儀表與自動化課后習題與答案儀表與自動化課后習題與答案PAGE9/9PAGE9儀表與自動化課后習題與答案讓每個人同等地提高自我

儀表與自動化課后習題與答案

1-3、自動控制系統主要由哪些環節構成？

答：一個自動控制系統主假如由兩全局部構成：一局部是起控制作用的全套儀表，稱自動化妝置，包含丈量元件及變送器、控制器、履行器；另一局部是自動化妝置所控制的生產設施。

1-5、在自動控制系統中，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，并將測得的液位轉變成一致的標準信號輸出。

控制器，接受丈量變送器送來的信號并與工藝要求的液位高度進行比較，計算出偏差的大小，并按某種運算規律算出結果，再將此結果用標準信號發送至履行器。

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

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，工號段為3，儀表序號為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

號段為3，儀表序號屢05。

1-11、圖1-16所示為一反應溫度控制系統表示圖A、B兩種物料進入反應器進行反應，經過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應器內的溫度不變。試現出

該溫度控制系統的方塊圖，并指出該項系統中的被控對象、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是一個擁有負反應的團環系統。

1-讓每個人同等地提高自我

答：被控對象：反應器；被控變量：反應器內的溫度；

操控變量：冷卻水流量；可能擾亂：進料和冷卻水的流量、壓力和溫度的改變

當反應器內的被控溫度在擾亂作用下高升時，其丈量值與給定值比較，獲取偏

差信號，經溫度控制器運算辦理后，輸出控制信號去驅動控制閥，使其開度增

大，冷卻水流量增添，這樣使反應器的溫度降下來，所以該項溫度控制系統為

一個擁有負反應的閉環系統。

1-19、某化學反應器工藝規定操作溫度為〔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℃。現設計的溫度定值控制系統，在最

大階躍擾亂作用下的過渡過程曲線如圖1-17所示。試求該系統的過渡過程質量

指標：最大偏差、超調量、衰減比、余差和振蕩周期。該控制系統可否知足題

中所給的工藝要求？

答：最大偏差：A=950-900=50℃超調量：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。試現出該系統的方塊圖，

并指出被控對象、被控變量、操控變量和可能存在的擾亂是什么。現因生產需要，要求出口物料溫度從80℃提高到81℃，當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。試求該系統的過渡過程質量指標：最大偏差、

衰減比和余差〔提示：該系統為隨動控制系統，新的給定值為81℃〕。

答：被控對象：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、什么是對象特征？為何要研究對象特征？

答：對象的特征即對象的輸入量與輸出量之間的關系，是對象的外面特色，但它是由對象的內部構造機理等所決定。

研究控制對象的特色，掌握其內在規律，能夠為合理地選擇自動控制方案，設計最正確的控制系統、選擇適合的控制器及控制器參數供給依照，使系統正常地運轉。

2-8、反應對象特征的參數有哪些？各有什么物理意義？它們對自動控制系統有什么影響？

答：反應對象特征的參數有：放大系數Ｋ、時間常用數Ｔ、滯后時間τ放大系數Ｋ在數值上等于對象從頭穩固后的輸出變化量與輸入變化量之比。對

象放大系數越大，就表示對象的輸入量有必定變化時，對輸出量的影響越大。時間常數Ｔ：當對象遇到階躍輸入后，被控變量抵達新的穩態值的%所需的時間。時間常數越大，表示對象遇到擾亂作用后，被控變量變化得越慢，抵達新的穩

2-讓每個人同等地提高自我

態值所需的時間越長。滯后時間τ：在遇到輸入作用后，被控變量不可以立刻快速地變化。系統遇到限制擾亂作用后，因為存在滯后，被控變量不可以立刻反應出來，于是不可以實時產生控制作用，整個系統的控制量就會遇到嚴重的影響。

2-11、一個對象特征是擁有純滯后的一階特征，其時間常數為5min，放大系數為了10，純滯后時間為2min，試寫出描繪該對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時的變化曲線，并計算出t=T、t=2T、t=3T時的值

