化工仪表及自动化课后习题答案第四版

第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。

自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。

2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。

闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。

3、自动控制系统主要有哪些环节组成。

自动化装置及被控对象。

4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。

这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。

5、自动控制系统分类。

定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。

最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。

7、什么是静态和动态。

当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。

从干扰发生开始，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，所以这种状态叫做动态。

第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。

对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。

特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。

2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写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：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。

混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。

3、反映对象特性的参数有哪些。

各有什么物理意义。

它们对自动控制系统有什么影响。

放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。

对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。

时间常数T：对象受到干扰作用后，被控变量到达新的稳定值所需的时间。

时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化的越慢，到达新的稳定值所需的时间越长。

滞后时间：在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化，这样造成了滞后所需的时间。

滞后的存在不利于控制，系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是就不能及时产生控制作用，整个系统的控制质量就会受到严重的影响，所以应当尽量把滞后时间减到最小。

4、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。

传递滞后一般由于介质的输送需要一段时间而引起的，或是测量点选择不当，测量元件安装不合适造成的。

容量滞后由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。

滞后的存在不利于控制，系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是就不能及时产生控制作用，整个系统的控制质量就会受到严重的影响。

第三章，检测仪表1、测量过程将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

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。

由仪表读得的被测值与被测真值之间总是存在一定的差距，这一差距就是测量误差。

绝对误差：仪表指示值和被测量读得真值之间的差值。

相对误差：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比误差和允许的相对百分误差。

将绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示。

在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值。

4、何谓仪表的精度等级。

将仪表的允许相对百分误差去掉±号及%号，便可以用来确定仪表的精确度等级0.005，0.02,0.05,0.1,0.2等5、什么叫压力，表压，绝压，负压的关系。

由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。

表压=绝压—大气压负压=大气压—绝压6、压力计安装要注意的问题。

一、压力计应安装在易观察和检修的地方二、安装地点力求避免振动和高温影响三、测量蒸汽压力时，应加装冷凝液管，对于腐蚀性介质的测量，应加装中性介质的隔离罐四、压力计的连接处，选择适当材料，作为密封垫片，防泄漏。

五、被测压力较小，压力计取压口不在同一高度时，应进行修正。

六、为安全起见，表壳应向墙面或无人通过处。

7、化工生产中测量流量的意义。

控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所需的一个重要参数。

8、椭圆齿轮流量计的特点是什么。

在使用中药注意什么问题。

属于容积式流量计的一种，它对被测流体的黏度变化不敏感，特别适合于测量高黏度的流体。

注意：被测介质中不能含有固体颗粒，更不能夹杂机械物。

被测介质的温度不宜过高。

9、物位测量的意义正确获知容器设备中所储物质的体积和质量利用物位仪表进行监视和控制，使它保持在一定的工艺要求的高度10、试述温度测量仪表的种类有哪些，各使用在什么场合。

接触式：膨胀式，压力式，电阻式，热电式。

非接触式：辐射式，光学式，比色式，红外式。

11、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。

采用补偿导线后，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度，由于操作室的温度往往高于0度，而且是不恒定的，这时热电偶所产生的热电势必然偏小，且测量值也随着冷端温度变化而变化，这样测量结果会产生误差，因此在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0度或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。

一、冷端温度保持为0度的方法二、冷端温度修正方法。

三、校正仪表零点法。

四、补偿电桥法。

五、补偿热电偶法。

第四章、显示仪表1、显示仪表分为几类，各有什么特点。

模拟式显示仪表：测量速度较慢，精度较低，读数容易造成多值性。

数字显示仪表：测量速度快，精度高，读数直观。

屏幕显示仪表：同时显示数据信息及其构成曲线或图像，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，线路电阻值的变化对电子电位差计的测量有无影响。

为什么。

当热电势Et与已知的直流压降相比较时，若Et≠Ucb，其比较之后的差值经放大器放大后，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=Ucb时为止。

