自动化仪表与过程控制版施仁课后答案答案PPT课件
自动化仪表与过程控制课后习题答案
●自动化仪表指哪一类仪?什表么叫单元组合式仪?表答:a:是由若干自动化元件构成,具的有较完善功能的自动化技术工.b:具由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调. 节仪表●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压. 电流信号传输标准是什?在么现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么?好处答:在DDZ-型I和DDZ-II型以表中采用0~10m直A流电流作为标准信,号而在DDZ-III 型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20m直A流电流作为标准信.号这两种标准信号都以直流电流作为联络信.采号用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限.制采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的,适影于响信号的远距离传;送其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理,构使成用的电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械.此力外,对于要求电压输入的仪表和元,只件要在电流回路中串联电阻便可得到电压信,故号使用比较灵活.●什么叫两线制变送?器它与传统的四线制变送器相比有什么?优试点举例画出两线制变送器的基本结,构说明其必要的组成部.分答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并, 一起共来只用两根导.线b. 1 有利于识别仪表的断电断线等故2障不仅节省电缆布线方,便而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3 上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1 与气动仪表信号制对,应便于相互折算,产生较大的磁力c.图.●什么是仪表的精确?度试问一台量程为-100~+10℃0.精确度为0.5 级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多? 少答:模拟式仪表的合理精确,度应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误, 仪差表工业规定,去掉百分误差的%称,为仪表精确度. 一般选用相对误差评定, 看相对百分比, 相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x℃=.1●1-1试述热电偶的测温原,理工业上常用的测温热电偶有哪几?什种么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导?线答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回,若路两时个接点温度不,同回路中就会出现热电动势,并产生电流.b. 铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c. 分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d. 在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动, 势自时动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代. 品●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. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量,由时电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接, 不影响电桥的平,衡另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互.抵消●1-3说明热电偶温度变送器的基本结.工构作原理以及实现冷端温度补偿的.方在法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-电压流变换器,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c.信由号铜丝绕制的电阻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,向性热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为.桥补路偿左臂由稳压电压电V源z(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,便当可得到满意的补.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.●1-4什么叫共模干扰和差模干?为扰什么工业现场常会出现很强的共模?干共扰模干扰为什么会影响自动化仪表的正常?工怎作样才能抑制其影?响答:共模干扰:电热丝上的工频交流电便会向热电偶,泄使漏热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压,这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压~称.差为模干扰:在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的. 差模干扰工业上会出现共模干扰是因为现场有动力,形电成缆强大的磁场.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,是信被号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.生在的现场中, 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,百对伏测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏.仪共表模干扰在导线与(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.消除共模干扰的方法包:括(1) 采用屏蔽双绞线并有效接(2地)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏(蔽3)布线时远离高压线, 更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线(4)不要和电控锁共用同一个电(5源)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV).●1-5力平衡式压力变换器是怎样工作?为的什么它能不受弹性元件刚度变化的?影响为什么它能不受弹性元件刚度变化的?影在响测量差压时,为什么它的静压误差比较大?答:a.被测压力P经波纹管转化为力Fi 作用于杠杆左端A点,使杠杆绕支点O做逆时针旋转,稍一偏转,位于杠杆右端的位移检测元件便有,感使觉电子放大器产生一定的输出电流I. 此电流通过反馈线圈和变送器的,负并载与永久磁铁作用产生一定的电磁力,使杠杆B点受到反馈力Ff,形成一个使杠杆做顺时针转动的反.力由矩于位移检测放大器极其灵敏,杠杆实际上只要产生极微小的位,放移大器便有足够的输出电,形流成反力矩与作用力矩平.b衡. 因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的,当位移检测放大器非常灵敏,杠时杆的位移量非常,小若整个弹性系统的刚度设计的很小,那么弹性反力在平衡状态的建立中无足,可轻以重忽略不计.