何道清《儀表與自動化》課后答案.doc

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《儀表與自動化》第二版 第1章 自動控制系統(tǒng)基本概念 1-3 自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？ 解 自動控制系統(tǒng)主要由檢測變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(huán)節(jié)組成。 1-5 題1-5圖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所代表的意義。 題1-5圖 加熱器控制流程圖 解 PI-307表示就地安裝的壓力指示儀表，工段號為3，儀表序號為07； TRC-303表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號為3，儀表序號為03； FRC-305表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號為3，儀表序號為05。 1-7 在自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？ 解 測量變送裝置的功能是測量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）送往控制器； 控制器接受測量變送器送來的信號，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號（氣壓或電流）發(fā)送出去 執(zhí)行器即控制閥，它能自動地根據(jù)控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度，從而改變操縱變量的大小。 1-8．試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì)？ 解：被控對象（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、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。 被控變量——被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)?？叵到y(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。 給定值（或設(shè)定值或期望值）——人們希望控制系統(tǒng)實現(xiàn)的目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。 操縱變量（調(diào)節(jié)變量）——對被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。 操縱介質(zhì)(操縱劑)——用來實現(xiàn)控制作用的物料。 1-11 題l-11圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么？并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 題1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng) 解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度；操縱變量：冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有A、B兩種物料的溫度、進(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時，其測量值與給定值比較，獲得偏差信號，經(jīng)溫度控制器運算處理后，輸出控制信號去驅(qū)動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1-12 題1-11圖所示的溫度控制系統(tǒng)中，如果由于進(jìn)料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值，試說明此時該控制系統(tǒng)的工作情況，此時系統(tǒng)是如何通過控制作用來克服干擾作用對被控變量影響的？ 解：當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值（即升高）時，溫度測量元件測出溫度值與給定值比較，溫度控制器TC將比較的偏差經(jīng)過控制運算后，輸出控制信號使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來，這樣克服干擾作用對被控變量影響。 1-13 按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可分哪幾類？ 解：按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可以分為以下三類： 定值控制系統(tǒng)——給定值恒定的控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）——給定值隨機(jī)變化的系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng)——給定值按一定時間程序變化的系統(tǒng)。 1-19 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(90010)℃?？紤]安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃。現(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的1%（即900（1%）=9℃）的時間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？ 題1-19圖 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線 解 最大偏差A(yù)=950-900=50（℃）； 超調(diào)量B=950-908=42（℃）； 由于B=918-908=10（℃），所以，衰減比n=B:B=42:10=4.2； 余差C=908-900=8℃； 振蕩周期T=45-9=36(min)； 過渡時間ts=47min。 因為A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。 1-20 題l-20(a) 圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么？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題1-20(b) 圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，新的給定值為81℃）。 題1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制 解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 題解1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中：被控對象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量。 