复习题化工仪表及其自动化复习题

第一章P16-4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？答：自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器（测量变送装置）、控制器、执行器等，另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

P16-6. 图1-16为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

（图略）答：仪表位号PI-307表示为第三工序第07个压力检测回路。

其中：P 表示被测变量为压力；I 表示仪表具有指示功能；表示该压力仪表安装在现场。

仪表位号TRC-303表示为第三工序第03个温度检测回路。

其中：T 表示被测变量为温度；RC 表示仪表具有记录、控制功能；表示该温度仪表安装在集中仪表盘正面，操作员监视用。

仪表位号FRC-305表示为第三工序第05个流量检测回路。

其中：F 表示被测变量为流量；RC 表示仪表具有记录、控制功能；表示该流量仪表安装在集中仪表盘正面，操作员监视用。

P16-8. 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？答：在自动控制系统中：测量变送装置（检测元件及变送器）用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）。

控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

P16-21. 某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10）℃。

考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过80℃。

现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-18所示。

试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？（图略）答：由反应曲线可知：最大偏差A＝950－900＝50 ℃超调量B＝950－908＝42 ℃衰减比B＝950－908＝42 ℃B’＝918－908＝10 ℃n＝B/B’＝42∶10＝4.2∶1振荡周期T ＝45－9＝36 min该系统最大偏差为50 ℃，小于允许偏差80 ℃；余差为908－900＝8 ℃，在工艺操作规定对温度的要求范围之内（±10 ℃）。

因此，该系统能满足工艺要求。

第三章P90-5. 某一标尺为0～1,000 ℃的温度计出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：（1）求出该温度计的最大绝对误差值；（2）确定该温度计的精度等级。

答：先求出各校验测量点的绝对误差值：（1）由表中可知最大绝对误差值为：Δmax = x－x0 = 700－706 = －6（℃）；（2）该压力表的最大相对百分误差为：δ=Δmax /（1000－0）×100% = －6/（1000－0）×100% = －0.6%去掉δ的“－”号与“%”号，其数值为0.6，因此该压力表的精度等级为1.0级。

P90-7. 什么是压力？表压力、绝对压力、负压力（真空度）之间有何关系？答：压力是指由气体或液体均匀垂直地作用在单位面积上的力。

表压力：当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。

绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

负压力（真空度）：当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压。

它们的相互关系为：表压力= 绝对压力－大气压力真空度= 大气压力－绝对压力P91-21. 某压力表的测量范围为0～1 MPa，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该表，在校验点为0.5 MPa时，标准压力计读数为0.508 MPa，试问被校验压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？答：根据精度等级确定公式δ＝±Δmax/（x上－x下）×100％得：Δmax＝±（x上－x下）δ/100％＝±（1－0）×1％/100％＝±0.01 MPa此压力表允许的最大绝对误差为±0.01 Mpa。

校验点的绝对误差是0.5－0.508＝－0.008 Mpa℃，在±0.01 Mpa范围之内，所以被校验压力表在这一点符合1级精度。

P91-23. 如果某反应器最大压力为0.8 MPa，允许最大绝对误差为0.01 MPa。

现用一台测量范围为0～1.6 MPa，精度为1级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0～1.0 MPa，精度为1级的压力表来进行测量，问能符合误差要求吗？试说明其理由。

答：根据压力计的选用原则：该反应器选用压力计的测量范围要求，最大工作压力不高于上限值的2/3：上限值选1.6 Mpa，则1.6×2/3＝1.067 Mpa＞0.8 Mpa；下限值按0 Mpa计。

该反应器允许最大绝对误差为0.01 MPa，选用压力计的允许误差为：δ＝±Δmax/（x上－x下）×100％＝±0.01/（1.6－0）×100％＝±0.625％若选用一台测量范围为0～1.6 MPa，精度为1级的压力表来进行测量，不符合工艺上的误差要求，但符合测量范围要求。

若采用一台测量范围为0～1.0 MPa，精度为1级的压力表来进行测量，符合误差要求，但不符合测量范围要求。

P91-26. 现有一台测量范围为0～1.6 MPa，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其结果为：试问这台标合格否？它能用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.8～1.0 MPa ，测量的绝对误差不允许大于0.05 MPa ）？ 答：先求出各校验测量点的绝对误差值：（1）由表中可知最大绝对误差值为±0.015 MPa ；最大变差为0.020 MPa 该压力表的最大相对百分误差为：0.020/（1.6－0）×100% = 1.25% 因此该压力表符合1.5级精度，合格。

