《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。

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q1（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q1(t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量q1(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：

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 (∞) = 810℃，设定值r=800℃, B 1=850−810=40,B 2=820−810=10 稳态误差e (∞) = r − y (∞) =800℃-810℃= −10℃ 衰减比：12404:110

B n B =

==， 最大超调量：()()

850810

100%100% 4.938%()

810

p y t y y δ-∞-=

⨯=

⨯=∞ 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：

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2

100%100%0.4%1000500

γ=±

⨯=±⨯=±-最大绝对误差量程，其精度等级为0.4

级。

（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

100%γ=±

⨯允允许的最大绝对误差量程

=2

100%0.22%1000100±

⨯=±- 应选0.2级的仪表才能满足。

（5）有一台DDZ-Ⅲ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-Ⅲ型毫伏输入变送器，其零点迁移值u min =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=1%0.4±⨯=±40℃。 1）使用0~100℃的仪表，则0.4

100%0.4100

γ=±

⨯=±允，0.5级精度不可以满足； 2）使用0~200℃的仪表，则0.4

100%0.2200

γ=±

⨯=±允，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=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