仪表自动化习题答案概要

1、第 1 章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解 自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环 节组成。1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303 FRC-305所代表的意义。题 1-5 图加热器控制流程图解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。1-7在自动控制系统中，测量变送装置、控

2、制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一 的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值 相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压 或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启 度，从而改变操纵变量的大小。1-8试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介 质？解：被控对象（对象）一一自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、 生产设备或机器。被控变量一一被控对象内要求保持设定值的工艺参数

3、。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。给定值（或设定值或期望值）一一人们希望控制系统实现的目标，即被控变 量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。操纵变量（调节变量）一一对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操 纵）的变量。或实现控制作用的变量。操纵介质（操纵剂）一一用来实现控制作用的物料。1-11题1-11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？并说明该温度控制

4、系统是一个具有负反馈 的闭环系统。题 1-11 图反应器温度控制系统解该温度控制系统的方块图扰总题解 1-11 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：冷却水流量题 1-19 图 温度控制系统过渡过程曲线若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度 增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。 所以该温度控制系统是 一个具有负反馈的闭环控制系统。1-12题1-11图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内 的温度超过给定值，试说明此时该控制

5、系统的工作情况， 此时系统是如何通过控 制作用来克服干扰作用对被控变量影响的？解：当反应器内的温度超过给定值（即升高）时，温度测量元件测出温度值 与给定值比较，温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使 冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来，这样克 服干扰作用对被控变量影响。1-13按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？解：按给定值形式不同，自动控制系统可以分为以下三类：定值控制系统一一给定值恒定的控制系统。随动控制系统（自动跟踪系统）一一给定值随机变化的系统程序控制系统一一给定值按一定时间程序变化的系统。1-19某化学反应器工艺规定操作温度为（90

6、0-10）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900汇（士1%二9C）的时间），并回答该控制系统能否满 足题中所给的工艺要求？可能影响被控变量的干扰因素主要有 水的压力、温度，环境温度的高低等。A、B两种物料的温度、进料量，冷却题解 1-20 图 蒸汽加热器温度控制系统方块图解最大偏差A=950-900=50C)；超调量B=950908=42(C)；由于B=918-908

7、=10(C)，所以，衰减比n=BB=42 10=4.2;余差C=908900=8C；振荡周期T=45-9=36(min);过渡时间ts=47min。因为A=50C80C,C=8C1.0%,所以该压力表不符合1.0级精度。3-7什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系？解 (1) 工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S(压强)。（2）绝对压力是指物体所受的实际压力；表压力二绝对压力-大气压力；负压力（真空度）=大气压力-绝对压力3-10.作为感受压力的弹性元件有哪几种？解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波 纹管式弹性元件。3-11.弹簧管压力计的

8、测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测 压过程。解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p的大小。（2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝， 指针，表盘。（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管 产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指 示出当前的压力值。3-14电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？解 见教材P.54P55。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时， 膜片变形，膜片两边电容器的电容量

9、变化（不等），利用变压器电桥将电容量的 变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、 液位等的测量。3-15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*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-

10、0.008100% - -1.57%0.508故该校验点不符合1.0级精度。3-16.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厶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。3-17如果某反应器最大压力为0.8MPa,允许最大绝对误差为0.01

11、MP&现 用一台测量范围为01.6MPa精度为1.0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0i.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.ma=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.：ma=1.0MPa 1.0%=0.01MPa0.01MPa允许值）该表符合工艺上的误差要求。3-18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

12、观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的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PmaF1.6MP&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344Pmax4P=P：Pmax=：1.6 = 2.13（MPa ）4331PminP =P=3pmin=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。根据测量误差要求，测量的最大误差为丄mail.1 5%=0.055（MPa）则所选压力表

13、的最大引用误差应满足-0.055c,：；max100% =2.2%2.5-0要求，故可选精度等级为2.0级（或1.5级）的压力表。3-19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14MPe为高压，设所选压力表的量程为p,则5p 14 : 23.3（MPa）根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为025MP啲电接 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0 4、max100% =1.6%25要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。3-20现有一台测量范围

