儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案PAGE9/9PAGE9儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案讓每個(gè)人同等地提高自我

儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題與答案

1-3、自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)構(gòu)成？

答：一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)主假如由兩全局部構(gòu)成：一局部是起控制作用的全套儀表，稱自動(dòng)化妝置，包含丈量元件及變送器、控制器、履行器；另一局部是自動(dòng)化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)施。

1-5、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，丈量變裝置、控制器、履行器各起什么作用？

答：丈量元件與變送器，用于丈量液位，并將測(cè)得的液位轉(zhuǎn)變成一致的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

控制器，接受丈量變送器送來的信號(hào)并與工藝要求的液位高度進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差的大小，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，再將此結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)送至履行器。

履行器，它接受控制器傳來的操作指令信號(hào)，改變閥門的開度以改變物料或能量的大小，進(jìn)而起到控制作用。

1-8、圖1-15為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說明圖中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？答：PI-307：擁有指示功能的壓力

表，該儀表就地安裝，工號(hào)段為07。

TRC-303：擁有記錄功能的溫度

控制儀表，該儀表集中儀表盤面安裝，工號(hào)段為3，儀表序號(hào)為07。

FRC-305：擁有記錄功能的流量控制

儀表該儀表集中儀表盤面安裝，工

號(hào)段為3，儀表序號(hào)屢05。

1-11、圖1-16所示為一反應(yīng)溫度控制系統(tǒng)表示圖A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試現(xiàn)出

該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該項(xiàng)系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操控變量及可能影響被控變量的擾亂是什么，并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)擁有負(fù)反應(yīng)的團(tuán)環(huán)系統(tǒng)。

1-讓每個(gè)人同等地提高自我

答：被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度；

操控變量：冷卻水流量；可能擾亂：進(jìn)料和冷卻水的流量、壓力和溫度的改變

當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在擾亂作用下高升時(shí)，其丈量值與給定值比較，獲取偏

差信號(hào)，經(jīng)溫度控制器運(yùn)算辦理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開度增

大，冷卻水流量增添，這樣使反應(yīng)器的溫度降下來，所以該項(xiàng)溫度控制系統(tǒng)為

一個(gè)擁有負(fù)反應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)。

1-19、某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為〔900±10℃〕。考慮安全要素，控制

過程中溫度偏離給定值最大不得超出60℃。現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最

大階躍擾亂作用下的過渡過程曲線如圖1-17所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程質(zhì)量

指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差和振蕩周期。該控制系統(tǒng)可否知足題

中所給的工藝要求？

答：最大偏差：A=950-900=50℃超調(diào)量：B=50-〔908-900〕=42℃

衰減比：n=B：==21：5余差：C=908-900=8℃

振蕩周期：45-9=36min

1-20、圖1-18〔a〕是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試現(xiàn)出該系統(tǒng)的方塊圖，

并指出被控對(duì)象、被控變量、操控變量和可能存在的擾亂是什么。現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從80℃提高到81℃，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變

量的變化曲線如圖1-18〔b〕所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程質(zhì)量指標(biāo)：最大偏差、

衰減比和余差〔提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新的給定值為81℃〕。

答：被控對(duì)象：蒸汽加熱器被控變量：出口物料溫度

操控變量：蒸汽流量可能擾亂；物料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度2-1、什么是對(duì)象特征？為何要研究對(duì)象特征？

答：對(duì)象的特征即對(duì)象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，是對(duì)象的外面特色，但它是由對(duì)象的內(nèi)部構(gòu)造機(jī)理等所決定。

研究控制對(duì)象的特色，掌握其內(nèi)在規(guī)律，能夠?yàn)楹侠淼剡x擇自動(dòng)控制方案，設(shè)計(jì)最正確的控制系統(tǒng)、選擇適合的控制器及控制器參數(shù)供給依照，使系統(tǒng)正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。

2-8、反應(yīng)對(duì)象特征的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？它們對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)有什么影響？

答：反應(yīng)對(duì)象特征的參數(shù)有：放大系數(shù)Ｋ、時(shí)間常用數(shù)Ｔ、滯后時(shí)間τ放大系數(shù)Ｋ在數(shù)值上等于對(duì)象從頭穩(wěn)固后的輸出變化量與輸入變化量之比。對(duì)

象放大系數(shù)越大，就表示對(duì)象的輸入量有必定變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響越大。時(shí)間常數(shù)Ｔ：當(dāng)對(duì)象遇到階躍輸入后，被控變量抵達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值的%所需的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)越大，表示對(duì)象遇到擾亂作用后，被控變量變化得越慢，抵達(dá)新的穩(wěn)

