化工仪表及其自动化第四版厉玉鸣答案.pdf

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1、第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 1什么是化工自动化？它有什么重要意义？ 答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使 生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。 化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低 劳动强度， 改善劳动成本， 改变劳动方式； 确保生产安全。 6图 1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说 明图中 PI-307、TRC-303、FRC-305 所代表的意义。 答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪 表，工段号为 3，仪表序号为 07。仪表安装在现场。

2、 TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一 台温度记录控制仪表，工段号为 3，仪表序号为 03。仪表安装在集中仪表盘面上。 FRC-305： 表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表， 工段号为 3， 仪表序号为 05。仪表安装在集中仪表盘面上。 8自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用? 答： 在自动控制系统中， 测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信 号（如气压信号或电压、电流信号等） ；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需 要保持的设定值信号进行比较得出偏差， 根据偏差的大小及变化趋势， 按预先设计好的控制 规律进行

3、运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器；执行 器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量， 克服扰动的影响，最终实现控制要求。 9试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量? 答：被控对象自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。 被控变量被控对象内要求保持一定数值 （或按某一规律变化） 的工艺参数 （物理量） 。 设定值工艺规定被控变量所要保持的数值。 操纵变量受控制器操纵的， 用以克服干扰的影响， 使被控变量保持一定数值的物料 量或能量。 11图 1-17 所示是一反应器温度控制系统示意图。A. B 两

4、种物料进入反应器进行反应， 通过改变进入夹套的冷却水流 量来控制反应器内的温度保持不变。 试画出该温度控制系统 的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操 纵变量及可能影响被控变量变化的干动是什么? 解：反应器的温度控制系统的方块图如下图所示。 干扰 T 反应器控制器 执行器 测量、变送 TCP 反应器温度控制系统中被控对象为反应器； 被控变量为反应器内温度； 操作变量为冷却 水流量。 可能影响被控变量变化的干扰是：A、B 物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压 力及搅拌器的转速等。 21 某化学反应器工艺规定操作温度为(900 士 10) 。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值

5、 最大不得超过 80。 现设计的温度定值控制系统， 在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图 1-18 所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏 差、超调量、衰减比、过和振荡周期，并回答该 控制系统能否满足题中所给的工艺要求？ 解：由反应器过渡过程曲线可知： 最大偏差 A=950 一 900 = 50 超调量 B= 950 一 908 = 42 衰减比 n 第一个波峰值与新稳定值之差 B=950 一 908 = 42 第二个波峰值与新稳定值之差 B =918 一 908 = 10 n =B / B =42:10=4.2:1 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故振荡周期 T =45 一 9 =

6、 36 min 因为最大偏差 A=50 80，且新稳定值 908符合题中要求的(90010)，故该控 制系统能满足题中所给的工艺要求。 第二章第二章 过程特性及其数学模型过程特性及其数学模型 作业题（作业题（P32-33） 9为什么说放大系数 K 是对象的静态特性？而时间常数 T 和滞后时间是对象的动态特 性？ 答：放大系数 K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，即 由于放大系数 K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是 描述对象静态特性的参数。 时间常数 T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到 新的稳态值所需要的

7、时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的 63.2%所需要的时间。时间常数是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是描述对象动态特 性的一个重要参数。 滞后时间是纯滞后时间 0 和容量滞后 r 的总和。输出变量的变化落后于输人变量变 化的时间称为纯滞后时间， 纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引 起的。 容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 所以滞后时间 也是反映对象动态特性的重要参数。 14为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为 t0=0）突然将燃料气量从 2.5t/h 增加到 3. 0t/h.重油出口温度记录仪得到的阶跃

8、反应曲线如图 2-25 所示。假定该对象为一阶 对象， 试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式 （分别以温度变化量与燃料量变化量为输 人量与输出量)，并写出燃料量变化量为 0.5t/h 时温度变化量的函数表达式。 解：该对象为具有纯滞后的一阶对象，由图 2-25 可得出 放大系数 150 120 60 3.02.5 K = （h/t） 由一阶对象的输出响应 (1) t T KAe = （14-1） 其中为温度的增量，A 为输入幅值，T 为时间常数，t为与相对应的时间增量。 145 12025=（） ， 3.02.50.5A =（t/h） ， 826t =（min） 将以上数据代入式（14-1）