可能存在的干擾主要有：進(jìn)口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。 該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)： 最大偏差A(yù)=81.5-81=0.5（℃）； 由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰減比n=B:B=0.8:0.2=4； 余差C=80.7-81= -0.3（℃）。 第2章 被控對象的數(shù)學(xué)模型 2-1什么是對象特性？為什么要研究對象特性？ 解 對象特性就是的對象的輸出-輸入關(guān)系。 研究對象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)采用 自動化裝置組成自動控制系統(tǒng)時，首先也必須深入了解對象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)(也稱控制器參數(shù)的工程整定)，使系統(tǒng)正常地運行。被控對象的特性對自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的影響很大，所以必須對其深入研究。 2-2 何為對象的數(shù)學(xué)模型？靜態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么區(qū)別？ 解 對象特性的數(shù)學(xué)描述（方程、曲線、表格等）稱為對象的數(shù)學(xué)模型。 穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對象在穩(wěn)態(tài)時的輸入量與輸出量之間的關(guān)系；動態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對象在輸入量改變以后輸出量的變化情況。穩(wěn)態(tài)與動態(tài)是事物特性的兩個側(cè)面，可以這樣說，動態(tài)數(shù)學(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是對象在達(dá)到平衡狀態(tài)時的動態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個特例。 2-8 反映對象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？ 解：放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和滯后時間t 放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即 對象的放大系數(shù)K越大，就表示對象的輸入量有一定變化時，對輸出量的影響越大，或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，K實質(zhì)上是對象的靈敏度。 時間常數(shù)T是指當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間；或當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。 時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越大 對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時間t表示。 對象的滯后時間t，使對象的被控變量對輸入的變化響應(yīng)滯后，控制不及時。 2-11 已知一個對象特性是具有純滯后的一階特性，其時間常數(shù)為5min，放大系數(shù)為10，純滯后時間為2min，試寫出描述該對象特性的一階微分方程式。 解 該對象特性的一階微分方程為 2-12 如題2-12圖所示的RC電路中，已知R＝5kW，C＝2000mF。試畫出ei突然由0階躍變化到5V時的eo變化曲線，并計算出t＝T、t＝2T、t＝3T時的eo值。 題2-12圖 RC電路 解 RC電路的微分方程為 當(dāng)ei=5V時，微分方程的解為 eo=5(1-e-t/T) = 5(1-e-t/10) (V) （該系統(tǒng)的時間常數(shù)T=RC=5103200010-6=10s） 當(dāng)t=T時， eo=5(1-e-T/T)= 5(1-e-1)=3.16V； 當(dāng)t=2T時，eo=5(1-e-2T/T)= 5(1-e-2)=4.32V； 當(dāng)t=3T時，eo=5(1-e-3T/T)= 5(1-e-3)=4.75V。 題解2-12圖 RC電路的階躍響應(yīng)曲線 2-13 已知一個簡單水槽，其截面積為0.5m2，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在穩(wěn)定的情況下，輸入流量突然在原來的基礎(chǔ)上增加了0.1m3/h，試畫出水槽液位Dh的變化曲線。 解 這是一個積分對象，則 (m) 題解2-13圖 水槽液位Dh的變化曲線 2-14 為了測定某重油預(yù)熱爐的對象特性，在某瞬間（假定為t0=0）突然將燃料氣流量從2.5t/h增加到3.0t/h，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如題2-14圖所示。假定該對象為一階對象，試寫出描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式（分別以溫度變化量與燃料量變化量為輸出量與輸入量），并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式。 題2-14圖 重油預(yù)熱爐的 解 （輸入）燃料變化量 由題圖知,該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量(溫度)的變化量y(t)相對于輸入(燃料)變化量x(t)的關(guān)系(方程)為 當(dāng)x(t)=A=50/6(kg/min)=const.時，方程的解為 y(t)=KA(1-e-t/T)℃ 由題圖知，y()=KA=150-120=30℃,則 K=30/A=30/(50/6)=3.6(℃/(kg/min)) 首先不考慮延遲，y(t)的變化從t0=2min開始，到t1=8min時，實際變化時間t=6min，由題圖知 y(t)=y(6)=30(1-e-6/T)=145-120=25（℃） 由此解出 T=3.35(min) 所以 y(t)=30(1-e-t/3.35)℃ 若考慮滯后時間 t=2min，則 微分方程為 系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性，不會隨輸入信號的變化而變化，因此，前面求解過程中所確定的K和T的值是不變的。所以，當(dāng)燃料變化量x(t)=A=1時，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式為 yt(t)=y(t-t)=3.6(1-e-(t-2)/3.35)℃ 第3章 檢測儀表與傳感器 3-1 什么叫測量過程？ 