解：依據基爾霍定律得：=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、某一標尺為0~1000℃的溫度儀表，出廠前經校驗，其刻度標尺上的各點丈量結果以下表所示。標準表計數/℃

被校表計數/℃

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

2、確立該溫度儀表的精度等級；

3、假如工藝上同意的最大絕對偏差為±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

3、△max=1000×±1%=±10℃>±8℃∴該溫度表不切合要求

3-6、假如有一臺壓力表，其丈量范圍為0~10MPa，經校驗得出下表數據。標準表讀數/MPa

被校表正行程讀數/MPa

被校表反行程讀數/MPa

0246810

0

0

1、求出該壓力表的變差；

3-讓每個人同等地提高自我

2、問該壓力表能否切合級精度？

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、絕對壓力、負壓力〔真空度〕之間有何關系？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，精度等級為級，試問此壓力表同意的最

大絕對偏差是多少？假定用標準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為MPa時，標準壓力計上讀數為MPa，試問被校壓力表在這一點能否切合1級精度，為何？解：△max=1×%=MPa

δmax=×100%=%<%∴該壓力表切合要求

3-17、假如某反應器最大壓力為MPa，同意最大絕對偏差為MPa。現用一臺丈量范圍為0~MPa，精度為級的壓力表來進行丈量，問可否切合工藝上的偏差要求？假定采納一臺丈量范圍為0~MPa，精度為級的壓力表，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、某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為~MPa，工藝要求就地察看罐內

壓力，并要求丈量結果的偏差不得大于罐內壓力的±5%，試選擇一臺適合的壓

力計〔種類、丈量范圍、精度等級〕，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為14MPa，要求偏差不得超出MPa，試采納一臺就地指示的壓力表〔給出型號、丈量范圍、精度等級〕。解：由題可知：被測對象壓力為高壓，設所用壓力表量程為A

∴Pmax≤A∴A≥14×=MPa依據量程系列選

Pmin≥A∴A≤14×3=42MPa用0~25MPa的壓力表

δmax=×100%=%∴依據精度等級選擇級儀表

3-20、現有一臺丈量范圍為0~MPa，精度為級的一般彈簧管壓力表，校驗后，其結果以下表。

4-讓每個人同等地提高自我

標準表讀數/MPa

被校表正行程讀數/MPa

被校表反行程讀數/MPa

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

解：δmax=×100%=%∴依據精度等級選擇級儀表,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，常常在負壓管

上裝有冷凝罐〔見圖3-91〕，問這時用差壓變送器來丈量液位時，要不要遷徙，

遷徙量應怎樣考慮？

解：

=ρg(H+)+

=ρg+

P=ρg(H+-)<0

∴有零點遷徙，且為負遷徙

即當H=0時將變送器的輸出值調回4mA

當H=Hmax時，將變送器的輸出值調回20mA

3-54、什么是熱電偶的熱電特征？熱電偶的熱電勢由哪兩局部構成？

答：將兩種不一樣導體A、B一致一個閉合回路，假定兩接觸點溫度不一樣，那么回路中有必定大小電流，說明回路有電勢，那么為熱電特征。熱電動勢包含：接觸電勢、溫差電勢

3-56、用熱電偶丈量時，為何要進行冷端溫度賠償？其冷端溫度賠償的方法有哪幾種？

答：在工程測試中，冷端溫度隨環境溫度變化而變化。假定T≠0℃，將引入丈量偏差，所以一定對冷端進行賠償。

方法；延伸導線法、0℃恒溫法、冷端溫度修正法、電橋賠償法3-58、用K型熱電偶測某設施的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端〔室溫〕為

25℃，求設施的溫度？假如改用E型熱電偶來測溫，在同樣的條件下，E型熱電偶測得的熱電勢為多少？

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、現用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶來測溫，其冷端溫度為30℃，顯示儀表的機械零位在0℃時，這時指示值為400℃，那么認為換熱器內的溫度為430℃對不對？為何？正確值為多少度？