9、 ，有 6 2560 0.5(1) T e = 可得 3.35T （min） 由于有纯滞后时间 2=（min） 故描述该重油预热炉特性的微分方程式为 (2) 3.35(2)60 ( ) dy t y tx t dt + += （14-2） 式中，y为输出量（温度变化值） ，x为输入量（燃料量变化值） 。 当燃料量变化量为 0.5t/h，由 14-1） ，得输出温度变化量的函数表达式 22 3.353.35 (1)60 0.5(1)30(1) ttt T KAeee =（2t ） （14-3） 第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 作业题（作业题（P90-92） 1什么叫测量过程？ 答

10、： 测量过程实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 一般利用专门的技 术工具（即测量仪表） ，将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种 便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。 3何为仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差? 答：工业上经常将绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示，称为相对百分误差，即 （仪表的测量范围上限值与下限值之差，称为该仪表的量程。 ） 根据仪表的使用要求， 规定一个在正常情况下允许的最大误差， 这个允许的最大误差就 叫允许误差。 允许误差一般用相对百分误差来表示， 即某一台仪表的允许误差是指在规定的 正常情况下允许的相对

11、百分误差的最大值，即 4何为仪表的精度等级？ 答：仪表的精确度简称精度，是用来表示仪表测量结果的可靠程度。仪表的精确度等级是将 仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“%”号去掉后的数值，以一定的符号表示在仪表 的标尺板上。目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4， 0.5，1.0，1.5，2.5，4.0 等。精度等级 1.0，表示该仪表允许相对百分误差误差为1.0%。 6有一台压力表，其测量范围为 010MPa，经校验得出下列数据： (1)、求出该压力表的变差； (2)、问该压力表是否符合 1.0 级精度？ 解：(1) 该仪表正、反行程各点标

12、准表读数的差值为： 0-0=0（MPa） ，2.02-1.98=0.04（MPa） ，4.03-3.96=0.07（MPa） ， 6.06-5.94=0.12（MPa） ，8.03-7.97=0.06（MPa） ，10.01-9.99=0.02（MPa） 。 故其正、反行程最大差值（即最大绝对差值） f =0.12（MPa） ，所以该压力表的变差为： f =%100 010 f =%100 010 12 . 0 =1.2%。 (2) 由于该压力表的变差已超过 1.0 级仪表的允许误差，故不符合 1.0 级精度。 9测压仪表有哪几类?各基于什么原理? 答：测压仪表按其转换原理的不同，主要有四大类

13、：液柱式压力计、弹性式压力计、电气式 压力计、活塞式压力计。 液柱式压力计是根据流体静力学原理， 将被测压力转换成液柱高度进行测量的； 弹性式 被校表读数/ MPa 0 2 4 6 8 10 标准表正行程读数/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 标准表反行程读数/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的； 电气式压力计是通过机械和电 气元件将被测压力转换成电量来进行测量的； 活塞式压力计是根据液压原理， 将被测压力转 换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的。 11弹簧管压力计的测压原理是

14、什么?试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 答：弹簧管压力计是利用弹簧管在被测压力作用下产生变形，使自由端产生位移，经放大机 构使指针偏转，从而指示出相应的压力值。 弹簧管压力计主要由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成。 弹簧管压力计测压过程：当通入被测压力 p 后，由于椭圆形截面在压力 p 的作用下，将 趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生向外挺直的扩张变形。由于变形，使弹簧管的 自由端产生位移。输入压力 p 越大，产生的变形也越大。由于输人压力与弹簧管自由端的位 移成正比，所以只要测得 B 点的位移量，就能反映压力 p 的大小。由于弹簧管自由端的位 移量一般很小， 直接显示有

15、困难， 所以必须通过放大机构才能指示出来。 具体的放大过程是， 弹簧管自由端 B 的位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，于是指针通过同轴的中心齿轮 的带动而作顺时针偏转， 在面板的刻度标尺上显示出被测压力 p 的数值。 游丝用来克服因扇 形齿轮和中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。 改变调整螺钉的位置 （即改变机械传动 的放大系数） ，可以实现压力表量程的调整。 16电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点? 答： 电容式压力传感器的工作原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。 将测压膜片作 为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的 弹性变形产生位

16、移改变了两极板之间的距离，造成电容量发生变化。 电容式压力传感器特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达 0.2 级、可 以测量压力和差压。 21某压力表的测量范围为 01MPa，精度等级为 1 级，试问此压力表允许的最大绝对误差 是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为 0.5MPa 时，标准压力计上读数为 0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合 1 级精度，为什么? 解：最大绝对误差max =（1-0）1% = 0.01（MPa） 在校验点为 0.5MPa 处，校验得到的绝对误差为 = 0.508-0.5 = 0.008（MPa）0.01（MPa） 故在该校验点