●1-6 试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工作, 它原们理与力平衡式压力变送器相比有何优?点硅:被测介质的压力直接作用与传感器的膜,片使上膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变,用化电子线路检测这一变,化并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信.号差: 电容式压力变送器主要由完成压/电力容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线4制-20mA电子线路板构成,当进程压力从从测量容室的两侧(或一侧)施加到隔离膜片后, 经硅油灌充液传至容室的重心膜片,重上心膜片是个边缘张紧的膜片,在压力的作用下, 发生对应的位移,该位移构成差动电容变,化并经历电子线路板的调.理震荡和缩小,转换成4-20mA信号输入,输入电流与进程压力成反比.优点:他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室.的问题●1-7 试述节流式.容积式.涡流式. 电磁式.漩涡式流量测量仪表的工作原,精理度范围及使用特点.答:a.节流式.工作原理:根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大.小差压流量计:根据节流元件前后的压差测流.精量度:正负0.5%到1%使. 用特点:保证节流元件前后有足够长直管.靶段式流量计:使用悬在管道中央的靶作为节流元.件精度:2%到3%使. 用特点:可用于测量悬浮物,沉淀物的流体流量. 转子流量计:以一个可以转动的转子作为节流元.使件用特点:可从转子的平衡位置高低,直接读出流量数值.b. 容积式. 工作原理:直接安装固定的容积来计量流.精体度:可达2%较差时亦可保证0.5%~1%使.用特点:适用于高黏度流体的测.c量. 涡轮式:工作原理:利用导流器保证流体沿轴向推动涡,并轮且根据磁阻变化产生脉冲的输.精出度:0.25%~1%使.用特点:只能在一定的雷诺数范围内保证测量.精由度于有转子,易被流体中的颗粒及污物堵,住只能用于清洁流体的流量测.d量. 电磁式: 工作原理:以电磁感应定律为基,础在管道两侧安放磁,铁以流动的液体当作切割磁力线的导,由体产生的感应电动势测管内液体的流.量精度:0.5%~1%使.用特点:只能测导电液体的流量.e. 漩涡式:工作原理:根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流.量精度:正负0.2%正~ 负1%使. 用特点:量程比达到30:1,可测液体和气体.●1-9试述热导分析仪.红外线分析仪.色谱分析仪及氧化锆氧分析仪的工作原理及用途.答:1 热导分析仪的工作原.理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元,件将其与铂线圈烧结成一,体而后与对气体无反应的补偿元,共件同形成电桥电路,也就是热导式气体分析仪的测量回,对路热导系数进行测.量在测量气体组分时, 热敏元件吸附被测量气,其体电导率和热导率就会发生变,元化件的散热状态也就随之改变,当铂线圈感知元件状态后电阻会相应,变电化桥平衡被破坏而输出电压,通过对电压的测定即可得到气体测量.结用果途:热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体.氨气.二氧化碳和二氧化硫等气体的测,并定可作为低浓度可燃性气体的测定工作,另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成.分2.分红析外线气体分析仪的基本原.理其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性.红吸收外线分析仪常用的红外线波长2~为12μm.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容,器从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束, 红外光然后在另一个端面测定红外线的辐射,强然度后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓.用度途:使用范围宽,可分析气体,也可分析溶液.色谱分析仪是应用色谱法对物质进行.定定性量分析,及研究物质的物理.化学特性的仪器.工作原理是基于色谱法对样品进行检,利测用检测器对分离出来的色谱柱进行,分析对各成分进行测定.氧化锆氧分析仪工作原:理这是一种利用氧化锆固体电解质特性制成的氧浓差电池传感,器在一片氧化锆固体电解质的两个表面分别烧结一层多孔的铂电极,并将其置于800℃以上的高温中,当上、下两侧的气体中氧浓度不同,在时两极间就会出现电动E势,称为氧农差电动.势利用此电动势与两侧气体中的氧浓度差的单值关系,便可之城氧浓度分析.仪用途:在燃烧控制中得到广泛应用●平衡式压力变送器工作原:被理测压力经过纹波管的作用转化为Fi力作用杠杆的A 端,杠杆绕O点做逆时针旋转.稍一旋转,位于右端的位移检测元件便有感,位觉移监测放大器变输出一定的输出电Io流,此电流流经反馈线圈和变送器的负, 并载与永久磁铁作用产生一定的磁,力是杠杆在B点受力顺时针转,动使杠杆处于平衡状态,时输出电流和被测压力成正,比由此便可以测出压.力●电容式差压变送器的工作原: 被理测压力分别加到左右两个隔离膜片,通上过硅油将压力传到测量膜.片在测量膜片左右有两个玻璃凹球面制成的金属固定,当电测极量膜片向一边鼓起,使它与两个固定的金属电极之间的电容一个增大一个,通减过小引线测出这两个电容的变,便化可知道差压的数.值●电容式差压变送器与力平衡式差压变送器的:它区不别存在力平衡式必须把杠杆插出测压室的问题.在力平衡式差压变送器中为使输出杠杆既能密封又能, 使转用动了弹性密封膜片,带来了静压误差.●容积式流量计:在金属壳内有一对啮合齿,当轮液体自左向右流过通过, 再时输入压力的作用下,产生力矩,驱动齿轮转动.主齿轮在力矩的作用下作顺时针得,转带动动B 齿轮转动, 将半月形内的液体排出至出, 这口样连续转动,椭圆齿轮每转动一周,就像出口排出四个半月形溶剂的液. 测体量椭圆齿轮的转速便可知道液体的体积,流累量计齿轮的转动圈,数便可知道一段时间内流过液体的体. 积●P 加快系统的动作速,度减小超调,克服震荡减小系统的稳态误,提差高稳态精度但是系统存在静差,虽然增大比例系数可以减小静,但差是不能消除静差.I 积分作用是消除静差, 但是积分时间常数太大积分作用不,明太显小可能引起震荡,时系统不稳定,增大系统的调节时间动态品质变.D坏微分作用,加快系统的响应速,度较小调节时间,减小超调量,但系统抗干扰的能力变弱单独的微分有严重的, 不就足是对静差毫无抑制的能力, 因此不能单独使.用调节器的调节规:律输出量与输入量(偏差信号)之间的函数关系. 为了适应工艺过程的启动和提车和发生事故等,调情节况器除需要有自动调节的工作状态,外还需要在特殊情况下有操作人员切P除ID运算控制电路,直接根据易仪表的指示作出判,断调节调节器的手动工作状.P态ID 输入电路的作用:输入电路能实现测量信号与给定值的相, 获减得放大两倍的偏差信号输出电压与公共地线上的压降Vcm1Vcm无2关.输入电路接受两个零线为起点的测量信号和给定,而信输号出以Vb=10为V 起点的电压, 实现了电平的平.移PID输出电路:是一个电压电流转换电.路将PID1----5V的输出电压变成4----20mA的电流为了保持切换过程中软启动有较好的保持特性,必须选用偏置电流极小的运算放,大和器漏电极极小的电容.器●2-3PID调节器中,比例度p,积分时间常数Ti, 微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd分别有什么含义?在调节器动作过程中分别产生什么?影若响令Ti 取∞,Td取0,分别代表调节器处于什么状?