2-讓每個(gè)人同等地提高自我

態(tài)值所需的時(shí)間越長。滯后時(shí)間τ：在遇到輸入作用后，被控變量不可以立刻快速地變化。系統(tǒng)遇到限制擾亂作用后，因?yàn)榇嬖跍螅豢刈兞坎豢梢粤⒖谭磻?yīng)出來，于是不可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生控制作用，整個(gè)系統(tǒng)的控制量就會(huì)遇到嚴(yán)重的影響。

2-11、一個(gè)對(duì)象特征是擁有純滯后的一階特征，其時(shí)間常數(shù)為5min，放大系數(shù)為了10，純滯后時(shí)間為2min，試寫出描繪該對(duì)象特征的一階微分方程式。

解：5+(t+2)=10χ(t)

2-12、以下列圖的RC電路中，R=5Ω，C=2000μF。試畫出忽然由0V階躍變化到5V時(shí)的變化曲線，并計(jì)算出t=T、t=2T、t=3T時(shí)的值

解：依據(jù)基爾霍定律得：=iR+(t),此中i=C

∴RC+=∴(t)=(1-)=5(1-)T=RC=10s

(T)=(2T)=(3T)=

2-13、一個(gè)簡單水槽，其截面積為㎡，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。假如在穩(wěn)固的狀況下，輸入流量忽然在本來的根基上增添

了，試畫出水槽液位△h的變化曲線。

解：

由△Qt=△hA得△h==m

3-5、某一標(biāo)尺為0~1000℃的溫度儀表，出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)丈量結(jié)果以下表所示。標(biāo)準(zhǔn)表計(jì)數(shù)/℃

被校表計(jì)數(shù)/℃

02004006007008009001000020140260470680590310011、求出該溫度儀表的最大絕對(duì)偏差值；

2、確立該溫度儀表的精度等級(jí)；

3、假如工藝上同意的最大絕對(duì)偏差為±8℃，問該溫度儀表能否切合要求？

解：1、△max=706-700=6℃

2、δmax=×100%=×100%=%∴該溫度表為級(jí)

3、△max=1000×±1%=±10℃>±8℃∴該溫度表不切合要求

3-6、假如有一臺(tái)壓力表，其丈量范圍為0~10MPa，經(jīng)校驗(yàn)得出下表數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa

被校表正行程讀數(shù)/MPa

被校表反行程讀數(shù)/MPa

0246810

0

0

1、求出該壓力表的變差；

3-讓每個(gè)人同等地提高自我

2、問該壓力表能否切合級(jí)精度？

解：起落變差：△max=MPa

δmax=×100%=>%∴該壓力表不切合要求

3-7、什么叫壓力？表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力〔真空度〕之間有何關(guān)系？答：所謂壓力是指由氣體或液體平均垂直地作用于單位面積上的力。

=-=-

3-15、某壓力表的丈量范圍為0~1MPa，精度等級(jí)為級(jí)，試問此壓力表同意的最

大絕對(duì)偏差是多少？假定用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為MPa，試問被校壓力表在這一點(diǎn)能否切合1級(jí)精度，為何？解：△max=1×%=MPa

δmax=×100%=%<%∴該壓力表切合要求

3-17、假如某反應(yīng)器最大壓力為MPa，同意最大絕對(duì)偏差為MPa。現(xiàn)用一臺(tái)丈量范圍為0~MPa，精度為級(jí)的壓力表來進(jìn)行丈量，問可否切合工藝上的偏差要求？假定采納一臺(tái)丈量范圍為0~MPa，精度為級(jí)的壓力表，問能切合偏差要求嗎？試說明其原因。

解：δmax=×100%=%

△max=×%=6MPa>MPa∴該壓力表不切合要求

△max=×%=MPa=MPa∴該壓力表切合要求

3-18、某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為~MPa，工藝要求就地察看罐內(nèi)

壓力，并要求丈量結(jié)果的偏差不得大于罐內(nèi)壓力的±5%，試選擇一臺(tái)適合的壓

力計(jì)〔種類、丈量范圍、精度等級(jí)〕，并說明其原因。

解：∵Pmax≤A∴A≥MPa△max=×±5%=MPa

∵Pmin≥A∴A≤MPa∴采納量程為0~MPa的壓力表

3-19、某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求偏差不得超出MPa，試采納一臺(tái)就地指示的壓力表〔給出型號(hào)、丈量范圍、精度等級(jí)〕。解：由題可知：被測(cè)對(duì)象壓力為高壓，設(shè)所用壓力表量程為A

∴Pmax≤A∴A≥14×=MPa依據(jù)量程系列選

Pmin≥A∴A≤14×3=42MPa用0~25MPa的壓力表

δmax=×100%=%∴依據(jù)精度等級(jí)選擇級(jí)儀表

3-20、現(xiàn)有一臺(tái)丈量范圍為0~MPa，精度為級(jí)的一般彈簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果以下表。

