完整化工仪表与自动化的课后答案

第一章自动控制系统基本概念2.化工自动化主要包括哪些内容答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同答.闭环控制系统具有负反馈到输入端的能力，它可以随时了解被控对象的情况，有针对地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态。

而开环控制系统，被控变量的情况是不反馈到输入端的。

4.自动控制系统主要由哪些环节组成答:主要环节有，被控变量，测量元件和变送器，控制器，控制阀（执行器）。

12.什么是负反馈负反馈在自定控制系统中有什么重要意义答:把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端，并能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。

自动控制系统由于具备负反馈作用，可以随时了解被控对象的情况，有针对地根据被控变量的变化情况使反馈信号升高，经过比较，到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降到给定值，这样就达到了控制的目的。

15.按给定值的不同，自动控制系统可分为哪几类答：定值控制系统，随动控制系统（自动跟踪系统），程序控制系统（顺序控制系统）。

20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些影响这些品质指标的因素是什么答:衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(或频率)等。

影响因素:很大程度上决定于对象的性质，例如温控系统中，属于对象性质的主要素有，换热器的负荷大小，换热器的结构，尺寸，材质，换热器内的换热情况，散热情况及结垢程度等。

自动化装置的选择和调整不当，也会直接影响控制质量。

22.略，各自下去弄懂。

第二章过程特性及其数学模型1.什么是对象特性为什么要研究对象特性答对象特性是指被控对象及系统中的各类装备的特有性质规律。

研究对象特性是因为在自动化装置来模拟人工操作时，必须了解对象的特性，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的操作系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件和控制器。

在控制系统投入运行时，也要根据对象特性来选择合适控制器参数，使系统正常运行。

4.建立对象的数学模型有哪两类主要方法答：有如下两类方法：机理建模，根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。

实验建模，就是在所要研究的对象上，加上人为的输入作用，然后人为的记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，的一系列的实验数据。

对数据进一步的处理得到对象的数学模型。

8.反应对象特征的参数有哪些各有什么物理意义他们对自动控制系统有什么影响答：参数有三个：<1>放大系数K；<2>时间常数T；<3>滞后时间t。

物理意义：1> K值：等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变量之比，是对象的放大系数，表示对象受到输入作用后，重新达到平衡状态时的性能，是不随时间而变的。

放大系数越大，被控变量对这个量的变化就越是敏感，这在选择自动控制方案时需要考虑。

2> 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始的速度变化，达到新的稳定值，所需的时间就是时间常数，可是实际上被控变量的变化是越来越小的。

所以被控变量变化到新的稳态值所需要的时间比T长很多。

3> 滞后时间t。

自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。

即系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反应出来，于是就不能及时的产生控制作用，整个系统的控制质量就会受到严重的影响。

10.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的对控制过程有什么影响答：对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。

在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。

在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。

T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。

在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。

补充：通过方框图和方程求传递函数略第三章检测仪表与传感器1.什么叫测量过程答测量过程实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

一般它都是利用专门的技术工具，即测量仪表将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。

2.何谓测量误差测量误差的表示方法主要有哪两种各是什么意义答：测量误差是指由仪表读得的被测值与被测量真值之间存在的差距。

测量误差的两种表示方法是绝对误差和相对误差绝对误差是指仪表指示值和被测量得真值之间的差值相对误差是某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值之比。

3.何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差答: 工业上经常将绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示，称为相对百分误差δ，即（仪表的测量范围上限值与下限值之差，称为该仪表的量程。

）根据仪表的使用要求，规定一个在正常情况下允许的最大误差，这个允许的最大误差就叫允许误差。

允许误差一般用相对百分误差来表示，即某一台仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，即4.何谓仪表的精度等级答：仪表的精度等级是由仪表允许的相对百分误差规定的，将仪表的允许相对误差去掉“±”号及“%”号，即为其精度等级。

具体的有：,,,，,,,,,,。

7.什么叫压力表压力，绝对压力，负压力（真空度）之间有何关系答：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡，简称帕，符号Pa。