态答:1 在比例积分运算电路中,RI,CI 组成输入电路,CM为反馈元件.1)比例度P=Cm/CiX1表00示%在只有比例作用的情况, 能下使输出量做满量程变化的输入量变化的百.分2)数积分时间Ti=RICITi愈小,由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈,积短分作用愈强.Ti 越大,积分作用越弱.3)积分增益Ki=CM/CIXA 为A 放大器增益,Ki 越大,调节静差越小.比例微分运算电路,中由 RdC 及d 分压器构成无源比例微分电.4路)kd 为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比 例作用产生的输出变化值之.5比)微分时间Td=KdRdCd.2取,Ti 无穷时,调节器处于P D 状态.Td 取零时调节器处于P I 状态. ●2-4什么是PID 调节器的干扰系数?答:用PI,PD 串联运算获得P ID 调节规律时,在整定参数上存在相互干扰的现,常象用干扰系数F=1+Td/T 表i 示.●2-5 调节器为什么必须有自/手动动切换电路?怎样才能做到自动/手动双向无扰切 换?答:为了适应工艺过程启.动停车或发生事故等情,况调节器除需要”自动调节”的工作状态外,还需要在特殊情况时能由操作人员切P 除I D 运算电路,直接根据仪表 指示做出判断,操纵调节器输出的”手动”工作.状在态DDZ-III 型调节器中,自动和 手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的S1开实关现的,如(图1)所示,其 中开关接点”A ”为自动调节;”M ”为软手动操作;”H ”为硬手动操作. 切换分析:”A ”→”M ”为保持,无扰切换.”M ”→”A ”:S1.2在M,S2把CI 接VB,VO 以2 10V起对C I 充电,但 CI 右端电位被钳位不(变10V),A3的 V-≈ V+=10V 当,”M ”→”A ”,两点电位几乎相,等所以为无扰切换.”M ”→”H ”:断开前,必然先断开S4,M 为保持. 切换后,接入”H ”,V-与 RH 的电位相同时,则为无扰切换,所以切换前应平衡R PH 有,条件无扰切换.”H ”→”M ”:切换后,S41~S4瞬4 间是断开的,CM 和V-为保持状态,所 以为无扰切换.●2-7 什么是调节器的正反作用?调节器的输入电路为什么要采取差动输入?输方式出电路是怎样将输出电压转换4-成20m电A流的?答:(1) 测量值增加(偏差信号e减少), 调节器输出增加,则调节器静态放大放大系数为,K负C为负值,称正作用调节器;反之, 测量值增加(偏差减小), 调节器输出减小,则调节器静态放大系数为,K正C为正值,称反作用调节器.(2) 由于所有的仪表都用同一个电源供,在电公共电源地线上难免出现电压降,为了避免这些压降带来误,差输入电路需要采用差动输入方.(3式) 调节器的输出电路是一个电-压电流转换器,它将PID电路在1-5V间变化的输出电压转换为4-20mA的电流, 输出电路实际就是一个比例运算,通器过强烈的电流负反馈使输出电流保持在4-20mA输, 出电路的电路图如图2:其中经过运算得(出公式1)取Rf=62.5, 则当V03=1-5时V,输出电流为4-20mA.●集散控制系统(DCS也) 叫分布式控制系统,即控制功能分散,操作监视与管理集中, 主要由操作站, 现场控制,通信网络三大部分组.成其中操作站作为人机接,口进行系统的集中监视操作维护与工程组. 现态场控制站则是分散执行控制功能他们几只通过内部的高速通道总线相,连组成计算机的局域.网控制功能分散,操作监视管理集中可以使系统在某个站发生故障,其时他回路不受影响,不至于系统全部瘫.痪其次,集中控制保证了系统实时性的要,让求操作人员以最短的时间迅速掌握整个生产过程的状态,及时进行整定调.节集中控制的缺点: 随着控制功能的集,中事故的危险性也集中了,当一台控制几百个回路的计算机发生故,整障个时生产装置全面瘫.痪●现场总线:现场总线是连接智能测量和控制设备的全数,字双式向传输具有多节点分支结构的通信链.路现场总线的优点:首先双向传输通信是我们可以从现场获取大量的信息, 而且可以根据需,要实施远程组态与维.护其次现场总线可以大大节省电, 缆降低安装费用. 最后,现场总线的一致性和相互操作,保性证了现场总线的开放,性互换性●4-1执行器在控制系统中处于什么地?其位性能对控制系统的运行有什么?影响答:执行器是安全测控中不可缺少的重要,部它分在系统中的作用是根据调节器的命令,直接控制被测物体的状态和参. 数●4-2调节阀有哪些结构形?式分别适用于什么场?合执行机构是指执行器中的哪一部分?执行器选用气开,气关的原则是什?么答:调节阀根据结构分为九个大:(1类) 单座调节阀;适用于泄漏要求严.工作压差小的干净介质场合(2)双座调节阀; 适用于泄漏要求不严.工作压差大的干净介质场(3合) 套筒调节阀;适用于单座阀场合(4)角形调节阀;适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场(5合)三通调节阀;用于分流和合流及两相.流温度差不大于150℃的场合(6)隔膜阀;适用于不干净介.质弱腐蚀介质的两位切断场(7合)蝶阀;适用于不干净介质和大口.大径流量.大压差的场合(8)球阀;适用于不干净. 含纤维介质.可调比较大的控制场(合9)偏心旋转阀.故适用于不干净介.质泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部.规分则:气开气闭的选择主要从生产安全角度,考虑当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中, 调断节时阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员,如阀门在此时打开危险性,小则宜选气闭式执行;器反之,则选用气开式执行器.●4-3 什么是调节阀的固有流量特性和工作流量?为特什性么流量特性的选择对控制系统的工作至关重?要答:①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,量也特叫性理想流量特性. 在各种具体的使用条件,阀下芯位移对流量的控制特,称性为工作流量特性.②从自动控制的角度,看调节阀一个最重要的特性是他的流量,特即性调节阀阀芯位移与流量之间的关,系值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响.●4-4为什么合理选择调节阀的口,也径就是合理确定调节阀的流通能C非力常重要? 答:在控制系统中,为保证工艺操作的正常进,行必须根据工艺要求,准确计算阀门的流通能力, 合理选择调节阀的尺.寸如果调节阀的口径选的太,大将是阀门经常工作在小开度位置,造成调节质量不好.如果口径选的太小,阀门完全打开也不能满足最大流量的需要,就难以保证生产的正常进. 行●4-5 电-气阀门定位器(含电-气转换器和阀门定位)器是怎样工作的?它们起什么作用?答:①由电动调节器送来的电I流通入线圈,该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动,当输入电流i 增大时,线圈与磁铁产生的吸引增,使大杠杆作逆时针方向旋,转并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷,改嘴变喷嘴和挡板之间的间隙②使气动执行器能够接收电动调节器的命,令必须把调节器输出的标准电流信号转2换0为~100kP的a标准气压信号.●4-6电动仪表怎样才能用于易燃易爆?场所答:具有一定的防燃防爆措.安施全火花:不会引起引燃.爆炸等事故的火花●4-8防爆栅的基本结构是什?它么是怎样实现限压限流?的答:分齐纳式和隔离式两,种齐纳式安全栅电路中采用快速熔断.限器流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限,从制而保证输出到危险区的能.它量的原理简单.