自动化仪表与过程控制课后习题答案
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。
要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
自动化仪表与过程控制部分课后习题答案
1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。
b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。
1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。
在什么情况下要做零点迁移？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。
b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。
c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。
桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu上产生一个电压，此电压与热电动势Et 串联相接。
当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。
d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。
1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。
造成信号的不稳。
共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。
这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
答：
1）仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。
2）通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号：因为直流比交流干扰少、直流信号对负载的要求简单，而且电流比电压更利于远传信息。
（7）简述过程控制系统的设计步骤。
答：
过程控制系统设计的主要步骤：
1.确定控制目标；
2．选择被控参数；
3.选择控制量；
4.确定控制方案；
5.选择控制策略；
6.选择执行器；
7.设计报警和联锁保护系统；
8.系统的工程设计；
9．系统投运、调试和整定调节器的参数。
（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
（10）什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力之间有何关系？
答：
所谓的压力是指垂直作用与单位面积上的力。表压力是指绝对压力与当地大气压力之差。绝对压力是指相对于绝对真空所测量得到的压力。负压是指绝对压力小于大气压力之时，大气压力与绝对压力之差。
（11）体积流量、质量流量、瞬时流量和累积流量的含义各是什么？
（2-1）
相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为 ，如式（2-2）所示：
（2-2）
引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为 ，如式（2-3）所示：
（2-3）
式中， 仪表测量范围的上限值； 仪表测量范围的下限值。
基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。
振荡频率 ：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
c）具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通信；
d）具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位换算和有关信息的存储等功能。
2）硬件构成分为6部分：传感器部分，A/D转换器，CPU，HART通信部分，数/模转换及电压调整电路，监控电路。
（9）温度变送器接受直流毫伏信号、热电偶信号和热电阻信号时有哪些不同？
（2）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号，这是为什么？
答：
1）仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。
2）通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号：因为直流比交流干扰少、直流信号对负载的要求简单，而且电流比电压更利于远传信息。
振荡频率 ：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；
上升时间 ：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；
峰值时间 ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
（6）误差积分指标有什么缺点？怎样运用才较合理？
答：
误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率。因此，通常先确定衰减率，然后再考虑使某种误差积分为最小。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆控制系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？
答：
1）是的。
2）因为安全火花型防爆系统必备条件之一为：现场仪表必须设计成安全火花型。
2
（1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。
Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
《自动化仪表和过程掌控》练习题与参考的答案
《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案、填空题1、过程控制系统一般由控制器执行器被控过程和测量变送等环节组成。
2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。
3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n、超调量C和过渡过程时间t s ；静态质量指标有稳态误差eSS 。
4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用或相对真值约定真值来代替。
5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀动调节阀三大电动调节阀和—液类。
&过程数学模型的求取方法一般有机理建模试验建模和混合建模。
7、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。
8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为和变比值控制三种。
并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。
10、随着控制通道的增益K 。
的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最系统的余差减小，最大偏差减小。
口、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。
12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、讯速和可靠。
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、□径的选择、流量特性的选择吊正反作用的选择。