14、为01.6MPa,精度为1.5级的普通弹簧管压力表, 校验后，其结果为：被校表读数/MPa000.40.81.21.6标准表上行程读数/MPa0.000 0.3850.7901.2101.595标准表下行程读数/MPa0.000 0.4050.8101.2151.595试问这台表合格否？它能否用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.81.0MPa，测量的绝对误差不允许大于0.05MPa）?解压力表的校验表 3-1 压力表的校验数据及其数据处理结果被校表读数/MPa0.00.40.81.21.6最大误差标准表上行程读数/MPa0.000 0.385 0.790 1.2101.595标准表下

15、行程读数/MPa0.000 0.405 0.810 1.2151.595升降变差/MPa0.000 0.020 0.020 0.0050.0000.020标准表上、下行程读数平均值 /MPa0.000 0.395 0.800 1.21251.595绝对误差凶 MPa0.000 0.005 0.000 -0.0130.005-0.013仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为 求仪表的最大引用误差）、max- 100% =0.020100% = 1.25%PFS1.6所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。空气贮罐的压力属稳态压力，且PmaX=1.0MPa：1.6 2/3MP

16、aPmin=0.8MPa 1.6 1/3MPa；最大误差max=1.6 1.5%=0.024MPa0.05MPa所以这台 仪表能用于该空气贮罐的压力测量。3-24.什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？解：流体在有节流装置的管道中流动时， 在节流装置前后的管壁，流体的静 压力产生差异的现象，称为节流现象。流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变， 造成流体流速的改 变，从而产生节流装置前后的压力差。3-28为什么说转子流量计是定压式流量计？解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差为一常数，2V(Pt_Pf gp = Pl P2A=con st.3-32用转子流

17、量计来测气压为0.65MPa温度为40C的CO气体的流量时， 若已知流量计读数为50L/s，求CQ的真实流量(已知CO在标准状态时的密度为1.977kg/mi)o解 由题知：p=0.101325MPa p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa);T=293K=273+40=313( K); ：、o=1.293kg/Nm3;1=1.977kg/Nm3,Q=50L/s。贝U3-33用水刻度的转子流量计，测量范围为010L/min，转子用密度为7920kg/m的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg/L苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750kg/m的铝制

18、成，问这时用来测量水的流 量及苯的流量，其测量范围各为多少？解 由题知Pt=7920kg/m，Pf=0.831kg/L=831kg/m，PW=1000/m,Q=10 L/min测苯的流量的修正系数为(7920-1000)字31 .。9,(7920 -831) 1000Q=Q/KF10/0.9：11.1(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，几=2750kg/m，此时测水的流量的修正系数为几-几 _ (7920 -1000)2750 -1000Qo=Q/KQ=1O/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(

19、恒量):0p1T0pcT1Q0 =1.293 0.751325 293 1.977 0.101325 31350 =105(L/s)KQKrQ(P Pw)Pf _ 1(27501000)x831r一丫(2750831)1000Qf=Q/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/min。3-36涡轮流量计的工作原理及特点是什么？解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速 与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信 号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。（2）涡轮流量计的特点：

20、安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于 远传、不受干扰、容易磨损等特点。3-37电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？解 电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割 磁力线而产生感应电动势的 电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大, 感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。3-46什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？解（1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差8工0的现象, 称为液位测量时的零点迁移，3-48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3

21、-19图），问这时用差压变送器来测量液位时， 要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？KfQ= 0.87解：差压液位计正压室压力pi=ghi+gH+p负压室压力p2=gh2+ po正、负压室的压差：p=pp2= JgH（h2hi）gH=0时，二p= _（h2_hi）g。这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，H=0,该差压变 送器测液位时需要零点迁移，迁移量为（h2_hi）乜3-54什么是热电偶的热电特性？热电偶的热电势由哪两部分组成？解：（1）将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度（T、To）不同，贝U回路中有一定大小电流，表明回 路中

