帶答案版化工儀表及自動化習題.doc

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化工儀表及自動化習題（2014） 一.填空題。 1.自動控制系統(tǒng)是由被控對象、測量變送裝置、控制器（中心環(huán)節(jié)）和執(zhí)行器組成。 2.自動控制在階越干擾作用下的過渡過程有：①非周期衰減過程；②衰減振蕩過程；③等幅振動過程；④發(fā)散振蕩過程 幾種基本形式。 3.描述對象特性的參數(shù)有：放大系數(shù)K、時間常數(shù)T、滯后時間τ。 4.自動控制系統(tǒng)與自動檢測、自動操縱等系統(tǒng)相比較最本質(zhì)的區(qū)別為自動控制系統(tǒng)有負反饋。 5.控制閥的理想流量特性主要有 直線流量特性、拋物線流量特性、 對數(shù)流量特性、快開特性等幾種。 6.研究對象的特性就是 用數(shù)學的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系，這種對象特性的數(shù)學模型主要有 參量模型和 非參量模型兩大類。 7.標準信號是指 物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標準的信號。例如，直流電流4~20mA、空氣壓力 0.02~0.1MPa都是當前通用的標準信號。 8.彈性式壓力計是 將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移 進行測量的。例如 彈簧管壓力計、 波紋管壓力計和 膜式壓力計。 9.熱電阻溫度計主要是測量 500℃以下的中、低溫，目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻是 鉑電阻和 銅電阻。 10.節(jié)流件應(yīng)用最廣泛的是 孔板，其次是 噴嘴、文丘里管等。 11.化工自動化是一門綜合性的技術(shù)學科，它應(yīng)用 自動控制學科、 儀器儀表學科及 計算機學科 的理論和技術(shù)服務(wù)于化學工程學科。 12.為了實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化，一般要包括自動檢測、自動保護、 自動控制和 自動操縱 等方面的內(nèi)容。 13.差壓式流量計是基于流體流動的 節(jié)流 原理，采用流體流經(jīng) 節(jié)流裝置 時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的，差壓式流量計也稱為 節(jié)流式 流量計。 14.氣動差壓變送器中，當液位高度H為0時，變送器輸出信號為 0.02MPa 的氣壓信號，當液位高度H為最高時，變送器輸出信號為 0.1MPa 。 15.電氣式壓力計的種類有 霍爾片式壓力傳感器、應(yīng)變片式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、力矩平衡式壓力變送器、電容式壓力變送器，霍爾片式彈簧管壓力表的核心是：霍爾元件，它是利用 霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實現(xiàn)壓力的間接測量。其實質(zhì)是 將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸及顯示的儀表，利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)位移-電勢的線性轉(zhuǎn)換。 16.轉(zhuǎn)子流量計是以 壓降 不變，利用 節(jié)流面積 的變化來反映流量大小，從而實現(xiàn)流量測量的儀表。它又稱浮子流量計、面積式流量計，適用于測量管徑20mm以下管道的流量。據(jù)指示形式與傳送信號不同分指示式 、 電遠傳式、 氣遠傳式轉(zhuǎn)子流量計 三種。通過轉(zhuǎn)子流量計介質(zhì)的流量與 轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡時的高度 成正比。轉(zhuǎn)子流量計的標定： 在工業(yè)基準狀態(tài)（20℃，0.10133MPa）下用水或空氣標定。 二、名詞解釋 1.霍爾效應(yīng)：電子在霍爾片中運動（電子逆Y軸方向運動）時，由于受電磁力的作用，而使電子的運動軌道發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個端面上有電子積累，另一個端面上正電荷過剩，于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差，這一點位差稱為霍爾電勢，這一種物理現(xiàn)象就稱為“霍爾效應(yīng)”。 2.顯示儀表：將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示，累積，記錄的儀表。 3.卡曼渦街：把一個漩渦發(fā)生體（非流線型對稱物 體）垂直插在管道 中，當流體繞過漩渦發(fā)生體時會在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，稱為卡曼渦街。 4.工藝管道及控制流程圖：在控制方案確定后，根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖，按其流程順序標注出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等，便成了工藝管道及控制流程圖（PID圖）。 5.過渡過程：在擾動或給定值變化的情況下，被控量偏離給定值和在控制調(diào)節(jié)作用下，接近給定值或跟隨給定值變化的過程。 6.節(jié)流效應(yīng)：流體在管道中流動時,在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 7.測量過程：將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。一般利用專門的技術(shù)工具（即測量儀表），將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量形式的轉(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。 