无影响。

在进行测量读数时，热电偶回路中是没有电流通过的，因此被测热电势本身引起的电压降损失和导线上的电压降损失不存在，线性电阻上也无电流，无压降，故对测量结果无影响。

3、与热电偶配套的自动电子电位差计时如何进行冷端温度补偿的。

R2是用铜丝绕制而成的，让R2与热电偶冷端处于同一温度。

因为铜电阻的阻值随着温度的升高而增加。

则R2上的电位差也增加。

然而热电偶的热电势却随冷端温度的升高而降低，这样如配置得当就可以达到温度补偿的目的。

4、数字是显示仪表主要有哪几部分组成，各部分有何作用。

㈠信号变换电路：将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号转换成相应的电压或电流值。

㈡前置放大电路：将输入信号放大至伏特级电压幅度。

㈢非线性校正或开方运算电路：将检测元件具有的非线性特性处理成线性特性，以提高仪表测量精度。

㈣模数转换电路：将连续变化的模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进行数字显示。

㈤标度变换变换电路：将数显仪表的显示值和被测原始参数值统一起来，使仪表能以工程量值形式显示被测参数的大小。

㈥数字显示电路及光柱电平驱动电路：将测量信号与一组基准值比较，驱动一列半导体发光管，使被测值以光柱高度或长度形式进行显示。

㈦V/I转换电路和控制电路：将被测电压信号通过V/I转换电路转换成0-10mA或4-20mA 直流电流标准信号，以便使数显仪表可与电动单元组合仪表，可编程序控制器或计算机连用。

第五章、自动控制仪表1、什么事控制器的控制规律。

控制器有哪些基本的控制规律。

指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。

位式控制，比例控制，积分控制，微分控制及他们的组合形式，如比例积分控制，比例微分控制和比例积分微分控制。

2、双位控制规律是怎样的，有何优缺点。

当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大，而当测量值小于给定值时，则输出值为最小，即控制器只有两个输出值。

双位控制器结构简单，成本较低，易于实现，因而应用很普遍，但因动作部件动作频繁而容易损坏。

3、比例控制规律是怎样的，什么是比例控制的余差，为什么比例控制会产生余差。

输出变化量P与输入偏差e之间成比例关系P=KpE控制过程结束时，液位的新稳态值将低于给定值，它们之间的差就叫做余差。

要使进水量增加，控制阀必须开大，阀杆必须上移，而阀杆上移时浮球必然下移。

也就是液位稳定在一个比原来稳态值要低的位置上。

4、试写出积分控制规律的数学表达式，为什么积分控制能消除余差。

P=Ki∫edt 当输入偏差是常数A时，P=KiAt 即输出是一直线，当有偏差存在时，输出信号将随时间增长，当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。

5、试写出比例积分微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。

输出为比例、积分和微分三部分输出之和。

P=Kp（e+∫edt/Ti+TD de/dt）6、什么叫控制器的无扰动切换。

再切换的瞬间，应当保持控制器的输出不变，这样才能使执行器的位置在切换过程中不至于突变，不会对生产过程引起附加的扰动，这称为无扰动切换。

7、数字式控制器的主要特点是什么。

实现了模拟仪表与计算机一体化具有丰富的运算控制功能使用灵活方便，通用性强具有通讯功能，便于系统扩展可靠性高，维护方便8、简述PLC的分类及主要组成部分。

按容量分：小型PLC、中型PLC、大型PLC按硬件结构分：整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC中央处理器，存储系统，输入输出模块和编程器。

第六章、执行器1、气动执行器主要由那两部分组成，各起什么作用。

执行机构：是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。

控制机构：是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

2、为什么说等百分比特性又叫对数特性，与线性特性比较起来它有什么优点。

等百分比流量特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与词典的相对流量成正比关系，其数学表达式经过变换后可得到，其想多开度与相对流量成对数关系。

在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和。

流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。

3、什么叫气动执行器的气开式和气关式，其选择原则是什么。

有压力信号时阀关，无信号压力时阀开的为气关式。

反之，为气开式。

选择原则：信号压力中断时，应保证设备和操作人员安全，如果阀处于打开位置时危害小，则应选用气关式，反之，阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。