22、有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克（Seebeck）效应。回路中的电势称为热动势，用EXB（T，To）或EAB（t，to）.（2）热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。3-22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：代号分度号测蛊范屈/匸ia正热电扱快期使用娠期使用钳誌阳曲梶WRRBLL-2链孔合仝曲犍K合金3Q016OO1800WRPSLB-3钳樋 3 育金2013001600镇钻镇硅WRNK KEU-2搽硅會金5010001200WREE E課豁合金羽擁台金-40800900W

23、RFJ J钢银窘金-40 700750WRCCK铜標合金-400300350（2）所配用的补偿导线如下:热电偶客称朴偿导线IfrW为1皿捋靖为GC时的标准蒸电势/阳灯1E囱色材料钳南祐红0. 6+5 0. 037裸钻-謀睚（課網）虹蓝4. 09S 0,105&捺乐3170.17Q島俐谦虹祠镰白4. 27? Q. Q47（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。3-56用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其

24、冷端温度补偿的方法 有哪几种？解：（1）热电偶的热电势只有当To（或t）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=0C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ToM0C,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，0C恒温法，冷端温度修正法， 冷端温度自动补偿法等。3-57试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？解：热电偶温度计由热电偶（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入 信号是温度，输出信号是热电势。热电阻温度计由热电阻（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输

25、入信号 是温度，输出信号是电阻。3-58用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV冷端（室温）为25C,求设备的温度？如果改用E型热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶 测得的热电势为多少？解 用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E（t，25）=20mV查K型 热电偶分度表，E（25,0）=1.000mV。根据中间温度定律，E（t，0）= E（t，25）+ E（25，0）=20+1.0=21.000 mV反查K型热电偶分度表，得t=508.4C若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势 为E （508.4，25） = EK（508.4，0）- E （25，0

26、） =37678.6 -1496.5=36182.1V 36.18mV3-59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30C,显示仪表的机械零位在0C时，这时指示值为400C，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430C不对设换热器内的温度为t，实测热电势为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+180仁307442反查镍铬-铜镍热

27、电偶分度表，得器内的温度t=422.5C3-60试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要 有几种？相应的R）各为多少？解：（1）热电阻测温原理：电阻一温度效应，即大多数金属导体的电阻值 随温度而变化的现象。（2）常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。（3）铂热电阻的分度号主要有：+ Pt100，（R）=100）；+ Pt50，（F0=50门）；+ Pt1000，（R）=1000）；等铜热电阻的分度号主要有：+ Cu100，（R）=100）；+ Cu50，（F0=50门）；等3-62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

28、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157C3-63用分度号为Cu50百度电阻比W（100）=Ro/R=1.42的铜热电阻测某一 反应器内温度，当被测温度为50r时，该热电阻的阻值 甩为多少？若测某一环 境温度时热电阻的阻值为921，该环境温度为多少？解 分度号为Cu50百度电阻比W（100）=1.42的铜热电阻，其RF50，RIQQ=501.42=71。则该铜热电阻测温的灵敏度k为71-50k0.21100-0（门/c）被测温度为50C时，电阻值Rlo=50+O.21/C

29、50C=605当测某一环境温度时，若热电阻的阻值R=92，则对应的环境温度为t=(92 -50)/0.21=200 C。第 4 章显示仪表4-10对于标尺始端为0C的电子电位差计，当热电偶的热端为0C,冷端为25C时，问这时应指示多少度？输入信号为多少？若热端为0C,冷端也为0C时, 这时应指示多少度？输入信号为多少？解 当热电偶的热端为0C,冷端为25C时，应指示0C；输入信号为E(0，25)= -E(25,0)。若热端为0C,冷端也为0C时，这时应指示0C；输入信号为E(0,0)=0。4-12如题4-12图所示热电偶测温系统，热电偶的型号为K,请回答：(1)这是工业上用的哪种温度计？(2)