解 測量過程就是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程 3-5 某一標(biāo)尺為0~1000℃的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗，其刻度標(biāo)尺上的各點測量結(jié)果分別為： 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001 (1)求出該溫度儀表的最大絕對誤差值； (2)確定該溫度儀表的精度等級； (3)如果工藝上允許的最大絕對誤差為8C，問該溫度儀表是否符合要求？ 解 (1) 校驗數(shù)據(jù)處理： 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001 絕對誤差/℃ 0 +1 +2 +4 +6 +5 +3 +1 由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：+6℃； (2)儀表誤差：， 儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級； (3)儀表的基本誤差：Dm=1000(1.0%)=10℃, 該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。 3-6 如果有一臺壓力表，其測量范圍為0~10MPa，經(jīng)校驗得出下列數(shù)據(jù)： 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù)/MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù)/MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 (1)求出該壓力表的變差； (2)問該壓力表是否符合1．0級精度？ 解 （1）校驗數(shù)據(jù)處理： 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù)/MPa 0 1 98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù)/MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 壓力表的變差/% 0 0.4 0.7 1.2 0.6 0.2 被校表正、行程讀數(shù)平均值 /MPa 0 2.00 3.995 6.00 8.00 10.00 儀表絕對誤差/ MPa 0 0.00 -0.005 0.00 0.00 0.00 由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差：1.2%； （2）儀表誤差：； 但是，由于儀表變差為1.2%>1.0%，所以該壓力表不符合1.0級精度。 3-7．什么叫壓力？表壓力、絕對壓力、負(fù)壓力(真空度)之間有何關(guān)系？ 解 （1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即P=F/S（壓強(qiáng)）。 （2）絕對壓力是指物體所受的實際壓力； 表壓力=絕對壓力-大氣壓力； 負(fù)壓力（真空度）=大氣壓力-絕對壓力 3-10．作為感受壓力的彈性元件有哪幾種？ 解 彈簧管式彈性元件、薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種）、波紋管式彈性元件。 3-11．彈簧管壓力計的測壓原理是什么？試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。 解：（1）彈簧管壓力計的測壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測壓力p的大小。 （2）彈簧管式壓力計的主要組成：彈簧管（測量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。 （3）彈簧管壓力計測壓過程為：用彈簧管壓力計測量壓力時，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大機(jī)構(gòu)將這個很小的位移量放大從而帶動指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。 3-14 電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點？ 解 見教材第3章3.2.5節(jié)。當(dāng)差動電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。 其特點：輸出信號與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測量。 3-15 某壓力表的測量范圍為0～1MPa，精度等級為1.0級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為0.5MPa時，標(biāo)準(zhǔn)壓力計上讀數(shù)為0.508MPa，試問被校壓力表在這一點是否符合1級精度，為什么？ 解 壓力表允許的最大絕對誤差為 Dmax=1.0MPa1.0%=0.01MPa 在校驗點0.5MPa處，絕對誤差為 D=0.5-0.508=-0.008(MPa) 該校驗點的測量誤差為 故該校驗點不符合1.0級精度。 3-16．為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)測量大小來選取？選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值有何問題？ 解 （1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實際使用時的測量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。 （2）由于儀表的基本誤差Dm由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大測量誤差。 3-17 如果某反應(yīng)器最大壓力為0.8MPa，允許最大絕對誤差為0.01MPa。現(xiàn)用一臺測量范圍為0~1.6MPa，精度為l.0級的壓力表來進(jìn)行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為0~1.0MPa，精度為1.0級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。 解 用0~1.6MPa、精度為l.0級的壓力表來進(jìn)行測量的基本誤差 D1max=1.6MPa1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允許值) 該表不符合工藝上的誤差要求。 用0~1.0MPa、精度為l.0級的壓力表來進(jìn)行測量的基本誤差 D2max=1.0MPa1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允許值) 該表符合工藝上的誤差要求。 