化工仪表级自动化课后答案 厉玉鸣 第5版

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？量元件与变送器执行器被控对象6PI-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记录功能的流量控制仪表05。A、B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(90010)℃。考虑安全因素，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（1（即90（1=℃的时间，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？1-19图温度控制系统过渡过程曲线解最大偏差=950900=5（℃；超调量=95908=4（℃；由于B=918908=1（℃，所以，衰减比nB=42:10=4.；C=908900=8℃；s振荡周期T=459=36(min)；过渡时间t=47min。s因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。22、题l-20(a)1-20(b)求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（新的给定值为8℃。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。环境温度的变化等。该系统的过渡过程品质指标：最大偏差由于B=81.80.7=0.（℃，=80.80.7=0.（℃，所以，衰减比nB=0.8:0.2=；余差C=80.81=0.（℃。P33

8、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？解：放大系数K、时间常数T和滞后时间K在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即

K输出量的变化量输入量的变化量对象的放大系数K实质上是对象的灵敏度。时间常数T63.2%的时间。时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间表示。对象的滞后时间，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。P1015、某一标尺为0~1000℃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：标准表读数标准表读数/℃被校表读数/℃0200400600700800900100002014026047068059031001(2)确定该温度仪表的精度等级；标准表读数/标准表读数/℃被校表读数/℃绝对误差/℃02004006007008009001000020140260470680590310010+1+2+4+6+5+3+1由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；

max

6 100%0.6%，1000仪表的精度等级应定为1.0级；6、如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得出下列数据：标准表读数标准表读数/MPa被校表正行程读数/MPa02468100L983.965.947.979.99被校表反行程读数/MPa

0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01标准表读数/MPa被校表正行程读数/MPa被校表反行程读数/MPa压力表的变差/%均值/MPa标准表读数/MPa被校表正行程读数/MPa被校表反行程读数/MPa压力表的变差/%均值/MPa仪表绝对误差/MPa024681001983.965.947.979.9902.024.036.068.0310.0100.40.71.20.60.202.003.9956.008.0010.0000.000.0050.000.000.00由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；（2）

max

0.005100%0.5%；10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。20、某压力表的测量范围为0～1MPa，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=1.0MPa1.0%=0.01MPa在校验点0.5MPa处，绝对误差为=0.50.508=0.008(MPa)该校验点的测量误差为

0.008100%1.57%0.508故该校验点不符合1.0级精度。21的参数值有何问题？解（）（2）由于仪表的基本误差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l.00~1.0MPa1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解0~1.6MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差1max=1.6MPa1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)该表不符合工艺上的误差要求。用0~1.0MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差2max=1.0MPa1.0%=0.01MPa>0.01MPa(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1.1~1.6MPa，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3 4 4p p max 41

p 3

max

1.62.13(MPa)3pmin

p 3

p3

min

31.13.3(MPa)根据压力表量程系列（附表1，可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa根据测量误差要求，测量的最大误差为max1.15%=0.055(MPa)则所选压力表的最大引用误差应满足max

0.055100%2.2%2.50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)。5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 1423.3(MPa)3根据压力表量程系列（附表1，可选YX-150型、测量范围为0~25MPa根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足max

0.4100%1.6%25要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。370.65MPa、温度为40℃的CO2读数为50L/，求C2的真实流量（已知C2在标准状态时的密度为1.977k3。解由题知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K，pTp T0 1 01 0 11.2930.7513252931.977pTp T0 1 01 0 11.2930.7513252931.9770.101325313Q Q1

50105(L/s)38、用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min，转子用密度为7920kg／m3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／m3的铝制成，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t=7920kg／m3，f=0.831kg／L=831kg／m3，W=1000／m3，Q0=10L/mintwft f w(79201000)(79201000)(79201000QQr=Q0/KQ=10/0.911.1(L/min)

0.9所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min。当转子材料改为铝时，r=2750kg／m3，此时测水的流量的修正系数为 (79201000)K r

ww

27501000 2Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min)所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min测苯的流量的修正系数为K fQr

wf f w

(27501000)(27501000

0.87Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75（L/min）所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min。5050、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=0p≠0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。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“有迁移”情况。若采用的是DDZ—Ⅲ型差压变送器，其输出范围为4～20mA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。)(见题3-48图解：差压液位计正压室压力

p1=gh1+gH+p0负压室压力正、负压室的压差H=0时，p=(h2h1)g。

p2=gh2+p0p=p1p2=gH(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)g59、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？（1）常用的热电偶有如下几种：（2）所配用的补偿导线如下：（3）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）热电偶的热电势只有当T0（或0）恒定是才是被测温度（或）电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，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，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。63铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30零位在0400430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，得换热器内的温度t=422.5℃64、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xE160t25℃)x图3-17 测温系统图解这是工业上用的热电偶温度计。查分度号E，可得160℃时的电势为10501μV，这电势实际上是由K热电偶产生的，即E(t,25)10501Vx查分度号K，可得E(20,0)1000V，由此可见，E(t,0)E(t,25)E(25,0)10501100011501Vx xx由这个数值查分度号K，可得实际温度t=283℃。x67、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Cul00Ptl00的电阻值，反查Ptl00157℃69、说明热电偶温度变送器、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。不同。P1511、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？执行机构（阀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）控制机构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书P1414些？（相对位移的关系：QQmax

fl L 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l/L是控制阀某一开度行程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 Q 1(R1)l；Qmax

RL；Q l1；等百分比（对数）

RL ddQmaxdlLmax抛物线流量特性

Q 12 K QmaxR快开流量特性 Q 1R

1)l2等四种。

Qmax

R

L11、什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？答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P1681、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？）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大）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127-2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。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。题7-13(a)容易分解；题7-13(b)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，执行器应正为“反作用。（2）根据工艺要求，题7-13(b)“反“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。14、题7-14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。选择流入量Qi（）选择流出量Qo为操纵变量。题7-14图液位控制解（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。当选择流入量Qo“反“反作用。P1995、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；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；确定主、副控制器的正