8.熱電勢：熱電偶是由兩種不同材料的導體 A 和 B 焊接而成，當組合成閉合回路，若導體A和B的連接處溫度不同，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這個電動勢叫熱電勢。 9.控制對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機器等。 10.被控變量：生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。 11.操縱變量：在自動控制系統(tǒng)中，把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。 12.過渡時間：從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間。 13.滯后時間：在容量滯后與純滯后同時存在時，常常把兩者合起來統(tǒng)稱滯后時間。 14.系統(tǒng)的動態(tài)特性：被控變量向給定值變化過程的特性。 15.儀表的準確度：測量值與被測量真值的接近程度。 16.精密度：儀表檢測微小參數(shù)變化的能力。 17.精確度：儀表的精確度簡稱精度，是用來表示儀表測量結(jié)果的可靠程度。反映誤差大小的術(shù)語,精度越高,誤差越小。 18.靈敏度：儀表在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出的變化量與最小輸入的變化量之比值，S=△α/Δx，△α指針的線位移或角位移，Δx為引起△α所需的被測參數(shù)變化量。 19.靈敏限：指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。 20.指示變差：在外界條件不變的情況下，用同一儀器對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程測量時，被測量值正行和反行得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。 21.允許相對誤差：某一臺儀器在規(guī)定正常情況下，允許的相對百分誤差的最大值。δ允=儀表允許的最大絕對誤差/（上限-下限）100%。 22.控制規(guī)律：控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系。 3、 簡答題 1.圖1-1所示為某化工廠超細碳酸鈣生產(chǎn)中碳化部分簡化的工藝管道及控制流程圖，試指出圖中所示符號的含義。 答：①儀表位號FICQ-101表示第一工序第01個流量控制回路（帶累積指示），累積指示儀及控制器安裝在儀表室儀表盤正面上。 ②儀表位號TI-101表示第一工序第01個溫度顯示儀表。儀表安裝在現(xiàn)場。 ③儀表位號PI-101表示第一工序第01個壓力顯示儀表。儀表安裝在現(xiàn)場。 ④儀表位號TI-102表示第一工序第02個溫度顯示儀表。儀表安裝在現(xiàn)場。 ⑤儀表位號PI-102表示第一工序第02個壓力顯示儀表。儀表安裝在現(xiàn)場。 ⑥儀表位號LIC-101表示第一工序第01個具有指示功能的物位控制器。安裝在集中儀表盤上。 ⑦儀表位號HIC -101表示第一工序第01個 2. 何謂控制系統(tǒng)的過渡過程？根據(jù)過渡過程自動控制系統(tǒng)的工作品質(zhì)用什么指標來衡量？影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的因素有哪些？ 答：把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。五種重要品質(zhì)指標：①最大偏差或超調(diào)量。②衰減比。③余差。④過渡時間。⑤震蕩周期或頻率。影響因素：對象的特性、測量儀表特性、執(zhí)行器特性。 3. 什么是漩渦流量計？簡述其工作原理。 答：?漩渦流量計的原理：是利用流體自然振蕩的原理制成的一種漩渦分離型流量計。?當流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的漩渦發(fā)生體時，若該物體幾何尺寸適當，則在阻擋體后面，沿兩條平行直線上會產(chǎn)生整齊排列、轉(zhuǎn)向相反的漩渦列。漩渦產(chǎn)生的頻率和流體的流速成正比。通過測出漩渦產(chǎn)生的頻率可知流體的流量。 4. 請簡述控制器在自動控制系統(tǒng)中的作用。 答：控制器將檢測元件及變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預先設(shè)計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號(如氣壓信號或電流信號)發(fā)送給執(zhí)行器。 5. 熱電阻溫度計為什么可以用來測量溫度？它由哪幾部分組成？各部分有何作用？ 答：?熱電阻溫度計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。?由熱電阻，顯示儀表及連接導線組成。?作用：①熱電阻：感溫元件，由于溫度變化導致電阻變化。②顯示儀表： 6. 熱電偶溫度計為什么可以用來測量溫度？它由哪幾部分組成？各部分有何作用？ 答：?熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應(yīng)這一原理來測量溫度的。它由兩種不同材料的導體A、B焊接形成閉合回路。由于A、B兩種金屬的自由電子密度不相同，于是在兩接觸點處形成了兩個方向相反的熱電勢，溫度不同，產(chǎn)生的熱電勢不同。根據(jù)冷熱兩端不同的熱電勢可得出閉合回路總熱電勢，然后查表即可得知對應(yīng)溫度。?組成：熱電偶、導線，測量儀表。?作用：①熱電偶：測量熱端熱電勢②導線：形成閉合回路③測量儀表：將總熱電勢轉(zhuǎn)換成溫度顯示出來。 7. 霍爾效應(yīng)及霍爾片式壓力計工作原理。答：霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實現(xiàn)壓力的測量。 8. 熱電效應(yīng)。 