17、符合 1 级精度。 23如果某反应器最大压力为 0.8MPa，允许最大绝对误差为 0.01MPa。现用一台测量范围 为 01.6MPa，精度为 1 级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一 台测量范围为 01.0MPa ，精度为 1 级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：采用测量范围为 01.6MPa，精度为 1 级的压力表，其允许最大绝对误差 max=（1.6-0）1%= 0.016（MPa） 0.01（MPa） 超出了工艺上允许的最大绝对误差，故不能符合工艺上的误差要求。 若采用测量范围为 01.0MPa，精度为 1 级的压力表，其允许最大绝对误差 max=

18、（1.0-0）1%= 0.01（MPa）= 0.01（MPa） 等于工艺上允许的最大绝对误差，故能符合工艺上的误差要求。 27压力计安装要注意什么间题? 答： （1）压力计应安装在易观察和检修的地方； （2）安装地点应力求避免振动和高温影响； （3）针对被测介质的不同性质，要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施； （4）压力 计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄 漏； （5）当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量 误差应按pgH = 进行修正（式中为导压管中介质的密度，g为重力加速度，H为 高度差） ； （6）为安

19、全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁 或无人通过之处，以防发生意外。 30什么叫节流现象?流体经节流装置时为什么会产生静压差? 答：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异 的现象称为节流现象。 流体流经节流装置时， 由于流速发生变化， 使流体的动能发生变化， 根据能量守恒定律， 动能的变化必然引起静压能变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。 34为什么说转子流量计是定压降式流量计，而差压式流量计是变压降式流量计? 答：转子流量计在流量变化时，转子两端的压降是恒定的；而差压式流量计在流量变化时， 节流装置两端的压降也是随之

20、改变的。 38用转子流量计来测气压为 0.65Mpa，温度为 40的 CO2气体的流量时，若已知流量计 读数为 50L/s，求 CO2的真实流量（已知 CO2在标准状态时的密度为 1. 977kg/m3） 。 解：根据气体流量的修正公式，可计算得到 CO2的真实流量为 001 10 101 1.2930.65293.15 5099.1 1.9770.10133313.15 Tp QQ pT =（L/s） 注：按题中 0.65Mpa 为绝压进行计算 001 10 101 1.2930.75133293.15 50106.5 1.9770.10133313.15 Tp QQ pT =（L/s） 注

21、：按题中 0.65Mpa 为表压进行计算 39用水刻度的流量计，测量范围为 010L/min，转子用密度为 7920kg/m3的不锈钢制成。 若这时转子材料改为由密度为 2750kg/m3的铝制成，问这时用来测量苯的流量，其测量范围 为多少？苯的密度为 0.831kg/L 苯的流量。 解：转子流量计测量水时，其流量公式为： 水 Q=h A gv t 水 水 )(2 。若将转子材料更换 后，并用来测量苯，其流量公式为： 苯 Q=h A gv t 苯 苯 )(2 ， 所以有： 水 苯 Q Q = 苯水 水苯 )( )( t t = )8311000(7920 831)1000-2750( =0.5

22、78， 苯 Q=0.578 水 Q=0.57810=5.78 L/min。故测量苯的量程为 0-5.78 L/min。 41椭圆齿轮流量计的特点是什么？在使用中要注意什么问题？ 答：椭圆齿轮流量计的特点是：测量精度高、对流体黏度变化不敏感，特别适用于测量高黏 度的流体流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，一般不宜在高温或低温下使用。 使用椭圆齿轮流量计时， 要特别注意被测介质的温度不能大于流量计的使用温度。 因为 温度过高时，齿轮发生膨胀，有卡死的可能。此外，也应注意被测介质中不应含有固体颗粒 和夹杂机械物，以免引起齿轮磨损或损坏。 48按工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型？它们的工作