5-讓每個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、試述熱電阻測溫原理？常用測溫熱電阻有哪幾種？熱電阻的分度號主要有幾種？相應的各為多少？答：熱電阻是利用物質的電阻率隨溫度變化的特征制成的電阻式丈量系統。常用的熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻。鉑熱電阻的分度號主要為Pt100和Pt50兩種，其0℃時的電阻值分別為100Ω和50Ω。別的還有=1000Ω的Pt1000鉑熱電阻。標準化銅熱電阻的一般為100Ω和50Ω兩種，對應的分度號為Cu100和Cu503-62、用分度號為Pt100鉑電阻測溫，在計算時錯用了Cu100的分度表，查得的溫度為140℃，問實質溫度為多少？解：查表得140℃時=Ω∴=Ω查表得=Ω時,=157℃=Ω時,=158℃∴△T==℃∴=157+×、用分度號為Cu50、百度電阻比W〔100〕=/=銅熱電阻測某一反應器內溫度，當被測溫度為50℃時，該熱電阻的阻值為多少？假定測某一環境溫度時熱電阻的阻值為92Ω，該環境溫度為多少？解：△R==Ω∴=(1+×50=Ω

T==200℃

5-1、什么是控制器的控制規律？控制器有哪些根本控制規律？

答：所謂控制規律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系，控制器的控制規律有：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從5mA增大到7mA，

試求控制器的比率度及放大系數。

解：DDZ-Ⅱ型液位比率控制器的現場傳輸信號0~10mA

∴δ=×100%=%∴Kp==120%

5-5、一臺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%，求相應的控制器輸出將變化多少？

解：DDZ-Ⅲ型溫度控制器的現場傳輸信號4~20mA

δ=×100%=80%∴P=2mA

5-9、一臺擁有比率積分控制規律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比率度δ為200%，穩

態時輸出為5mA。在某瞬時，輸入忽然變化了mA，經過30s后，輸出由5mA

變成6mA，該項控制器的積分時間為多少？

解：DDZ-Ⅱ型比率積分控制器的現場傳輸信號0~10mA

6-讓每個人同等地提高自我

∵△P=+∴==10s5-10、某臺DDZ-Ⅲ型比率積分控制器，比率度δ為100%，積分時間為2min.穩態時，輸出為5mA。某瞬時，輸入忽然增添了mA，試問經過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場傳輸信號4~20mA∵△P=+∴5+△P=5+×+××5=mA5-12、試寫出比率積分微分〔PID〕三作用控制規律的數學表達式。△P=[A++A(-1)]5-13、試剖析比率、積分、微分控制規律各自的特色。

答：比率控制：1、依據“偏差的大小〞工作2、有差控制3、反應快，控制及

時

積分控制：1、依據“偏差能否存在〞工作2、無差控制3、反應慢

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

答：氣動履行器主要由履行機構與控制機構兩全局部構成。

履行機構是將控制信號的大小變換為閥桿位移的裝置。

控制機構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渡過閥門的相對流量與閥門的相對開度間這關系。

在不考慮控制閥前后壓差變化時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，可調范圍R=30。

1、計算其最小流量，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行程為及

時的流量值Q。

解：1、∵R=∴==

其實不等于控制閥全關時的泄露量，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-讓每個人同等地提高自我

7-1、簡單控制系統由哪幾局部構成？各局部的作用是什么？

答：一個自動控制系統主假如由兩全局部構成：一局部是起控制作用的全套儀表，稱自動化妝置，包含丈量元件及變送器、控制器、履行器；另一局部是自動化妝置所控制的生產設施即被控對象。

7-2、圖7-21是一反應器溫度控制系統表示圖。試畫出這一系統的方塊圖，并說明各方塊的含義，指出它們詳細代表什么。假定該反應器溫度控制系統中，反應器內需保持必定溫度，以利反應進行，但溫度不一樣意過高，否那么有爆炸危險。試確立履行器的氣開、氣關型式和控制器的正、反作用。

答：〔1〕被控對象：反應器

被控變量：反應器內的溫度

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所示兩個系統中履行器的氣開、氣關型式及控制器的正、反作用。

1、圖7-22〔a〕為一加熱器出口物料