自动化仪表与过程控制课后习题答案

1、自动化仪表指哪一类仪俵么叫单元组合式仪表答:a:是由若干自动化元件构成购有较完善功能的自动化技术而增具有不同 功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电域流信号传输标准是伟海现场与控制室之 间采用直流电流传输信号有什么好处答:在DDZ-型和DDZ-II型以表中采用10mA流电流作为标准信丽在DDZ-III 型和DDZ-型仪表中采用国际上统一的20mA流电流作为标准信域两种标准 信号都以直流电流作为联络信得用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应 干扰相区另阻不存在相移问额不受传输线中电确容和负载性质的限怵用 电流制的优点首先可以不受传输

2、线及负载电阻变化6镰狮信号白远距离传送 其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理梅琳电流信号可直接与磁 场作用产生正比于信号的机械邺卜对于要求电压输入的仪表和麻耍在电流 回路中串联电阻便可得到电压,蔽装用比较灵活什么叫两线制变送?雷与传统的四线制变送器相比有什么懒攀例画出两线 制变送器的基本结懒明其必要的组成部分答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起集只用两根导载1有利于 识别仪表的断电断线等救舜仅节省电缆布线方侧且大大有利与安全防爆易抗 干扰3上限值较大有利于才制干挑上下限的比值为：1与气动仪表信号制对应 便于相互折拿产生较大的磁力.图.什么是仪表的精确道问一台量程为00+100

3、.精确度为0.5级的测量仪表在量程范围内的最大误差为多少答:模拟式仪表的合理精确膻该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范 围之比来衡好文种比值称为相对百分误豫表工业规林掉百分误差%称为仪 表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比，相对误差越小精度越高 M(100+100)=0.5%X=1 1-1试述热电偶的测温原理业上常用的测温热电偶有哪喻检热电偶的分度号次什么情况下要使用补偿导线答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回籁两个接点温度不南路中就会出现热电动聊产生电流.钳极其合例铸银硅银铸康铜专屏康铜c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的

4、标准数列d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势励补偿冷端温度变化以保证测量精殿1 了节约作为热偶丝在低温区的替代品 1-2热电阻测温有什么特施什么热电阻要用三线按法答:a.在-200到+50城氏度范围内精度1tt能稳定可靠不需要冷端温度补d鲫温范围比热电偶彳盼在非线，曲.在使用平衡电桥对热电阻进行测量管电阻引出三根导线一根的电阻与电源相连接不影响电桥的平彳朝外两根接到电桥的两臂 内，他们随环境温度的变化可以相互抵消 1-3说明热电偶温度变送器的基本.制原理以及实现冷端温度补偿的箔法什么情况下要做零点递移答:a.结构其核心是一个直流低电平百瞅变换器大体上都可分为输入电蹬 大电路及反馈电路

5、三部粉工作原理应用温度传感器进行温度检测其温度传感器 通常为热电阴孔敏电阻集成温度传感器导体温度传感器家后通过转换电路将 温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压儡制丝绕制的电Bcu 装在热电偶的冷端接线就冷端温度变化F利用铜丝电阻随温度变化的刷热 电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为椭在臂由稳压电压 Mg5v） 和高电阻R1（勺10瞰）建立的恒值电波 流过铜电酿cu在Rcuk产生一个电压 此电压与热电动lEt串联相接当温度补偿升高,热电动势Et下降但由于Rcut曾 值，在Rcu两端的电压增力只要铜电阻的大小选择适便可得到满意的补偿当 变送器输出信号minFFM值即标准统一信号下限偈测量

6、范围的下限值不相对应 时要进行零点迁移 . 1-4什么叫共模干扰和差模干粉什么工业现场常会出现很强的共模装横干 扰为什么会影响自动化仪表的正常委解才能抑制其影?向答:共模干扰电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄鼐电偶上出现几伏或几十 伏的对地干扰电摩种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压诲模干扰 在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰 工业上会出现共模干扰是因为现场有动力地畿强大的磁建成信号的不加就 模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干师颜M言号的地和数字电压 表的地之间不等电仙两个地之间的电势即共模干扰源产塞靓场中被测信号 与测量仪器间相距很遨两个地之间