电路实现容易, 价格低廉,但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很,大影响并限制了其应用范,围其原因如下:0.3安装位置必须有非常可靠的接地,系并统且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小1 于Ω,否则便失去防爆安全保护性,显能然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证.0.4要求来自危险区的现场仪表必须是隔,离否型则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传,并送且由于信号接地,直接降低信号抗干扰能,力影响系统稳定性.0.5齐纳式安全栅对电源影响较,大同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏.0.6由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的,所能以量易造成输出不稳.定隔离式安全栅,采用了将输入. 输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路,同结时构符合本安型限制能量的要.与求齐纳式安全相比,虽然价格较贵,但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受:1益. 由于采用了三方隔离方,式因此无需系统接地线路,给设计及现场施工带来极大方.2便. 对危险区的仪表要求大幅度降, 现低场无需采用隔离式的仪表.3. 由于信号线路无需共,地使得检测和控制回路信号的稳定性和。
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考核方式
1.点名作业20% 2.试验成绩10% 3.期末考试70%
产品的反应过程。典型设备：反应器
4 ．精馏过程 精馏是一种分离过程。典型设备：精馏塔
5 ．传质过程 不同组分的分离和结合，如液体和气体之间的解
吸、汽提、去湿或润湿，不同非溶液体的萃取、液体 与固体之间的结晶、蒸气或干燥等都是传质过程。其 目的是获得纯的出口物料。
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一、生产过程及其特点
➢系统由被控过程和检测控制仪表组成
过程控制采用各种检测仪表、控制仪表和计算机等自动化工具，对整个生产过 程进行自动检测、自动监督和自动控制。检测仪表把工艺参数转换为电信号或 气信号，反映生产过程状况；控制仪表接受检测信号对过程进行控制。
➢被控过程的多样性
生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样导致过程的结构性、动态特性多 样。通常被控过程属于多变量、大惯性、大时延特征，还有非线性与时变特性。 （锅炉、热交换器、精馏塔）
➢控制方案的多样性
被控对象复杂导致控制方案多样性。单/多变量控制系统、常规仪表控制/计算 机集散控制系统、提高控制品质的和实现特定要求的控制系统。单回路、串级、 前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还有先进过程控制 系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。
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日—月级
时—日级 分—秒级或 分—时级
小于1秒
小于1秒
决策管理与计划调度
实时优化 常规控制或高级
过程控制 操作安全与环境保护
测量、变送与执行 被控过程
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过程控制发展概况
● 20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验 人工控制生产过程，劳动生产率很低。
作用----在现代工业生产过程自动化中，过程控制
技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效 益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护 环境卫生等方面起着越来越大的作用。
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自动化仪表
自动化仪表----- 用于生产过程自动化的仪器或
设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术 工具。 特点----- 兼容性、统一标准
用自动化装置来管理连续或间歇生产过程的综
合性技术就称为生产过程自动化，简称为过程控制
（Process Control ）。
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过程控制
过程控制----泛指石油、化工、电力、冶金、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，其被控量通常为压力、液位、流量、 温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成 部分。
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考核方式
1.点名作业20% 2.试验成绩10% 3.期末考试70%
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第一章 过程控制与自动化仪表概述
过程控制的特点
➢系统由被控过程和检测控制仪表组成
过程控制采用各种检测仪表、控制仪表和计算机等自动化工具，对整个生产过 程进行自动检测、自动监督和自动控制。检测仪表把工艺参数转换为电信号或 气信号，反映生产过程状况；控制仪表接受检测信号对过程进行控制。
过程控制及仪表自动化课后答案
第三章思考题与习题3.1图3-31 为某单位负反响系统校正前、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 图参加串联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。
3.2什么是比例掌握规律、积分掌握规律和微分掌握规律？它们各有什么特点？当掌握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〕掌握。
比例掌握能实现被控变量在过渡过程完毕后，能稳定在某一个值上。
积分掌握是掌握器的输出变化量∆u 与输入偏差值e 随时间的变化成正比的掌握规律，亦即掌握器的输出变化速度与输入偏差值成正比。
在积分掌握时，余差最终会等于零。
抱负微分掌握是指掌握器的输出变化量∆u 与输入偏差e 的变化速度成正比的掌握规律。
微分掌握却是依据偏差的变化趋势进展动作的。
从而有可能避开产生较大的偏差，且可以缩短掌握时间。
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就是指掌握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来衡量比例掌握作用的强弱。
使用比例掌握器掌握系统时，掌握器在闭环运行下比例度δ对系统过渡过程的影响。
1）比例掌握是有余差的掌握，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；在一样比例度下，负荷变化量越大，余差越大。
2）不管是在设定值变化还是负荷〔扰动〕变化的状况下，比例度δ越小，系统的振荡也越猛烈，稳定性越差。
当δ太小时，系统可能消灭等幅振荡，甚至发散振荡；反之，则系统越稳定。
积分时间Ti定义为：在阶跃偏差作用下，掌握器的输出到达比例输出的两倍所经受的时间。
积分时间Ti 对系统过渡过程的影响。
随着Ti减小，积分作用增加，消退余差较快，但-20dB / dec-20dB / dec10 50 -40dB / dec ω/(rad / s)-40dB / dec校正后校正前dFKdTr+KK K(T s +1)(T s +1)T1 2- c12掌握系统的振荡加剧，系统的稳定性下降；T 过小，可能导致系统不稳定。
