过程控制系统与仪表复习材料

四、简答题：

1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种?

答：过程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。

在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式又可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统

2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有哪些？0R 各为多少？

答：热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。

工业上常用的热电阻有：铂电阻，铜电阻。

目前工业上使用的铂电阻有两种：一种是0R =10Ω；另外一种是0R =100Ω。 工业上使用的铜电阻也有两种：一种是0R =50Ω；另一种是0R =100Ω。 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。

答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。

比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及时，克服干扰能力强，

但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它的特点是能够消除

余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。

比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克

服对象的容量滞后有显著的效果。

4、何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使用过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。

常用的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特性。

5、控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法?

答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值(包括比例度δ积分时间1T 微分时间D T )，

以便使系统能获得好的控制质量。

控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。 6、什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪几种？各有什么特点？

答：调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。

基本控制规律有：①双位控制：输出不是最大，就是最小，只有两个位置。 ②比例控制：控制作用及时，有余差。 ③积分控制：具有消除余差的作用。 ④微分控制：具有超前调节的作用。

五、计算题：

1、某测量范围是0---500℃的温度计出厂前校验结果如下表：

解：基本误差：δ=

500300

306--*100﹪=1.2﹪<1.5﹪

所以它的精度等级为1.5级.

2、某一标尺为0

求：1

3）如果工艺允许最大测量误差为土5℃，该表是否能用？

解：1）6℃2）δ=6/1000=0.6%，1.0级3）不能用

3、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0-360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0-240NM3/h。采用控制乙的单闭环比值控制系统，计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。

答： F1为甲流量，F2为乙流量

1.引入开方器时：

2.不引入开方器时：

4、用带隔离罐的差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所测差压Δp与

液位H之关系。变送器零点需不需要迁移？若要迁移，是正迁移还是负迁移？

解：

P+=Hρ 1g+ h1ρ2g+P0

P-= h2ρ2g+P0

ΔP= P+- P-= Hρ 1g-( h2- h1)ρ2g

H=0时，ΔP<0，需迁移

负迁移

5、用差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所测差压与液位之关系。讨

论变送器零点在什么条件下不需要迁移？在什么条件下需要正迁移？在什么条件下需要负迁移？

解：

P+=Hρ 1g+ h1ρ1g+P0

P-= h2ρ2g+P0

ΔP= P+- P-= Hρ 1g+ h1ρ1g- h2ρ2g

H=0时，ΔP= h1ρ1g- h2ρ2g

当h1ρ1= h2ρ2时，不需迁移

当h1ρ 1 > h2ρ2时，需正迁移

当h1ρ 1 < h2ρ2时，需负迁移

6、用差压变送器测某开口容器的液位，其最低液位和最高液位分别为h1=1m和h2=3m（如图所示）。若被测介

m,求：（1）变送器量程是多少？（2）变送器零点是否需要迁移？正迁移还是负迁移？

质的密度 =980kg/3

迁移量是多少？

解：

ΔP= (h2 -h1)ρg =(3-1) *980*9.807=19221.7(Pa)

适当考虑裕度得到量程

P+= h1ρg+P0=1*980*9.807+P0=9610.9+P0

P-= P0

故迁移量P= P+－P- =9610.9 (Pa)

因为P+ >P-，所以需正迁移，迁移量为9610.9 (Pa)

六、设计题

1、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是

一个十分重要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸。（1）试设计一个液位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。（2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。（3）确定调节器的正、反作用方式，必须有详细的分析过程。（4）画出该控制系统的方框图。

解:气关式正作用

2、在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统

分析发现，主要扰动为燃料压力波动。（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。（2）画出该控制系统方框图。（3）为保证设备安全，炉温不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。

（4）确定两台调节器的正反作用方式，必须有详细的分析过程。（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。

解：

气开式

副调节器反作用

主调节器反作用

副调节器采用P或PI调节规律

主调节器采用PI或PID调节规律

3、右图为一个加热器控制系统，通过将进料(流体)与蒸汽进行换热达到对物料(流体)进行加热的目

q)为最主要的干扰。（1）试选用合适的，希望出料(流体)温度恒定。其中已知进料(流料)流量(

v

的的控制方案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。（2）为保证设备安全，出料温度不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。确定调节器的正反作用以及应选择什么调节规律。