30、显示仪表应采用哪种仪表？该仪表的输入信号是多少？应指示多少温度？60V25V6COVL1dQd QmaxK相对=ln R Rd()律当l/L=0.8时，dL=R(3)由直线流量特性QmaxL，得Q= QmaxR豊I/L二02时，Q0.2=50汇30(.2)=3.29(m3/h)豊I/L二08时，Qo.8=50 x30(0.8JL)=25.32(m3/h)6-9阀的理想流量特性分别为直线流量特性和等百分比流量特性，试求出在理想情况下，相对行程分别为l/L=0.2和0.8时的两种阀的相对放大系数dQc(/Qmax丿K相对d I/ L。(阀的可调比R=3QQ 1解 当阀的理想流量特性为直线流量特性时

31、，由Qmax =_ 1 +(R_1)_R1L，得，得max1K =1 一一1dlRK相对二K = 1dL，即R与l/L的值无关，所以，对于相对行程分别为l/L=0.2和0.8时的直线流量特性阀，均有_ IZ _相对一K一K相对=1-1/R=1-1/30=0.967。当阀的理想流量特性为等百分比流量特性时，由2=RAQ Qmax得dQdQmaxT 7T =ln R R d IL1，则K相对二In R RLL=1 n 30 300.81.726-10已知阀的最大流量Qax=100m/h,可调范围R= 30。试分别计算在理想 情况下阀的相对行程为l/L=0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值Q,并

32、比较不同理 想流量特性的控制阀在小开度与大开度时的流量变化情况。直线流量特性。等百分比流量特性。(1)根据直线流量特性，相对流量与相对行程之间的关系:Qax=100nVh，R=30，l/L=0.1、0.2、0.8、0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值：分别在公式中代入数据 可计算出在相对行程为0.9等数据,Q0.1=13nVhQm/h。0.2=22.67 m3/hQ0.8=80.67 m3/hQ0.9=90.33(2)根据等百分比流量特性的相对流量与相对行程之间的关系:分别代入上述数据，可得:3Q0.1=4.68m /h Q71.17m3/h。Q Qmax330.2=6.58m/h Q0.

33、8=50.65m /h Q0.9=由上述数据可以算得，20%时，流量变化的相对值为:对于直线流量特性的控制阀，相对行程由10%变化到22.67 -13100% =74.4%13相对行程由80%变化到90%时，流量变化的相对值为:90.33一80.67100% =1280.67。由此可见，对于直线流量特性的控制阀，在小开度时，行程变化了 量就在原有基础上增加了74.4%，控制作用很强，容易使系统产生振荡；在大10%，流开度时（80%处）；行程同样变化了10%，流量只在原有基础上增加了12%，控 制作用很弱，控制不够及时、有力，这是直线流量特性控制阀的一个缺陷。对于等百分比流量特性的控制阀，相对行

34、程由10%变为20%时，流量变化的相对值为：6.58一4.68100% =40%4.68相对行程由80%变到90%时，流量变化的相对值为:故对于等百分比特性控制阀，不管是小开度或大开度时，行程同样变化了10%，流量在原来基础上变化的相对百分数是相等的，故取名为等百分比流量特性。具有这种特性的控制阀，在同样的行程变化值下，小开度时，流量变化小，控制比 较平稳缓和；大开度时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它的一个优点。6-11什么是串联管道中的阻力比s ? s值的变化为什么会使理想流量特性 发生畸变？解串联管道中的阻力比s为s值变化时，管道阻力损失变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的 变化，

35、即理想流量特性发生畸变。s = 1时，管道阻力损失为零，系统总压差全 降在阀上，工作特性与理想特性一致。随着s值的减小，直线特性渐渐趋近于快 开特性，等百分比特性渐渐接近于直线特性。所以，在实际使用中，一般希望s值不低于0.3，常选s=0.30.5。s 0.6时，与理想流量特性相差无几。6-12什么是并联管道中的分流比x ?试说明x值对控制阀流量特性的影响？解并联管道中的分流比x为并联管道控制阀全开时流量 Q1max总管最大流量 Qmaxx值变化时，控制阀的流量变化，控制阀所控制的流量与总管的流量产生差 异，因此，其理想流量特性将会发生畸变。x=1时，控制阀的流量就是总管的流71.17-50.