最新自动化仪表与过程控制 教学课件 第三章相关图例教学讲义ppt
第三章 图3-1
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论述类文本阅读的七大命题陷阱
一、偷换概念
指命题人在解释概念或转述文意时，暗中将 两个概念的内涵如属性、作用、发展趋势等 进行了调换、改变或混淆。
应注意看选项与原文是否存在信息错误对接 的现象，尤其注意看命题的主语、谓语与原 文的是否一致。
[2015·安徽省卷 ]
A.中国经典一般意义上与“经”应该是一致的， 但将其转换成“儒家经典”的观念在作者看来则 有些偏狭。
[原文]宋代的货币流通和信用进入迅速发展时期, 开创了古代金融的新篇章。宋代在信用形式和信用工 具方面都呈现出新的特点。信用形式有借贷、质、押、 典、赊买赊卖等多种形式。
设题陷阱：偷__换__概__念__
原文“宋代的货币流通和信用进入迅速发展时 期”中是货币信用迅速发展,不是信用迅速发展。
二、无中生有
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。
自动化仪表与过程控制课后答案
自动化仪表与过程控制课后答案---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 自动化仪表与过程控制课后答案自动化仪表与过程控制课后答案0-1 自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表 : 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2DDZ-II 型与DDZ-III 型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段 0-3 什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？P5~6 0-4 什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为 0.5 级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度1-1 试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。
b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。
c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。
d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿1/ 11冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。
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。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
第1章思考题与习题 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：．控制对象复杂、控制要求多样 控制方案丰富．控制多属慢过程参数控制．定值控制是过程控制的一种主要控制形式．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：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。
组成：参照图 。
说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（ ）控制、比例积分（ ✋）控制，比例、积分、微分（ ✋）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：．按设定值的形式不同划分：（ ）定值控制系统（ ）随动控制系统（ ）程序控制系统．按系统的结构特点分类：（ ）反馈控制系统（ ）前馈控制系统（ ）前馈 反馈复合控制系统 什么是定值控制系统✍解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。
系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系： 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。
自动化仪表与过程控制后习题答案(精品)
自动化仪表与过程控制后习题答案●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表？1答:a：是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表.●ＤDZ－II型与DDZ-IＩＩ型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处?答：在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDＺ-ＩＩI型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mＡ直流电流作为标准信号．这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活．●什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分.答:a．就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b．1有利于识别仪表的断电断线等故障２不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.３上限值较大，有利于抑制干扰4上下限的比值为５：１与气动仪表信号制对应，便于相互折算,产生较大的磁力ｃ.图.●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？答:模拟式仪表的合理精确度，应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量，这种比值称为相对百分误差，仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(１０0+１00)＝0.５%x=１℃.●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线?答:a．当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势，并产生电流．b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜．c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列．d．在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度,为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品.●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．在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接，不影响电桥的平衡，另外两根接到电桥的两臂内，他们随环境温度的变化可以相互抵消.●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.●１-４什么叫共模干扰和差模干扰?为什么工业现场常会出现很强的共模干扰？共模干扰为什么会影响自动化仪表的正常工作?怎样才能抑制其影响？