（2）该贮罐选用压力计的测量范围要求，最大工作压力不高于上限值的2/3；最小工作压力不小于上限值的1/3： 上限值选1.6 Mpa ，则1.6×2/3＝1.067 Mpa ＞1.0 Mpa ；1.6×1/3＝0.533 Mpa ＜0.8 Mpa 。

下限值按0 Mpa 计。

该贮罐允许最大绝对误差为0.05 MPa ，选用压力计的允许误差为：δ＝±Δmax/（x 上－x 下）×100％＝±0.05/（1.6－0）×100％＝±3.125％因此选用这台测量范围为0～1.6 MPa ，精度为1.5级的压力表符合贮罐工艺上的误差要求，也符合测量范围要求。

P91-38. 用转子流量计来测量气压为0.65 MPa 、温度为40 ℃的CO2气体的流量时，若已知流量计读数为50 L/s ，求CO2的真实流量（已知CO2在标准状态下的密度为1.977 kg/m3）。

解：已知Q0＝50 L/s ＝0.050 Nm3/s ，T0＝20 ℃＝293 K ，p0＝0.10133 MPa ，ρ0＝1.293 kg/Nm3；T1＝40 ℃＝313 K ，p1＝0.65＋0.10133＝0.75133 MPa ，ρ1＝1.977 kg/Nm31066.0050.031329310133.075133.0977.1293.101001101≈⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=Q T T p p Q ρρ所以CO2的真实流量为0.1066 Nm3/s （106.6 L/s ）。

P91-39. 用水刻度的流量计，测量范围为0～10 L/min ，转子的密度为7920 kg/m3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831 kg/L 的苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750 kg/m3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少？ 解：（1）用不锈钢转子测量苯时。

已知ρt ＝7920 kg/m3；ρw ＝1000 kg/m3；ρf ＝0.831 kg/L ＝831 kg/m3。

由体积流量密度修正系数公式：90.01000831)8317920()10007920()()(=⨯--=⨯--=w f f t w t Q K ρρρρρρ则：Qf min ＝Q0 min/KQ ＝0/0.9＝0；Qf max ＝Q0 max/KQ ＝10/0.9＝11.1 L/min 所以量程范围为0～11.1 L/min 苯。

（2）若改用铝转子。

a. 用不锈钢转子测水时流量为：A)(2gV hf f Q ρρρφ-=钢钢；用铝转子测水时流量为：A)(2gV hf f Q ρρρφ-=铝铝已知Q 钢 max ＝10 L/min ；ρ钢＝7920 kg/m3；ρ铝＝2750 kg/m3；ρf ＝1000 kg/m3。

则：03.510)10007920()10002750()()(≈⨯--=⨯--=钢钢铝铝QQffρρρρ所以用铝转子测水时量程范围为0～5.03 L/min。

b. 用铝转子测水时流量为：A)(2gVh水水铝水ρρρφ-=Q；用铝转子测苯时流量为：A)(2gVh苯苯铝苯ρρρφ-=Q已知Q水max＝5.03 L/min；ρ铝＝2750 kg/m3；ρ水＝1000 kg/m3；ρ苯＝7920 kg/m3。

则：78.503.58311000)10002750()8312750()()(maxmax≈⨯⨯--=⨯⨯--=水苯水水铝苯铝苯QQρρρρρρ所以用铝转子测苯时量程范围为0～5.78 L/min。

P91-40. 椭圆齿轮流量计的工作原理是什么？为什么齿轮旋转一周能排出4个半月形容积的液体体积？答：椭圆齿轮流量计是属于容积式流量计的一种。

如图所示，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。

齿轮每旋转一周，就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔这个体积的流体。

只要测出椭圆齿轮的转速就可以计算出被测流体的流量，这就是椭圆齿轮流量计的基本工作原理。

图中（a），（b），（c）所示，仅仅表示椭圆齿轮转动了1/4周的情况，其所排出液体体积为一个半月形容积。

所以，椭圆齿轮旋转一周能排出4个半月形容积的液体体积。

P92-50. 生产中欲连续测量液体的密度，根据已学的测量压力及液位的原理，试考虑一种利用差压变送器来连续测量液体密度的方案。