3-18 某臺空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.1~1.6MPa，工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5％，試選擇一臺合適的壓力計(類型、測量范圍、精度等級)，并說明其理由。 解 空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限pmin=1.1MPa，工作壓力上限pmax=1.6MPa。設(shè)所選壓力表量程為p，則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有 根據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測量范圍為0~2.5MPa的電接點壓力表。 根據(jù)測量誤差要求，測量的最大誤差為 Dmax1.15%=0.055(MPa) 則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足 要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。 3-19 某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求誤差不超過0.4MPa，試選用一臺就地指示的壓力表(給出型號、測量范圍、精度等級)。 解 合成塔控制壓力14MPa為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為p，則 根據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選YX-150型、測量范圍為0~25MPa的電接點壓力表。 根據(jù)測量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足 要求，故可選精度等級為1.5級的壓力表。 3-20 現(xiàn)有一臺測量范圍為0~1.6MPa，精度為1.5級的普通彈簧管壓力表，校驗后，其結(jié)果為： 被校表讀數(shù)/MPa 0．0 0．4 0．8 1．2 1．6 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa 0．000 0．385 0．790 1．210 1．595 標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa 0．000 0．405 0．810 1．215 1．595 試問這臺表合格否？它能否用于某空氣貯罐的壓力測量（該貯罐工作壓力為0.8~1.0MPa，測量的絕對誤差不允許大于0.05MPa）？ 解 壓力表的校驗 表3-1 壓力表的校驗數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果 被校表讀數(shù)/MPa 0.0 0.4 0.8 1.2 　 1.6 最大誤差 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa 0.000 0.385 0.790 1.210 　1.595 標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa 0.000 0.405 0.810 1.215 　 1.595 升降變差/MPa 0.000 0.020 0.020 0.005 　0.000 0.020 標(biāo)準(zhǔn)表上、下行程讀數(shù)平均值/MPa 0.000 0.395 0.800 1.2125 　1.595 絕對誤差D/MPa 0.000 0.005 0.000 -0.013 　0.005 -0.013 儀表的最大引用誤差（從絕對誤差和升降變差中選取絕對值最大者做為Dm，求儀表的最大引用誤差） 所以，這臺儀表1.5級的精度等級合格。 空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且pmax=1.0MPa<1.62/3MPa；pmin=0.8MPa>1.61/3MPa；最大誤差Dmax=1.61.5%=0.024MPa<0.05MPa。所以這臺儀表能用于該空氣貯罐的壓力測量。 3-24．什么叫節(jié)流現(xiàn)象？ 流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差？ 解：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，稱為節(jié)流現(xiàn)象。 流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。 3-28 為什么說轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計？ 解：轉(zhuǎn)子流量計測量流體流量時，轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差Dp為一常數(shù)，即 =const.（恒量） 3-32 用轉(zhuǎn)子流量計來測氣壓為0.65MPa、溫度為40℃的CO2氣體的流量時，若已知流量計讀數(shù)為50L/s，求CO2的真實流量（已知CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的密度為1.977kg／m3）。 解 由題知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K， T1=273+40=313（K）；r0=1.293kg/Nm3；r1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。則 3-33 用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計，測量范圍為0～10L/min，轉(zhuǎn)子用密度為7920kg／m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.831kg／L苯的流量，問測量范圍為多少？若這時轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750kg／m3的鋁制成，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？ 解 由題知rt=7920kg／m3，rf=0.831kg／L=831kg／m3，rW=1000／m3，Q0=10 L/min 測苯的流量的修正系數(shù)為 Qr=Q0/KQ=10/0.911.1(L/min) 所以，苯的流量測量范圍為0～11.1L/min。 當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，rr=2750kg／m3，此時測水的流量的修正系數(shù)為 Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min) 所以，此時測水的流量的測量范圍為0～5L/min 測苯的流量的修正系數(shù)為 Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75（L/min） 所以，此時測苯的流量的測量范圍為0～5.75L/min。 3-36 渦輪流量計的工作原理及特點是什么？ 解：（1）渦輪流量計的工作原理：流體在管道中流動時使葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，反映流體流速的大小。