7、的电位差会达到几十伏甚至上前测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏箧模干扰在导线与阐用之间传输 属于非对称性干帙模干扰幅度大曲率高还可以通过导线产生辐歌造成的干 扰较大消除共模干扰的方法包（1）采用屏蔽双绞线并有效接触强电场的地方 还要考虑采用镀锌管房微布线时远离高压融不能将高压电源线和信号线捆在 一起走线4）不要和电控锁共用同一个电鳏采用线性稳压电源或高品质的开关电 源（纹波干扰小书0mV）. 1-5力平衡式压力变换器是怎样工做什么它能不受弹性元件刚度变化卿影响 为什么它能不受弹性元件刚度变化的霆8蒯量差压时为什么它的静压误差比较 大？答:a.被测压加经波纹管转化为内作用于杠杆左端点使杠杆

8、绕支,比做逆时 针旋转稍一偏转位于杠杆右端的位移检测元件便有感遍子放大器产生一定的 输出电流.此电流通过反馈线圈和变送器的,矮箱永久磁铁作用产生一定的电磁 力,使杠杆B点受到反馈方f,形成一个使杠杆做顺时针转动的反曲矩位移检测 放大器极其灵辄杆实际上只要产生极微小的位燃器便有足够的输出电流 成反力矩与作用力矩平衡因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立 的，当位移检测放大器非常灵敏随杆的位移量非常席整个弹性系统的刚度设计 的很小那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻虞忽略不计 1-6试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工,钞岫力平衡式压力变送器相比有何优质硅:被测介质的压力直接作用与

9、传感器的膜触膜片产生与介质压力成正比的微 位移使传感器的电阻值发生变用电子线路检测这一变镣转换输出一个对应与 这一压力的标准测量信差:电容式压力变送器主要由完成屣熔转换的容室敏 感元件及将电容转换成二稀20mAfe子线路板构愣进程压力从从测量容室的 两侧（或一侧施加到隔离膜片解 硅油灌充液传至容室的重心膜胆心膜片是 个边缘张紧的膜,在压力的作用下发生对应的位移亥位移构成差动电容变俗 经历电子线路板的调曜荡和缩转换成4-20mAW号输入输入电流与进程压力 成反比优点他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题 1-7试述节流式容积式涡流式电磁式漩涡式流量测量仪表的工作腌!度范 围及使用特点

10、答:a.节流式工作原理根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等 可以测定流量的大/差压流量用M据节流元件前后的压差测流置度正负0.5% 到1%使用特点保证节流元件前后有足够长直管豳流量计使用悬在管道中央 的靶作为节流元彳精度2% 3%使用特点可用于测量悬浮撕淀物白流体流量 转子流量计以一个可以转动的转子作为节流元的特点可从转子的平衡位置高 低，直接读出流量数值容积式工作原理直接安装固定的容积来计量流懦度 可达2嗾差时亦可保通.5%1%用特点适用于高黏度流体的测d涡轮式工 作原理利用导流器保证流体沿轴向推动,解阻根据磁阻变化产生脉冲的阳 度:0.25%1%用特点只能在一定的雷诺数范围

11、内保证测量精度有转子易被 流体中的颗粒及污物堵便能用于清洁流体的流量测dt电磁式工作原理以电 磁感应定律为基石海管道两侧安放磁蜴流动的液体当作切割磁力线的刷大 生的感应电动势测管内液体的流精度0.5%1娥用特点只能测导电液体的流量e漩涡式工作原理根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流精度正负 0.2%负1%使用特点量程比达至30:1，可测液体和气体 1-9试述热导分析但外线分析仪色谱分析仪及氧化错氧分析仪的工作原理及用 途.答：1热导分析仪的工作原瑰导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电 阻丝作为热敏元,耨其与钳线圈烧结成1砺后与对气体无反应的补偿元聘同 形成电桥电他就是热导式气体分析仪的测

