化工仪表及自动化第2章
化工仪表及自动化第四版答案(终极版)
工仪表及自动化 (自制课后答案终极版)1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？答： 化工自动化是化工、 炼油、 食品、 轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部份直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
它的重要意义如下加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或者扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答： ①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或者记录的部份 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置③自动控制及自动开停车系统 自动控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或者 自动停车。
④自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 ,使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断控制变量的校正作用是否 适合实际需要。
也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。
开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。
闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或者接近与所希翼的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
化工自动化及仪表电子教案过程参数的检测与仪表
第二章过程参数的检测与仪表教学要求：掌握检测仪表的基本性能指标（精度等级、变差、灵敏度等）掌握压力的检测方法（液柱测压法、弹性变形法、电测压法）学会正确选用压力计掌握应用静压原理测量液位和差压变送器测量液位时的零点迁移差压式流量计测量原理，常用节流元件，转子流量计结构、测量原理掌握容积式流量计（腰轮流量计）结构、工作原理、使用场合掌握应用热电效应测温原理掌握补偿导线的选用掌握冷端温度补偿的四种方法；了解热电偶结构，分类重点：弹性变形法、电测压法压力计选用应用差压变送器测量液位的零点迁移问题补偿导线的选用和冷端温度补偿难点：确定精度等级，压电式测量原理应用差压变送器测量液位的零点迁移问题第三导体定理电桥补偿法§2.1 概述一、检测过程及误差1．检测过程检测过程的实质在于被测参数都要经过能量形式的一次或多次转换，最后得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。
检测误差误差-------测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因，根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。
（1）系统误差------------在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。
误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。
（2）疏忽误差------------明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，特点：无任何规律可循。
误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。
化工仪表与自动化第五版第二章作业及答案
第二章1．什么是被控对象特性?什么是被控对象的数学模型?研究被控对象特性有什么重要意义?答：被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。
即当被控对象的输入量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终变化的数值等。
对象的输入量有控制作用和扰动作用，输出量是被控变量。
因此，讨论对象特性就要分别讨论控制作用通过控制通道对被控变量的影响，和扰动作用通过扰动通道对被控变量的影响。
定量地表达对象输入输出关系的数学表达式，称为该对象的数学模型。
在生产过程中，存在着各种各样的被控对象。
这些对象的特性各不相同。
有的较易操作，工艺变量能够控制得比较平稳；有的却很难操作，工艺变量容易产生大幅度波动，只要稍不谨慎就会越出工艺允许的范围，轻则影响生产，重则造成事故。
只有充分了解和熟悉对象特性，才能使工艺生产在最佳状态下运行。
因此，在控制系统设计时，首先必须充分了解被控对象的特性，掌握它们的内在规律，才能选择合适的被控变量、操纵变量，合适的测量元件和控制器，选择合理的控制器参数，设计合乎工艺要求的控制系统。
特别在设计新型的控制系统时，例如前馈控制、解耦控制、自适应控制、计算机最优控制等，更需要考虑被控对象特性。
2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。
答：一是机理分析法。
机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。
通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。
二是实验测取法。
实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。
然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。
3．描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?答：描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间 。