答:共模干扰：电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄漏,使热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压，这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压称为~.差模干扰:在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰．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.消除共模干扰的方法包括:（1)采用屏蔽双绞线并有效接地(２)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3)布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线(4)不要和电控锁共用同一个电源（5)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于５0mV)．●1-5力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响?为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？在测量差压时,为什么它的静压误差比较大?答：ａ.被测压力Ｐ经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A 点,使杠杆绕支点O做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流I.此电流通过反馈线圈和变送器的负载,并与永久磁铁作用产生一定的电磁力,使杠杆B点受到反馈力Ff,形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩.由于位移检测放大器极其灵敏,杠杆实际上只要产生极微小的位移,放大器便有足够的输出电流,形成反力矩与作用力矩平衡.b.因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的,当位移检测放大器非常灵敏时,杠杆的位移量非常小,若整个弹性系统的刚度设计的很小,那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重,可以忽略不计.●1－6试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工作原理,它们与力平衡式压力变送器相比有何优点?硅:被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上,使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号.差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mＡ电子线路板构成,当进程压力从从测量容室的两侧(或一侧)施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片,在压力的作用下,发生对应的位移,该位移构成差动电容变化,并经历电子线路板的调理．震荡和缩小,转换成４-20mＡ信号输入，输入电流与进程压力成反比.优点:他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题．●１－7试述节流式．容积式.涡流式.电磁式.漩涡式流量测量仪表的工作原理,精度范围及使用特点．答：ａ.节流式.工作原理:根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小.差压流量计:根据节流元件前后的压差测流量.精度:正负０.5%到１%．使用特点:保证节流元件前后有足够长直管段.靶式流量计：使用悬在管道中央的靶作为节流元件.精度:2%到３%.使用特点：可用于测量悬浮物,沉淀物的流体流量．转子流量计:以一个可以转动的转子作为节流元件．使用特点：可从转子的平衡位置高低,直接读出流量数值.ｂ.容积式．工作原理:直接安装固定的容积来计量流体.精度:可达2%较差时亦可保证0.5％~1%．使用特点:适用于高黏度流体的测量.c．涡轮式:工作原理:利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮,并且根据磁阻变化产生脉冲的输出.精度:0.2５%~1％.使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度.由于有转子,易被流体中的颗粒及污物堵住,只能用于清洁流体的流量测量.d.电磁式:工作原理：以电磁感应定律为基础,在管道两侧安放磁铁,以流动的液体当作切割磁力线的导体,由产生的感应电动势测管内液体的流量.精度:0.５％~１％.使用特点：只能测导电液体的流量．ｅ.漩涡式:工作原理:根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量.精度：正负0．２%~正负１%．使用特点:量程比达到３０:１，可测液体和气体.●1－9试述热导分析仪．红外线分析仪.色谱分析仪及氧化锆氧分析仪的工作原理及用途.答:1热导分析仪的工作原理.热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体,而后与对气体无反应的补偿元件,共同形成电桥电路,也就是热导式气体分析仪的测量回路,对热导系数进行测量．在测量气体组分时,热敏元件吸附被测量气体,其电导率和热导率就会发生变化，元件的散热状态也就随之改变,当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化，电桥平衡被破坏而输出电压，通过对电压的测定即可得到气体测量结果.用途：热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体．氨气.二氧化碳和二氧化硫等气体的测定,并可作为低浓度可燃性气体的测定工作,另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析.2.红外线气体分析仪的基本原理.其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收.红外线分析仪常用的红外线波长为2~1２µm.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强度,然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度.用途:使用范围宽,可分析气体，也可分析溶液.色谱分析仪是应用色谱法对物质进行定性．定量分析,及研究物质的物理.化学特性的仪器.工作原理是基于色谱法对样品进行检测,利用检测器对分离出来的色谱柱进行分析,对各成分进行测定.氧化锆氧分析仪工作原理:这是一种利用氧化锆固体电解质特性制成的氧浓差电池传感器，在一片氧化锆固体电解质的两个表面分别烧结一层多孔的铂电极,并将其置于800℃以上的高温中,当上、下两侧的气体中氧浓度不同时,在两极间就会出现电动势Ｅ，称为氧农差电动势．利用此电动势与两侧气体中的氧浓度差的单值关系,便可之城氧浓度分析仪.用途:在燃烧控制中得到广泛应用●平衡式压力变送器工作原理：被测压力经过纹波管的作用转化为力Ｆi作用杠杆的A端,杠杆绕Ｏ点做逆时针旋转.稍一旋转，位于右端的位移检测元件便有感觉,位移监测放大器变输出一定的输出电流Io,此电流流经反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的磁力，是杠杆在B点受力顺时针转动,使杠杆处于平衡状态时,输出电流和被测压力成正比，由此便可以测出压力.●电容式差压变送器的工作原理:被测压力分别加到左右两个隔离膜片上,通过硅油将压力传到测量膜片．在测量膜片左右有两个玻璃凹球面制成的金属固定电极,当测量膜片向一边鼓起使，它与两个固定的金属电极之间的电容一个增大一个减小，通过引线测出这两个电容的变化,便可知道差压的数值.