23、原理各是什么？ 答：按其工作原理主要有下列几种类型。 （1）直读式物位仪表 这类仪表主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。它们是利用连通 器的原理工作的。 （2）差压式物位仪表 这类仪表又可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。它们是利用 液柱或物位堆积对某定点产生压力的原理而工作的。 （3）浮力式物位仪表 这类仪表又可分为浮子带钢丝绳或钢带的、浮球带杠杆的和沉筒式 的几种。它们是利用浮子的高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子(或沉筒)的 浮力随液位高度而变化的原理来工作的。 （4）电磁式物位仪表 这类仪表可分为电阻式(即电极式)、电容式和电感式等几种。它们 是把物位的变化转换为一些电量

24、的变化，通过测出这些电量的变化来测知物位的。另外，还 有利用压磁效应工作的物位仪表。 （5）核辐射式物位仪表 这类仪表是利用核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而变 化的原理而工作的，目前应用较多的是射线。 （6）声波式物位仪表 这类仪表可以根据它的工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 几种。它们的原理是：由于物位的变化引起声阻扰的变化、声波的遮断和声波反射距离的不 同，测出这些变化就可以测知物位。 （7）光学式物位仪表 这类仪表是利用物位对光波的遮断和反射原理而工作的。它利用的 光源可以是普通白炽灯光，也可以是激光。 49 差压式液位计的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时， 差压计的

25、负压室为什么一 定要与容器的气相相连接？ 答：差压式液位变送器是利用容器内的液位改变时， 由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 如右图所示，将差压变送器的一端接液相，另一 端接气相。 设容器上部空间为干燥气体， 其压力为p， 则 1 2 ppgH pp =+ = 由此可得 12 pppgH = 式中，H为液位高度；为介质密度；g重力加速度； 1 p、 2 p分别为差压变送器正、负压室的压力。 当被测介质的密度是已知的， 则差压变送器测得的差压与液位高度成正比。 这样就把测 量液位高度转换为测量差压的问题了。 当测量有压容器的液位时， 即容器是受压的， 则需将差压变送器的负压室与容器的气相

26、 相连接，以平衡气相压力p变化时对液位测量的影响。 52什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？ 答： 在使用差压变送器测量液位时， 一般压差p与液位高度H之间的关系为：pgH =。 这就是一般的“无迁移”的情况。当0H=时，作用在正、负压室的压力是相等的。实际应 用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量 中，当被测液位0H =时，差压变送器正、负压室的压力并不相等，即0p ，这就是液 位测量时的零点迁移问题。 为了进行零点迁移，可调节仪表上的迁移弹簧，以使当液位0H =时，尽管差压变送器 的输入信号p不等于 0，但变送器的输出为最小

27、值，抵消固定压差的作用，此为“零点迁 移”方法。 零点迁移实质就是变送器零点的大范围调整，改变测量范围的上、下限，相当于测量范 围的平移，而不改变量程的大小。 59试述温度测量仪表的种类有哪些？各使用在什么场合？ 答：按照测量方式的不同，温度测量仪表可以分为接触式与非接触式两类。 接触式测温时，测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。接触式温度计 结构简单、可靠，测量精度较高，但由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到 平衡后才能测量， 测温元件容易破坏被测对象的温度场， 且有可能与被测介质产生化学反应， 同时带来测温过程的滞后现象。不适于测量热容量小、极高温和处于运动中的对

28、象温度，不 适于直接对腐蚀性介质测量。 非接触式测温时，测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元 件接收被测对象的部分热辐射能， 由热辐射能大小推出被测对象的温度。 从原理上讲测量范 围从超低温到极高温，不会破坏被测对象的温度场。非接触式测温响应快，对被测对象扰动 小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。但缺点是容易受到外界因 素的扰动，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。 60热电偶的热电特性与哪些因素有关? 答：热电偶的热电特性与两接点处的温度、热电极的材料有关。 62用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？ 答：采

29、用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较 稳定的操作室内，但冷端温度还不是 0。而工业上常用的各种热电偶的温度一热电势关系 曲线是在冷端温度保持为 0的情况下得到的， 与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线 进行刻度的，由于操作室的温度往往高于 0，而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热 电势必然偏小，且测量值也随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此，在 应用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为 0，或者进行一定的修正才能得到准确的测量 结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。 冷端温度补偿的方法有以下几种： （1）冷端温度保持为 0的方法； （