化工仪表及自动化2与答案
一．判断并改错，在题上改即可（×）1．在自动控制系统方快图中，控制器的输出信号在任何情况下都是指向控制阀的。
（√）2．对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。
（√）3．变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
（×）4．时间常数T可以理解为：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值所需的时间。
（×）5．选择性控制可用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。
（×）6．对于同一仪表不同量程的分辨力是不同的，相对于最高量程的分辨力，称为该仪表的最高分辨力。
（√）7．在流化床反应器中，如反应器内反应温度过高，造成催化剂烧结，则进出口压差增大。
（×）8．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；一般0.05级以上的仪表常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多是1.0以下的。
（√）9．程序控制系统的给定值是变化的，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
（×）10．在选择串级控制系统中的副变量时应使副环尽量多的包含纯滞后。
二．简述1．在自动控制系统中，控制器起的作用。
2．试述弹性式压力计的工作原理。
弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性原件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。
3．如何选择控制器的正反作用。
4．分程控制系统的特点及应用场合。
5．说明为什么用热电偶测温时要进行冷端温度补偿。
6．微分控制规律是什么，有何特点。
7．双位控制规律的优缺点。
8．离心泵喘振产生的原因。
三．综述题1．测温元件的布线要求2．孔板流量计和转子流量计在测量原理上有何不同。
3．精馏段控温有什么特点，用在什么场合。
化工仪表与自动化基础教材
化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化的基本概念第一节化工自动化的主要内容第二节自动控制系统的基本组成第三节识读管道仪表流程图（P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表的基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表（红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统的组成第二节集散控制系统的功能第三节集散控制系统的操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。
由于生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要的监测技术和自动化知识，这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提。
本章的重点：对自动化、化工自动化的概念；实现化工自动化的目的；化工自动化发展的过程。
自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。
特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。
化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配置上一些自动化装置，代替操作人员的部分或全部直接劳动，是生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下。
1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
在生产过程由于人的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法长时间，高效率、大规模生产。
化工仪表及自动化第二章调节对象的特性
由体积守恒可得：
(Q1-Q2)dt =Adh
其中：Q2 h/Rs
RS——局部阻力项
Q
由此可得：
2
RS Q1=h+A Rs (dh/dt)
或:
K Q1 =h+T(dh/dt)
（一阶常系数微分方程式）
示例二：积分对象QFra bibliotek1h
由体积守恒可得：
(Q1-Q2)dt=Adh 其中：Q2=C
C——常数
Q
由此可得：
1. 实验应在其它条件相对相对稳定时进行； 2. 条件变化与结果记录应同时进行，以便分析滞后时
间； 3. 实验结果的记录应持续到输出量达到稳定态为止； 4. 尽可能增加实验点数，必要时可进行重复实验，以
提高精度； 5. 对实验数据中的奇异点，要认真分析，尽量排除。 6. 注意实验中的异常变化，必要时做好预防措施，以
优点：结果比较准确。缺点：时间长，代价大。
• 阶跃反应曲线法 – 通过调节量的一个阶跃变化寻找对象的动态特性。
优点：简单易行。 缺点：精度低。
• 周期脉冲法 通过调节量的周期变化（矩形波或正弦变化），获取 对象的动、静态特性。
优点：能反应条件波动时的结果。缺点：不能用于大滞后系统。
对象特性实验注意事项
策安全。
三、滞后时间
滞后时间 —— 在输入参数变化后，有的输出
参数不能立即发生变化，而需要等待一段时间
才开始产生明显变化，这个时间间隔称为 。
根据滞后性质的不同，可分为两类：
1.传递滞后0： 滞后期内无变化——新参数的作用
结果还没有传递到输出点；
2.容量滞后h：滞后期内逐步产生微弱变化——新
参数的作用结果受到容积量的缓冲。
化工仪表第一、二章讲解
扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量 变化的因素
设定值：工艺参数所要求保持的数值