●电容式差压变送器与力平衡式差压变送器的区别:它不存在力平衡式必须把杠杆插出测压室的问题.在力平衡式差压变送器中为使输出杠杆既能密封又能转动，使用了弹性密封膜片，带来了静压误差.●容积式流量计:在金属壳内有一对啮合齿轮,当液体自左向右流过通过时,再输入压力的作用下,产生力矩,驱动齿轮转动.主齿轮在力矩的作用下作顺时针得转动,带动B齿轮转动,将半月形内的液体排出至出口,这样连续转动,椭圆齿轮每转动一周，就像出口排出四个半月形溶剂的液体.测量椭圆齿轮的转速便可知道液体的体积流量,累计齿轮的转动圈数,便可知道一段时间内流过液体的体积.●P加快系统的动作速度，减小超调,克服震荡减小系统的稳态误差,提高稳态精度但是系统存在静差,虽然增大比例系数可以减小静差,但是不能消除静差.Ｉ积分作用是消除静差,但是积分时间常数太大积分作用不明显,太小可能引起震荡，时系统不稳定,增大系统的调节时间动态品质变坏.D 微分作用,加快系统的响应速度,较小调节时间,减小超调量,但系统抗干扰的能力变弱单独的微分有严重的不足,就是对静差毫无抑制的能力,因此不能单独使用.调节器的调节规律:输出量与输入量(偏差信号）之间的函数关系.为了适应工艺过程的启动和提车和发生事故等情况,调节器除需要有自动调节的工作状态外,还需要在特殊情况下有操作人员切除PＩＤ运算控制电路,直接根据易仪表的指示作出判断,调节调节器的手动工作状态.PIＤ输入电路的作用:输入电路能实现测量信号与给定值的相减,获得放大两倍的偏差信号输出电压与公共地线上的压降Vcｍ1Vｃm2无关.输入电路接受两个零线为起点的测量信号和给定信号,而输出以Vb=1０V为起点的电压,实现了电平的平移.PID输出电路：是一个电压电流转换电路.将PID1---－5V 的输出电压变成4－－-－20mA的电流为了保持切换过程中软启动有较好的保持特性,必须选用偏置电流极小的运算放大器,和漏电极极小的电容器.●２－3PIＤ调节器中，比例度p，积分时间常数Ti，微分时间常数Ｔｄ,积分增益Kｉ,微分增益Ｋd分别有什么含义?在调节器动作过程中分别产生什么影响?若令Ti取∞，Td 取０，分别代表调节器处于什么状态?答:1在比例积分运算电路中,RI,CI组成输入电路，CM为反馈元件．1)比例度P=Cm/CiX１００%表示在只有比例作用的情况下,能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数．２）积分时间Ti=RICITi愈小,由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短，积分作用愈强．Ｔi越大,积分作用越弱.３)积分增益Ｋｉ=ＣM/ＣIXＡA为放大器增益，Ki越大，调节静差越小．比例微分运算电路中,由ＲdＣd及分压器构成无源比例微分电路.4)kｄ为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比．5)微分时间Tｄ=KdRdCd．２,Ti取无穷时，调节器处于ＰD状态.Td取零时调节器处于PＩ状态.●2-4什么是ＰＩD调节器的干扰系数?答：用ＰI,PD串联运算获得PID调节规律时,在整定参数上存在相互干扰的现象,常用干扰系数F=1+Ｔd/Ｔi表示.●２-5调节器为什么必须有自动/手动切换电路？怎样才能做到自动／手动双向无扰切换?答:为了适应工艺过程启动．停车或发生事故等情况,调节器除需要”自动调节”的工作状态外,还需要在特殊情况时能由操作人员切除PＩＤ运算电路，直接根据仪表指示做出判断，操纵调节器输出的”手动”工作状态．在ＤDＺ-ＩＩI型调节器中,自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关S1实现的,如(图1)所示,其中开关接点”A”为自动调节;”M”为软手动操作;”H”为硬手动操作.切换分析:”A”→”M”为保持,无扰切换.”M”→”A”:Ｓ1.2在M,S2把ＣI接ＶB,VＯ2以１0V起对CI充电,但CＩ右端电位被钳位不变(10V),A３的V-≈Ｖ+=10V,当”M”→”A”,两点电位几乎相等,所以为无扰切换.”M”→”Ｈ”：断开前,必然先断开Ｓ4,M为保持．切换后,接入”Ｈ”，V-与RH的电位相同时,则为无扰切换，所以切换前应平衡RPＨ,有条件无扰切换.”H”→”M”：切换后,S41~S44瞬间是断开的,CM和V-为保持状态,所以为无扰切换.●2-７什么是调节器的正\反作用?调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式?输出电路是怎样将输出电压转换成4－2０mA电流的?答:(1)测量值增加(偏差信号e减少),调节器输出增加,则调节器静态放大放大系数为负,KＣ为负值，称正作用调节器;反之,测量值增加(偏差减小)，调节器输出减小,则调节器静态放大系数为正,KC为正值，称反作用调节器．(２)由于所有的仪表都用同一个电源供电,在公共电源地线上难免出现电压降,为了避免这些压降带来误差,输入电路需要采用差动输入方式．（3)调节器的输出电路是一个电压-电流转换器,它将PID电路在1-5V间变化的输出电压转换为4－2０mＡ的电流,输出电路实际就是一个比例运算器,通过强烈的电流负反馈使输出电流保持在4－2０ｍA,输出电路的电路图如图2:其中经过运算得出(公式1)取Rf=62．5,则当V03=1-5V时,输出电流为4-20mＡ.●集散控制系统(DCS)也叫分布式控制系统,即控制功能分散,操作监视与管理集中，主要由操作站,现场控制,通信网络三大部分组成.其中操作站作为人机接口，进行系统的集中监视操作维护与工程组态．现场控制站则是分散执行控制功能他们几只通过内部的高速通道总线相连,组成计算机的局域网.控制功能分散,操作监视管理集中可以使系统在某个站发生故障时，其他回路不受影响，不至于系统全部瘫痪.其次，集中控制保证了系统实时性的要求,让操作人员以最短的时间迅速掌握整个生产过程的状态,及时进行整定调节.集中控制的缺点 :随着控制功能的集中,事故的危险性也集中了,当一台控制几百个回路的计算机发生故障时,整个生产装置全面瘫痪.●现场总线：现场总线是连接智能测量和控制设备的全数字式,双向传输具有多节点分支结构的通信链路.现场总线的优点:首先双向传输通信是我们可以从现场获取大量的信息,而且可以根据需要,实施远程组态与维护.其次现场总线可以大大节省电缆,降低安装费用.最后，现场总线的一致性和相互操作性,保证了现场总线的开放性,互换性●4-1执行器在控制系统中处于什么地位?其性能对控制系统的运行有什么影响?答:执行器是安全测控中不可缺少的重要部分,它在系统中的作用是根据调节器的命令,直接控制被测物体的状态和参数.●4-2调节阀有哪些结构形式?分别适用于什么场合?执行机构是指执行器中的哪一部分?执行器选用气开，气关的原则是什么?答：调节阀根据结构分为九个大类:（1）单座调节阀;适用于泄漏要求严.工作压差小的干净介质场合(２）双座调节阀；适用于泄漏要求不严.工作压差大的干净介质场合(3)套筒调节阀;适用于单座阀场合(4)角形调节阀;适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合(5)三通调节阀；用于分流和合流及两相流.温度差不大于150℃的场合(6)隔膜阀；适用于不干净介质.弱腐蚀介质的两位切断场合(7）蝶阀;适用于不干净介质和大口径.大流量．大压差的场合（8)球阀;适用于不干净．含纤维介质.可调比较大的控制场合（9)偏心旋转阀.故适用于不干净介质.泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部分.规则:气开气闭的选择主要从生产安全角度考虑，当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中断时，调节阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员,如阀门在此时打开危险性小,则宜选气闭式执行器;反之，则选用气开式执行器.●4－３什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性？为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要？