12、量网融导系数进行测诲测量气 体组分时热敏元件吸附被测量气臻电导率和热导率就会发生变6件的散热状 态也就随之改铛钳线圈感知元件状态后电阻会相应谓桥平衡被破坏而输出 电压，通过对电压的测定即可得到气体测战辐麴热导式气体分析仪在工业生产 中多应用气低气二氧化碳和二氧化硫等气体的溅颜作为低浓度可燃性气体 的测定工作另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成.处翁折 外线气体分析仪的基本原瑛工作原理是基于某些气体对红外线的选择性级收 外线分析仪常用的红外线波除为2区m.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定 长度和容积的容椒容器可以透光的两个端面白中的一个端面一侧入射一束红外光 然后在另一个端面

13、测定红外线的辐射囊嫡依据红外线的吸收与吸光物质的浓度 成正比就可知道被测气体的浓醺 使用范围宽可分析气体也可分析溶施谱 分析仪是应用色谱法对物质进行建量分析及研究物质的物理t学特，性的仪器 工作原理是基于色谱法对样品进行中蒯用检测器对分离出来的色谱柱进行分析 对各成分进行测探化错氧分析仪工作原魄是一种利用氧化错固体电解质特性 制成的氧浓差电池传感疆一片氧化错固体电解质的两个表面分别烧结一层多孔的钳电极并将其置于803以上的高温档上、下两侧的气体中氧浓度不随的极间就会出现电动E称为氧农差电动势用此电动势与两侧气体中的氧浓度差的 单值关系便可之城氧浓度分析佣途在燃烧控制中得到广泛应用平衡式压力变送

14、器工作原瑁M压力经过纹波管的作用转化的存用杠杆白A 端,杠杆绕O点做逆时针旋车f肖一旋转位于右端的位移检测元件便有感或移监 测放大器变输出一定的输出电流此电流流经反馈线圈和变送器的储后永久 磁铁作用产生一定的磁黑杠杆钮点受力顺时针转做杠杆处于平衡状态输 出电流和被测压力成正由此便可以测出压力电容式差压变送器的工作原裸测压力分别加到左右两个隔离膜MS过硅油 将压力传到测量膜鹿测量膜片左右有两个玻璃凹球面制成的金属固定时赈 量膜片向一边鼓起能与两个固定的金属电极之间的电容一个增大一个戴小 引线测出这两个电容的变值可知道差压的数值电容式差压变送器与力平衡式差压变送器的超B拧在力平衡式必须把杠杆插 出

15、测压室的问题生力平衡式差压变送器中为使输出杠杆既能密封又育麒励T 弹性密封膜片带来了静压误差容积式流量咐金属壳内有一对啮合齿轮液体自左向右流过通过磬输入压 力的作用产生力矩驱动齿轮转动主齿轮在力矩的彳用下作顺时针得辕动B 齿轮转动将半月形内的液体排出至出这样连续转曲除圆齿轮每转动一 ,rn像 出口排出四个半月形溶剂的液溯量椭圆齿轮的转速便可知道液体的体积湿量计齿轮的转动圈辘可知道一段时间内流过液体的体积P加快系统的动作速曦小超调克服震荡减小系统的稳态误差高稳态精度但 是系统存在静费然增大比例系数可以减小觥嗟是不能消除静差积分作用是 消除静差但是积分时间常数太大积分作用不眠品、可能引起震渊系统不

