仪表习题解(杨丽明)答案

1、 化工自动化及仪表（杨丽明）习题答案 第一章12、方块图：把控制方案已定的自控系统中的各部分（环节）用一个方块来表示，方块间用带箭头的线条来表示相互间的信号联系，方块内填入相应的传递函数以表示信息的动态关系，便构成了方块图。 方块图的基本元素：信息、环节、加法器。G1(S)G2(S)13、（1）、串联 G1 （2）、并联 X YG2 (3)、正反馈G2G1X Y + + (3)、负反馈G2G1 X Y + _ G414、 图1-31 (1)、G3G2G1 X + + Y _ + 步骤：（1）把相互交叉的环路整理成相互包含的环路； （2）、从最内环开始，有里到外外化简； （3）、每次化简，首先求

2、该环路的输出与输入间的关系，再求出该环路的传递函数，从而把该环路化简成对应的一个环节。依次类推。最后求出整个系统的传递函数，即最后得出一个环节。G4 把上图化简得G3G2G1 X + + Y + _ X + Y + G X Y （2）、图1-32 + X y + _ + + X Y + + _ X Y15、 （1）、方块图（咯） 被控对象：加热器 被控变量;物料出口温度 控制变量：蒸汽流量或压力 可能存在的干扰：物料进口流量及温度 （2）、由于工艺需要出口温度从80提高到85，即设定值发生了变化，故属随动控制系统。 （因阶跃A=5） 又在零初始条件下， 由端点性质得 即物料出口温度的稳态变化量

3、 系统的余差为 第二章 1、对象特性：对象的输出与输入间的关系。 3、控制通道;控制作用至被控变量的信号联系；干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系。4、 对象的数学模型有; 参量模型: 采用数学方程式来表示对象输入输出间的关系，如微分方程、偏微分方程、状态方程、差分方程、传递函数等； 非参量模型 ：采用曲线或表格来表示对象输入输出的关系。 5、建模的方法：机理建模、实验建模、混合建模。 6、一阶对象：可用以阶线性微分方程来描述其特性的对象。 7 、由克希霍夫定律： (电感） 代入上式得 8、容器内气体质量的变化量为 （由) 管路及阀门通过的气体质量变化量（质量流量）为 由得 故有 9、对贮槽

4、1和2列物料平衡方程 （1） （2） （1）+（2）得 （3） 对（2）求导得 （4） （3）代入（4）得 整理得 令 得 拉氏变换得 10、对象特性参数有： 放大系数K、时间常数T 和滞后时间。 （1）、K：表征对象对其输入的放大能力，为对象的稳特性。 K0越大，控制作用对被控变量的影响越大，但K0不可过大，否则放大能力太强，易引起振荡，使过程不稳定。一般要求K0适当大。 Kf越大，干扰作用对被控变量的影响越大，所以Kf越小越好。 （2）、T：反应对象输出对其输入响应的快慢程度，为动特性（为对象从受到阶跃干扰到其输出达到最终稳态值的63.2%所需时间，或对象输出保持初速度大最终稳态值所需时间

5、）。 :越大，控制作用越不及时，一般要求适当小，但不可过小，否则响应太快，易引起振荡，不易稳定。 ：越大，被控变量对干扰作用的响应越慢，越易控制。所以越大越好。 （3）、：又分纯滞后（传递滞后）和容量滞后（过渡滞后）。 纯滞后：由于物料或能量的传递需通过一定的距离而引起的时间滞后 。 容量滞后：由于物料或能量的传递需克服一定的阻力而引起的时间滞后。 ：控制通道滞后时间越大，控制作用越不及时，故其越小越好。 ：干扰通道滞后时间的存在，只是把干扰的进入推迟了一段时间，所以其对过渡过程影响不大。 11、有滞后的一阶对象特性方程 (） 已知 故其微分方程为 拉氏变换得 传递函数为 12、 不变 稳定时