36、6550.65100%= 40%系统总压差控制阀全开时阀上的压即系统中最大流量时动差_力损失总和量，工作特性与理想特性一致。随着x值的减小，旁路阀逐渐打开，虽然控制阀 的流量特性变化不大，但可调范围却降低了。6-13已知某控制阀串联在管道中，系统总压差为100kPa,阻力比为s=0.5阀全开时流过水的最大流量为60mVh。阀的理想可调范围R=30,假设流动状态 为非阻塞流。问该阀的额定（最大）流量系数Kmax及实际的可调范围R为多少？控制阀全开时阀上的压 差心 p p1系统总压差即系统中最大流量时动力损失总和.巾时阀上压差 .巾1=.巾s=100 0.5=50 kPa，则实际的可调范围R为Rr

37、=RiS=300-21.216-14某台控制阀的额定流量系数Kma尸100。当阀前后压差为200kPa时，其 两种流体密度分别为1.2g/cm3和0.8g/亦，流动状态均为非阻塞流时，问所 能通过的最大流量各是多少？KmaX=1Qmax/曰Q- =解由P，得10 Q二Kmax当上1.2g/cm3时，max106-15对于一台可调范围R=30的控制阀，已知其最大流量系数为Kmax=100, 流体密度为1g/cm3。阀由全关到全开时，由于串联管道的影响，使阀两端的压差 由l00kPa降为60kPa,如果不考虑阀的泄漏量的影响， 试计算系统的阻力比（或 分压比）s,并说明串联管道对可调范围的影响（假

38、设被控流体为非阻塞的液体）。解 由于阻力比s等于控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比， 在不考虑 阀的泄漏量的影响时，阀全关时阀两端的压差就可视为系统总压差， 故本系统总 压差为l00kPa，阀全开时两端压差为60kPa,所以阻力比：得控制阀全开翳严才129（m3/h）当?=0.8g/cm1时,3-158(m /h)=10 60= 84.42(m3/h)Qmaxs 壬 0.6100由于该阀的Gax=100,R=30,在理想状况下，阀两端压差维持为lOOkPa,33流体密度为1g/cm，则最大流量Qax=IOOm/h，最小流量QU=Qax/R=100/303=3.33m/ho对于非阻塞流的液体，

39、Kmax= 10Qmax .巾o串联管道时，由于压差由I00kPa降为60kPa,故这时通过阀的最大流量将不 再是lOOm/h，而是, p/二=10.60/1 = 77.46m3/ho这时的可调范围由上可见，串联管道时，会使控制阀的流量特性发生畸变，其可调范围会有 所降低。如果s值很低，会使可调范围大大降低，以至影响控制阀的特性，使之 不能发挥应有的控制作用。当然，从节能的观点来看，s值大，说明耗在阀上的压降大，能量损失大， 这是不利的一面。6-16某台控制阀的流量系数Kmax=200o当阀前后压差为1.2MPa,流体密度 为0.81g/cm3，流动状态为非阻塞流时，问所能通过的最大流量为多少

40、？如果压差 变为0.2MPa时，所能通过的最大流量为多少？解由公式Kmax= 10Qmax .卩得100V77.463.33=23.26oQmax题 7-14 图液位控制当压差变为0.2MPa时，所能通过的最大流量为:上述结果表明，提高控制阀两端的压差时，对于同一尺寸的控制阀，会使所 能通过的最大流量增加。换句话说，在工艺上要求的最大流量已经确定的情况下， 增加阀两端的压差，可以减小所选择控制阀的尺寸（口径），以节省投资。这在控 制方案选择时，有时是需要加以考虑的。例如离心泵的流量控制，其控制阀一般 安装在出口管线上，而不安装在吸入管线上，这是因为离心泵的吸入高度（压头）是有限的，压差较小，将