15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。
16、如果对象扰动通道增益K f 增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。
17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。
二、名词解释题】、衰减比答：衰减比n定义为:n=——B2衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。
为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:110:1。
2、自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。
称该类被控过程为自衡过程。
单闭环比值控制值控制双闭环比 9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器3、分布式控制系统答：分布式控制系统DCS，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。
《过程控制与自动化仪表(第2版)》课后答案
V / cm3
P / ( Pa / cm2 )
54.3 61.2
61.8 49.5
72.4 37.6
88.7 28.4
118.6 19.2
194.0 10.1
试用最小二乘一次完成算法确定参数 α 和 β 。要求： （1） 写出系统得最小二乘格式。 P / ( Pa / cm 2 ) （2） 编写一次完成算法得 MATLAB 程序并仿真。 解： （1） 因为 PV
（2）该过程的框图如下：
−
−
Q1 (s )
−
1 C1S
H 1 (s )
1 R12
Q12 (s )
−
1 C2S
H 2 (s )
Q2 (s )
1 R2
Q3 (s )
1 R3
（3）过程传函： 在（1）中消去中间变量 ∆q2 、 ∆q3 、 ∆q12 有：
∆h1 ∆h1 ∆h2 d∆h1 ⎧ ⎪ ∆q1 − R − R + R = C1 dt (1) ⎪ 2 12 12 ⎨ ⎪ ∆h1 − ∆h2 − ∆h2 = C d∆h2 (2) 2 ⎪ R3 dt ⎩ R12 R12
H (s )
Q1 (s )
。
R1 q1 h
R2
q2
R3
q3
解：假设容器 1 和 2 中的高度分别为 h1 、 h2 ， 根据动态平衡关系，可得如下方程组：
d ∆h1 ⎧ (1) ⎪∆q1 − ∆q2 = C dt ⎪ ⎪∆q − ∆q = C d ∆h2 ( 2 ) 3 ⎪ 2 dt ⎪ ∆h ⎪ ( 3) ⎨∆q2 = R2 ⎪ ⎪ ∆h (4) ⎪∆q3 = 2 R3 ⎪ ⎪∆h = ∆h − ∆h (5) 1 2 ⎪ ⎩
过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
第1章思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程控制的特点。
答：1．控制对象复杂、控制要求多样2．控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。
答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示：图1-1 过程控制系统的一般性框图（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：图1-2 加热炉过程控制系统流程图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ 答：1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
2）各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：1100%()y y σ=⨯∞ 最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；静差，也称残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；调节时间s t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；振荡频率n ω：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间p t ：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间； 峰值时间p t ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
过程控制与自动化仪表-第三版-课后答案
答:
过程控制系统设计的主要步骤:
１。确定控制目标；
２．选择被控参数;
3。选择控制量;
４。确定控制方案；
5。选择控制策略;
6．选择执行器;
7.设计报警和联锁保护系统;
8.系统的工程设计;
9．系统投运、调试和整定调节器的参数。
（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。
答：
过程控制系统按结构不同主要分为三类:
1。反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的,偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统.
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的,扰动是控制的依据．由于没有被控量的反馈,所以是一种开环控制系统。由于是开环系统,无法检查控制效果，故不能单独应用.
过程控制系统的一般性框图如图1－1所示:
图1—1过程控制系统的一般性框图
(３）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?
答:
各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0．0２~０.1MPａ；电动Ⅲ型:4～2０ｍAＤＣ或1~5V ＤＣ.
２)数字式仪表的信号:无统一标准。
（４)试将图1—2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:
体积流量是以体积表示的瞬时流量.质量流量是以质量表示的瞬时流量。瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可以用重量或质量表示。
瞬时流量:单位时间内流过工艺管道某截面积的流体数量．
累积流量:某一段时间内流过工艺管道某截面积的流体总量。
(12）某被测温度信号在４0~８0℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±１％，现有两台测温仪表，精度等级均为0。5级,其中一台仪表的测量范围为0～100℃，另一台仪表的测量范围为０～２00℃，试问：这两台仪表能否满足上述测量要求？
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
体积流量是以体积表示的瞬时流量。质量流量是以质量表示的瞬时流量。瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可以用重量或质量表示。
瞬时流量：单位时间内流过工艺管道某截面积的流体数量。
累积流量：某一段时间内流过工艺管道某截面积的流体总量。
（12）某被测温度信号在40~80℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1％，现有两台测温仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围为0~100℃，另一台仪表的测量范围为0~200℃，试问：这两台仪表能否满足上述测量要求?