流速與管道截面的乘積就是流體的流量。 （2）渦輪流量計的特點：安裝方便、測量精度高、可耐高壓、反應(yīng)快、便于遠(yuǎn)傳、不受干擾、容易磨損等特點。 3-37 電磁流量計的工作原理是什么？它對被測介質(zhì)有什么要求？ 解 電磁流量計的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場中流動時切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的電磁感應(yīng)原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動勢也越大，感應(yīng)電動勢與流量成正比。電磁流量計只能用來測量導(dǎo)電液體的流量。 3-46 什么是液位測量時的零點遷移問題？怎樣進(jìn)行遷移？其實質(zhì)是什么？ 解 （1）當(dāng)被測容器的液位H=0時，差壓液位計所感受的壓差Dp≠0的現(xiàn)象，稱為液位測量時的零點遷移， 3-48 測量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況)時，經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐(見題3-19圖)，問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮？ 題3-19圖 高溫液體的液位測量 解：差壓液位計正壓室壓力 p1=rgh1+ rgH+p0 負(fù)壓室壓力 p2=rgh2+ p0 正、負(fù)壓室的壓差 Dp=p1-p2= rgH-(h2-h1) rg H=0時，Dp= -(h2-h1) rg。 這種液位測量時，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使H=0時，Dp=0，該差壓變送器測液位時需要零點遷移，遷移量為(h2-h1) rg 3-54 什么是熱電偶的熱電特性？ 熱電偶的熱電勢由哪兩部分組成？ 解：（1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）A和B組成一個閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點溫度(T、T0)不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動勢效應(yīng)或塞貝克（Seebeck）效應(yīng)?；芈分械碾妱莘Q為熱動勢，用EAB(T，T0)或EAB(t，t0). （2）熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。 3-22．常用的熱電偶有哪幾種？所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線是什么？為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線？并說明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時要注意哪幾點？ 解：（1）常用的熱電偶有如下幾種： （2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下： （3）用廉價的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場變化的影響并與測量電路相連接。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時要注意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持延伸電極與熱電偶兩個接點溫度相等。 3-56 用熱電偶測溫時，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？ 解：（1）熱電偶的熱電勢只有當(dāng)T0（或t0）恒定是才是被測溫度T（或t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以T0＝0℃為參考溫度條件下測試制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若T0≠0℃，則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。 （2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導(dǎo)線法，0℃恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動補(bǔ)償法等。 3-57試述熱電偶溫度計、熱電阻溫度計各包括哪些元件和儀表？輸入、輸出信號各是什么？ 解：熱電偶溫度計由熱電偶（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是熱電勢。 熱電阻溫度計由熱電阻（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是電阻。 3-58 用K型熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端（室溫）為25C，求設(shè)備的溫度？如果改用E型熱電偶來測溫，在相同的條件下，E熱電偶測得的熱電勢為多少？ 解 用K型熱電偶測溫時，設(shè)設(shè)備的溫度為t，則E(t，25)=20mV，查K型熱電偶分度表，E(25，0)=1.000mV。根據(jù)中間溫度定律， E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 mV 反查K型熱電偶分度表，得t=508.4℃ 若改用E型熱電偶來測次設(shè)備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測得熱電勢為 EE(508.4，25)= EK(508.4，0)- EK(25，0)=37678.6-1496.5=36182.1mV36.18mV。 3-59 現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30℃，顯示儀表的機(jī)械零位在0℃時，這時指示值為400℃，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃對不對？為什么？正確值為多少度？ 解 認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃不對。 設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為t，實測熱電勢為E(t，30)，根據(jù)顯示儀表指示值為400℃，則有E(t，30)= E(400，0)，由中間溫度定律并查鎳鉻-銅鎳（E型）熱電偶分度表，有 E(t，0)= E(t，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28943+1801=30744mV 反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度t=422.5℃ 3-60．試述熱電阻測溫原理？常用測溫?zé)犭娮栌心膸追N？熱電阻的分度號主要有幾種？