化工设备及自动化第五版课后作业解答(第五版)

给 定 _ 控制器TC
执行器
干 扰 Q2 反应器
测量变送
（2）被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操纵变 量为冷却水流量；可能干扰为A、B物料的流量、温度、浓 度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。
第一章（P16）
Ex18.自动控制系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态
的过程，称为自动控制系统的过渡过程。 • 在阶跃输入作用下有四种基本形式：非周期衰减过程、衰
=
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±
max允 ×100% = ±1% A
∴ ∆' = A' ×1% = (1.0 − 0)×1% = 0.0（1 MPa）。
max 允
而已知工艺上允许的最大绝对误差为0.01MPa，
∴ 满足工艺上的误差要求。
第三章（P101）
Ex23.
（1）缓冲器压力波动较小，故要求pmax 测
≤
2 3
p上限，
即p上限
δ允
=
±
∆ max允 A
× 100%
=
±1%
∴ ∆max允 = A×1% = (1.6 − 0)×1% = 0.01（6 MPa）。
而已知工艺上允许的最大绝对误差为
0.01MPa＜0.016MPa，
∴ 不满足工艺上的误差要求。
（2）测量范围为0 ~ 1.0MPa，精度为1级的压力表，有：
∆’
δ
' 允
Ex25.
（1）相对百分误差δ
=
最大绝对误差∆ max
× 100%
量程A
= 0.4 − 0.385 ×100% = 0.9375%＜1.5%， 1.6 − 0
变差
=
最大绝对差值∆
' max
× 100%
量程A
= | 0.385 − 0.405 | ×100% = 1.25%＜1.5%， 1.6 − 0
∴ 该表符合1.5级精度。
第三章（P101）
Ex25.续
（2）由于贮罐压力较稳定，且有：
pmax 测
=
1.0( MPa )
第二章（P33）
Ex11.
• 一阶微分方程式，T=5，K=10，τ=2。
无滞后时为： 5 dy(t) + y(t) = 10x(t ) dt
又因为
y(t ) = yτ (t + 2)
∴有滞后时为：5
dyτ
(t + dt
2)
+
yτ
(t
+
2)
=
10x(t )
第二章（P33）
Ex14.
令输入量x = ∆Q；输出量y = ∆T℃；
作业答案
《化工仪表及自动化》
第五版 厉玉鸣 主编 化学工业出版社
作业要求
• 封面写班级、姓名和序号； • 按时交作业； • 写清解题步骤； • 不得抄袭； • 字迹工整。
第一章（P16）
Ex4.
• 自动控制系统主要由被控对象、测量元件与变送器、控制 器和执行器四个环节组成。
Ex11.
（1）方块图如下：
∴ 放大系数K = y / x = (150 − 120) / (3.0 − 2.5) = 60；
又由图(b) 知纯滞后时间τ = 2(min)。
无滞后时一阶对象输出表达式为：y(t ) = 60× 0.5(1 − e−t/T )；
有滞后时一阶对象输出表达式为：yτ (t ) = 60× 0.5(1 − e−(t−2)/T )。 当t = 8min时，yτ = ∆T = 145 − 120 = 25℃，代入上式，有：
减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。
Ex21.
• 最大偏差A=950-900=50℃； • 超调量B=950-908=42℃； • 衰减比n=B︰B′=42︰(918-908)=4.2︰1； • 振荡周期T=45-9=36min； • 余差C=908-900=8℃； • 过渡时间为47min； ∵最大偏差=50℃＜80℃，∴满足工艺要求。
≥
3 2
pmax 测
=
3 2
× 1.6
=
2.（4 MPa)，
查表，压力计的测量范围可选0 ~ 2.5MPa，
此时pmin 测
=
1.1( MPa )
≥
1 3
×
2.5
=
0.83( MPa )，
∴ 所选测量范围是合适的。
第三章（P101）
Ex23.续
（2）∆ max允 = 1.1 × 5% = 0.055 (MPa )，
δ允
=
±
∆ max允 A
× 100%
=
±
0.055 × 100%
2.5
=
±2.2%
∵ 1.5＜2.2＜2.5，∴ 应选1. 5级精度等级。
（3）要求就地指示，选弹簧管压力表就可满足要求。
⇒ 综上，可选测量范围为0 ~ 2.5MPa， 1.5级精度的
Y − 150普通弹簧管压力表。
第三章（P101）
25 = 60 × 0.5(1 − e−(8−2)/T )，解出T ≈ 3.35 (min)。
∴ 微分方程式为
3.35
dyτ
(t + dt
2)
+
yτ
(t
+
2)
=
60x(t )；
函数表达式为 yτ (t ) = 30(1 − e−(t−2)/3.35 )。
第三章（P101）
Ex5.
（1）∆max =| 700 − 706 |= 6℃
第二章（P33）
Ex6.
• 应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参 数，称为系统辨识；
• 在已知模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某 些参数，称为参数估计。
Ex9.
• 放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输入和输出之 间的关系，所以它是描述对象静态特性的参数；
• 时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，滞后时间τ是 反映对象受到输入作用后，输出不能立即、迅速变化的现 象，它们都是描述对象动态特性的参数。
（2）δ = ∆max ×100% = 6 ×100% = 0.6%
A
1000
∵ 0.5 <0.6 <1.0
∴ 该温度计的精度等级为1.0级。
Ex6.
（1）变差 = 6.06 − 5.94 ×100% = 1.2% 10
（2） ∵
1.2 >1.0
∴ 该温度计不符合1.0级精度。
第三章（P101）
Ex2（2.1）测量范围为0 ~ 1.6MPa，精度为1级的压力表，有：
第一章（P16）
Ex22.
（1）方块图：
给 定 值 x偏 差 e 81℃ _ 控制器TC 测量值z
执行器
干扰f 被控变量y
蒸汽加热器
温 度 测 量 、变 送
（2）被控对象：蒸汽加热器；被控变量：出口物料温度；操 纵变量：加热蒸汽流量；可能的干扰：进料流量、进料温 度、加热蒸汽压力等。
（3）最大偏差A=81.5-81=0.5℃； • 衰减比n=B︰B′=(81.5-80.7)︰(80.9-80.7)=4︰1； • 余差C=80.7-81=－0.3℃。