4-讓每個(gè)人同等地提高自我

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa

被校表正行程讀數(shù)/MPa

被校表反行程讀數(shù)/MPa

試問這臺(tái)表合格否？它可否用于某空氣貯罐的壓力丈量〔該貯罐工作壓力為~MPa的絕對(duì)偏差不一樣意大于MPa〕？

解：δmax=×100%=%∴依據(jù)精度等級(jí)選擇級(jí)儀表,合格。

△max=×%=MPa<MPaA≥×=MPa

A≤×3=MPa∴所選壓力表量程為~MPa，切合要求

δ=±%×=±<∴精度等級(jí)切合要求

3-48、丈量高溫液體〔指它的蒸汽在常溫下要冷凝的狀況〕時(shí)，常常在負(fù)壓管

上裝有冷凝罐〔見圖3-91〕，問這時(shí)用差壓變送器來丈量液位時(shí)，要不要遷徙，

遷徙量應(yīng)怎樣考慮？

解：

=ρg(H+)+

=ρg+

P=ρg(H+-)<0

∴有零點(diǎn)遷徙，且為負(fù)遷徙

即當(dāng)H=0時(shí)將變送器的輸出值調(diào)回4mA

當(dāng)H=Hmax時(shí)，將變送器的輸出值調(diào)回20mA

3-54、什么是熱電偶的熱電特征？熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩局部構(gòu)成？

答：將兩種不一樣導(dǎo)體A、B一致一個(gè)閉合回路，假定兩接觸點(diǎn)溫度不一樣，那么回路中有必定大小電流，說明回路有電勢(shì)，那么為熱電特征。熱電動(dòng)勢(shì)包含：接觸電勢(shì)、溫差電勢(shì)

3-56、用熱電偶丈量時(shí)，為何要進(jìn)行冷端溫度賠償？其冷端溫度賠償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？

答：在工程測(cè)試中，冷端溫度隨環(huán)境溫度變化而變化。假定T≠0℃，將引入丈量偏差，所以一定對(duì)冷端進(jìn)行賠償。

方法；延伸導(dǎo)線法、0℃恒溫法、冷端溫度修正法、電橋賠償法3-58、用K型熱電偶測(cè)某設(shè)施的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV，冷端〔室溫〕為

25℃，求設(shè)施的溫度？假如改用E型熱電偶來測(cè)溫，在同樣的條件下，E型熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？

解：(1)〔T，25〕=20mV查表得〔25，0〕=mV∴〔T，0〕=〔T，25〕+〔25，0〕=20+=mV

〔T，0〕=〔T，25〕+〔25，0〕∴〔T，25〕=uV=uV

3-59、現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶來測(cè)溫，其冷端溫度為30℃，顯示儀表的機(jī)械零位在0℃時(shí)，這時(shí)指示值為400℃，那么認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃對(duì)不對(duì)？為何？正確值為多少度？

5-讓每個(gè)人同等地提高自我解：〔T，0〕=〔T，30〕+〔30，0〕=28943+1801=30744uV查表得T=422℃3-60、試述熱電阻測(cè)溫原理？常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N？熱電阻的分度號(hào)主要有幾種？相應(yīng)的各為多少？答：熱電阻是利用物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的特征制成的電阻式丈量系統(tǒng)。常用的熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻。鉑熱電阻的分度號(hào)主要為Pt100和Pt50兩種，其0℃時(shí)的電阻值分別為100Ω和50Ω。別的還有=1000Ω的Pt1000鉑熱電阻。標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的一般為100Ω和50Ω兩種，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100和Cu503-62、用分度號(hào)為Pt100鉑電阻測(cè)溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了Cu100的分度表，查得的溫度為140℃，問實(shí)質(zhì)溫度為多少？解：查表得140℃時(shí)=Ω∴=Ω查表得=Ω時(shí),=157℃=Ω時(shí),=158℃∴△T==℃∴=157+×、用分度號(hào)為Cu50、百度電阻比W〔100〕=/=銅熱電阻測(cè)某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為50℃時(shí)，該熱電阻的阻值為多少？假定測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為92Ω，該環(huán)境溫度為多少？解：△R==Ω∴=(1+×50=Ω

T==200℃

5-1、什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些根本控制規(guī)律？

答：所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系，控制器的控制規(guī)律有：位式控制、比率控制、積分控制、微分控制、比率積分控制、比率微分控制、比率積分微分控制