偏差：被控变量设定值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减
1.4. 闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量， 这样，整个系统构成了一个闭环。
二、字母
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半园 内，一般写有两位字母，第一位字母表示被测变量， 后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能 能的字母代号见表1-2
1.4 自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制 系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般 都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节， 两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方 框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
t 些；化学反应器的温度控
制要求高，余差就要小一
些。
（4）过渡时间(回复时间) TS
过度时间表示控制系统过渡过程的长短。
定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态 值达到新的稳态值所需要的时间。
y
B
B’
A
0
C t
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
y
B
B’
A
0
控制系统的品 质指标示意图
C
动画链
t 接按钮
最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的 物理量，也是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。
对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变 量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第 一个波的峰值，为A。
化工仪表自动化基础知识
④节流装置应正确安装。
⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装 压信号管路。（如后面图示）
(2)靶式流量计F≈K*Q
(3)转子流量计
转子流量计示意图
靶式流量计示意图
(4)涡轮流量计
(5)电磁流量计
电磁流量计工作原理图
涡轮流量计示意图
(6)旋涡流量计q=f/k (7)超声波流量计∆t≈2Lv/c2
电容式压力传感 器示意图 压电式压力传感器结构示意图
DTC二O .流量检测及仪表
分类 1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰 式流量计） 2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计） 3、质量流量计 4、热导式流量计
（1）、速度式流量计 （1）节流装置—包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(∆P)
过程参数仪表位号的字母代号如下：
字母
A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V W
第一位字母 被测变量或初始变量
分析 喷嘴火焰 电导率 密度或重度 电压（电动势） 流量 尺度（尺寸） 手动 电流 功率 时间或时间程序 物位 水份或湿度 浓度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 多变量 拈度 重量或力
2、常用压力检测仪表
（1）弹性式压力表
①膜片
②波纹管波纹管
③弹簧管弹簧管
平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管
(2)压力传感器
①应变片式压力传感 器 ②压电式压力传感器 ③压阻式压力传感器 ④电容式压力传感器 ⑤集成式压力传感器
箔式应变片
弹簧管压力表
压阻式集成传感器 检测元件示意图
化工仪表及自动化第六版-课后-答案
化工仪表及自动化第六版课后习题详细答案1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，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，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图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。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图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。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
辽宁石油化工大学化工自动化及仪表第2章 自动控制系统的性能指标及要求
2. 快速性 快速性是指系统的动态过程进行的时间长短。 过程时间越短，说明系统快速性越好，过程时间持续 越长，说明系统响应迟钝，难以实现快速变化的指令信号 ，如图2-2响应曲线①所示。 稳定性和快速性反映了系统在控制过程中的性能。系 统在跟踪过程中，被控量偏离给定值越小，偏离的时间越 短，说明系统的动态精度偏高，如图2-2中的曲线②所示。 3. 准确性 是指系统在动态过程结束后，其被控变量（或反馈量 ）对给定值的偏差而言，这一偏差即为稳态误差，它是衡 量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
第2章 自动控制系统的性能指标及要求
2.1 自动控制系统的基本要求 2.2自动控制系统的静态与动态
2.3 自动控制系统的过渡过程
2.4 自动控制系统的性能指标