b）具有温度、静压补偿功能，以保证仪表精度；
c）具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通信；
d）具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位换算和有关信息的存储等功能。
2）硬件构成分为6部分：传感器部分，A/D转换器，CPU，HART通信部分，数/模转换及电压调整电路，监控电路。
（9）温度变送器接受直流毫伏信号、热电偶信号和热电阻信号时有哪些不同？
b）软件分为系统程序和功能模块两大部分。系统程序使变送器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各部分之间的管理；功能模块提供了各种功能，用户可以通过选择以实现所需要的功能。
（8）1151智能式差压变送器有哪些特点？它的硬件构成有哪几部分？
答：
1）1151智能式差压变送器具有如下特点：
a）测量精度高，基本误差仅为±0.1％，而且性能稳定、可靠；
答：
由题可得：这两台仪表均不能满足上述测量要求。
（13）热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其补偿方法常采用哪几种？
3.前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够使被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
过程控制与自动化仪表刘波峰课后答案第一章
过程控制与自动化仪表刘波峰课后答案第一章1、调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应该怎样确定调节器的正反作用方式？P157-P158答：（1）当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之增加（或减小），则称为正作用被控过程，反之称为反作用被控过程；（2）①首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式，以确定Kv的正负；②然后根据被控过程特征确定其属于正、反哪种类型，以确定Ko的正负；③最后根据系统开环传递函数中各环节静态增益的乘积α必须为正这一原则确定调节器Ko的正负，进而确定调节器的正反作用类型。
2、P、I、D调节规律各有何特点？P152答：P调节（比例调节规律）特点：1) 有差调节，不可避免地存在稳态误差：2) 稳态误差随比例度的增大而增大；；3) 不适用于给定值随时间变化的系统；4) 增大Kc，不仅可以减小稳态误差，还可以加快响应速率I调节（积分调节规律）特点：1) 可以提高系统的无差度，也即提高系统的稳态控制精度：2) 过渡过程变化相对缓慢，系统的稳定性差D调节（微分调节规律）特点：1) 单纯的微分调节器是不能工作的；2) 能预测偏差变化趋势，防止系统被调量出现较大动态偏差；3、调节器的参数有哪些工程整定方法？各有什么特点？P159答：（1）反应曲线法，临界比例度法，衰减曲线法（2）特点：a) 反应曲线法是一种开环整定方法，是得到被控过程的典型参数之后，再对调节器参数进行整定的；b) 临界比例度法是一种闭环整定方法，不需测试动态特征，方便简洁，使用方便；c) 衰减曲线法与临界比例度法类似，都是依赖系统在某种运行状况下的特征信息对调节器进行参数整定的，无需单据被控的数学模型，但不同的是无需出现等幅振荡过程4、微分控制为什么不能单独作用调节规律？P154答：因为任何实际的调节器都有一定的不灵敏区（或称死区），在不灵敏区内，当系统的输出产生变化时，调节器并不动作，从而导致被调节的偏差有可能出现相当的数值而得不到校正5、控制方案确定中为了减小或消除控制通道中纯时延时对系统控制品质不良影响，怎样设计一种补偿措施？答：在系统设计时，应使控制通道的时间常数To既不能太大也不能太小。
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
答：
各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答：
加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：
答：
由题可得：被测信号为12毫伏。
（7）智能温度变送器有哪些特点？简述TT302温度变送器的工作原理。
答：
1）智能温度变送器特点为：
a）通用性强；
b）使用灵活；
c）多种补偿校正功能；
d）控制功能；
e）通信功能；
f）自诊断功能；
2)TT302温度变送器的工作原理：
a)在结构上，它由输入模板、主电路模板和显示器三部分组成。其中，输入模板由多路转换器（MUX）、信号调理电路、A/D转换器和隔离部分组成。主板由微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整和电源等组成，它是变送器的核心部件。显示器为液晶式微功耗数字显示器，可显示四位半数字和五位字母。
答：
直流毫伏信号与热电偶信号的两点区别是输入信号由直流毫伏信号变为热电偶的热电动势信号，该信号会随热电偶冷端温度的变化而变化，因而需要对其进行矫正，其矫正电压由铜电阻变化的阻值来提供。而热电阻信号由于其他不同：它用三限制接入电路取代了冷端温度补偿电路。对铂电阻测温进行了非线性校正。非线性校正不是采用折线拟合方法而是采用正反馈方法。
（2-1）
相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为 ，如式（2-2）所示：
（2-2）
引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为 ，如式（2-3）所示：