41、会影响控制阀的正常工作。同时，由于离心泵的吸入压 头损失在控制阀上，以致会影响离心泵的正常工作。6-18什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？解 气动执行器（控制阀）的气开式为，有压力控制信号时阀开，无压力控 制信号时阀处于全关；气关式为，有压力控制信号时阀关，无压力控制信号时阀 处于全开。气动执行器的气开式与气关式的选择原则是考虑工艺生产的安全，即信号中断时，应保证设备和工作人员的安全。第 7 章简单控制系统7-27-2 题 7-27-2 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

42、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。题 7-2 图反应器温度控制系统解该反应器温度控制系统方块图如下图所示。QmaxKmaxLP _ 20010T 一 1012000.81= 769.8(m3/h)2000.81=314.3(m3/h)Kmax1020010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 TCTC。根据工艺要求，执行器应为气开型式；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。7-13

43、7-13 试确定题 7-137-13 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 1）题 7-137-13（a 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 2）题 7-137-13（b 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 1）根据工艺要求，题 7-137-13（a 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 2）根据工艺要求，题7-137-13（b b）

44、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。7-147-14 题 7-147-14 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 1）选择流入量 Q Qi为操纵变量；（2 2）选择流出量 Q Qo为操纵变量。do检测变送装置 *3题 7-14 图液位控制解 （1 1）当选择流入量 Q 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

45、用。（2 2）当选择流入量 Q Qo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，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。7-157-15 题 7-157-15 图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图，要求锅炉不能烧干。试画出 该系统的方块图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热 室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服扰动的？题 7-15 图 锅炉气包液位控制系统解该控制系统的方块图如下图所示。题解 7-15 图锅炉气包液位控制系统方块图其中：被控对象是锅炉汽包；被控变量是锅炉汽包内液位；操纵变量是冷水流量；控制

46、器是温度控制器 LCLC。控制阀应为气关型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“正”作用。当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，汽包内液位下降，控制器 LCLC 输出信号减小，气关阀开度增大（关小），冷水流量增大。克服汽包内液位降低。7-167-16 题 7-167-16 图所示为精馏塔温度控制系统的示意图，它通过控制进入再沸器的蒸汽 量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图，确定控制阀的气开气、关型式和控制 器的正、反作用，并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。题 7-16 图 精馏塔温度控制系统解精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。f

47、干扰4 眸匕匹|控制器.細值号.话y纵变監寸被控对象|工帥”-* 一spgfy检测变送装置 *题解 7-16 图精馏塔温度控制系统方块图控制阀应为气开型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“反”作用。当外界扰动使精馏塔温度升高时，控制器TCTC 输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温度下降。7-187-18 某控制系统采用 DDZ-DDZ-川型控制器，用临界比例度法整定参数。已测得；k= 3030%、T Tk= 3min3min。试确定 PIPI 作用和 PIDPID 作用时控制器的参数。解 PIPI 作用时控制器的比例度=66%66%，积分时间 T T|=2.55min=2.55m

48、in。PIDPID 作用时控制器的比例度 . . =51%=51%，积分时间 T Ti=1.5min=1.5min，微分时间 T TD=0.375min=0.375min。7-7-佃 某控制系统用 4:14:1 衰减曲线法整定控制器的参数。已测得：s s= 5050%、T Ts= 5min5min。试确定 PIPI 作用和 PIDPID 作用时控制器的参数。解 PIPI 作用时控制器的比例度.=60%.=60%，积分时间 T TI=2.5min=2.5min。PIDPID 作用时控制器的比例度 . . =40%=40%，积分时间 T TI=1.5min=1.5min，微分时间TD=0.5min