2.1 自动控制系统的基本要求
为了实现自动控制的任务，必须要求控制系统的被控 变量（输出量）跟随给定值的变化而变化，希望被控变量 在任何时刻都等于给定值，两者之间没有误差存在。然而 ，由于实际系统中总是包含具有惯性或储能元件，同时由 于能源功率的限制，使控制系统在受到外作用时，其被控 变量不可能立即变化，而有一个跟踪过程。 控制系统的性能，可以用动态过程的特性来衡量，考 虑到动态过程在不同阶段的特点，工程上常常从稳定性（ 稳）、快速性（快）、准确性（准）三个方面来评价自动 控制系统的总体性能。
由图可以看出，所谓阶跃干扰就是某一瞬间t0，干 扰（即输入量）突然地阶跃的加到系统上，并继续保 持在这个幅度。采取阶跃干扰的形式来研究自动控制 系统是因为考虑到这种形式的干扰比较突然，比较危 险，它对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种类型 的干扰，那么对于其它比 较缓和的干扰也一定能很 好地克服，同时，这种干 扰的形式简单，容易实现， 图2-3 阶跃干扰作用 便于分析、实验和计算。
化工自动化-基本控制规律
在t = T时,整个微分控制器的输出为
pT A 0.368AK D 1
(9-25)
29
2.4微分控制
三、比例微分控制系统的过渡过程
当比例作用和微分作用结合时,构成比例微分控制规律
de p pP pD K C e TD dt
（9-ห้องสมุดไป่ตู้7）
20
2.3积分控制
图9-13 液位控制系统
图9-14 积分控制过程
21
2.3积分控制
二、比例积分控制规律与积分时间
比例积分控制规律可用下式表示
p K C e K I edt
（9-15）
图9-15 比例积分控制规律
22
2.3积分控制
由于
则
T 1 KI
（9-16）
1 p K C e edt T I
（a）
（b）
（c）
34
（d）
控制 规律 位式
输入e与输 阶跃作用下 优缺点 出p(或Δp) 的响应（阶 的关系式 跃幅值为A） P=pmax(e>0) P=pmin(e<0) 结构简单 ;价 格便宜 ;控制 质量不高 ;被 控变量会振荡 (a)图 结构简单 ;控 制及时 ;参数 整定方便 ;控 制结果有余差
微分控制具有“超前”控 制作用。
图9-19 微分时间对过渡过程的影响
31
2.4微分控制
四、比例积分微分控制
同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称 为比例积分微分控制器。
1 de e edt TD p pP pI pD K C dt TI
（9-28）
化工仪表及自动化第2章 第三节 描述对象特性的参数
第二章 过程特性及其数学模型
内容提要
化工过程的特点及其描述方法
对象数学模型的建立
建模目的 机理建模 实验建模
描述对象特性的参数
放大系数Κ 时间常数Τ 滞后时间τ
1
第三节 描述对象特性的参数
一、放大系数K
对于前面介绍的水槽对象，当流入流量Q1有一定的阶跃 变化后，液位h也会有相应的变化，但最后会稳定在某一 数值上。如果我们将流量Q1的变化ΔQ1看作对象的输入， 而液位h的变化Δh看作对象的输出，那么在稳定状态时， 对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象 的静态特性。
用初始条件y(0)=0， y(0)=0代入式（ 2-52 ）
可分别解得
ห้องสมุดไป่ตู้
C1
T1 T2 T1
KA
C2
T2 T2 T1
KA
（2-53） 图2-22 具有容量滞 后对象的反应曲线
（2-54）
42
第三节 描述对象特性的参数
将上述两式代入式（2-52），可得
y t
T1 T2
T1
et
T1
T2 T2 T1
图2-24 滞后时间τ示意图
结论
自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。所以，在设 计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减到最小。
45
2. 容量滞后 一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。
举例 前面介绍过的两个水槽串联的二阶对象
将输出量h2用y表示，输入量Q1用x表示，则方程式可写为
T1T2
d2y dt 2
T1
T2
dy
dt
y
Kx
（2-46）
假定输入作用为阶跃函数，其幅值为A。已知，二阶常系 数微分方程式的解是
化工仪表及自动化第六版-课后-答案
化工仪表及自动化第六版课后习题详细答案1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，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，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图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。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图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。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及自动化第2章
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
7
7
第一节 压力单位及测压仪表
测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 1.液柱式压力计 它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。 按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测 量较低压力、真空度或压力差。
取一根长度为L，截面积为S，电阻率为 的金属丝，未受 力时其电阻R为
R
.L
S
（3 -1）
27
