合肥工业大学过程仪表复习题

1-11.①试画出该控制系统的方框图；②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么?整个系统的输入信号和输出信号又是什么？③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的?蒸汽蒸汽TCTT冷物料热物料干扰Ts T温度控制器 执行器 换热器答：如图所示为该控制系统的方框图。

温度测量变送装置该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度T,sy检测后所得ym减小,偏差信号e=ym-y〈0,输入调节器后产生控制信号u，s使执行器或调节阀加大阀门开度,使温度T升高，从而实现控制。1—12为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，（1）试画出该系统的方框图；(2）指出系统中被控对象，被控变量,操纵变量，干扰作用各是什么？qv1LTqv1LTLCqv2（1）如图所示为该控制系统的方框图；fhshs液位控制器执行器贮槽h液位测量变送装置(2）该系统中被控变量对象为贮槽;被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量,等。1管式加热炉出口温度串级控制系统。指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么？;当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。3).当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度T2升高，原料油出口温度T1,此时温度检测变送器TT1将信号送给主控制器TC1，e1增大主控制器输出u1减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2,副控制器的输出信号u2减小控制阀开度减小，即操纵变量燃料油m减小，炉膛温度T2下降，从而炉管内原料油出口温度T1也会随之下降。例题2：如图1—5所示的夹套反应器温度控制系统图1）指出该系统中主被控对象、副被控对象、主被控变量、副被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？2)画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；3）当蒸汽负荷突然增加,试分析该系统是如何实现自动控制。3)当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。当蒸汽负荷突然增加，反应器内的温度T1将升高，此时温度检测变送器TT1将信号送给主控制器TC1,e1u1减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2增大，副控制器的输出信号u2即操纵变量m减小，夹套内的蒸汽温度T2下降，从而反应器内的温度T1也会随之下降。例题3：如图所示为聚合釜温度控制系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合反应所产生的热量.试问：(1）?.(2）,（3).(4）（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）如果选择夹套内的温度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、反方向。例题1：若被测介质的实际温度为500℃,仪表的指示值为495℃，仪表的量程为0~1000℃，试确定绝对误差、相对误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。解： 绝对误: △=X指－X0=495－500=－5℃仪表读数的修正: C=X0－X指=5℃相对差： y=△/X0=-5/500×100％=—1％引用误差：δ=△max/(x上－x下)=。5％例2：某台测温仪表的测温范围为200~700℃.校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃,试确定该仪表的精度等级.解:该仪表的允许的引用误差为：0。5＜0.8＜1。0所以,该测温仪表的精度等级为1。0级。例3500,?解：根据工艺要求：仪表的量程上限：X上=2XMax=1000℃仪表的允许引用误差为:去掉±、％，0.5＜0.7＜1。0，所以选精度等级0。5的仪表才能满足工艺要求。精度等级1。0的仪表,其允许引用误差为±1。0%,超过了工艺上允许的数值。小结:,仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差工作中要特别注意。例4:一台精度等级为0.5，量程范为600～1200℃的电子电位差计，校验时，其中的某一点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？解:根据工艺上的要求，仪表的允许误差为:△允max=N×δ％=（1200－600）×0。5%=3℃而△测max=4℃＞3℃,所以此表不合格，需重新进行校验。850℃.现设计的温度控制系统,在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如下图所示。（1）分别求出最大偏差A、超调量、余差、衰减比、过渡时间已稳定）和震荡周期。(2）分析此温度控制系统是否满足工艺要求？（1)分别求出最大偏差A、超调量B、余差C、衰减比n、过渡时间Ts(温度进入±1%新的稳定值即示为系统已稳定）和震荡周期T.解：最大偏差：A=845－800=45℃超调量：σ=（845－805）/805=4。97%衰减比:n=（845－805）/(815－805）= 4：1余差：C=805－800=5℃过渡时间：Ts=25min:T=20－7=13min（2)符合要求：①系统新的稳定值是805℃,符合工艺规定操作温度为（800±10)℃的要求②845℃＜850℃,符合控制中温度最高不得超过8506答:随着送经执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开式，气关式的选择主要或设备比较危险的应选择气关式。21。何为阻塞流？