6、 进入后 即（即） （1） 拉氏变换得 （2） 由（1)得 当时 积分得 0 13、 由图可知： 当时，, 即被控变量在（8-2）内的增量为（145-120）,故 即 因对象为一阶线性对象，故有 18、 控制规律:控制器的输出与其输入的关系。工业上常用的控制规律有位式、比例式、比例积分式、比例微分式、比例积分微分式。它们各自的特点如下。 （1）、位式 属简单的控制规律，一般适用于控制质量要求不高的场合。(2) 、比例式 克服干扰能力强，控制及时，过渡时间短。属最基本的控制规律。其缺点是有余差。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上允许存在余差的场合。 （3）、比例积分式 积分作用可消除

7、余差。缺点是稳定性降低。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺要求不允许存在余差的场合。 （4）、比例微分式 微分控制具超前作用，它能反应偏差变化的速度。但稳定性差。适用于对象有较大容量滞后的场合。但对于滞后小、干扰频繁、及测量信号噪声严重的系统，则不适用。 （5）、比例积分微分式 综合了比例、积分、微分三者的优点，适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。 20、（1）、比例度 比例控制器输入的相对变化量与其输出的相对变化量之比的百分数。即 过大，控制作用太弱；过小，控制作用太强，易引起振荡，不易稳定，故要适中。 （2）、积分时间 控制器的输出追上阶跃输入偏差的幅值所需时间。

8、过大，积分作用太弱，不利于控制；过小，积分作用太强，易引起振荡。 （3）、微分时间 控制器输出信号比其输入偏差信号超前的时间。 过小，微分作用太弱；过大微分作用太强，震荡加剧，不易稳定。 27、=83% 28、 即20% 29、 20 - - - - - - 10 - - - - 10 - - - - - 2 4 2 4 第二分钟时，进入，比例作用使增至10（)，然后积分控制起作用，2后追上的幅值，第4时，积分作用保持不变为10（比例消失）。 30、初始（设为零），不变（为零）， 比例作用 即 0.1=0.1， 。 % 80 - 10 - 60 - 50 - 0 0 3 (进入的瞬间 ，比例和

9、微分同时起作用。因输出线性上升，说明无微分作用） 比例微分作用 0.1= （进入的瞬间） 比例积分作用 （0.8-0.5）=1×（0.1+）=0.1+ 纯积分作用 （0.8-0.6）= 31、 - - - - - - - （） 第三章 3、测量误差 ： 测量值与被测量真值之差。仪表的精度等级 ：仪表在规定的工作条件下所允许的最大相对百分误差。 4 、 0.6介于0.5与1.0之间，若选1.0级仪表，其绝对误差为=100×1.0%=1.0，超出了0.6的范围，而0.5级仪表，其绝对误差为，其绝对值小于0.6，故应选0.5级流量计。 5、该仪表最大相对百分误差为 可见其精度等级

10、为1.0级，已不能满足工艺要求。 或 大于（100-20）×0.5%=0.4的工艺允许值，超出了工艺要求。 要继续使用，可减小其量程。（，在误差不变的情况下，减小A，亦减小。） 即 量程范围 即把量程调整为2084。 6、 （1）、 01600仪表，量程范围内的最大绝对误差为 >10，不可用。 01000仪表，可用。（2）、量程01000、精度等级为1.0的仪表，其绝对误差为10,；量程01000、精度等级为0.5的仪表，其绝对误差为5，虽然测量准确度高于前者，但从节约原则出发，应选前者，后者可用于要求更高的场合。7、过程参数检测的一般原理 守恒原理 场的定律 热电效应 热阻效

11、应 应变效应和压阻效应10、变送器量程调整：使变送器输出信号上限与测量范围上限相对应。 相当于改变输出输入特性的斜率，一般通过改变反馈部分的特性来实现。如下图。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 () 零点调整、零点迁移：都是使变送器输出信号下限值与测量范围下限值相对应。 零点调整：使变送器测量起始点为零。 零点迁移：把测量起始点由零迁移到某一数值（正值或负值，即正迁移和负迁移）。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

12、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 0 未迁移 正迁移 负迁移 13、为直线关系， - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 或 本题中 当 当 （ 解得 即 当时 当时 ）19、（1）、设量程为A则有 > <3.3 < A>2.1根据压力表量程系列，选02.5的压力表。（2）、 、 应选1.5级的压力表。 20、（1）、设量程为A，则有