答：熱電偶是由兩種不同材料的導體 A 和 B 焊接而成，當組合成閉合回路，若導體A和B的連接處溫度不同，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。 9. 簡述壓力計的選用和安裝時需要注意的要點。 答：選用：①儀表類型的選用②儀表測量范圍的確定③儀表精度級的選取。安裝：①測壓點的選擇②導壓管鋪設(shè)③壓力計的安裝。 10. 什么是液位測量時的零點遷移問題?怎樣進行遷移?其實質(zhì)是什么？ 答：?在使用差壓變送器測量液位時，一般壓差Δp與液位高度H 之間的關(guān)系為：Δp =ρgH 。是一般的“無遷移”的情況。當H =0時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。實際應(yīng)用中，由于安裝有隔離罐、凝液罐，或由于差壓變送器安裝位置的影響等，使得在液位測量中，當被測液位H = 0時，差壓變送器正、負壓室的壓力并不相等，即Δp ≠ 0，這就是液位測量時的零點遷移問題。?為了進行零點遷移，可調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以使當液位H = 0時，盡管差壓變送器的輸入信號Δp不等于 0，但變送器的輸出為最小值，抵消固定壓差的作用，此為“零點遷移”方法。?實質(zhì)就是變送器零點的大范圍調(diào)整，改變測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，而不改變量程的大小。 11. 什么是積分時間？它對系統(tǒng)過渡過程有什么影響？ 答：?積分時間T1是用來表示積分控制作用強弱的一個參數(shù)。積分時間越小，表示積分控制作用越強，數(shù)值上T1=1/K1，式中K1是積分速度（積分比例系數(shù)）。?積分時間對控制過程的影響：積分時間T1的減小，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動態(tài)性能變差，但能加快消除余差的速度，提高系統(tǒng)的靜態(tài)準確性。 12. 簡述物位檢測的意義和按其工作原理列舉常見的物位檢測類型。 答：?物位測量意義：安全生產(chǎn)，連續(xù)控制生產(chǎn)工藝，監(jiān)視和控制。?儀表類型：直讀式物位儀表，差壓式，浮力式，電磁式，核輻射式，聲波式，光學式。 13. 執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中起什么作用？執(zhí)行器通常由哪些部分構(gòu)成?各起什么作用。 答：?執(zhí)行器的作用：接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。?氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。?作用：①執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制信號（由控制器來）壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。②控制機構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。 14. 試述電動執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理、分類及適用場合。 答：?原理：接受來自控制器的0~10mA或4~20mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。?分類：角行程、直行程、多轉(zhuǎn)式等類型。?適用場合：角行程適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程適用于操作單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機構(gòu)。多轉(zhuǎn)式主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。 15. 被控對象、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向各是怎樣規(guī)定的？ 答：?被控對象的作用方向隨具體對象的不同而各不相同。當操縱變量增加時，被控變量也增加的對象屬于“正作用”，反之為“反作用”。?執(zhí)行器的作用方向由它的氣開、氣關(guān)型式來確定。氣開閥為“正”方向；氣關(guān)閥為“反”方向。?如果將控制器的輸入偏差信號定義為測量值減去給定值，那么當偏差增加時，其輸出也增加的控制器稱為“正作用”控制器；反之，控制器的輸出信號隨偏差的增加而減小的稱為“反作用”控制器。 16. 為什么要考慮控制器的正、反作用？如何選擇？ 答：?在控制系統(tǒng)中，要正確選擇控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。選擇控制器的正、反作用的目的是使系統(tǒng)中控制器、執(zhí)行器、對象三個環(huán)節(jié)組合起來，能在系統(tǒng)中起負反饋的作用。?選擇控制器正、反作用的一般步驟是首先由操縱變量對被控變量的影響方向來確定對象的作用方向，然后由工藝安全條件來確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式，最后由對象、執(zhí)行器、控制器；個環(huán)節(jié)作用方向組合后為“負”來選擇執(zhí)行器的正、反作用。 17. 簡述流量計的分類及其工作原理？ 答：?速度式流量計：以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。?容積式流量計：以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。?質(zhì)量流量計：以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。 18. 差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計工作原理的區(qū)別？ 答：①相同點：兩者都是利用節(jié)流原理來測量流量。②不同點：差壓式流量計：節(jié)流件固定安裝、節(jié)流件前后差壓變化、輸入輸出非線性。