当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面积 相应减小ΔS, 电阻率将因晶格发生变形等因素而改 变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为 R L S （3 -2） R L S 式中ΔL/L是长度相对变化量, 用应变ε表示 L （3 -3） L ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量, 即
智能式变送器
弹性元件 弹簧管压力表 应变片式压力传感器 压阻式压力传感器 电容式压力传感器
智能变送器的特点 智能变送器的结构原理 压力计的选用 压力计的安装
压力计的选用及安装
电气式压力计
1
3
第一节 压力单位及测压仪表
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F p S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力； 表示受力面积。 S
8
8
缺点
液柱式压力计
测量原理：P=hg 所以 h=P/ g
单管压力计
U型管压力计
斜管压力计
9
化工仪表及自动化(第二章)
3.二阶对象
（1）串联水槽对象
假定输入、输出量变化很小的情况下， 贮槽的液位与输出流量具有线性关Fra bibliotek。Q12
h1 R2
Q2
h2 R2
假定每只贮槽的截面积都为A，则
图2-5 串联水槽对象
Q1 Q12 dt Adh1 Q12 Q2 dt Adh2
16
转到2H6ua页qiao University
第二节 对象数学模型的建立
？
Huaqiao University
第一节 化工过程的特点及其描述 方法
对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型
基础
静态数学模型
动态数学模型
特例
3
Huaqiao University
第一节 化工过程的特点及其描述方法
用于控制的数学模型（a、b）与用于工艺设计与分析的数学 模型（c）不完全相同。
第二节 对象数学模型的建立
举例 1.一阶对象 （1）水槽对象
依据 对象物料蓄存量的变化率 ＝单位时间流入对象的物料－单位时间流出对象的物料
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第二节 对象数学模型的建立
Q1 Q2 dt Adh
（2-4）
图2-2 水槽对象
若变化量很微小，可以近似认为Q2与h 成正比
❖ 三、实验建模
实验方法
研究对象特性
对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对 象上，加上一个人为的输入作用（输入量），然后， 用仪表测取并记录表征对象特性的物理量（输出量） 随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲 线）。这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。
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化工仪表及自动化作业参考答案
化工仪表及自动化作业参考答案第一章自动控制系统基本概念1.什么是化学自动化？它的意义是什么？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部份直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化可以加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量，降低劳动强度，保证生产安全，为逐步消除体力劳动和脑力劳动的差异创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答：化工生产过程自动化普通包括自动检测、自动操作、自动保护和自动控制。
3. 自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答：自动控制系统主要由两部份组成。
其中一部份是一套完整的控制自动化装置。
对于常规仪器，它包括检测元件、变送器、控制器、执行器等；另一部份是由自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或者电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器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运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或者电流信号)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人(或者流出)被控变量的物料量或者能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
什么是控制变量？受控制器控制的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或者能量。
(或者：具体实现控制作用的变量叫做控制变量)4.闭环控制系统和开环控制系统的区别是什么？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间具有正向控制和反向连接的自动控制。
如图1-1 (a)所示，它是一个闭环自动控制。
在图中，控制器接收检测元件和变送器发送的测量信号，将其与设定值进行比较，得到偏差信号，然后根据偏差的大小和方向调整蒸汽阀的开度，改变蒸汽流量，使热料出口温度回到设定值。
化工仪表及自动化总复习及答案(吉珠专用)
化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
化工仪表及自动化第二章
化工仪表及自动化第二章教学内容：本节课的教学内容来自于化工仪表及自动化教材的第二章。
该章节主要介绍了化工仪表的基本原理、结构和应用。
具体内容包括：化工仪表的分类、测量原理、显示方式、信号传输、执行机构等。
还介绍了常见仪表的维护保养和故障处理方法。
教学目标：1. 使学生掌握化工仪表的基本原理和结构，了解不同类型仪表的测量原理和应用。