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
（8）1151智能式差压变送器有哪些特点？它的硬件构成有哪几部分？
答：
1）1151智能式差压变送器具有如下特点：
a）测量精度高，基本误差仅为±0.1％，而且性能稳定、可靠；
3
（1）举出你所见到的过程控制系统的实例，并指明其被控过程、被控参数、控制参数（或控制介质）、干扰作用，画出其控制流程图和系统方框图。
略
（2）试举你所见到的前馈-反馈复合控制系统的实例，画出其控制流程图和系统方框图。
略
第
1
（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。
答：
1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。
答：
由题可得：这两台仪表均不能满足上述测量要求。
（13）热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其补偿方法常采用哪几种？
超调量：第一个波峰值 与最终稳态值y（ ）之比的百分数：
最大动态偏差A：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；
静差，也称残余偏差C： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（ ）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；
过程控制及仪表自动化课后答案2
第三章思考题与习题3.1 图3-31为某单位负反馈系统校正前、后的开环对数幅频特性曲线，比较系统校正前后的性能变化。
L(ω)dB图3-31 习题3.1图加入串联P校正装置，提高系统增益后：1）使系统的相对稳定性降低，超调量增加。
2）增益提高，系统的稳态精度改善。
3.2 什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有什么特点？当控制器的输出变化量与输入变化量（即设定值和测量值之间的偏差）成比例时，这就是比例（P）控制。
比例控制能实现被控变量在过渡过程结束后，能稳定在某一个值上。
∆与输入偏差值e随时间的变化成正比的控制规律，积分控制是控制器的输出变化量u亦即控制器的输出变化速度与输入偏差值成正比。
在积分控制时，余差最终会等于零。
∆与输入偏差e的变化速度成正比的控制规理想微分控制是指控制器的输出变化量u律。
微分控制却是根据偏差的变化趋势进行动作的。
从而有可能避免产生较大的偏差，且可以缩短控制时间。
3.3 什么是比例度、积分时间和微分时间？它们对过渡过程有什么影响？比例度δ就是指控制器输入的相对变化量与相应的输出相对变化量之比的百分数。
比例度δ来衡量比例控制作用的强弱。
使用比例控制器控制系统时，控制器在闭环运行下比例度δ对系统过渡过程的影响。
1）比例控制是有余差的控制，余差的大小与比例度δ有关，与负荷的变化量有关。
在同样的负荷变化扰动下，比例度越小，比例增益越大，余差越小；在相同比例度下，负荷变化量越大，余差越大。
2）不论是在设定值变化还是负荷（扰动）变化的情况下，比例度δ越小，系统的振荡也越剧烈，稳定性越差。
当δ太小时，系统可能出现等幅振荡，甚至发散振荡；反之，则系统越稳定。
积分时间T i定义为：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间。
积分时间T i对系统过渡过程的影响。
随着T i减小，积分作用增强，消除余差较快，但控制系统的振荡加剧，系统的稳定性下降；T i 过小，可能导致系统不稳定。
过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
第1章思考题与习题1．基本练习题(1）简述过程控制的特点。
答:1．控制对象复杂、控制要求多样2．控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。
答:过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
过程控制系统的一般性框图如图1—1所示:图1—1过程控制系统的一般性框图（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0。
02 ~0。
1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC.2)数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1—2加热炉控制系统流程图用方框图表示.答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示:图1-2 加热炉过程控制系统流程图1-3加热炉过程控制系统流程方框图（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？答：1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等.2)各自定义为：衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n；超调量：第一个波峰值与最终稳态值y（)之比的百分数：最大动态偏差A：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度;静差，也称残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；调节时间：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的（）范围内所需要的时间；振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间:系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