轉(zhuǎn)子式流量計：節(jié)流件安裝不固定、節(jié)流件前后差壓固定、輸入輸出線性。 19. 控制器的控制規(guī)律是指什么?常用的控制規(guī)律有哪些? 答：?控制規(guī)律指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系。?常用的控制規(guī)律有位式控制、比例控制(P)、積分控制(I)、微分控制(D)以及它們的組合控制規(guī)律，例P1、PD、PID等。 20. 什么是差壓式流量計？簡述其工作原理。 答：?基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的流量計稱為差壓式流量計（又稱節(jié)流式）。?根據(jù)流體力學中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程，可以導出流體流經(jīng)節(jié)流裝置時的壓差與流量之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，其定量關(guān)系符合流量基本方程式。根據(jù)這個方程式，就可以由測量得到的壓差來計算出流國的流量值，這就是差壓式流量計測量流量的原理。 21. 控制器參數(shù)整定的任務(wù)是什么?工程上常用的控制器參數(shù)整定有哪幾種方法？ 答：任務(wù)：按照已定的控制方案，確定最合適的控制器比例度δ，積分時間TI和微分時間TD。工程上常用方法：臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗湊試法。 22. 簡述彈性壓力計的分類及其工作原理。 答：?原理：采用彈性元件將壓強大小轉(zhuǎn)換為位移量，再通過機械傳動和放大，推動指針偏移。?根據(jù)敏感元件形式的不同可以分為以下3類：彈簧管式壓力計、薄膜式壓力計、波紋管式壓力計。 23. 試述PID控制的意義及相關(guān)參數(shù)大小對控制效果的影響。 答：?意義：?影響：①比例參數(shù)KP的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。隨著KP的增大系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但是系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。KP取值過小，調(diào)節(jié)精度降低，響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時間加長，使系統(tǒng)的動靜態(tài)性能變壞。②積分作用參數(shù)Ti的一個最主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ti越大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快，但Ti也不能過大，否則在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。若Ti過小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。另外在控制系統(tǒng)的前向通道中只要有積分環(huán)節(jié)總能做到穩(wěn)態(tài)無靜差。從相位的角度來看一個積分環(huán)節(jié)就有90 的相位延遲，也許會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③微分作用參數(shù)Td的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，其主要作用是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。但Td不能過大，否則會使響應(yīng)過程提前制動，延長調(diào)節(jié)時間，并且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 24. 怎么操作三閥組，須注意什么？ 答：?啟動順序：打開正壓閥、關(guān)閉平衡閥、打開負壓閥。停運順序：關(guān)閉負壓閥、打開正壓閥、關(guān)閉正壓閥。?注意事項：①不能讓導壓管內(nèi)的凝結(jié)水或隔離液流失；②不可使測量元件（膜盒或波紋管）受壓或受熱。 25. 簡述并圖示控制系統(tǒng)按信號來源（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）分類，各適用于什么場合？ 26. 簡述在工程實際中如何評判和衡量所選定的測量儀表的優(yōu)劣？ 27. 常用的熱電偶有哪幾種?所配用的補償導線是什么?為什么要使用補償導線?并說明使用補償導線時要注意哪幾點? 答：?常用的熱電偶：鉑銠30-鉑銠6熱電偶、鉑銠10-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶、鎳鉻-考銅熱電偶。?使用補償導線的目的是將熱電偶的冷端從溫度較高、波動較大的地方移到溫度較低、且相對穩(wěn)定的地方。?如果只使用補償導線還不能達到冷端溫度補償?shù)哪康?，必須與其它方法配合起來使用。在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配，極性不能接錯，熱電偶與補償導線連接端所處的溫度不應(yīng)超過100℃。?冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：①冷端溫度保持為0℃的方法②冷端溫度修正方法③校正儀表零點法④補償電橋法⑤補償熱電偶法。 28. 常用的測量壓力的儀表有哪些? 答：測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要有四大類：①液柱式壓力計，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進行測量的；②彈性式壓力計，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移來進行測量的；③電氣式壓力計，它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量的；④活塞式壓力計，它是根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來進行測量的。 