相應(yīng)的R0各為多少？ 解：（1）熱電阻測溫原理：電阻－溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。 （2）常用測溫?zé)犭娮栌校恒K熱電阻和銅熱電阻。 （3）鉑熱電阻的分度號主要有： Pt100，（R0=100W）； Pt50，（R0=50W）； Pt1000，（R0=1000W）；等 銅熱電阻的分度號主要有： Cu100，（R0=100W）； Cu50，（R0=50W）；等 3-62 用分度號為Ptl00鉑電阻測溫，在計算時錯用了Cul00的分度表，查得的溫度為140℃，問實際溫度為多少？ 解 查Cul00的分度表，140℃對應(yīng)電阻為159.96W，而該電阻值實際為Ptl00鉑電阻測溫時的電阻值，反查Ptl00的分度表，得實際溫度為157℃ 3-63 用分度號為Cu50、百度電阻比W(100)=R100/R0=1.42的銅熱電阻測某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測溫度為50℃時，該熱電阻的阻值R50為多少？ 若測某一環(huán)境溫度時熱電阻的阻值為92W，該環(huán)境溫度為多少？ 解 分度號為Cu50、百度電阻比W(100)=1.42的銅熱電阻，其R0=50W，R100=501.42=71W。則該銅熱電阻測溫的靈敏度k為 (W/℃) 被測溫度為50℃時，電阻值R50=50W+0.21W/℃50℃=60.5W。 當(dāng)測某一環(huán)境溫度時，若熱電阻的阻值Rt=92W，則對應(yīng)的環(huán)境溫度為 t=(92-50)/0.21=200℃。 第4章 顯示儀表 4-10 對于標(biāo)尺始端為0℃的電子電位差計，當(dāng)熱電偶的熱端為0℃，冷端為25℃時，問這時應(yīng)指示多少度？輸入信號為多少？若熱端為0℃，冷端也為0℃時，這時應(yīng)指示多少度？輸入信號為多少？ 解 當(dāng)熱電偶的熱端為0℃，冷端為25℃時，應(yīng)指示0℃； 輸入信號為E(0，25)= -E(25，0)。 若熱端為0℃，冷端也為0℃時，這時應(yīng)指示0℃；輸入信號為E(0，0)=0。 4-12 如題4-12圖所示熱電偶測溫系統(tǒng)，熱電偶的型號為K，請回答： (1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計？ (2)顯示儀表應(yīng)采用哪種儀表？該儀表的輸入信號是多少？應(yīng)指示多少溫度？ 題4-12圖 熱電偶測溫系統(tǒng)圖 解 （1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。 （2）顯示儀表應(yīng)采用XCZ-101型動圈式顯示儀表或電子電位差計顯示儀表；儀表的輸入信號是K型熱電偶的熱電勢E(600，25)， E(600，25)= E(600，0) - E(25，0)=24902 -1000=23902（mV）； 指示溫度應(yīng)為600℃（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動補(bǔ)償，能直接顯示被測溫度）。 4-13 測溫系統(tǒng)如題4-13圖所示。請說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計？已知熱電偶為K，但錯用與E配套的顯示儀表，當(dāng)儀表指示為160℃時，請計算實際溫度tx為多少度？（室溫為25℃） 題4-13圖 測溫系統(tǒng)圖 解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。 當(dāng)與E型熱電偶配套的顯示儀表指示為160℃、室溫為25℃時，顯示儀表的輸入信號應(yīng)為E型熱電偶在熱端為160℃、冷端為25℃時的熱電勢EE(160，25)。而顯示儀表外實際配用的是K型熱電偶，其輸入的熱電勢EE(160，25)，實際應(yīng)為K型熱電偶在熱端為tx℃、冷端為25℃時的熱電勢EK(tx，25)，即EK(tx，25)= EE(160，25)。 EE(160，25)= EE(160，0) - EE(25，0) 查E型熱電偶分度表EE(160，0) = 10501mV，EE(25，0)=1496.5mV，則 EE(160，25)=10501-1496.5=9004.5mV EK(tx，0) =EK(tx，25)+ EK(25，0) =9004.5+1000(查K型熱電偶分度表) =10004.5（mV） 反查K型熱電偶分度表，得tx=246.4℃ 4-14 試述電子自動平衡電橋的工作原理？當(dāng)熱電阻短路、斷路或電源停電時，指針應(yīng)指在什么地方？為什么？ 解 電子自動平衡電橋的原理電路如下圖所示。 題解4-14圖 電子平衡電橋測溫原理圖 當(dāng)被測溫度為測量下限時，Rt有最小值及Rt0，滑動觸點應(yīng)在RP的左端，此時電橋的平衡條件是 R3（Rt0+RP）=R2R4 （1） 當(dāng)被測溫度升高后，熱電阻阻值增加DRt，滑動觸點應(yīng)右移動才能使電橋平衡，此時電橋的平衡條件是 R3（Rt0+DRt+RP-r1）=R2(R4+ r1) （2） 用式（1）減式（2），則得 DRt R3- r1R3= R2r1 即 （3） 從上式可以看出：滑動觸點B的位置就可以反映熱電阻阻值的變化，亦即反映了被測溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 當(dāng)熱電阻短路時，Rt=0，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向左滑動，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時，Rt=，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向右滑動，直至終終端；當(dāng)電源停電時，指針指在任何位置，電橋輸出都為0，（電橋“平衡”）。 4-19 有一分度號為Cul00的熱電阻，接在配分度號為Ptl00的自動平衡電橋上，指針讀數(shù)為143℃，問所測實際溫度是多少? 解 溫度為143℃時，分度號為Ptl00的熱電阻阻值（查Ptl00分度表）為154.70W。而自動平衡電橋上實際接的是分度號為Cul00的熱電阻，利用154.70W查Cul00分度表，得所測實際溫度為128℃。 4-20有一配K分度號熱電偶的電子電位差計，在測溫過程中錯配了E分度號的熱電偶，此時儀表指示196℃，問所測的實際溫度是多少?此時儀表外殼為28℃。 解 電子電位差計指示196℃，輸入信號為 EK(196，28)= E(196，0)- E(28，0)=7.977-1.122=6.855(mV)， 而該熱電勢實際是由E型熱電偶提供的。設(shè)所測的實際溫度為t，則有 EE(t，0)= EE(t，28)- EE(28，0)= EK(196，28)+ EE(28，0)=6.855+1.679=8.534(mV) 查E型熱電偶分度表，得所測的實際溫度為t=132.2℃ 第5章 自動控制儀表 5-1 什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī)律？ 解 控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號p與輸入信號e之間的關(guān)系，即 控制器的基本控制規(guī)律有：位式控制（其中以雙位控制比較常用）；比例控制(P)；積分控制(I)；微分控制(D)。 