自动化仪表作业与答案参考

第一章：

作业：

1. DDZ 和QDZ 的信号传输标准，DCS 和FCS的名词解释

2. 某压力表刻度0～100kPa，在50kPa处测量值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示

值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差？

3. 某台测温仪表的测温范围为－100～700℃，校验该表时测得全量程内最大绝

对误差为＋5℃，试确定该仪表的精度等级。

4. 某台测压仪表的测压范围为0～8MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不

允许超过±0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？

5.某待测电流约为100mA,现有0.5 级量程为0~400mA 和 1.5 级量程为

0~100mA 的两个电流表，问用哪一个电流表测量比较好？

6. 某DDZ- Ⅲ型温度变送器测量范围是300-700℃,当温度由400℃变化到600℃时,

变送器的输出如何变化？

7.差压变送器的量程为0~100 KPa，现负迁移50%，仪表的量程和测量范围分

别为？

答案：

1.

QDZ 信号标准：20kPa~100kPa

DCS: 集散控制系统FCS：现场总线控制系统

2.

8.

9.

解：用0.5 级量程为0~400mA 电流表测100mA 时，最大相对误差：

x1X

m

x

400

S% 0.5% 2%

100

用 1.5 级量程为0~100mA 的电流表测100mA 时，最大相对误差：

x2 X

m

x

100

S% 1.5% 1.5%

100

说明选择合理的量程，即使用 1.5 级表也可以比0.5 级表准确。

10. 8mA ~16mA

11.仪表的量程为100Kpa 仪表的测量范围为-50~50Kpa

第二章：

作业：课后2，4，5，6，7，8，9，11，19，20

2-2 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？

2-5 由K 分度号热电偶(包括补偿导线)、冷端温度补偿器和配K 分度号的动圈仪表组成一个

温度检测系统，测量显示782℃，此时室温为32℃，后来发现所用的冷端补偿器型号为S，与K 分度号热电偶不配套，则实际温度？

2-6 用K 型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端（室温）为25C，求设备的温度？如果改用 E 型热电偶来测温，在相同的条件下， E 热电偶测得的热电势为多少？

2-12某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为 1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，

并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的5％，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。

2-19 有一台电动差压变送器配标准孔板测量流量，差压变送器的量程为16kPa，

输出为4mA ～20mA ，对应的流量为0t/h～50t/h。工艺要求在40t/h 时报警。问：

(1) 差压变送器不带开方器时，报警值设定在多少毫安？

(2) 带开方器时，报警值又设定在多少毫安？

答案：

2-2：

解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。

（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿

法等。

2-4：现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对？为什么？正确值为

多少度？

解认为换热器内的温度为430℃不对。

设换热器内的温度为t，实测热电势为E(t ，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E(t，

30)= E(400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E 型）热电偶分度表，有

E(t，0)= E (t，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28943+1801=30744 V

反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t=422.5℃

2-5：E K(782，0)= E k(t，32)+ E s(32，0)

E k(t，32)=32.537-0.185=32.352

E K(t，0)= E k(t，32)+ E k(32，0)

E K (t，0)=32.352+1.285=33.637

所以t= 809 度

2-6：

解用K 型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t，25)=20mV ，查K 型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV 。根据中间温度定律，

E(t，0)= E (t，25)+ E(25 ，0)=20+1.0=21.000 mV

反查K 型热电偶分度表，得t=508.4℃

若改用 E 型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为

E E(508.4，25)= E E(508.4，0) E E(25，0)=37678.6 1495=36183.6 V 36.18mV 。

2-7：（1）0，冷端温度，小

（2）满量程，0，大

（3）小

2-8：T=1100

2-9：8.75mV

2-11: P 表=P 绝-P 大P 大=P 绝+P 负

2-12：

解空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限p min=1.1MPa ，工作压力上限p max=1.6MPa 。设所选压力表量程为p，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有

3 4 4

p max p p p 1.6 2.13( M Pa )

max

4 3 3

1

p min p p 3p 3 1.1 3.3( MPa)

min

3

根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150 型、测量范围为0~2.5MPa 的电接点压力表。

根据测量误差要求，测量的最大误差为

max 1.1 5%=0.055(MPa)

则所选压力表的最大引用误差应满足

max 12.