2. 培养学生正确使用和维护仪表的能力，提高学生在实际操作中的动手能力。
3. 培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生能够运用所学知识解决实际工程问题。
教学难点与重点：重点：化工仪表的基本原理、结构和应用。
难点：仪表的维护保养和故障处理方法。
教具与学具准备：教具：多媒体教学设备、化工仪表实物模型、演示仪表。
学具：教材、笔记本、文具。
教学过程：1. 实践情景引入：通过展示化工生产过程中仪表的应用场景，引导学生了解仪表在化工行业中的重要性。
2. 知识讲解：讲解化工仪表的分类、测量原理、显示方式、信号传输、执行机构等基本概念。
3. 案例分析：分析实际工程中的仪表应用案例，使学生更好地理解所学知识。
4. 仪表演示：展示实物模型和演示仪表，让学生直观地了解仪表的结构和原理。
5. 随堂练习：布置练习题，让学生巩固所学知识，提高动手能力。
6. 故障分析与处理：讲解仪表的常见故障和处理方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
板书设计：第二章化工仪表及自动化一、仪表的分类1. 压力仪表2. 流量仪表3. 温度仪表4. 液位仪表二、仪表的测量原理1. 压力测量原理2. 流量测量原理3. 温度测量原理4. 液位测量原理三、仪表的结构与显示方式1. 结构组成2. 显示方式四、信号传输与执行机构1. 信号传输2. 执行机构五、仪表的维护保养与故障处理1. 维护保养2. 故障处理作业设计：1. 简述化工仪表的分类及各自的特点。
2. 列举三种常见的仪表故障，并说明其处理方法。
3. 根据实际情况，分析一个化工生产过程中的仪表应用案例。
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参量模型：用数学方程式表示的系统输入与输出量之间
的关系。
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第一节 化工过程的特点及其描述方法
8.对象动态特性的研究方法
理论分析
根据系统工艺实际过程的数量关系，分析计算输入 量与输出量之间的关系。 实验研究 有些系统的输入与输出之间的关系是比较难以通过计
算来获得的。需要在实际系统或实验系统中，通过一
消去Q12、Q2、h1
dh1 1 Q1 Q12 dt A dh2 1 Q12 Q2 dt A
整理得
d 2 h2 dh T1T2 T1 T2 2 h2 KQ1 dt 2 dt
式中 T1 AR1 为第一只贮槽的时间常数； T2 AR2 为第 二只贮槽的时间常数；K R2 为整个对象的放大系数。
优点
不能适用。
24
第二节 对象数学模型的建立 一阶对象：
系统输入、输出关系（动态特性）可以用一 阶微分方程来表示的控制对象。
积分对象 系统动态特性可以用一阶积分方程来表示的 控制对象。
二阶对象：
系统动态特性可以用二阶微分方程来表示的 控制对象。
25
第二节 对象数学模型的建立
举例
1.一阶对象
3. 有自衡的振荡过程
在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)会上下振荡，且振 荡的幅值逐渐减小，最终能趋近新的稳态值。有自衡的振
荡过程的响应曲线如图所示。在控制过程中，这类过程不
多见，它们的控制也比第一类过程困难一些。
C(t)
t
有自衡的振荡过程
14
第一节 化工过程的特点及其描述方法
4. 具有反向特性的过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)先升后降或先 降后升，即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。
微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴ 根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输 出变量。
⑵ 依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。
⑶ 确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间 的关系。
⑷ 消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。
⑸ 若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。
扰动通道-----扰动变量至被控变量的信号联系
扰动变量（输入量）
被控变量（输出量） 操纵变量（输入量）
3
第一节 化工过程的特点及其描述方法
1.调节效果取决于调节对象（内因）和调节系统（外因）两 个方面。
外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的决定因素。
2.设计调节系统的前提是：正确掌握工艺系统调节作用（输 入）与调节结果（输出）之间的关系——对象的特性。 3.对象特性——是指对象输入量与输出量之间的关系(数学模型) 所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量
则
对象物料蓄存量的变化率 ＝单位时间流入对象的物料－单位时间流出对象的物料
第二节 对象数学模型的建立
（2）RC电路 ei若取为输入参数， eo为输出参数，根据基尔霍夫定理
ei iR e0
由于 消去i
图2-3 RC电路
或
de0 iC dt de0 RC e0 ei dt
de0 T e0 ei dt
30
第二节 对象数学模型的建立
（2）RC串联电路
根据基尔霍夫定律
1 ei i1 R1 i1 i2 dt C1 1 i1 i2 dt i2 R2 e0 C1
图2-6 RC串联电路
1 e0 i2 dt C2
整理得
d 2 e0 de R1C1 R2C2 R1C1 R2C2 R1C2 0 e0 ei dt 2 dt
上式中的系数与对象的特性有关，一般需要通过对象 的内部机理分析或大量的实验数据处理得到。
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第二节 对象数学模型的建立