29. 為什么說放大倍數(shù)K是對象的靜態(tài)特性，而時間常數(shù)T和滯后時間τ是對象的動態(tài)特性？ 答：?放大系數(shù)K反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸人之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。?時間常數(shù)T是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間,是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此它是對象的一個重要的動態(tài)參數(shù)。?滯后時間τ是指對象在受到輸入作用后，被控變量不能立即而迅速地變化這種現(xiàn)象的參數(shù)。因此它是反映對象動態(tài)特性的重要參數(shù)。 30. 被控變量的選擇原則是什么? 答：被控變量的正確選擇是關(guān)系到系統(tǒng)能否達到預期控制效果的重要因素，它的選擇的一般原則是：①被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或是反映工藝操作狀態(tài)的重要變量；②被控變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變量；③被控變量應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過程的直接控制指標，當無法獲得直接控制指標信號，或其測量或傳送滯后很大時，可選擇與直接控制指標有單值對應(yīng)關(guān)系的間接控制指標;④被控變量應(yīng)是能測量的，并具有較大靈敏度的變量；⑤被控變量應(yīng)是獨立可控的；⑥應(yīng)考慮工藝的合理性與經(jīng)濟性。 31. 操縱變量的選擇原則是什么? 答：①操縱變量應(yīng)是工藝上允許加以控制的可控變量;②操縱變量應(yīng)是對被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量，即控制通道的放大系數(shù)要大一些，時間常數(shù)要小一些，純滯后時間要盡量小;③操縱變量的選擇還應(yīng)考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟性。 32. 試述自動控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律及其特點和應(yīng)用場合。 答：?控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律有比例(P)、比例積分(PI)、比例積分微分(PID)控制規(guī)律。?①比例控制規(guī)律是控制器的輸出信號與它的輸入信號(給定值與測量值的偏差)成比例。它的特點是控制及時，克服干擾能力強，但在系統(tǒng)負荷變化后，控制結(jié)果有余差。這種控制規(guī)律適用于對象控制通道滯后較小、負荷變化不大、對控制要求不高的場合。②比例積分控制規(guī)律是控制器的輸出信號不僅與輸入信號成比例，而且與輸入信號對時間的積分成比例。它的特點是能夠消除余差，但是積分控制作用比較緩慢、控制不及時。這種控制規(guī)律適用于對象滯后較小、負荷變化不大、控制結(jié)果不允許有余差存在的系統(tǒng)。③比例積分微分控制規(guī)律是在比例積分的基礎(chǔ)上再加上微分作用，微分作用是控制器的輸出與輸入的變化速度成比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。這種控制規(guī)律適用于對象容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。 33. 對象的純滯后和容量滯后各是什么原因造成的？對控制過程有什么影響？ 答：?對象的純滯后一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。在控制通道，如果存在純滯后，會使控制作用不及時，造成被控變量的最大偏差增加，控制質(zhì)量下降，穩(wěn)定性降低。在擾動通道，如果存在純滯后，相當于將擾動推遲一段時間才進入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。?對象的容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。容量滯后增加，會使對象的時間常數(shù)T增加。在控制通道，T大，會使控制作用對被控變量的影響來得慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。T小，會使控制作用對被控變量的影響來得快，系統(tǒng)的控制質(zhì)量有所提高，但時間常數(shù)不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)要適當匹配，否則都會影響控制質(zhì)量。在擾動通道，如果容量滯后增加，擾動作用對被控變量的影響比較平穩(wěn)，一般是有利于控制的。 34. 圖1-1所示是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進入反應(yīng)器進行反應(yīng)，通過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度保持不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量變化的擾動各是什么，圖中TT、TC各表示什么？ 圖1-1 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng) 35. 何為簡單控制系統(tǒng)？試畫出簡單控制系統(tǒng)的典型方塊圖，指出如何考慮組建這一系統(tǒng)。各部分的作用是什么？ 答：?