端的电阻为250欧姆，试求导线电阻和其他设备的电阻之和不得超过多少欧姆。（571欧姆，321欧姆）3.假设有15台设备，工作电压为12V，每台消耗4mA，使用1000m导线（电缆），电缆的电阻率为22欧姆/Km，试求电源电