49、min。第 8 章复杂控制系统8-5题8-5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。测量值解 （1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下: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

50、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;操纵 变量是冷却水流量。（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正” 作用，因此副控制器FC为“正”作用。当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小； 副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制 器TC应为“正”作用。（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量 增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，畐壮制器FC输出信号增大（“正” 作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量

51、；其次，聚合釜温度降低，主控 制器TC输出减小（“正”作用），FC给定值减小，FC输出增大，进一步关小控 制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大， 导致其流量增 大所造成的聚合釜内温度降低的影响。题 8-5 图聚合釜温度控制系统丙烯細题解 8-5 图 1 温度-流量串级控制系统的方块图（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温 度-温度串级控制系统。（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如下 图所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水 温，副控制器是温度控制器T2C。畐寸控制器T2C为“反”作用，主控

52、制器TiC也为 “反”作用。8-9题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析 这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。解 控制系统的方块图（略）。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本 身。当控制阀选择为气开式时，LC应为“正”作用，FC应为“反”作用。8-12试简述题8-12图所示单闭环比值控制系统，在Q和Q2分别有波动时 控制系统的控制过程。题解 8-5 图 2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统题解 8-5 图 3 聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统题 8-9 图串级均匀控制系统题 8-16 图精馏塔控制系统题

53、 8-12 图单闭环比值控制系统解 当主流量Q变化时，经变送器送至主控制器FiC(或其他计算装置)。FiC按预先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制 器F2C的给定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系统， 从而Q2跟随Q变化, 使得在新的工况下，流量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由于自身 干扰发生变化时，此副流量闭环系统相当于一个定值控制系统， 通过控制克服干 扰，使工艺要求的流量比值仍保持不变。8-16在题8-16图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温度，控制手 段是改变进入塔底再沸器的热剂流量，该系统采用2C的气态丙烯作为热剂，在 再沸器内释热后呈液

54、态进入冷凝液贮罐。试分析：(1) 该系统是一个什么类型的控制系统？试画出其方块图；(2) 若贮罐中的液位不能过低，试确定调节阀的气开、气关型式及控制器 的正、反作用型式；(3) 简述系统的控制过程。解该控制系统是温度-流量串级控制与液位简单控制构成的选择性控制系 统 （串级选择性控制系统）。系统方块图如下图所示。题解 8-16 图 串级选择性控制系统方块图根据工艺要求，贮罐中的液位不能过低，则调节阀应为气开式。液位控制器LC应为“正”作用；温度控制器为“反”作用；流量控制器为 “正”作用。正常工况下，为一温度-流量串级控制系统，气态丙烯流量（压力）的波动 通过副回路及时得到克服。如塔釜温度升高

55、，则TC输出减少，FC的输出增加, 控制阀关小，减少丙烯流量，使温度下降，起到负分馈的作用。异常工况下，贮罐液位过低，LC输出降低，被LC选中，这时实际上是一个 液位的单回路控制系统。传级控制系统的FC被切断，处于开环状态。第 9 章典型设备控制方案9-2为了控制往复泵的出口流量，采用题9-2图所示的方案行吗？为什么？题 9-2 图往复泵的流量控制解这种控制方案不行。往复泵的出口管道上不允许安装控制阀，因为往复泵活塞每往返一次，总有 定体积的流体排出。当在出口管线上节流时，压头H会大幅度增加。在一定的转速下，随着流量的减少压头急剧增加。 因此，企图用改变出口管道阻力来改变 出口流量，既达不到控制流量的目的，又极易导致泵体损坏。9-3试述题9-3图所示的离心式压缩机两种方案的特点，它们在控制目的上有什么不同？解 第一种控制方案是控制旁路回流量的大小，其目的是控制出口流量恒 定；第二种控制方案控制旁路流量控制进口流量的，其目的是控制入口流量恒定(足够的吸入流量)以防“喘振”。9-6某换热器，其载热体是工艺中的主要介质，其流量不允许控制。为了使 被加热的物