一、建模目的
（1）控制系统的方案设计 （2）控制系统的调试和控制器参数的确定 （3）制定工业过程操作优化方案 （4）新型控制方案及控制算法的确定 （5）计算机仿真与过程培训系统 （6）设计工业过程的故障检测与诊断系统
三、实验建模
系统辨识
定义：通过这种应用对象的输入输出的实测数据来决 定其模型的结构和参数 。 特点：把被研究的对象视为一个黑匣子，完全从外部 特性上来测试和描述它的动态特性，不需要深入了解
其内部机理 。
33
第二节 对象数学模型的建立
实验性能的测试方法
1. 阶跃反应曲线法 用实验的方法测取对象在阶跃输入作用下，输出量y随时
（2-4） （1）水槽对象 Q1 Q2 dt Adh 若变化量很微小，可以近似认为Q2与h 成正比
Q2
h Rs
（2-5）
将上式代入（2-4）式，移项 dh ARs h Rs Q1 dt
图2-2 水槽对象
令
T ARs , K Rs
dh T h KQ1 dt
26
依据
组输入来考察输出的跟随变化规律——反映输入与输 出关系的经验曲线和经验函数关系。
7
第一节 化工过程的特点及其描述方法
过程特性按有无自衡能力分类 水 水
水
无自衡能力 有自衡能力
8
第一节 化工过程的特点及其描述方法 过程特性的类型
1.自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)不经振荡，逐 渐向新的稳态值C(∞)靠拢。 C(t) C(∞)
19
第一节 化工过程的特点及其描述方法
举例
一个对象如果可以用一个一阶微分方程式来描 述其特性（通常称一阶对象），则可表示为
a1 yt a0 yt xt
或表示成 式中
（2-2）
Tyt yt Kxt
（2-3）
a1 1 T ,K a0 a0
⑹ 标准化。即将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的 各项放在等号左边，并按将幂排序。
23
第二节 对象数学模型的建立
二、机理建模
具有非常明确的物理意义，所得的模型具有很大
的适应性，便于对模型参数进行调整。 对于某些对象，人们还难以写出它们的数学表 缺点 达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时，
qi
q0
q0
11
第一节 化工过程的特点及其描述方法
左图：假设初始为平衡状态 qi=qo ，水箱水位保持不变。当发生
变化时(qi＞qo)，此时水箱的水位开始升高，根据流体力学原理，
水箱出口流量与H是存在一定的对应关系的：
q0 H / R
因此，qi H qo，直至qi=qo可见该系统受到干扰以 后，即使不加控制，最终自身是会回到新的平衡状态，这
3.二阶对象
（1）串联水槽对象
假定输入、输出量变化很小的情况下， 贮槽的液位与输出流量具有线性关系。
Q12 h1 R2 Q2 h2 R2
假定每只贮槽的截面积都为A，则
图2-5 串联水槽对象
Q1 Q12 dt Adh1
Q12 Q2 dt Adh2
29
第二节 对象数学模型的建立
态方程、差分方程等形式来表示。
18
第一节 化工过程的特点及其描述方法
对于线性的集中参数对象
通常可用常系数线性微分方程式来描述，如果以x（t）
表示输入量，y（t）表示输出量，则对象特性可用下列微分 方程式来描述
an y n t an 1 y n 1 t a1 yt a0 y t t源自自衡的非振荡过程9
第一节 化工过程的特点及其描述方法
2. 无自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)会一直上升 或下降，直到极限值。
C(t)
t
无自衡的非振荡过程
10
第一节 化工过程的特点及其描述方法
问题：处于平衡状态的对象加入干扰以后，不经控制系统能 否自行达到新的平衡状态？
qi
T RC
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第二节 对象数学模型的建立
2.积分对象
当对象的输出参数与输入参数对时间的积分成比例关系时， 称为积分对象。 Q2为常数，变化量为0
1 dh Q1dt A
其中，A为贮槽横截面积
1 h Q1dt A
说明，所示贮槽具有积分特性。
图2-4 积分对象
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第二节 对象数学模型的建立
（b）
在产品规格和产 量已确定的情况 下，通过模型计 算，确定设备的 结构、尺寸、工 艺流程和某些工 艺条件。
（c）
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第一节 化工过程的特点及其描述方法 数学模型的表达形式分类
1.非参量模型 当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为
非参量模型。非参量模型可以通过记录实验结果来得到，
有时也可以通过计算来得到。
间的变化规律。
举例 简单水槽的动态特性
优点 缺点
简单 稳定时间长
测试精度受限
图2-8 水槽的阶跃反应曲线 34
图2-7 简单水槽对象
第二节 对象数学模型的建立
2. 矩形脉冲法
与输出量之间的关系——数学建模。
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第一节 化工过程的特点及其描述方法
4.对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型
基础
静态数学模型
特例
动态数学模型
静态数学模型描述的是对象在稳定时（静态）的输入与输出关 系； 动态数学模型描述的是在输入量改变以后输出量跟随变化的规 律； 动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动态数学模型 在对象达到平衡时的特例。 5
种特性称为“自衡特性”。
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右图：如果水箱出口由泵打出，其不同之处在于： qi 当发生
变化时，qo不发生变化。如果qi＞qo ，水位H将不断上
升，直至溢出，可见该系统是无自衡能力。 绝大多数对象都有自衡能力，一般而言有自衡能力的系统比 无自衡能力的系统容易控制。