5-4 何為比例控制器的比例度？一臺DDZ—Ⅱ型液位比例控制器，其液位的測量范圍為0~1.2m，若指示值從0.4m增大到0.6m，比例控制器的輸出相應(yīng)從5mA增大到7mA，試求控制器的比例度及放大系數(shù)。 解 比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為： 式中 e ——輸入變化量； p ——相應(yīng)的輸出變化量； ——輸入的最大變化量，即儀表的量程； ——輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。 根據(jù)題給條件，該控制器的比例度為 對于單元組合儀表，其放大系數(shù)為 KP=1/d=1/83.3%=120% 5-5 一臺DDZ—Ⅲ型溫度比例控制器，測量的全量程為0～1000℃，當(dāng)指示值變化100℃，控制器比例度為80％，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？ 解 控制器的輸出變化量 p=1.6/80%=2(mA) 5-9 一臺具有比例積分控制規(guī)律的DDZ—Ⅱ型控制器，其比例度d為200％，穩(wěn)態(tài)時輸出為5mA。在某瞬間，輸入突然變化了0.5mA，經(jīng)過30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA，試問該控制器的積分時間TI為多少？ 解 控制器的放大倍數(shù) KP=1/d=1/200%=0.5 控制器的輸入變化量為A=0.5mA；控制器的輸出變化量為Dp=6-5=1(mA)，經(jīng)歷時間t=30s。由 得 5-10 某臺DDZ—Ⅲ型比例積分控制器，比例度d為100％，積分時間TI為2min。穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某瞬間，輸入突然增加了0.2mA，試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？ 解 控制器的放大倍數(shù) KP=1/d=1/100%=1 控制器的積分時間TI=2min，穩(wěn)態(tài)輸出p0=5mA；控制器的輸入變化量為A=0.2mA。經(jīng)歷時間t=5min。則輸出變化量 所以，經(jīng)歷時間5min后，控制器的輸出為 p=p0+Dp=5+0.7=5.7(mA) 5-12 試寫出比例積分微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 解 PID控制器的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 其中，e—輸入變化量；p—相應(yīng)的輸出變化量；KP—放大倍數(shù)；TI—稱為積分時間；TD—微分時間。 5-13 試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點。 解 比例控制規(guī)律的特點是反應(yīng)快，控制及時；存在余差(有差控制) 積分控制規(guī)律的特點是控制動作緩慢，控制不及時；無余差(無差控制) 微分控制規(guī)律的特點是控制響應(yīng)快，故有超前控制之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制器。 5-26 請寫出下面對應(yīng)的ACMY-S80的STL指令 解 （1）LD 00000 （2）LD 00000 OR 00003 LD 00002 LD NOT 00001 OR 00005 OR NOT 00004 LD 00003 AND LD OR NOT 00006 AND 00002 AND LD OUT -01000 OR LD AND 00001 OUT 01000 第 6章 執(zhí)行器 6-1 氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？ 解 氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)輸入控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力F和直線位移l，推動控制機(jī)構(gòu)動作，所以它是將控制信號的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與操縱介質(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。 6-4 試分別說明什么叫控制閥的流量特性和理想流量特性？ 常用的控制閥理想流量特性有哪些？ 解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系： 式中，相對流量Q/Qmax是控制閥某一開度時流量Q與全開時流量Qmax之比；相對開度l/L是控制閥某一開度行程l與全開行程L之比。 在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。主要有： 直線流量特性 ； 等百分比（對數(shù)）流量特性 ； 拋物線流量特性 ； 快開流量特性 等四種。 6-7 什么叫控制閥的可調(diào)范圍？ 在串、并聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會變化？ 解 控制閥的可調(diào)范圍（可調(diào)比）是其所能控制的最大流量Qmax與最小流量Qmin的比值，即 在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會變小。 6-8 已知閥的最大流量Qmax＝50m3/h，可調(diào)范圍R＝30。 （1）計算其最小流量Qmin，并說明Qmin是否就是閥的泄漏量。 （2）若閥的流量特性為直線流量特性，問在理想情況下閥的相對行程l/L為0.2及0.8時的流量值Q。 （3）若閥的流量特性為等百分比流量特性，問在理想情況下閥的相對行程為0.2及0.8時的流量值Q。 解 （1）由，得。Qmin不是閥的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。 （2）由直線流量特性，得， l/L= 0.2時， l/L= 0.8時， （3）由等百分比流量特性，得， l/L= 0.2時， l/L= 0.8時， 6-9閥的理想流量特性分別為直線流量特性和等百分比流量特性，試求出在理想情況下，相對行程分別為l/L＝0.2和0.8時的兩種閥的相對放大系數(shù)。（閥的可調(diào)比R=30） 解 當(dāng)閥的理想流量特性為直線流量特性時，由，得，即與l/L的值無關(guān)，所以，對于相對行程分別為l/L＝0.2和0.8時的直線流量特性閥，均有 K相對=1-1/R=1-1/30=0.967。 當(dāng)閥的理想流量特性為等百分比流量特性時，由，得，則 當(dāng)l/L＝0.2時， 當(dāng)l/L＝0.8時， 6-10 已知閥的最大流量Qmax＝100m3/h，可調(diào)范圍R＝30。試分別計算在理想情況下閥的相對行程為l/L=0.1、0.2、0.8、0.9時的流量值Q，并比較不同理想流量特性的控制閥在小開度與大開度時的流量變化情況。 (1) 直線流量特性。 (2) 等百分比流量特性。 