16、稳定 增大系统的调节时间动态品质变撇分作用加快系统的响应速酸小调节时间 减小超调量但系统抗干扰的能力变弱单独的微分有严重的就是对静差毫无抑 制的能力因此不能单独使弼节器白调节规彳输出量与输入砸差信号之间的 函数关系为了适应工艺过程的启动和提车和发生事故等清配器除需要有自动 调节的工作状态犯需要在特殊情况下有操作人员斑隐运算控制电随接根 据易仪表的指示作出判跚节调节器的手动工作佣ID输入电路的作:输入电 路能实现测量信号与给定值的,蹒得放大两倍的偏差信号输出电压与公共地线上 的压降VcmIVcm关输入电路接受两个零线为起点的测量信号和给颁毓B 以Vb=10V起点的电压实现了电平的平醪ID输出电路

17、是一个电压电流转换电路 将PID1-5V的输出电压变或-20mA勺电流为了保持切换过程中软启动有较好 的保持特，也必须选用偏置电流极小的运算放榔漏电极极小的电容器2-3PI加节器中比例即,积分时间常数i,微分时间常!Td积分增澈i,微分 增益K册别有什么含雉调节器动作过程中分别产生什公器喻Ti取许Td取 0,分别代表调节器处于什么假管：1在比例积分运算电路卡I,CI组成输入电 路,CM为反馈元件）比例度P=Cm/CiXl00%在只有比例作用的情况能使输出 量做满量程变化的输入量变化的百型爨分时间Ti=RICITi愈小由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈励作用愈的i越大积分作用越弱）积分增益

18、Ki=CM/CIXAA（大器增割 越大调节静差越/.比例微分运算电路曲RdC很 分压器构成无源比例微分超）kd为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比 例作用产生的输出变化值学）徽分时!Td=KdRdCd.2取无穷时调节器处D 状态Td取零时调节器处用状态2-4什么是PID调节器白干扰系数答:用PI,P*联运算获得ID调节规律饰整定参数上存在相互干扰的瓒鲫干扰系数F=1+Td/Tg示2-5调节器为什么必须有自朗动切换电路怎样才能做到自琼动双向无扰切 换咯:为了适应工艺过程启醇车或发生事故等情溷节器除需要"自动调节” 的工作状态夕还需要在特殊情况时能由操作人员胡意运算电路直接根据仪表

19、 指示做出判明操纵调节器输出的“手动”工作.施gDZ-III型调节器中自动和 手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上S催觐的如（图1）所示其 中开关接点"A'为自动调节” M为软手动操作" H'为硬手动操作切换分析:” A' f"M（为保持无扰切换" Ml "A' :S1.2在M,S把CI接VB,VO210V 起对ci充电但ci右端电位被钳位不雷V）,A3W-v+=10VTM "A', 两点电位几乎相撕以为无扰切换Ml -”HT :断开前必然先断然4,岫彳持 切换后接入"HT ,V

20、-与RH勺电位相同肺IU为无扰切惭以切换前应平彳RPK条件无扰切换HT f”M :切换后S41S44间是断开HCMffiV-为保持状态听以为无扰切换2-7什么是调节器的阪彳用调节器的输入电路为什么要采取差动输力输式 出电路是怎样将输出电压转换-20mA流的答:（1）测量值增加偏差信垦减少， 调节器输出增力则调节器静态放大放大系数MC内负值称正作用调节版之 测量值增加偏差减小调节器输出减彳J则调节器静态放大系数邓C为正值称 反作用调节器2）由于所有的仪表都用同一个电源伊密公共电源地线上难免出现 电压降为了避免这些压降带来误输入电路需要采用差动输入为3）调节器的 输出电路是一个电-直流转换器它将P

21、ID电路在1-5V间变化的输出电压转换为 4-20mA电流输出电路实际就是一个比例运算雕±强烈的电流负反馈使输出电 流保持拥-20mAt出电路的电路图如图其中经过运算得O式1）取Rf=62.5, 则当V03=1-5V,输出电流利-20mA.集散控制系|DC电叫分布式控制系统廿空制功能分嬲作监视与管理集中 主要由操作站现场控制通信网络三大部分组麒中操作站作为人机接进行系 统的集中监视操作维护与工程组盛扬控制站则是分散执行控制功能他们几只通过 内部的高速通道总线相题成计算机的局域瞳制功能分散t作监视管理集中可 以使系统在某个站发生故障典他回路不受影q卧至于系统全部瘫麒次集中 控制保证了系

22、统实时性的要诙操作人员以最短的时间迅速掌握整个生产过程的状 态及时进行整定调节S中控制的缺点随着控制功能的集尊故的危险性也集中 了,当一台控制几百个回路的计算机发生故辑的生产装置全面瘫痪现场总线现场总线是连接智能测量和控制设备的全数表搠传输具有多节点分支结构的通信链踏a场总线的优点苜先双向传输通信是我们可以从现场获取大 量的信息而且可以根据需蔗施远程组态与维拱次现场总线可以大大节省电缆 降低安装费用最后现场总线的一致性和相互操侑s证了现场总线的开放瓯 换性*-1执行器在控制系统中处于什么？K帙能对控制系统的运行有什么影响 答:执行器是安全测控中不可缺少的重要件系统中的作用是根据调节器的命 令，

23、直接控制被测物体的状态和参数 4-2调节阀有哪些结构形费别适用于什么场砒行机构是指执行器中的哪一部 分砒行器选用气笊关的原则是什必答:调节阀根据结构分为九个大粪单座调节魔适用于?t漏要求近作压差小的 干净介质场能)双座调节阀适用于泄漏要求不甩作压差大白干净介质场3) 套筒调节障适用于单座阀场(4)角形调节雁适用于泄漏要求些压差不大的干净介 质场合及要求直角配管的场5三通调节阀用于分流和合流及两相流度差不大 于150c的场含6)隔膜阀适用于不干净介蹦腐蚀介质白两位切断场7)蝶阀 适用于不干净介质和大口径流量大压差的场18)球阀适用于不干净含纤维介 质.可调比较大的控制场(9)偏心旋转阀故适用于不

24、干净介融漏要求小的调节 场合执行机构是执行器的推动部麻“气开气闭的选择主要从生产安全角度考虑 当工厂发生断电或其他事故引起信号压力由辆阀的开闭状态应避免损坏设备 和伤害操作人员如阀门在此日t打开危险性则宜选气闭式执行版之则选用气 开式执行器 4-3什么是调节阀的固有流量特性和工作流帮特性么流量特性的选择对控制 系统的工作至关侬答:在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流盘鞫悭想 流量特性在各种具体的使用条件网芯位移对流量的控制特费为工作流量特性 从自动控制的角度蠲节阀一个最重要的特性是他的流量耨懒节阀阀芯位 移与流量之间的关港得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大 的

25、影响 4-4为什么合理选择调节阀的准就是合理确定调节阀的流通能指常重要 答:在控制系统中为保证工艺操作的正常进卷须根据工艺要藏确计算阀门的 流通能力合理选择调节阀的尺如果调节阀白,口径选的太樨是阀门经常工作在 小开度位罩t成调节质量不嫁口果口彳5选的太,阀门完全打开也不能满足最大流 量的需票就难以保证生产的正常进行 4-5电-气阀门定位器含电气转换器和阀门定包墨怎样工作唯们起什么作 用？答:由电动调节器送来的电流通入线圈该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上 下运动当输入电流增大时线圈与磁铁产生的吸引增便杠杆作逆时针方向旋转 并带动安装在杠杆上的挡板靠近,懿薮喷嘴和挡板之间的间隙使气动执行器能 够接收电动调节器的命般须把调节器输出的标准电流信号转麴为00kPa标 准气压信号 4-6电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所答:具有一定的防燃防爆措葩全火花不会引起引燃爆炸等事故的火花 4-8防