过程控制系统习题答案

什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？

过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。

热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些

均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀；

中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响；

中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即

由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。

为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。

电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电

桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。

对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答：

变送器具有哪些主要功能？

变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。

什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？

热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。

大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。

热电偶冷端温度补偿电路起什么作用？

热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0度为依据，否则会产生误差。

5、电容式差压传感器和应变式压力传感器原理

当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。

电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，再将电容量转换成标准电流输出。

应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。R=ρL/S，当应变片产生纵向拉伸变形时，L变大、S变小，其阻值增加；当应变片产生纵向压缩变形时，S 变大、 L变小，其阻值减小。应变片电阻的变化可用电桥测出。

6、差压式流量计原理？

差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量。通常是由能将被测流量转化为差压信号的节流器和能将此差压转化为电信号的差压计两部分组成。

7、什么是调节阀的流量特性？什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性？如何根据具体情况选择调解阀？

在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性，完全取决于发行的形状。最常见调节阀的流量特性有直线、等百分比（对数）、快开三种；调节阀的工作哟流量特性值得是固有流量特性发生畸变，与调节阀级结构和配管情况有关系。

8、建立被控过程的数学模型：

什么是机理分析法建模？

通过分析生产过程的内部机理，找出变量之间的关系。如物料平衡方程、能量平衡方程、化学反应定律、电路基本定律等，

从而导出对象的数学模型。

什么是实验法建模？

实验法建模是根据实际生产过程中发生的变化机理，写出相关的平衡方程，得到数学模型。

从阶跃响应曲线来看，大多数被控过程有何特点？

从阶跃响应曲线来看，大多数被控过程的特点是被控量的变化往往是不震荡的、单调的、有滞后和惯性的。

写出具有纯滞后的自衡单容过程和双容过程的传递函数。

双容（不考）：

9、什么是自衡过程和非自衡过程？写出纯滞后自衡单容过程和双容过程的传递函数，绘出自衡单容过程和双容过程的阶跃响应曲线，并把特性参数标在图上。

自衡过程是指系统中存在着对所关注的变量的变化有一种固有的、自然形式的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。具有自平衡能力的过程称为自衡过程。反之，不存在固有反馈作用且自身无法恢复平衡的过程，称为非自衡过程。在出现扰动后，过程能靠自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自衡特性。

纯滞后自衡单容过程：

【双容不考】纯滞后自衡双容过程：

10、在单回路过程控制系统设计中其控制系统设计包括哪些内容？基本步骤是什么？选择被控变量的一般原则是什么？控制变量选择的一般原则是什么?

1、熟悉和理解生产对控制的技术要求与性能指标；

2、建立被控过程的数学模型；

3、确定控制方案；

4、控制设备选型；

5、实验（或仿真）验证。

选择被控变量的基本原则有以下几点：

(1)若直接参数信号能够获得，而且其测量和变送信号滞后与被控过程的滞后相比较小时，应尽量选择直接参数作为被控变量;

(2)若无法获取直接参数信号，或义测量和变送信号滞后较大时，可选择与直接参数有单位函数关系的间接参数作为被控变量;

(3)作为被控变色必须是可测的，并有足够大的测量灵敏度;可选择与直接参数有

(4)选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和可供选用的仪表产品现状;

(5)被控变量应是独立、可控的。

在生产过程中，影响正常运行的因素很多，但并非所有的影响因素都需要加以自动控制。被控变量的正确选择对稳定生产过程、提高劳动生产率、改善生产条件等具有决定性的意义。控制变量的选择原则是：单一变量原则。只改变一个量，控制其他量和外界环境不变，即可。

11、对于单回路过程控制系统设计，试回答如下问题：

单回路系统控制方案设计包括哪些内容？

1、选择被控变量；

2、找出影响被控变量的因素，选择其中之一进行控制，并将其余作为干扰；

3、确定被控变量后，确定执行器镇反作用（调节阀，气开气关）；