30、2）冷端温度修正 方法； （3）校正仪表零点法； （4）补偿电桥法； （5）补偿热电偶法。 64用 K 热电偶测某设备的温度，测得的热电势为 20mV，冷端（室温）为 25，求设备 的温度？如果改用 E 热电偶来测温，在相同的条件下，E 热电偶测得的热电势为多少？ 解：当热电势为 20mV 时，此时冷端温度为 25，即 0 ( , )20E t tmV= 查表可得 0 ( ,0)(25,0)1E tEmV= 因为 00 ( ,0)( , )( ,0)( ,25)(25,0)20 121E tE t tE tE tEmV=+=+=+ = 由此电势，查表可得509tC=，即设备温度为 509。 若

31、改用 E 热电偶来测温时，此时冷端温度仍为 25，查表可得 0 ( ,0)(25,0)1.50E tEmV= 设备温度为 509，查表可得 ( ,0)(509,0)37.7E tEmV= 因为 00 ( , )( ,0)( ,0)( ,0)(25,0)37.7 1.536.2E t tE tE tE tEmV= 即 E 热电偶测得的热电势为 36.2mV 66测温系统如图 3-79 所示。请说出这是工业上用的哪种温度 计？已知热电偶为 K，但错用与 E 配套的显示仪表，当仪表指 示为 160时，请计算实际温度 tx为多少度?（室温为 25） 解：这是工业上用的热电偶温度计。 查分度号为 E 的

32、热电偶分度表，可得 160时的电势为 10501V，这电势实际上是由 K 热电偶产生的，即 ( ,25)10501 x E tV= 查分度号为 K 的热电偶分度表，可得 (25,0)1000EV= 由此可得 ( ,0)( ,25)(25,0)10501 100011501 xx E tE tEV=+=+= 由此电势查分度号为 K 的热电偶分度表，可得 tx =283 即实际温度 tx为 283。 69用分度号 Pt100 铂电阻测温，在计算时错用 Cu100 的分度表，查得的温度为 140，问 实际温度为多少？ 解：由分度号 Cu100 查得 140的电阻值为 159.96R = 再由分度号

33、Pt100 查得与159.96R =对应的温度为 157.1tC= 即实际温度为 157.1。 70试述 DDZ-型温度变送器的用途。 答：DDZ-型温度变送器的用途在于它与各种类型的热电偶、热电阻配套使用，将温度转 换成 420mA 和 15V 的统一标准信号，又可与具有毫伏输出的各种变送器配合，使其转换 成 420mA 和 15V 的统一输出信号。然后，它和显示单元、控制单元配合，实现对温度及 其他各种参数进行显示、控制。 74试简述 TT302 智能式温度变送器的主要特点及基本组成。 答：TT302 温度变送器是一种符合 FF 通信协议的现场总线智能仪表，它可以与各种热电偶 或热电阻配合

34、使用测量温度， 具有量程宽、 精度高、 环境温度和振动影响小、 抗干扰能力强、 质量轻以及安装维护方便等优点。 TT302 温度变送器主要有硬件和软件两部分组成。 硬件部分主要包括输入板、 主电路板 和液晶显示器；软件部分包括系统程序和功能模块两部分。 75试述测温元件的安装和布线的要求？ 答：测温元件的安装要求： （1）在测量管道温度时，要求安装时测温元件应迎着被测介质流 向插人，至少须与被测介质正交（成 90） ，切勿与被测介质形成顺流，保证测温元件与流 体充分接触，以减少测量误差； （2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处； （3）测温 元件应有足够的插人深度，以减小测量误差； （4

35、）若工艺管道过小（直径小于 80rnm ） ，安 装测温元件处应接装扩大管； （5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他 液体、脏物进人接线盒中影响测量； （6）为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管 道或设备处； （7） 测温元件安装在负压管道中时， 必须保证其密封性， 以防外界冷空气进人， 使读数降低。 测温元件的布线要求： （1）按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意热电偶的正、 负极与补偿导线的正、负极相连接，不要接错； （2）热电阻的线路电阻一定要符合所配二次 仪表的要求； （3）为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤，应把连接导线或补偿 导线穿人钢管内或

36、走槽板； （4）导线应尽量避免有接头，应有良好的绝缘，禁止与交流输电 线合用一根穿线管、以免引起感应； （5）导线应尽量避开交流动力电线； （6）补偿导线不应 有中间接头，否则应加装接线盒，另外，最好与其他导线分开敷设。 77现代传感器技术发展的显著特征是什么？ 答：现代传感器技术发展的显著特征：研究新材料，开发利用新功能，使传感器多功能化、 微型化、集成化、数字化、智能化。 第四章第四章 显示仪表显示仪表 作业题（作业题（P111） 2自动电子电位差计是如何基于补偿测量法工作的？线路电阻（即外阻）的变化，对电子 电位差计的测量有无影响？为什么？ 答： 如右图所示是自动电子电位差计的简单原理