所謂簡單控制系統(tǒng)，通常是指由一個被控對象、一個檢測元件及傳感器(或變送器)、一個控制器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此有時也稱為單回路控制系統(tǒng)。?在自動控制系統(tǒng)中，檢測元件及變送器用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)化成一種特定的信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）?？刂破鲗z測元件及變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進行比較得到偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預先設(shè)計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號（如氣壓信號或電流信號）發(fā)送給執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流入（或流出）被控變量的物料量或能量，克服擾動的影響，最終實現(xiàn)控制要求。 36. 請繪制出XW系列自動電子電位差計測量電橋原理圖，并分析橋路中的各電阻的作用。 答： 37. 模擬式控制器主要由哪幾部分組成?畫出其框圖，說明各部分的作用。 答：模擬式控制器主要由比較環(huán)節(jié)、放大器和反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成。比較環(huán)節(jié)的作用是將給定信號與測量信號進行比較，以產(chǎn)生與比較結(jié)果成比例的偏差信號。放大器實質(zhì)上是一個穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。反饋環(huán)節(jié)的作用是通過正、負反饋來實現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律。對于不同的模擬式控制器，其各部分的具體結(jié)構(gòu)形式及具體的聯(lián)接方式會有所不同。 四、計算題。 1． 用水刻度的流量計，測量范圍為0～15L/min，轉(zhuǎn)子用密度為7920kg/m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.85kg/L的苯的流量，問測量范圍為多少？若這時轉(zhuǎn)子的材料改為密度為2750kg/m3的鋁合金制成，問這時用來測量水的流量及苯的流量，其測量范圍各為多少？ 答：轉(zhuǎn)子流量計測量水時，其流量公式為：Q水=Φh√(2gv(ρi-ρ水)/ρ水A)。若將轉(zhuǎn)子材料更換后，并用來測量苯，其流量公式為：Q苯=Φh√(2gv(ρi-ρ苯)/ρ苯A)，所以有：Q苯/Q水=√（（ρi’-ρ苯）ρ水/（ρi-ρ水)ρ苯）=√（（2750-831）1000/（7920-1000)831）=0.578。Q苯=0.578Q水=0.57810=5.78L/min。故測量苯的量程為0~5.78L/min。 2． 用單法蘭液位計測量開口容器內(nèi)的液位，其最高液位和最低液位到儀表的距離分別為h1=1m和h2=3m（見圖）。若被測介質(zhì)的密度=980kg/m3，求： （1）變送器的量程為多少？ （2）是否需要遷移？遷移量為多少？ （3）如液面的高度h=2.5m，電液面計的輸出為多少？ 3． 如圖所示，用差壓變送器測量閉口容器的液位。已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被測介質(zhì)的密度ρ1=0.85kg/cm3，負壓管內(nèi)的隔離液為水，求變送器的調(diào)校范圍和遷移量。 4． 一個以水標定的轉(zhuǎn)子流量計，其轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，密度為 7290kg/m3,用來測量苯的流量，求流量計讀數(shù)為3.6升/秒時，苯的實際流量是多少？（苯的密度830kg/m3） 5． 圖示為電位差計線路圖。R2為冷端溫度補償電阻，在25℃時的阻值R2=5Ω。假定熱電偶的熱電勢每100℃是4mV，并設(shè)溫度與電勢是線性關(guān)系，求室溫25℃時：(1)上支路電流，(2)下支路電流：(3)下限溫度：(4)上限溫，(5)儀表量程：(6)若把儀表量程改成0～600 ℃ ，橋路電阻應(yīng)如何變化? （要點如下） 解 由于滑線電阻兩端都有一小段觸點滑不過去的部分，因此兩端各有一小段電阻，一般為 全電阻的3%~5%，用λ表示。在此取λ=0.03，兩端剩下的電阻各為λRnP=λRP∥RM。 ( 各1分) 所以下限溫度為：( 1分) （4）當觸點滑至上限B時 ( 1分) （5）儀表量程S=998-152=846℃ （6）當儀表量程改成0~600℃時，其上、下限溫度都發(fā)生變化，由于熱電偶沒改變，其下支路電阻不發(fā)生改變，只是上支路電阻發(fā)生改變。要改變量程，只有改變量程電阻RM。 因為 所以 因為 所以 當熱電偶為0℃時，由于環(huán)境溫度為25℃，這時熱電偶兩端的熱電勢 所以 ( 1分) 注意：未考慮l=0.03，按l=0計算也算對。 6． 如圖15－11所示為一加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)示意圖。試畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式和調(diào)節(jié)器的正反作用，并簡述物料流量突然增加時該控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程。 解：該控制系統(tǒng)的方塊圖如圖15－12所示。當調(diào)節(jié)閥上的氣源中斷時，為了防止爐溫過高，燒壞爐子，應(yīng)關(guān)閉閥門，不再通入燃料氣，因此采用氣開閥。 在該控制系統(tǒng)中，當燃料氣流量增加時，加熱爐出口溫度升高，因此，加熱爐為“正作用”對象；測量變送元件的作用方向也為“正方向”；調(diào)節(jié)閥為氣開閥，也屬于“正作用”方向；為了保證系統(tǒng)具有負反饋，調(diào)節(jié)器應(yīng)為“反作用”方向。 12