他有什么意义？P1P2力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。意义：在阻塞流条件下,流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加，因此在计算流量系数时,首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。22。流量叙述的定义是什么?试写出不可压缩流体系数计算的基本公式.0.1Mpa1000kg/m3时流经调节阀的流量数m/C1。计算机控制系统是由哪几部分组成的?各部分有什么作用?其中硬件部分主要包括计算机主机，外部设备，外围设备,工业自动化仪表和操作控制台，软件是指计算机系统的P234—235.9．试列出一些改进的PID算法,并分析其改进特点及适用场合PI）PIPID进行调节，表示为式中B为阀值,O—B的区间称为死区.(B)PID干扰的抑制——四点中的差分法。该控制方式适用于可能出现饱和效应的场合，即控制量因受到执行元件机械和物︱<=△Umax。第二章简单控制系统被控对象的特性,其输出变量随时间变化的规律。对一个被控对象来说,其输出变量就是控制系统的被控变量,而其输入变量则是控制系统的操纵变量和干扰作用.被控间的通道称为干扰通道。通常所讲的对象特性是指控制通道的对象特性。被控对象的特性参数：放大系数K时间常数T滞后时间τ（滞后分为传递滞后和容量滞后)频域分析法统计分析法的闭合系统。被控变量是生产过程中希望保持在定值或按一定规律变化的过程参数在控制系统中,用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制工程作用的变量就是操纵变量。执行器：接收调节器送来的控制信号，调节管道中介质的流量，从而实现生产过程的自动控制。执行器通常为调节阀，包括执行机构和阀两个部分.基本的调节规律可归为四种：位式、比例、积分、微分。其中，除位式是断续调节外，其他都是连续调节规律。对于输入输出信号都是统一标准信号的调节器,比例度与比例互为倒数关系,,比例控制作用越强比例度减小，系统的余差也随之减小,,..比例积分调节规律(PI)比例积分微分调节规律（PID）串级控制系统的主要特点：1。能迅速克服进入副回路的干扰2.能改善被控对象的特性,提高系统克服干扰的能力3。主回路对副对象具有“鲁棒性均匀控制特点：1.表征前后供求矛盾的两个变量都应该是变化的，且变化是缓慢的2。前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内实现均匀控制,可行方案1.简单均匀控制2。串级均匀控制3双冲量均匀控制第三章仪表环节:感受器（传感器)、中间件(变送器或变换器)、显示件（显示器)、传输通道.传感器要求:灵敏性准确性稳定性其他.传感器也往往被称为敏感元件、一次仪表显示仪表常被称为二次仪表。显示方式有三种类型：指示式（模拟式显示、数字式、屏幕式（图像显示式）测量结果与被测变量真值之差称为误差误差：系统误差随机误差粗大误差传感器由敏感元件、转换元件、测量电路与其他辅助部件组成敏感元件是整个传感器核心,2.34.标准电极定律中间温度定律两种匀质导体A与B构成的热电,两端温度为t和t 如果存在一个中间温度t,则热电势存在以下关0， n系转子式流量计的测量原理：转子式流量器由一个锥形管和一个可在锥形管中上下自由运动的转子两个基本部分组成。当被测流体通过锥形管时，流体从转子与锥形管的环隙中流过,转子受到一个向上的力而浮起.当转子在流体中,进而求得所测的流量。物位是液位、料位及界位的统称,其中液位指容器内液体介质液面的高低.,.，高为。当两筒之间充满介电常数为ε的介质时，则两筒之间电容量为 若圆筒电极的一部分被介电常数为ε1（设ε〉ε1）的另一种介质充,在保证电容不放电的情况下，电容量发生变化，则两式相减得在ε、r均为常数时，电容变化量C与液位高度h成正比。当测得电容变化后，可以测得h的大小。选择液位计主要考虑:仪表特性工作环境输出方式制装置的硬件DDZ—Ⅲ型系列差压变送器是两线制安全火花型变送器，主要用于测量液体、气体或蒸汽的差压、流量、液位、相4～20mA24VDC±10250~350Ω；0.5％；。25。05。3％防爆安全栅的作用防爆安余栅分输入式安全栅和输出式安伞栅两种。图1—4是安全栅作用示意图。量以下，以确保系统的安全火花性能。安全姗起隔离危险场所和安全场所的作用。2。防爆安全结构的分类（1）隔爆型（2）本质安全防爆的作用。目前用得最多的防爆安全栅有齐纳式安全栅与变压器隔离式安全栅标准仪表的信号标准：目前大多数模拟仪表遵循4～20mADC的标准信号范围.调节器又称控制器,(给定值）得出被调量的偏差，再根据一定的调节规律产生输出信号,从而推动执行器工作,反之为反作用调节器。调节器分类：直接作用调节器间接作用调节器集成运算放大器具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点。PID调节器从整定方式来分，有普通型和电整定型PID调节器主要由输入电路PID运算电路和输出电路三部分组成执行器按照工作能源分类：液动启动电动执行器(阀体）两部分组成.号（20～100kPa）的大小产生相应的推力,使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作,因此是将信号压力大,移转换为流过阀的流量的装置。通入波纹膜片上方的薄膜气室，而反作用式的信号压力通入波纹膜片下方的薄膜气室调节阀有正作用和反作用两种,当阀芯向下位移时,之,则称为反作用式或反装调节阀的流量特性是指被调介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度 (相对位移）之间的关系,表示为抛物线及快开四种理想流量特性。:1000kg/m3时每小时流经调节阀(3/，以C表示。当调节阀全开时的流量系数称为额定流量系数，以C100C100的大小，是确定调节阀口径大小的主要依据阻塞流：当阀入口压力p1保持恒定，并逐步降低出口压力p2时流过阀的流量会增加到一个最大值；这时若继续降加,电—气转换器可以把从电动变动器来的电信号10mA或～20m）变成气信号0.00.1MP，送到气动调节,此时常用电—气阀门定位器电动阀门定位器主要功能:1.用来改善调节阀的定位精度2。改善阀门的动态特性3.改变阀门动作方向4。用于分程控制第五章计算机控制系统的控制过程分为下列三个步骤:（1)实时数据采样:测量被控