37、图。当热电势 Et与已知的直流压降相比较时， 若 Et=UCB，其比较之后的差值（即不平衡信号） 经放大器放大后，输出足以驱动可逆电机的功 率， 使可逆电机又通过一套传动系统去带动滑动 触点 C 的移动，直到 Et=UCB时为止。这时放大 器输人端的输人讯号为零，可逆电机不再转动， 测量线路就达到了平衡， 这样 UCB就可以代表被 测量的 Et值。 由此可知， 电子电位差计是利用已知的电压 UCB 去补偿未知的热电势 Et的，故是基于补偿测量 法工作的。由于当 Et=UCB时，热电偶回路是没 有电流流过的， 因此线路电阻值的变化， 对电子 电位差计的测量不会造成影响。 3与热电偶配套的自动电子

38、电位差计是如何进 行冷端温度补偿的？ 答：如右图所示是电位差计的测量电桥，电阻 R2用铜丝绕制，让 R2与热电偶冷端处于同一温 度。 因为铜电阻的阻值随着温度升高而增加， 则 R2上的电位差也增加。而热电偶的热电势却随 冷端温度的升高而降低， 如配置得当， 就可以达 到温度补偿的目的。 4对于配有镍铬-镍硅热电偶，且标尺始端为 0的电子电位差计，当热电偶的热端为 0， 冷端为 25时，问这时应指示多少度？输人信号为多少？若热端为 0，冷端也为 0时， 这时应指示多少度？输人信号为多少？ 答：因为电子电位差计的冷端温度补偿是按冷端为 25设计饿，所以当热电偶的热端温度 为 0，冷端温度为 25时

39、，指示的应是热端温度 0，这时放大器的输人信号为 0。 若热端和冷端均为 0时，送到放大器的输人信号为 1mV，这时应指示在 25。 8在实际工业中用热电偶温度计或热电阻温度计时，为使测温准确，从测温元件到显示仪 表都应该注意些什么问题？ 答：在实际工业中用热电偶温度计或热电阻温度计时，为使测温准确，从测温元件到显示仪 表都应该注意：安装问题；量程匹配问题；冷端温度补偿问题或补偿导线问题；布线问题。 10数字式显示仪表主要由哪几部分组成？各部分有何作用？ 答：数字式显示仪表主要由信号变换、前置放大、非线性校正或开方运算、模/数（A/D）转 换、标度变换、数字显示、电压/电流（V/I）转换及各种

40、控制电路等部分组成。 信号变换电路是将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号， 转换成相应的电压或 电流值； 前置放大电路是将输入的微小信号放大至伏级电压信号； 非线性校正电路是为了校 正检测元件的非线性特性； 开方运算电路是为了将差压信号转换成相应的流量值； A/D 转换 是将模拟量转换成断续变化的数字量； 标度变换电路是进行比例尺的变更， 使数显仪表的显 示值和被测原始参数统一起来；数字显示部分是被测数据以数字形式显示出来；V/I 转换电 路是将电压信号转换成直流电流标准信号； 控制电路可以根据控制规律进行运算， 输出控制 信号。 第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表 作业题（作业题（

41、P139） 1什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 答：控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输人偏差信号e之间的关系，即 ( )()pf ef zx= 式中，z为测量值信号；x为给定值信号；f为某种函数关系。 控制器的基本控制规律有位式控制、比例控制（P） 、积分控制（I） 、微分控制（D）以 及它们的组合控制规律，如 PI、PD、 PID 等。 5一台 DDZ-型温度比例控制器，测量的全量程为 01000，当指示值变化 100，控 制器比例度为 80%，求相应的控制器输出将变化多少？ 解：根据比例度的定义 = 输出变化相对值 输入变化相对值 %100= maxmin max

42、min e xx p pp %100， 当输入变化e=100时，其输出变化p为 p= maxmin maxmin 1 e xx pp 1 = 420 1 01000 100 8 . 0 1 =2mA。 8什么是积分时间 TI？试述积分时间对控制过程的影响。 答：积分时间 TI是用来表示积分控制作用强弱的一个参数。积分时间越小，表示积分控制 作用越强，数值上 1 I I T K =，式中 KI是积分速度（积分比例系数） 。 积分时间对控制过程的影响：积分时间 TI的减小，会使系统的稳定性下降，动态性能 变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度。 9 某台 DDZ-型比例积分控制器， 比