（6)误差积分指标有什么缺点?怎样运用才较合理？答：误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率.因此，通常先确定衰减率,然后再考虑使某种误差积分为最小.（7)简述过程控制系统的设计步骤。
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第1章(P15)1、基本练习题(1)简述过程控制的特点。
Q：1)系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2)被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3)控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4)控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5)定值控制是过程控制的主要形式。
(2)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1)过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2)组成框图：f(t)r(t) e% u(t) q(t)》,一上fo_U捽制器一►执行器一—z(t) -------------------------------- 测量变送装置」-------(3))单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1)模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动皿型：4~20mADC或1~5V DC。
2) 数字式仪表的信号：无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：热油出(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1)最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2)略(8)通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1)按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈•反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2)略(10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1)不是这样。
2)比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
h --- ---- N ——一Q：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节。
1 （流量）来实现液位控制的作用。
2）框图:3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e（t）、控制量u（t）；执行器输入输出分别为：控制量u（t）、操作变量q 1（t）；被控对象的输入输出为：操作变量q 1（t）、扰动量q2 （t），被控量h；所用仪表为：控制器（例如PID控制器）、调节阀、液位测量变送器。
（2）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号，这是为什么？Q：1）自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。
2）略（3）某化学反应过程规定操作温度为800℃,最大超调量小于或等于5%,要求设计的定值控制系统，在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示。
要求：图设定值「扰时的过渡过程曲线示意图1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间。
2）说明该系统是否满足工艺要求。
Q ： 1）由上图可得 y （8）= 810℃,设定值 r=800℃, B 1=850-810=40, B 2=820-810=10稳态误差 e （8）= r - y （8）=800℃-810℃= -10℃ B衰减比：n = _1 = 40 =4 : 1,B 102最大超调量：S = M ）-M ◎ x 100% = 850- 810x 100% = 4.938% y （8） 810过渡过程时间t s :大概在17min 左右2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作 温度为800℃，而最后趋于稳定的值却为810℃,因此不满足工艺要求。
（4）图1-13所示为一类简单锅炉汽包水位控制流程图，试画出该控制系统框图，并说明其 被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么？Q ： 1）控制系统框图：蒸汽流量变化液位变送器 被控过程：加热器+汽包 被控参数：汽包水位控 制参数：上水流量 干扰参数：蒸汽流量变化第2章(P70)1、基本练习题(3)某台测温仪表测量的上下限为500~1000℃,它的最大绝对误差为±2℃,试确定该仪表 的精度等级。
