化工仪表级自动化课后标准答案--厉玉鸣--第5版

1、P162、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括 自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制 等方面的内容。4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测 量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象 等四个环节组成。6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中Pl-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07;TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表 ；工段号为3,仪表序号为03;FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能 的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。1

2、1、图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？图反应器温度控制系统该温度控制系统的方块图反应器温度控制系统方块图其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。21、某化学反应器工艺规定操作温度为(900 10) C。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过 80C。现设计的温

3、度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间 (被控温度进入新稳态值的 _1% (即卩900 (_1%) =_9C)的时间)， 并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？O 8 8 959190处15 / 13时间/ntin题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线解 最大偏差 A=950_900=50 (C)；超调量 B=950_908=42 (C);由于 B=918 -908=10 (C)，所以，衰减比 n=B:B =42:10=4.2 ； 余差 C=908 -900=8 C；振荡周期

4、T=45 -9=36(min)；过渡时间ts=47min。因为A=50 C 80 C, C=8 C 1.0%，所以该压力表不符合 1.0级精度。20、某压力表的测量范围为 01MPa，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误 差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合 1级精度，为什么？解：压力表允许的最大绝对误差为.：max=1.0MPa 1.0%=0.01MPa在校验点0.5MPa处，绝对误差为=0.5-0.508=-0.008（MPa）该校验点的测量误差为0008 100%1.57%0.50

5、8故该校验点不符合1.0级精度。21、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小 的参数值有何问题？解：（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生 的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差 二m由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小 是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。22、 如果某反应器最大压力为0.8MPa,允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为01.6MPa ,精度为1

6、.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为01.0MPa，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解 用01.6MPa、精度为1.0级的压力表来进行测量的基本误差 ：1max=1.6MPa 1.0%=0.016MPa0.01MPa（允许值）该表不符合工艺上的误差要求。用01.0MPa、精度为1.0级的压力表来进行测量的基本误差2max=1.0MPa 1.0%=0.01MPa0.01MPa（允许值）该表符合工艺上的误差要求。23、某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力

7、的_5%，试选择一台合适的压力计（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。解空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限Pmin=1.1MPa，工作压力上限pmax=1.6MPa。设所选压力表量程为 p,则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系， 有3p max p=41p min 3 p44p pmax 1.6 = 2.13(MPa)33根据压力表量程系列（附表1）,可选YX-150型、测量范围为02.5MPa的电接点压力表。p _3pmin - 3 1.1 =3.3(MPa)根据测量误差要求，测量的最大误差为：max 叩.1 5%=0.055（MPa）则所选压力表的最大引用误差应满足

8、max-0.055 100% =2.2%2.5 -0要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。24、某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过 0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表（给出型号、测量范围、精度等级）。解 合成塔控制压力14MPa为高压，设所选压力表的量程为p,则5p 14 : 23.3（MPa）3根据压力表量程系列（附表1）,可选YX-150型、测量范围为 025MPa的电接点压力表。根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足max0.831kg / L=831kg / m3, w=1000/ m3, Q=10 L/min 测苯的流量的修正系数为 = 育密疋

9、瓯HL 0.9 Ww . (7920 -831) 1000Q=Q0/Kq=10/0.9 T1.1（L/min） 所以，苯的流量测量范围为011.1L/min。当转子材料改为铝时，22750kg / m3，此时测水的流量的修正系数为“- Pw )(79201000)K rQ2Q -几 2750 -1000Qr0=Q0/Kg=10/2=5(L/mi n)所以，此时测水的流量的测量范围为05L/min测苯的流量的修正系数为旺九代=阿50-1000)83。*?f (2750-831) 1000Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75 (L/min )所以，此时测苯的流量的测量范围为05.75L/

10、min。50、什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？(参考)答(1)当被测容器的液位 H=0时，差压液位计所感受的压差.巾工0的现象，称为液位测量时的零点迁移在使用差压变送器测量液位时，一般压差与液位高度H之间的关系为：=。这就是一般的 无迁移”的情况。当H = o时，作用在正、负压室的压力是相等的。实际应用中，有时为防止容器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀， 并保持负压 室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐， 并充以隔离液设被 测介质密度为，隔离液密度为：(通常)，此时正、负压室的压力分别为： 正负压室间的压差为: 当H=0时，此为有

11、迁移”情况。若采用的是DDZ 川型差压变送器，其输出范围为 420mA的电流信号。 无迁移”时,H = 0, = 0,变送器输出 =4mA ;。有迁移时，H = 0,为了使液位的零值与满量程能 与变送器输出的上、下限值相对应，即在有迁移”情况下，使得当 H = 0时，。可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差的作用，此为 零点迁移”方法。这里迁移弹簧的作用，其实质就是改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。52、测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题迁移量应如何考虑?3-48图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要

12、迁移,解：差压液位计正压室压力负压室压力P2= :-gh2+ P0正、负压室的压差.p=pi_P2=gH(h2hi) ：gH=0 时,.p= 一(h2_hi) ：g。这种液位测量时，具有负迁移”现象，为了使 H=0时，.巾=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为 (h2-m)Jg59、常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要使用补偿导线？并说明使 用补偿导线时要注意哪几点？ 解：(1)常用的热电偶有如下几种：热电儁茗需牝号分度号热电根材牌割温范阖/工新旧正热电极短期使用BLL S帥犍&台金300-16001800WRPSLB-3帕慚洽金-2013001600WRNK合金-

