过程控制系统与仪表复习题

一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。

参考答案：

最大偏差 A = 230-200 = 30℃

余差C= 205-200 = 5℃

衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1

振荡周期 T = 20 – 5 = 15 （min）

设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205 ×（± 2％）＝± 4.1℃

在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影线）。曲线进入时间点 Ts = 22min

工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。

最大偏差 A = 230-200 = 30℃

余差 C= 205-200 = 5℃

衰减比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1

二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为 0～3.0m，如果当地重力加速度 g ＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。

当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为

ρ1gHmax＝ 1200××＝35280 Pa

根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa

当H＝0时，有

Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950××（－）＝－37240 Pa

所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为

迁移后该差变的测量范围为－～

若选用 DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出 I＝4mA时，表示 H＝0；当I＝20mA时，H＝40×／＝3.4m，即实际可测液位范围为 0～3.4m。

如果要求H＝3.0m时差变输出满刻度（20mA），

则可在负迁移后再进行量程调整，

使得当Δp＝－＋＝－时，差变的输出达到20mA。

三、有一台电动差压变送器，表量程为25000Pa，对应的最大流量为50t/h，工艺要求40t/h时报警。问：①不带开方器时，报警值设定在多少？②带开方器时，报警信号设定在多少？

参考答案：

①不带开方器时对应40t/h流量的差压

ΔP1= 25000(40/50)2=16000Pa

对应40t/h流量的输出

I出1=（16000/25000）16+4=

∴报警值S=

②带开方器时, ∵ΔQ=KΔP

对应40t/h流量的差压

ΔP2= 25000(40/50)=20000Pa

对应40t/h流量的输出

I出2=（20000/25000）16+4=

∴报警值S=

四、某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为16mA。求设定的比例度。

即：温度的偏差在输入量程的50％区间内（即200℃）时，e和y是2倍的关系。

五、有一台比例积分调节器，它的比例度为50%，积分时间为1分，开始时，测量、给定和输出都在50%，当测量变化到55%时，输出变化到多少？1分钟后又变化到多少？

(1)当测量由50%跃变到55%的一瞬间，时间t=0。已知调节器的比例度δ=50%，积分时间TI=1分，ε=ΔI入=55%-50%=5%

代入上式可得Δy(0+)= ΔI出 (0+)= =10%

即输出变化为10%加上原有的50%，所以输出跃变到60%。

(2)一分钟后，输出变化为Δy(1)= ΔI出(1)=20%

加上原有的50%，所以一分钟后输出变到50%+20%=70%

六、请判定图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。

T

物料

1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；（ A ）

2. 当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ B ）

3. 当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时； （ C ）

4. 当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时； （ D ） A.气关调节阀，正作用调节器； B.气开调节阀，反作用调节器； C.气开调节阀，正作用调节器； D.气关调节阀，反作用调节器.

七、对于图示的加热器串级控制系统。

要求：

（1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？

（2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式； （3）确定主、副控制器的正反 作用；

（4）当蒸汽压力突然增加时， 简述该控制系统的控制过程； （5）当冷物料流量突然加大时， 简述该控制系统的控制过程；

（注：要求用各变量间的关系来阐述）

解：（1）该控制系统的方框图

（2）由于工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，所以控制阀应选用气开型式，一

温度

控制器

控制阀

流量对

流量测量变送 主设 定值

扰动1

出口 温度 操纵 变量

流量

控制器

温度对

象

蒸汽 流量

温度测量变送

副设 定值

主测量值

副测量值

扰动2