43、例度为 100%， 积分时间为 2 分。 稳态时， 输出为 5 mA。 某瞬间，输入突然增加了 0.2mA，试问经过 5rnin 后，输出将由 5rnA 变化到多少？ 解：对该台 DDZ-型比例积分控制器，其控制规律符合下式 1 () p I pKeedt T =+ 比例放大系数 1 P K =1， 当变化值e=0.2mA 时，5min 后输出为 111 ()()()() ppp III pKeeee dtKeedtKeedt TTT =+=+ + = 5+10.2+ 2 1 0.2(5-0) = 5.7mA 即输出将由 5rnA 变化到 5.7 mA。 17数字式控制器的主要特点是什么？ 答

44、： 数字式控制器的主要特点有实现了模拟仪表与计算机一体化； 具有丰富的运算控制功能； 使用灵活方便，通用性强；具有通讯功能，便于系统扩展；可靠性高，维护方便。 18简述数字式控制器的基本构成以及各部分的主要功能。 答：数字式控制器由硬件电路与软件两大部分构成。 数字式控制器的硬件电路包括主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路 以及通讯接口电路等。 主机电路是数字式控制器的核心， 用于实现仪表数据运算处理及各组 成部分之间的管理； 过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道， 分别用于连接模 拟量输入信号和开关量输入信号； 过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道， 分 别

45、用于连接模拟量输出信号和开关量输出信号； 人机接口电路用于人机联系； 通讯接口电路 用于信号的发送和接收。 数字式控制器的软件包括系统软件和用户软件。系统软件由监控程序和功能模块组成， 分别管理控制器各部分的工作和提供各种功能； 用户软件是用户根据控制系统要求， 在系统 程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来（组态工作） ，使控制器完 成预定的控制与运算功能。 19试述可编程序控制器（PLC）的功能与特点。 答：可编程调节器（PLC）的功能很丰富，除能完成传统的模拟控制器的比例、积分、微分 的运算外，还能进行加、减、乘、除、开方等运算，并可进行高、低值选择和逻辑运算等。 所以

46、可以比较方便地构成各种复杂控制系统。现代大型的 PLC 都配有 PID 子程序或 PID 模 块，可实现单回路控制与各种复杂控制，也可组成多级控制系统，实现工厂自动化网络。 可编程调节器（PLC）特点是：编程容易、使用方便、灵活、控制精度高、维护方便、 具有自我诊断的功能。 当与电子计算机联用时， 该调节器能直接接受上位机来的设定值信号， 可作为分散型数字控制系统中装置级的控制器使用。 第六章第六章 执行器执行器 作业题（作业题（P151-152） 1气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？ 答：气动执行器主要由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。 执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信

47、号（由控制器来）压力的大小产生相应的 推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置；控制机构是 指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将 阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。 2试问控制阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？ 答：控制阀的结构主要类型、特点及使用场合简单列表说明如下： 类 型 特 点 主 要 使 用 场 合 直通单座控制阀 结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、不 平衡力大 小口径、低压差 直通双座控制阀 不平衡力小、泄漏量较大 最为常用 角形控制阀 流路简单，阻力较小 现场管道要求直角联接，高压差、介质 粘度大、

48、含有少量悬浮物和颗粒状固体 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道联接，可组成分 流与合流两种型式 配比控制或旁路控制 隔膜控制阀 结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀 性强 强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬 浮颗粒状的介质 蝶阀 结构简单、 重量轻， 价格便宜、 流阻极小、 泄漏量大 大口径、大流量、低压差，含少量纤维 或悬浮顺粒状介质 球阀 阀芯与阀体都呈球形体 流体的粘度高，污秽、双位控制 凸轮挠曲阀 密闭性好、重量轻、体积小，安装方便 介质粘度高、含悬浮物颗粒 笼式阀 可调范围大、振动小、不平衡力小、结构 简单、套筒互换性好、汽蚀小、嗓音小 压差大，要求噪音小的场合。对高温、 高粘度及含固体颗粒的介质不适用 4试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？常用的控制阀理想流量特性有哪 些？ 答：控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移） 之间的关系，即 max () Ql f QL = 式中相对流量 max Q Q 是控制阀某一开度时的流量Q与全开时的流量 max Q