Q ：仪表的引用误差Y =±最大绝对误差x 100% =± 2 x 100% =± 0.4%，其精度等级为0.4量程1000- 500 7/L C液位设定__________ _______________ * 液位控制器 一►上水调节阀 一►!实际液位级。
(4)某台测温仪表测量的上下限为100~1000c，工艺要求该仪表指示值的误差不超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？Q：工艺允许的仪表引用误差为” 一允许的最大绝对误差2Y允二量程------ x100% = ±1000_ 100x 100% =± 0.22%应选0・2级的仪表才能满足。
(5)有一台DDZ-小型两线制差压变送器，已知其量程为20~100kPa,当输入信号为40kPa 和80kPa时，变送器的输出分别是多少？Q：1) 8mA；2) 16mA.(6)设有某DDZ-m型毫伏输入变送器，其零点迁移值u mn=6mV DC,量程为12mV DC。
现已知变送器的输出电流为12mA DC。
试问：被测信号为多少毫伏？Q：12mV DC(12)某被测温度信号在40~80℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1%,现有两台测温仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围为0~100℃,另一台仪表的测量范围为0~200℃,试问这两台仪表能否满足上述测量要求？Q：工艺允许的最大绝对误差=±40x 1% =± 0.4 ℃。
1)使用0~100℃的仪表，则Y.=± 400°" x 100% =± 0.4 , 0.5级精度不可以满足；允0.42)使用0~200℃的仪表，则y允=± 200 x 100% =± 0.2 , 0.5级精度不可以满足；(13)热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其补偿方法常采用哪几种？Q：1)采用补偿导线可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℃，而工业上常用热电偶的E t-t关系曲线是在冷端温度t=0℃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。
而操作室的温度往往不是0℃，这样测量结果就会有误差，因此需要进行冷端温度的校正。
(解决冷端温度不为零的问题)2)常用的有查表法、电桥补偿法。
(14)热电阻测温电桥中的三线制接法为什么能减小环境温度变化对测温精度的影响？Q：因为用热电阻测温时，热电阻要安装在被测温度的现场，而电桥中的其它电阻连同仪表一起则安装在控制室。
现场与控制室之间有一定的距离，因此连接热电阻的导线的电阻往往不可忽略，若采用普通的二线制接法，则连接热电阻的两根导线都分布在电桥的一个桥臂上，因 此，连接导线的电阻随着环境温度的变化而变化，将同热电阻阻值的变化一起加在平衡电桥的 一个桥臂上，这会使测量产生较大的误差。
采用三线制接法可以减少甚至抵消连接导线电阻对 测量结果造成的误差。
2、综合练习题（1）某一标定为100~600℃的温度计出厂前经校验，各点的测量结果值如下:1）试求该仪表的最大绝对误差。
2）确定该仪表的精度等级。
3）经过一段时间后，仪表的最大绝对误差为±7℃，问此时仪表的精度等级为多少? Q ： 1）取 A= I x — x a I 中的最大值，计算可知最大绝对误差等于±6℃。
最大绝^误差 6 量程x 100% =^ 600_ 100x 100% =^- 1.2%，符合 1.5 级精度。
最大绝对误差 7 e E量程 x 100% =^ 600— 100* 100% =i 1*4%，符合 1.5 级精度。
（2）用分度号Pt100的热电阻测温，却错查了 Cu50的分度表，得到的温度是150℃。
问 实际温度是多少？Q ： 1）查Cu50的分度表，找出与150℃对应的电阻值Rt=82,13Q ；查Pt100的分度表，找出 与82.13Q 对应的温度值，约为-45℃。
（3）若被测压力的变化范围为0.5~1.4MPa ,要求测量误差不大于压力示值的土 5%。
可供选 用的压力表规格：量程为0~1.6MPa , 0~2.5 MPa , 0~4MPa ,精度等级为1.0、1.5、2,5。
试 选择合适量程和精度的压力表。
Q ：最大工作压力不超过仪表量程的2/3,则可选择0~2.5MPa 范围。
允许的最大绝对误差：土 0.5*5%=±0.025MPa ,允许的最大引用误差：y 允=±幽"2.5 x 100% =± 1%，可选择1.0级精度等级。
（5）用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量。
若差压变送器量程为104Pa ,对应输 出信号为4~20mADC ,相应流量为0~320m 3/h 。
求差压变送器输出信号为8mADC 时，对 应的差压值及流量值各是多少？Q ：因为未加开方器。
流量与差压的平方根成正比。
8mADC 对应的差压值为2500Pa ,流量则 为 160 m 3/h 。
2）仪表引用误勤13 3）仪表引用误差y 2 g3、设计题（1）用分度号为K的镍铬-银硅热电偶测量温度，在无冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为600℃，此时冷端温度为50℃。
试问：实际温度是多少？如果热端温度不变，使冷端温度为20℃时，此时显示仪表指示值应为多少？Q：1）查K分度表，知600℃对应的热电势为24.902mV,由题意可知这热电势是由热端温度为。