5-4、何為比率控制器的比率度？一臺(tái)DDZ-Ⅱ型液位比率控制器，其液位的丈量

范圍為0~m，假定指示值從m增添到m比率控制器的輸出相應(yīng)從5mA增大到7mA，

試求控制器的比率度及放大系數(shù)。

解：DDZ-Ⅱ型液位比率控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)0~10mA

∴δ=×100%=%∴Kp==120%

5-5、一臺(tái)DDZ-Ⅲ型溫度比率控制器，丈量的全量程為0~1000℃，指示值變化

100℃，控制器比率度為80%，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？

解：DDZ-Ⅲ型溫度控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)4~20mA

δ=×100%=80%∴P=2mA

5-9、一臺(tái)擁有比率積分控制規(guī)律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比率度δ為200%，穩(wěn)

態(tài)時(shí)輸出為5mA。在某瞬時(shí)，輸入忽然變化了mA，經(jīng)過30s后，輸出由5mA

變成6mA，該項(xiàng)控制器的積分時(shí)間為多少？

解：DDZ-Ⅱ型比率積分控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)0~10mA

6-讓每個(gè)人同等地提高自我

∵△P=+∴==10s5-10、某臺(tái)DDZ-Ⅲ型比率積分控制器，比率度δ為100%，積分時(shí)間為2min.穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5mA。某瞬時(shí)，輸入忽然增添了mA，試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？解：DDZ-Ⅲ型比率積分控制器的現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)4~20mA∵△P=+∴5+△P=5+×+××5=mA5-12、試寫出比率積分微分〔PID〕三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。△P=[A++A(-1)]5-13、試剖析比率、積分、微分控制規(guī)律各自的特色。

答：比率控制：1、依據(jù)“偏差的大小〞工作2、有差控制3、反應(yīng)快，控制及

時(shí)

積分控制：1、依據(jù)“偏差能否存在〞工作2、無差控制3、反應(yīng)慢

微分控制：1、依據(jù)“偏差變化速度〞工作2、超前控制3、不可以獨(dú)自使用6-1、氣動(dòng)履行器主要由哪兩局部構(gòu)成？各起什么作用？

答：氣動(dòng)履行器主要由履行機(jī)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)兩全局部構(gòu)成。

履行機(jī)構(gòu)是將控制信號(hào)的大小變換為閥桿位移的裝置。

控制機(jī)構(gòu)是將閥桿的位移變換為流過閥的流量的裝置。6-4、試分別說明什么叫控制閥的流量特征和理想流量特征？常用的控制閥理想流量特征有哪些？

答：控制閥的流量特征是指操控介質(zhì)渡過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度間這關(guān)系。

在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)獲取的流量特征稱為理想流量特征。

常用的控制閥理想流量特征有：直線、等百分比、拋物線及快等幾種流量特征。

6-8、閥的最大流量=50，可調(diào)范圍R=30。

1、計(jì)算其最小流量，并說明能否就是閥的泄露量。

2、假定閥的流量特征為直線流量特征，問在理想狀況下閥的相對(duì)行程為及

時(shí)的流量值Q。

解：1、∵R=∴==

其實(shí)不等于控制閥全關(guān)時(shí)的泄露量，一般它是的2%~4%

2、直線流量特征：∵=+〔1-〕∴=50×〔+〔1-〕×〕=

=50×〔+〔1-〕×〕=

等百分比流量特征：∵=∴=50×=

∴=50×=

7-讓每個(gè)人同等地提高自我

7-1、簡單控制系統(tǒng)由哪幾局部構(gòu)成？各局部的作用是什么？

答：一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)主假如由兩全局部構(gòu)成：一局部是起控制作用的全套儀表，稱自動(dòng)化妝置，包含丈量元件及變送器、控制器、履行器；另一局部是自動(dòng)化妝置所控制的生產(chǎn)設(shè)施即被控對(duì)象。

7-2、圖7-21是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)表示圖。試畫出這一系統(tǒng)的方塊圖，并說明各方塊的含義，指出它們?cè)敿?xì)代表什么。假定該反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中，反應(yīng)器內(nèi)需保持必定溫度，以利反應(yīng)進(jìn)行，但溫度不一樣意過高，否那么有爆炸危險(xiǎn)。試確立履行器的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用。

答：〔1〕被控對(duì)象：反應(yīng)器

被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度

操控變量：蒸汽流量可能擾亂；原料和蒸汽輸入的流量、壓力、溫度

控制器：溫度控制器履行器：蒸汽控制閥門丈量變送器；溫度丈量變送器〔2〕履行器應(yīng)為氣開型式，控制器奕為反作用。

7-13、試確立圖7-22所示兩個(gè)系統(tǒng)中履行器的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用。

1、圖7-22〔a〕為一加熱器出口物料