13、50-100012MWREE糠错台金铜榛合金900WRF|J750WRCTCK需r榛合金3同(2)所配用的补偿导线如下:热电樹名称导 致工作常为loot *鞭端为Of 时的标准翦电正a材料颜色林料0.6450. JST红J. 095 0.105棕6. 7 0.170a白4* 2770. 047(3) 用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有 相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。60、用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？解：(1

14、 )热电偶的热电势只有当 To (或to)恒定是才是被测温度 T (或t)的单值函数。热 电偶标准分度表是以 To= 0 C为参考温度条件下测试制定的，只有保持To= 0C,才能直接应用分度表或分度曲线。若 To M0C,则应进行冷端补偿和处理。(2) 冷端温度补偿的方法有：延长导线法，oC恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。63、 现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为3oC，显示仪表的机械 零位在oC时，这时指示值为 4ooC，则认为换热器内的温度为 430C对不对？为什么？正 确值为多少度？解 认为换热器内的温度为 430 C不对。设换热器内的温度为 t，实测

15、热电势为 E(t, 30)，根据显示仪表指示值为400C,则有E(t, 30)= E(400, 0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍(E型)热电偶分度表，有E(t, 0)= E(t, 30)+ E(30, 0)= E(400, 0)+ E(30, 0)=28943+1801=30744 JV反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t=422.5 C64、测温系统如图 3-17所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶的分度号为K，但错用与E配套的显示仪表，当仪表指示为160C时，请计算实际温度tx为多少度？(室温为25C)控制室图3-17测温系统图E,可得160C时的电势为 10501

16、 V,这电势解 这是工业上用的热电偶温度计。查分度号 实际上是由K热电偶产生的，即E(tx,25) =10501V查分度号K，可得E(20,0)二1000，由此可见，E(tx,0) = E(tx,25)E(25,0) =105011000 =11501由这个数值查分度号 K，可得实际温度tx=283 C。67、用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为 140C,问实际温度为多少？解 查Cul00的分度表，140C对应电阻为159.96而该电阻值实际为 Ptl00铂电阻测温时 的电阻值，反查 Ptl00的分度表，得实际温度为 157C69、说明热电偶温度变送

17、器、热电阻温度变送器的组成及主要异同点。热电偶温度变送器的结构大体上可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。热电阻温度变送器的结构大体上也可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。热电阻温度变送器和热电偶温度变送器比较，放大电路是通用的，只是输入电路和反馈电路不同。P1511、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？气动执行器由 执行机构和控制机构(阀)两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根 据控制信号(由控制器来)压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信 号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制

18、流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。2、控制阀的结构形式主要有哪些？各使用在什么场合？直通单座控制阀应用于小口径、低压差的场合。直通双座控制阀角型控制阀适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒的场合。三通控制阀配比控制或旁路控制隔膜控制阀适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。蝶阀大口径、大流量、低压差，含少量纤维或悬浮颗粒状介质球阀适用于高黏度和污秽介质的控制凸轮挠曲阀用于高黏度灬带有悬浮物的介质流量控制笼式阀压差大，要求噪声小的场合。对高温、高黏度及含固体颗粒的介质不适用书 P141常用的控制阀

19、理想流量特性有哪4、试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性?/ -2d Q Qmax_ k Q；d i l二 omaz-1 1 ( R -1)丄)maxR |LL些？的关系：Qmax - f (式中，相对流量Q/Qmax是控制阀某一开度时流量Q与全开时流量 Qmax之比；相对开度I/L解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间是控制阀某一开度行程 I与全开行程L之比。在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有:律直线流量特性療等百分比（对数）流量特性療抛物线流量特性律快开流量特性等四种。11、什么叫气动执行器的气开式与气关式

20、？其选择原则是什么？答随着送往执行器的气压信号的增加， 阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、 气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。16试述电-气阀门定位器的用途。答电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以

21、使 阀在不同的信号段范围内作全行程移动。P168 1、简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。 控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运 算规律算出结果送往执行器。执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被 控变量的目的。被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。7、操纵变量的选择应遵循哪些原则？（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量

22、，即控制通道的放大系 数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；(3) 操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。2、和12题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方 块的含义，指出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式 和控制器的正、反作用。解该反应器温度控制系统方块图如下图所示。4干扰题解7-2图反应器温度控制系统方块图其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度 控制器TC。根据工艺要求，执行器应为

23、气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象 是 正”作用；所以，控制器应为 反”作用。13、试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。(1) 题7-13(a)图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则 容易分解；(2) 题7-13(b)图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则 容易结晶。题7-13图温度控制系统解 (1)根据工艺要求，题7-13(a)图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是正”作用，所以，控制器应为反”作用。(2) 根据工艺要求，题7-13(b

24、)图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是反”作用，所以，控制器应为正 作用。3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。riMW14、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两 种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。（1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Q。为操纵变量。tJq-n解 （1）当选择流入量 Qi为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执 行器应为气开阀；由于被控对象是正”作用，所以，控制器应为 反”作用。（2）当选择流入量 Qo为

25、操纵变量时，为满足贮 槽内液体严格禁止溢出的工艺要求， 执行器应为气关阀；此时被控对象是反”作用，所以，控制器应为反”作用。P1995、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；（3）确定主、副控制器的正、反作用；（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？（6） 如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确 定主、副控制器的正、反作用。解副揑制系藐或副环题解8-5图1温度-流量串级控制系统的方块图其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC;副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC;