检测仪表及传感器习题解答

1、-. z.第3章检测仪表与传感器 3-1 什么叫测量过程解测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进展比拟的过程3-5*一标尺为01000的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：标准表读数/02004006007008009001000被校表读数/02014026047068059031001(1)求出该温度仪表的最大绝对误差值；(2)确定该温度仪表的精度等级；(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为8C，问该温度仪表是否符合要求解(1) 校验数据处理：标准表读数/02004006007008009001000被校表读数/02014026047068059031001绝对误差/0

2、+1+2+4+6+5+3+1由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6；(2)仪表误差：，仪表的精度等级应定为1.0级；(3)仪表的根本误差：m=1000(1.0%)=10,该温度仪表不符合工艺上的误差要求。3-6如果有一台压力表，其测量*围为010MPa，经校验得出以下数据：标准表读数/MPa0246810被校表正行程读数/MPa01.983.965.947.979.99被校表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01(1)求出该压力表的变差；(2)问该压力表是否符合10级精度解1校验数据处理：标准表读数/MPa0246810被校表正行程读数/MPa01.983.965.94

3、7.979.99被校表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01压力表的变差/%00.40.71.20.60.2被校表正、行程读数平均值/MPa02.003.9956.008.0010.00仪表绝对误差/ MPa00.000.0050.000.000.00由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；2仪表误差：；但是，由于仪表变差为1.2%1.0%，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=绝对压力大气压力；负压力真空度=大气压力

4、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

5、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*围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。3-15 *压力表的测量*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假设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ma*=1.0MPa1.0%=0.01MPa在

6、校验点0.5MPa处，绝对误差为=0.50.508=0.008(MPa)该校验点的测量误差为故该校验点不符合1.0级精度。3-16为什么测量仪表的测量*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平安的*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由于仪表的根本误差m由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量*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*反响器最大压力为0.8MPa，允许最大绝

7、对误差为0.01MPa。现用一台测量*围为01.6MPa，精度为l.0级的压力表来进展测量，问能否符合工艺上的误差要求假设采用一台测量*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l.0级的压力表来进展测量的根本误差ma*=1.6MPa1.0%=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l.0级的压力表来进展测量的根本误差ma*=1.0MPa1.0%=0.01MPa0.01MPa(允许值)该表符合工艺上的误差要求。3-18*台空压机的缓冲器，其工作压力*围为1.11.6MPa，工艺要求就

8、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的5，试选择一台适宜的压力计(类型、测量*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pma*=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，有根据压力表量程系列附表1，可选Y*-150型、测量*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ma*1.15%=0.055(MPa)则所选压力表的最大引用误差应满足要求，故可选精度等级为2.0级或1.5级的压力表。3-19*合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不

9、超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量*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，则根据压力表量程系列附表1，可选Y*-150型、测量*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*围为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/MPa00 04 08 12 16标准表上行程读数/MPa0000 0385 0790 1210 1595标准表下行程读数/MPa0000 0405 0810 1215 1595试问这

10、台表合格否它能否用于*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/MPa0.0 0.4 0.8 1.2 1.6最大误差标准表上行程读数/MPa0.000 0.385 0.790 1.210 1.595标准表下行程读数/MPa0.000 0.405 0.810 1.215 1.595升降变差/MPa0.000 0.020 0.020 0.005 0.0000.020标准表上、下行程读数平均值/MPa0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595绝对误差/MPa0.00

11、0 0.005 0.000 -0.013 0.005-0.013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m，求仪表的最大引用误差所以，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Pma*=1.0MPa1.62/3MPa；Pmin=0.8MPa1.61/3MPa；最大误差ma*=1.61.5%=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

12、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p为一常数，即=const.恒量3-32用转子流量计来测气压为0.65MPa、温度为40的CO2气体的流量时，假设流量计读数为50L/s，求CO2的真实流量CO2在标准状态时的密度为1.977kgm3。解由题知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K，T1=273+40=313K；0=1.293kg/Nm3；1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。则3-33用水刻度的转子

13、流量计，测量*围为010L/min，转子用密度为7920kgm3的不锈钢制成，假设用来测量密度为0.831kgL苯的流量，问测量*围为多少假设这时转子材料改为由密度为2750kgm3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量*围各为多少解由题知t=7920kgm3，f=0.831kgL=831kgm3，W=1000m3，Q0=10 L/min测苯的流量的修正系数为Qr=Q0/KQ=10/0.911.1(L/min)所以，苯的流量测量*围为011.1L/min。当转子材料改为铝时，r=2750kgm3，此时测水的流量的修正系数为Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min)所以，此时测

14、水的流量的测量*围为05L/min测苯的流量的修正系数为Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75L/min所以，此时测苯的流量的测量*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：安装方便、测量精度高、可耐高压、反响快、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

15、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展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p0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3-19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，迁移量应如何考虑题3-19图高温液体的液位测量解：差压液位计正压室压力p1=gh1+ gH+p0负压室压力p2=gh2+ p0正、负压室的压差

16、p=p1p2= gH(h2h1) g H=0时，p= (h2h1) g。这种液位测量时，具有负迁移现象，为了使H=0时，p=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h2h1) g3-54什么是热电偶的热电特性 热电偶的热电势由哪两局部组成解：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，假设两接触点温度(T、T0)不同，则回路中有一定大小电流，说明回路中有电势产生，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EAB(T，T0)或EAB(t，t0).2热电偶的热电势由接触电势和温差电势两局部组成。3-22常用的热电偶有哪几种所配用的补偿导线

17、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：2所配用的补偿导线如下：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*围内，补偿导线与配对的热电偶具有一样或相近的热电特性；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，为什么要进展冷端温度补偿其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T0或t0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T00为参考温度条件下测试制定的，只有保持T00，才能直接应用分度表或分度曲线。假设T00，则应进展冷端补偿

18、和处理。2冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0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；输入信号是温度，输出信号是电阻。3-58 用K型热电偶测*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，在一样的条件下，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

19、(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=508.4假设改用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EK(508.4，25)= EK(508.4，0) EK(25，0)=37678.61496.5=36182.1V36.18mV。3-59 现用一支镍铬-铜镍热电偶测*换热器内的温度，其冷端温度为30，显示仪表的机械零位在0时，这时指示值为400，则认为换热器内的温度为430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不对。设换热器内的温度为t，实测

20、热电势为E(t，30)，根据显示仪表指示值为400，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=30744V反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得器内的温度t=422.53-60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R0各为多少解：1热电阻测温原理：电阻温度效应，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，R0=100；Pt50，R0=50；

21、 Pt1000，R0=1000；等铜热电阻的分度号主要有：Cu100，R0=100；Cu50，R0=50；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140，问实际温度为多少解查Cul00的分度表，140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1573-63用分度号为Cu50、百度电阻比W(100)=R100/R0=1.42的铜热电阻测*一反响器内温度，当被测温度为50时，该热电阻的阻值R50为多少 假设测*一环境温度时热电阻的阻值为92，该环境温度为多少解分度号为Cu50、百度电阻

22、比W(100)=1.42的铜热电阻，其R0=50，R100=501.42=71。则该铜热电阻测温的灵敏度k为(/)被测温度为50时，电阻值R50=50+0.21/50=60.5。当测*一环境温度时，假设热电阻的阻值Rt=92，则对应的环境温度为t=(9250)/0.21=200。第1章自动控制系统根本概念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*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

23、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；控制器承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拟得出偏差，并按*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

24、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。被控变量被控对象内要求保持设定值的工艺参数。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)用来实现控制作用的物料。1-11题l-11图所示为一反响器温度控制系统示意图。A、B两种物

25、料进入反响器进展反响，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反响器内的温度不变。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系统是一个具有负反响的闭环系统。题1-11图反响器温度控制系统解该温度控制系统的方块图题解1-11图反响器温度控制系统方块图其中，被控对象：反响器；被控变量：反响器内的温度；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，环境温度的上下等。假设当反响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拟，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出

26、控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反响器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反响的闭环控制系统。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响器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克制干扰作用对被控变量影响的解：当反响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拟，温度控制器TC将比拟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，使反响器内的温度降下来，这样克制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

27、式不同，自动控制系统可以分为以下三类：定值控制系统给定值恒定的控制系统。随动控制系统自动跟踪系统给定值随机变化的系统。程序控制系统给定值按一定时间程序变化的系统。1-19*化学反响器工艺规定操作温度为(90010)。考虑平安因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。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9001%=9的时间，并答复该控制系统能否满足题中所给的工艺要求题1-19图温度控制系统过渡过程曲线解最大偏差A=950900=50；超调量

28、B=950908=42；由于B=918908=10，所以，衰减比n=BB=4210=4.2；余差C=908900=8；振荡周期T=459=36(min)；过渡时间ts=47min。因为A=5080，C=810，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。1-20题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么现因生产需要，要求出口物料温度从80提高到81，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为8

29、1。题1-20图蒸汽加热器温度控制解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如以下图所示。题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。该系统的过渡过程品质指标：最大偏差A=81.581=0.5；由于B=81.580.7=0.8，B=80.980.7=0.2，所以，衰减比n=BB=0.80.2=4；余差C=80.781=0.3。第4章显示仪表4-10 对于标尺始端为0的电子电位差计，当热电偶的热端为0，冷端为25时，问这时应指示多少度输入信号

30、为多少假设热端为0，冷端也为0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0，冷端为25时，应指示0；输入信号为E(0，25)= E(25，0)。假设热端为0，冷端也为0时，这时应指示0；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，请答复： (1)这是工业上用的哪种温度计(2)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题4-12图热电偶测温系统图解1这是工业上用的热电偶温度计。2显示仪表应采用*CZ-101型动圈式显示仪表或电子电位差计显示仪表；仪表的输入信号是K型热电偶的热电势E(600，25)，E(600，25)= E(6

31、00，0) E(25，0)=24902 1000=23902V；指示温度应为600显示仪表内具有冷端温度自动补偿，能直接显示被测温度。4-13 测温系统如题4-13图所示。请说出这是工业上用的哪种温度计热电偶为K，但错用与E配套的显示仪表，当仪表指示为160时，请计算实际温度t*为多少度室温为25题4-13图测温系统图解这是工业上用的热电偶温度计。当与E型热电偶配套的显示仪表指示为160、室温为25时，显示仪表的输入信号应为E型热电偶在热端为160、冷端为25时的热电势EE(160，25)。而显示仪表外实际配用的是K型热电偶，其输入的热电势EE(160，25)，实际应为K型热电偶在热端为t*、

32、冷端为25时的热电势EK(t*，25)，即EK(t*，25)= EE(160，25)。EE(160，25)= EE(160，0) EE(25，0)查E型热电偶分度表EE(160，0) = 10501V，EE(25，0)=1496.5V，则EE(160，25)=105011496.5=9004.5VEK(t*，0) =EK(t*，25)+ EK(25，0) =9004.5+1000(查K型热电偶分度表) =10004.5V反查K型热电偶分度表，得t*=246.44-14试述电子自动平衡电桥的工作原理当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方为什么解电子自动平衡电桥的原理电路如以下图所示。

33、题解4-14图电子平衡电桥测温原理图当被测温度为测量下限时，Rt有最小值及Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是R3Rt0+RP=R2R41当被测温度升高后，热电阻阻值增加Rt，滑动触点应右移动才能使电桥平衡，此时电桥的平衡条件是R3Rt0+Rt+RPr1=R2(R4+ r1) 2用式1减式2，则得Rt R3 r1R3= R2r1即3从上式可以看出：滑动触点B的位置就可以反映热电阻阻值的变化，亦即反映了被测温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。当热电阻短路时，Rt=0，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向左滑动，直至始端；当热电阻断路时，Rt=，为了使电桥平衡，

34、指针应尽可能地向右滑动，直至终终端；当电源停电时，指针指在任何位置，电桥输出都为0，电桥平衡。第5章自动控制仪表5-1什么是控制器的控制规律控制器有哪些根本控制规律解控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即控制器的根本控制规律有：位式控制其中以双位控制比拟常用；比例控制(P)；积分控制(I)；微分控制(D)。5-4 何为比例控制器的比例度一台DDZ型液位比例控制器，其液位的测量*围为01.2m，假设指示值从0.4m增大到0.6m，比例控制器的输出相应从5mA增大到7mA，试求控制器的比例度及放大系数。解比例控制器的比例度就是指控制器的输入变化相对值与相应的输出变化相对值

35、之比的百分数，用式子表示为：式中e 输入变化量；p 相应的输出变化量；输入的最大变化量，即仪表的量程；输出的最大变化量，即控制器输出的工作*围。根据题给条件，该控制器的比例度为对于单元组合仪表，其放大系数为KP=1/=1/83.3%=120%5-5一台DDZ型温度比例控制器，测量的全量程为01000，当指示值变化100，控制器比例度为80，求相应的控制器输出将变化多少解控制器的输出变化量 p=1.6/80%=2(mA)5-9 一台具有比例积分控制规律的DDZ型控制器，其比例度为200，稳态时输出为5mA。在*瞬间，输入突然变化了0.5mA，经过30s后，输出由5mA变为6mA，试问该控制器的积

36、分时间TI为多少解控制器的放大倍数KP=1/=1/200%=0.5控制器的输入变化量为A=0.5mA；控制器的输出变化量为p=65=1(mA)，经历时间t=30s。由得 5-10*台DDZ型比例积分控制器，比例度为100，积分时间TI为2min。稳态时，输出为5mA。*瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少解控制器的放大倍数KP=1/=1/100%=1控制器的积分时间TI=2min，稳态输出p0=5mA；控制器的输入变化量为A=0.2mA。经历时间t=5min。则输出变化量所以，经历时间5min后，控制器的输出为p=p0+p=5+0.7=5.7(mA)5-

37、12试写出比例积分微分PID三作用控制规律的数学表达式。解 PID控制器的控制规律的数学表达式为其中，e输入变化量；p相应的输出变化量；KP放大倍数；TI称为积分时间；TD微分时间。5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。解比例控制规律的特点是反响快，控制及时；存在余差(有差控制)积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差(无差控制)微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；但它的输出不能反映偏差的大小，假设偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或比例积分微分控制器。第

38、 6章执行器6-1 气动执行器主要由哪两局部组成 各起什么作用解气动执行器由执行机构和控制机构阀两局部组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小产生相应的推力F和直线位移l，推动控制机构动作，所以它是将控制信号的大小转换为阀杆位移的装置；控制机构是执行器的控制局部，它直接与操纵介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。6-4试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性 常用的控制阀理想流量特性有哪些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的关系：式中，相对流量Q/Qma*是控制阀*一开度时流量Q与全开时流量Qma

39、*之比；相对开度l/L是控制阀*一开度行程l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：直线流量特性；等百分比对数流量特性；抛物线流量特性；快开流量特性等四种。6-7 什么叫控制阀的可调*围 在串、并联管道中可调*围为什么会变化解控制阀的可调*围可调比是其所能控制的最大流量Qma*与最小流量Qmin的比值，即在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调*围都会变小。6-8 阀的最大流量Qma*50m3/h，可调*围R30。1计算其最小流量Qmin，并说明Qmin是否就是阀的泄漏量。2假设阀的流量特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程l/L为0.2

40、及0.8时的流量值Q。3假设阀的流量特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q。解1由，得。Qmin不是阀的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。2由直线流量特性，得，l/L= 0.2时，l/L= 0.8时，3由直线流量特性，得，l/L= 0.2时，l/L= 0.8时，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/L0.2和0.8时的两种阀的相对放大系数。阀的可调比R=30解当阀的理想流量特性为直线流量特性时，由，得，即与l/L的值无关，所以，对于相对行程分别为l/L0.2和0.8时的直线流量特性阀，

41、均有K相对=11/R=11/30=0.967。当阀的理想流量特性为等百分比流量特性时，由，得，则当l/L0.2时，当l/L0.8时，6-10 阀的最大流量Qma*100m3/h，可调*围R30。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，并比拟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。 (1) 直线流量特性。 (2) 等百分比流量特性。解 (1) 根据直线流量特性，相对流量与相对行程之间的关系：分别在公式中代入数据Qma*100m3/h，R30，l/L=0.1、0.2、0.8、0.9等数据，可计算出在相对行程为0.1、0.2、0.8、

42、0.9时的流量值： Q0.113m3/h Q0.222.67 m3/h Q0.880.67 m3/h Q0.990.33 m3/h。(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： Q0.14.68m3/h Q0.26.58m3/h Q0.850.65m3/h Q0.971.17m3/h。由上述数据可以算得，对于直线流量特性的控制阀，相对行程由10变化到20时，流量变化的相对值为：；相对行程由80变化到90时，流量变化的相对值为：。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10，流量就在原有根底上增加了74.4，控制作用很强，容易使系统产生振

43、荡；在大开度时(80处)；行程同样变化了10，流量只在原有根底上增加了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，相对行程由10变为20时，流量变化的相对值为：；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，流量在原来根底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，控制比拟平稳缓和；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

44、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，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。s0.6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* 试说明*值对控制阀流量特性的影响解并联管道中的分流比*为*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。*

45、=1时，控制阀的流量就是总管的流量，工作特性与理想特性一致。随着*值的减小，旁路阀逐渐翻开，虽然控制阀的流量特性变化不大，但可调*围却降低了。6-13*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60m3/h。阀的理想可调*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Kma*及实际的可调*围Rr为多少解由，得控制阀全开时阀上压差p1=ps=1000.5=50 kPa，则实际的可调*围Rr为6-14 *台控制阀的额定流量系数Kma*100。当阀前后压差为200kPa时，其两种流体密度分别为1.2gcm3和0.8gcm3，流动状态

46、均为非阻塞流时，问所能通过的最大流量各是多少解由，得当=1.2gcm3时，当=0.8gcm3时，6-15对于一台可调*围R30的控制阀，其最大流量系数为Kma*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*围的影响假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：。由于该阀的C

47、ma*100，R30，在理想状况下，阀两端压差维持为l00kPa，流体密度为1g/cm3，则最大流量Qma*l00m3/h，最小流量QminQma*R100/303.33m3/h。对于非阻塞流的液体，。串联管道时，由于压差由l00kPa降为60kPa，故这时通过阀的最大流量将不再是l00m3/h，而是。这时的可调*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*围会有所降低。如果s值很低，会使可调*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*台控制阀的流量系数Kma*2

48、00。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，得当压差变为0.2MPa时，所能通过的最大流量为：上述结果说明，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，将会

49、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平安，即信号中断时，应保证设备和工作人员的平安。第7章简单控制系统7-2题7-2图是一反响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响器温度控制系统中，反响器内需维持一定温度，以利反响进展，但温度不允许过高，

50、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图反响器温度控制系统解该反响器温度控制系统方块图如以下图所示。题解7-2图反响器温度控制系统方块图其中：被控对象是反响器；被控变量是反响器内温度；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，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反响器内温度升高，被控对象是正作用；所以，控制器应为反作用。7-13 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，

51、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) 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。7-14题7-14图为贮槽液位控制系统，为平安起见，贮槽内液体严格制止溢出，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Qo为操纵变量。题7-1

52、4图液位控制解1中选择流入量Qi为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格制止溢出的工艺要求，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中选择流入量Qo为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格制止溢出的工艺要求，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。7-15题7-15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制扰动的题7-15图锅炉气包液位控制系统解该控制系统的方块图如以下图所示。题解7-15图锅炉气包液位控

53、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；控制器是温度控制器LC。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LC输出信号减小，气关阀开度增大关小，冷水流量增大。克制汽包内液位降低。7-16题7-16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

54、系统的方块图如以下图所示。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TC输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温度下降。7-18*控制系统采用DDZ-型控制器，用临界比例度法整定参数。已测得k30、Tk3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。解PI作用时控制器的比例度=66%，积分时间TI=2.55min。PID作用时控制器的比例度=51%，积分时间TI=1.5min，微分时间TD=0.375min。7-19*控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得s50、Ts5min。试确

55、定PI作用和PID作用时控制器的参数。解PI作用时控制器的比例度=60%，积分时间TI=2.5min。PID作用时控制器的比例度=40%，积分时间TI=1.5min，微分时间TD=0.5 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，上述系统应如何改良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

56、。题8-5图聚合釜温度控制系统解1这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：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；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

57、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，副控制器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；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。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。题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统6如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如以下图所示。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

58、的水温，副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2C为反作用，主控制器T1C也为反作用。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Q1和Q2分别有波动时控制系统的控制过程。题8-12图单闭环比值控制系统解当主流量Q1变化时，经变送

59、器送至主控制器F1C或其他计算装置。FlC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Q1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，通过控制克制干扰，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2的气态丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。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假设

60、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。题8-16图精馏塔控制系统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。系统方块图如以下图所示。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制。如塔釜温度升高，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