三种压力间的关系图略。

27.压力计安装要注意什么问题答：a.压力计应安装在易观察和检修的地方b.安装地点应力求避免震动和高温影响c. 针对被测介质的不同性质，要采取相应的防热，防腐，防冻，防堵等措施d. 压力计的连接处应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料作为密封垫片，以防泄漏e.当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按g∆进行修正±=Hpρf.为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防止发生意外29.试述化工生产中测量流量的意义。

答：在化工和炼油生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质的流量，以便为生产操作和控制提供依据。

同时为了进行经济核算，经常要知道在一段时间内流过的介质总量。

所以，介质流量是控制生产中优质高产和安全生产及进行经济核算所必须的一个重要参数。

41.椭圆齿轮流量计的特点是什么在使用中要注意什么问题答：椭圆齿轮流量计的特点是：测量精度高、对流体黏度变化不敏感，特别适用于测量高黏度的流体流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，一般不宜在高温或低温下使用。

使用椭圆齿轮流量计时，要特别注意被测介质的温度不能大于流量计的使用温度。

因为温度过高时，齿轮发生膨胀，有卡死的可能。

此外，也应注意被测介质中不应含有固体颗粒和夹杂机械物，以免引起齿轮磨损或损坏。

59.试述温度测量仪表的种类有哪些各使用在什场合答：按照测量方式的不同，温度测量仪表可以分为接触式与非接触式两类。

接触式测温时，测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。

接触式温度计结构简单、可靠，测量精度较高，但由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，测温元件容易破坏被测对象的温度场，且有可能与被测介质产生化学反应，同时带来测温过程的滞后现象。

不适于测量热容量小、极高温和处于运动中的对象温度，不适于直接对腐蚀性介质测量。

非接触式测温时，测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。

从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不会破坏被测对象的温度场。

非接触式测温响应快，对被测对象扰动小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。

但缺点是容易受到外界因素的扰动，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。

62.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答：工业上常用的各种热电偶的温度-热电式关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的。

由于操作室的温度往往高于0℃，而且不恒定，这时热电偶所产生的热电式必然偏小，且测量值也随着冷端温度的变换而变化，这样测量结果就会产生误差。

因此在应用热电偶测量时。

只有将冷端温度保持为0℃或进行一定的修正才能得出准确的测量结果方法：a.冷端温度保持为0℃的方法 b.冷端温度修正方法 c.校正仪表零点法 d.补偿电桥法 e.补偿电桥法第四章显示仪表1.显示仪表分几类各有什么特点显示仪表分为三类：模拟式，数字式，屏幕显示。

1>模拟式显示仪器的特点：测量速度很慢，精度较低，读数容易造成多值性。

结构简单，工作可靠，价廉且又能反应出被测值的变化趋势。

2>数字式显示仪表的特点：测量速度快，精度高读数直观，对所测参数便于进行数值控制和数值打印记录，将模拟信号转化为数字量，便于和数字计算机或其他数字装置联用。

3> 屏幕显示显示仪表的特点：将图形，曲线，字符和数字直接在屏幕上显示，功能强大，显示集中且清晰。

2.自动电子电位差计是如何基于补偿测量法工作的线路电阻(即外阻)值的变化，对电子电位差计的测量有无影响为什么答：图4-1是自动电子电位差计的简单原理图。

当热电势Et与已知的直流压降相比较时，若Et ≠ECB，其比较之后的差值(即不平衡信号)经放大器放大后，输出足以驱动可逆电机的功率，使可逆电机又通过一套传动系统去带动滑动触点C的移动，直到Et =ECB时为止。

这时放大器输入端的输入信号为零，可逆电机不再转动，测量线路就达到了平衡，这样ECB就可以代表被测量的Et值。

图4-1 电子电位差计原理图由此可知，电子电位差计是利用已知的电压ECB 去补偿未知的热电势Et的，故是基于补偿测量法工作的。

由于当Et =ECB时，热电偶回路是没有电流流过的，因此线路电阻值的变化，对电子电位差计的测量不会造成影响的。

3.与热电偶配套的自动电子电位差计是如何进行温度补偿的答：R2是用铜丝绕制而成的，让R2与热电偶冷端处于同温度。