13、> A<42 < A>18.67 故应选025的压力表。 （2）、 选1。5级压力表 且不含铜29、（1）、 查表得 热电偶与在小的温度范围内，可认为是线性关系，查表知 39.708=960a+b 39.314=950a+b 解得 则 （2）、若为型 则 查表得 40.236=540+ 41.045=550 解得 40.301 30、用分度号为E的分度表求得t=715.2,查分度号为E的热电偶的分度表得 53.907=710a+b 54.703=720a+b a=0.0796 b=-2.609 又 则 即 对K型 则 查K型分度表得 53.451=1330a+b 53.

14、795=1340a+b a=0.0344 b=7.699 则有 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88 33、，查140时电阻R=159.96. 由分度表查得 159.93=157a+b 160.30=158a+b a=0.37 b=101.84 则 159.96=0.37t+101.84 t=157.08P 44、 当时 =11.1834 当时 设量程A 则 < A>14.91 应选量程为016的变送器 需负迁移，迁移量为-11.1834。 -11.1834 0 4.8166 16 ()() 第六章 3、当调节阀输入信号增大时，阀的流量增大，为正作用，气开阀

15、。反之为反作用，气关阀。阀的正反作用，可通过调节执行机构和调节机构的正反作用来实现。执行机构： 输入信号增大，阀杆下移，为正作用（正装），反之为反作用（反装）。调节机构： 阀杆下移，流量减小，为正作用，反之为反作用。序号执行机构调节机构执行器（气动阀）序号执行机构调节机构执行器（气动阀） a 正 正 反 a 反 正 正 b 正 反 正 b 反 反 反 16、= （或=14.06） 取 （表6-3） 查得 (在0.30.6之间） （泵出口压力即为管路系统总压） > 以 （或10） 代入验算公式可得 第七章 14、气开阀，控制器为反作用。 15、图a气开阀，控制器为反作用。图b气开阀，控制器

16、为正作用。 16、（1）、为控制变量。LC H 气开阀；当 时，H ，对象为正作用，执行器为正作用，故控制器为反作用。 （2）、为控制变量 hLC 气关阀；当 时，h ，对象为反作用，故控制器为反作用。 第八章TC 5、 FC反应器 冷却水（Q或P) （1） 、串级控制系统。 主控制器 TC FC F对象 T对象副控制器执行器副对象主对象 r2 y + - + -主测量变送副测量变送 Z1 z1 (2)、气关阀、反作用。 副对象为正作用，副控制器为正作用。 当副变量（冷水）流量增大时，要求阀关小；主变量反应器温度升高时，要求阀开大，故主控制器为正作用。 （3）、当冷却水压力增大时，副变量测量值

17、增大，副控制器给定值不变，故副控制器输入增大，由于副控制器为正作用，所以其输出增大，而阀为气关式 ，所以阀关小，冷水流量减小。反之，当冷水压力减小时。 （4）、若冷水温度经常波动，可选夹套温度为副变量。 T1C T2C T2 T 冷却水 （5）、选夹套内水温为副变量，构成串级控制系统，其方块图（咯）。控制变量为冷水。阀为气关阀，反作用，副对象（夹套）为反作用，故副控制器为反作用；当T1T2都增大时，都要求阀开大，故主控制器为反作用。16、 （1）、连续型选择性串级控制系统。主测量变送副测量变送F对象L对象执行器 - - T对象(T)+ T T + b LC + a L测量变送 （) - （2）、气开阀。T控制器、F控制器皆为反作用；L控制器为正作用。 （3）、正常工况下，L较高，LC输出较大，a较大，a>b,LS选b作为其输入，此时即为釜温与气丙烯流量（压力）的串级控制。当T ，TC输入增大，输出减小，FC给定值减小，而其测量值不变，则其输出b减小，阀关小；反之，则开大。当气丙烯流量（压力）增大，FC输入增大，其输出b减小，阀关小；反之，则开大。 若为非正常工况，L过低，a<