解 (1) 根據(jù)直線流量特性，相對流量與相對行程之間的關(guān)系： 分別在公式中代入數(shù)據(jù)Qmax＝100m3/h，R＝30，l/L=0.1、0.2、0.8、0.9等數(shù)據(jù)，可計算出在相對行程為0.1、0.2、0.8、0.9時的流量值： Q0.1＝13m3/h Q0.2＝22.67 m3/h Q0.8＝80.67 m3/h Q0.9＝90.33 m3/h。 (2) 根據(jù)等百分比流量特性的相對流量與相對行程之間的關(guān)系： 分別代入上述數(shù)據(jù)，可得： Q0.1＝4.68m3/h Q0.2＝6.58m3/h Q0.8＝50.65m3/h Q0.9＝71.17m3/h。 由上述數(shù)據(jù)可以算得，對于直線流量特性的控制閥，相對行程由10％變化到20％時，流量變化的相對值為： ； 相對行程由80％變化到90％時，流量變化的相對值為： %。 由此可見，對于直線流量特性的控制閥，在小開度時，行程變化了10％，流量就在原有基礎(chǔ)上增加了74.4％，控制作用很強(qiáng)，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開度時(80％處)；行程同樣變化了10％，流量只在原有基礎(chǔ)上增加了12％，控制作用很弱，控制不夠及時、有力，這是直線流量特性控制閥的一個缺陷。 對于等百分比流量特性的控制閥，相對行程由10％變?yōu)?0％時，流量變化的相對值為： ； 相對行程由80％變到90％時，流量變化的相對值為： 。 故對于等百分比特性控制閥，不管是小開度或大開度時，行程同樣變化了10％，流量在原來基礎(chǔ)上變化的相對百分?jǐn)?shù)是相等的，故取名為等百分比流量特性。具有這種特性的控制閥，在同樣的行程變化值下，小開度時，流量變化小，控制比較平穩(wěn)緩和；大開度時，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個優(yōu)點。 6-11 什么是串聯(lián)管道中的阻力比s？s值的變化為什么會使理想流量特性發(fā)生畸變？ 解 串聯(lián)管道中的阻力比s為 s值變化時，管道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進(jìn)而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。s = 1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓差全降在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著s值的減小，直線特性漸漸趨近于快開特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實際使用中，一般希望s值不低于0.3，常選s=0.3~0.5。s>0.6時，與理想流量特性相差無幾。 6-12 什么是并聯(lián)管道中的分流比x ？ 試說明x值對控制閥流量特性的影響？ 解 并聯(lián)管道中的分流比x為 x值變化時，控制閥的流量變化，控制閥所控制的流量與總管的流量產(chǎn)生差異，因此，其理想流量特性將會發(fā)生畸變。x=1時，控制閥的流量就是總管的流量，工作特性與理想特性一致。隨著x值的減小，旁路閥逐漸打開，雖然控制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。 6-13 已知某控制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為100kPa，阻力比為s=0.5。閥全開時流過水的最大流量為60m3/h。閥的理想可調(diào)范圍R=30，假設(shè)流動狀態(tài)為非阻塞流。問該閥的額定(最大)流量系數(shù)Kmax及實際的可調(diào)范圍Rr為多少？ 解 由 ，得控制閥全開時閥上壓差 Dp1=Dps=1000.5=50 kPa，則 實際的可調(diào)范圍Rr為 6-14 某臺控制閥的額定流量系數(shù)Kmax＝100。當(dāng)閥前后壓差為200kPa時，其兩種流體密度分別為1.2g／cm3和0.8g／cm3，流動狀態(tài)均為非阻塞流時，問所能通過的最大流量各是多少？ 解 由，得 當(dāng)r=1.2g／cm3時， 當(dāng)r=0.8g／cm3時， 6-15 對于一臺可調(diào)范圍R＝30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為Kmax＝100，流體密度為1g/cm3。閥由全關(guān)到全開時，由于串聯(lián)管道的影響，使閥兩端的壓差由l00kPa降為60kPa，如果不考慮閥的泄漏量的影響，試計算系統(tǒng)的阻力比（或分壓比）s，并說明串聯(lián)管道對可調(diào)范圍的影響（假設(shè)被控流體為非阻塞的液體）。 解 由于阻力比s等于控制閥全開時閥上壓差與系統(tǒng)總壓差之比，在不考慮閥的泄漏量的影響時，閥全關(guān)時閥兩端的壓差就可視為系統(tǒng)總壓差，故本系統(tǒng)總壓差為l00kPa，閥全開時兩端壓差為60kPa，所以阻力比： 。 由于該閥的Cmax＝100，R＝30，在理想狀況下，閥兩端壓差維持為l00kPa，流體密度為1g/cm3，則最大流量Qmax＝l00m3/h，最小流量Qmin＝Qmax／R＝100/30＝3.33m3/h。 對于非阻塞流的液體， 。 串聯(lián)管道時，由于壓差由l00kPa降為60kPa，故這時通過閥的最大流量將不再是l00m3/h，而是 。 這時的可調(diào)范圍 ；（或） 由上可見，串聯(lián)管道時，會使控制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會有所降低。如果s值很低，會使可調(diào)范圍大大降低，以至影響控制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的控制作用。 當(dāng)然，從節(jié)能的觀點來看，s值大，說明耗在閥上的壓降大，能量損失大，這是不利的一面。 6-16 某臺控制閥的流量系數(shù)Kmax＝200。當(dāng)閥前后壓差為1.2MPa，流體密度為0.81g/cm3，流動狀態(tài)為非阻塞流時，問所能通過的最大流量為多少？如果壓差變?yōu)?.2MPa時，所能通過的最大流量為多少？ 解 由公式 ， 得 當(dāng)壓差變?yōu)?.2MPa時，所能通過的最大流量為： 上述結(jié)果表明，提高控制閥兩端的壓差時，對于同一尺寸的控制閥，會使所能通過的最大流量增加。換句話說，在工藝上要求的最大流量已經(jīng)確定的情況下，增加閥兩端的壓差，可以減小所選擇控制閥的尺寸(口徑)，以節(jié)省投資。這在控制方案選擇時，有時是需要加以考慮的。例如離心泵的流量控制，其控制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線上，這是因為離心泵的吸入高度(壓頭)是有限的，壓差較小，將會影響控制閥的正常工作。同時，由于離心泵的吸入壓頭損失在控制閥上，以致會影響離心泵的正常工作。 6-18 什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？ 解 氣動執(zhí)行器（控制閥）的氣開式為，有壓力控制信號時閥開，無壓力控制信號時閥處于全關(guān)；氣關(guān)式為，有壓力控制信號時閥關(guān)，無壓力控制信號時閥