答:①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．在各种具体的使用条件下,阀芯位移对流量的控制特性，称为工作流量特性.②从自动控制的角度看,调节阀一个最重要的特性是他的流量特性,即调节阀阀芯位移与流量之间的关系,值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响.●4-4为什么合理选择调节阀的口径,也就是合理确定调节阀的流通能力C非常重要?答:在控制系统中，为保证工艺操作的正常进行,必须根据工艺要求,准确计算阀门的流通能力,合理选择调节阀的尺寸.如果调节阀的口径选的太大，将是阀门经常工作在小开度位置,造成调节质量不好．如果口径选的太小,阀门完全打开也不能满足最大流量的需要,就难以保证生产的正常进行.●4-5电-气阀门定位器(含电-气转换器和阀门定位器)是怎样工作的?它们起什么作用?答:①由电动调节器送来的电流I通入线圈,该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动,当输入电流i增大时,线圈与磁铁产生的吸引增大,使杠杆作逆时针方向旋转，并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙②使气动执行器能够接收电动调节器的命令,必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~10０kPa的标准气压信号.●4－６电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所?答:具有一定的防燃防爆措施．安全火花：不会引起引燃.爆炸等事故的火花●4-8防爆栅的基本结构是什么?它是怎样实现限压限流的?答:分齐纳式和隔离式两种,齐纳式安全栅电路中采用快速熔断器.限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制,从而保证输出到危险区的能量.它的原理简单.电路实现容易,价格低廉,但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围,其原因如下:１.安装位置必须有非常可靠的接地系统,并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于１Ω,否则便失去防爆安全保护性能,显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证.。
过程控制及自动化仪表总结PPT36页24326
3、执行单元
n理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则 n了解控制阀的流量特性的意义
主要内容
★气动执行器的结构 ★控制阀的理想流量特性
直线、等百分比（对数）、抛物线、快开 ★如何选择执行器的气开、气关？
主要从工艺生产上安全要求出发。原则是：当信号压 力中断时，应保证设备和操作人员的安全。
* 若无信号压力时，希望阀全关，则应选择气开阀；若 无信号压力时，希望阀全开，则应选择气关阀。
使被控变量保持设定值的物料量或能量。 ▪ 扰动量 除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控
变量变化的因素。 ▪ 设定值 被控变量的预定值。 ▪ 偏差 被控变量的设定值与实际值之差。
练习题
❖ 什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此 有什么关系？
练习题
❖ 什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此 有什么关系？
2.过程参数检测技术
★流量的检测 差压式流量计：工作原理、流量基本方程式 转子流量计：工作原理、流量基本方程式、 指示值的修正
★物位的检测 差压式液位变送器的工作原理 零点迁移的含义及正、负迁移的计算
❖ 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿? 其冷端温度补偿的方法有哪几种?
❖ 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿? 其冷端温度补偿的方法有哪几种?
▪ 用于测量的仪表都有测量范围，测量范围的最 大值和最小值分别称为测量上限和测量下限， 量程是测量上限值和测量下限值的差，用于表 示测量范围的大小。
▪ 已知上、下限可以确定量程，但只给出量程则 无法确定仪表的上、下限以及测量范围。
练习题
❖ 什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么 关系？
练习题
习题：
1.某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对误差为 ±1℃，测量下限为负值（下限的绝对值为测量 范围的10％），试确定该表的测量上限值、下 限值和量程。 （＋90℃， －10℃， 100℃ ）
过程控制与自动化仪表课后题及答案
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PPT课件
块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间
的作用信号。
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第二节过程控制系统的组成及其分类
液位自动控制的方块图
• 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差 信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被 控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正 反馈。
第二节 过程控制系统的组成及其分 类
1.定值控制方法
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使 被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不 变，就需要采用定值控制系统。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟 随给定值的变化而变化。
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重 新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和 信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了 解系统的动态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存 在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控 制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持 在工艺生产所要求控制的技术指标上。
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指 标
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃ 由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T＝20-5＝15（min）
自动化仪表与过程控制版施仁课后答案答案PPT课件
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自动化仪表与过程控制 第5版 (施仁) 课后答案[1-8章]答案
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