3. 0

100% 2.2%

要求，故可选精度等级为 1.5 级的压力表。

2-19：（1）不带开方器时，（I-4）/16=（40/50）^2 所以I=14.24mA

(2) 带开方器时，（I-4）/16=40/50 所以I=16.8mA

2-20：量程：0~H0 对应的压力值，即0~pgH0, 不需要迁移

第三章作业：

13.测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19

图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？

题3-19图高温液体的液位测量

14.某理想PID 调节规律，Kc=2, Ti=30s,Td=0, 试画出在如图所示输入方波作用下的调节器输

出波形.

3．

4．一台比例作用的电动温度调节器，量程是100-200℃，调节器输出是4-20mA，当调节器比例度变为50%，则当指示值变化25℃，相应调节器输出变化是多少？

15.某台DDZ —Ⅲ型比例积分控制器，比例度为100％，积分时间TI 为2min。稳态时，输出为5mA 。某瞬间，输入突然增加了0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化到多少？

答案：

4.解：差压液位计正压室压力

p1= gh1+ gH +p0

负压室压力

p2= gh2+ p 0

正、负压室的压差

p=p1 p2= gH (h2 h1) g

H=0 时，p= (h2 h1) g。

这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0 时，p=0，该差压变送器测液位时需要

零点迁移，迁移量为(h2 h1) g

2．（1）

（2）

3．解：

1

y K [ e(t) e(t ) dt ]

c

T

i

e(t) A 在阶跃输入作用下，即

调节器的输出为：

1

y K (A At)

c

T

i

t 0,y K A

c

t T , y 2K A

I c

因此，可以从阶跃响应曲线上确定KC，Ti

A=1 ，则t=0, y=Kc

t=Ti y=2Kc

(1) （下面一条标号为1，上面为2）Kc1=0.5，T1=0.5

Kc2=2, T2=1

(2)比例、积分作用减弱，影响比例的是P，影响积分作用的是P和Ti 4．

e

max e u 25 u

100% / 50% e u u 200 100 20 4

min max min

u 8mA

16.解控制器的放大倍数

K P=1/ =1/100%=1

控制器的积分时间T I=2min ，稳态输出p0=5mA ；控制器的输入变化量为A=0.2mA 。经历时间t=5min 。则输出变化量

p K A

P K

P

T

I

At

1

1 0.

2 0.2 5 0. 7( mA)

2

所以，经历时间5min 后，控制器的输出为

p= p0+ p=5+0.7=5.7(mA)

第四章：

4-3 数字化PID 的位置式和增量式分别是什么？试比较二者优缺点。绘制增量式数字PID 算法的程序框图

4-5 数字控制系统中，如何消除积分饱和现象？

第五章：

５－２

５－３

５－４

５－７

５－８

补充：

1. 执行器按照使用的能源可分为______、____、_________三种。

2. 调节阀的流量大小与__________和有关。

3. 当调节阀的情况下，所获得的流量特性称为工作流量特性。

_______________________时得到的流量特性称为理想流量特性。

4. 电动执行器有__________行程和______行程两种。

5. 控制系统中选择气开阀或气关阀主要从____________角度考虑。

6.调节阀的流量特性和什么有关？什么是阻力比系数？串联管道什么情况下发生畸变，如何

畸变？

7.流量特性的选择原则？

8.调节阀所能控制的_____________的比值成为调节阀的可控比。

9.调节阀流量特性的选择一般根据经验从三个方面考虑：______、____、_________。

10. 如图系统阀门气开气关型式和调节器正反作用应选（）。

补1：一台DDZ —Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃，当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？

e p p 20 4 100 1.6

max min

解80%

p x x p 1000 0 p

max min

控制器的输出变化量p=1.6/80%=2(mA)

补充2：

某电动比例调节器的测量范围为100~200 ，其输出为0~10mA。当温

C

度从140 变化到160 时，测得温度调节器的输出从3mA变化到

C C

7mA，试求该调节器的比例带。

x x

min y y

min x x

max min

y y

max min

160 140

200 100

100% 50%

7 3

10 0

补充作业：

17. 如图所示，用差压变送器测敞口容器液位，其最低液位和最高液位到仪

表的距离分别为h1=1m，h2=3m,若被测介质的密度为980kg/m3,求：

1）该变送器的量程为多少？

2）是否需要迁移？迁移量为多少？

80%

2：某负作用理想PID 调节规律，，Ti =2min,T d=0, 在t=t 0时刻加入一幅值为1mA 的阶跃信号，若调节器的起始工作点为6mA，试画出调节器的输出波形。

1 1

p e edt

T

i

1 1

1 18. 2

t

t

dt

1 1

1

5. 2

t t 0

6 图示锅炉生产情况，冷水进入气鼓，经燃烧加热产生蒸汽，在生产过程中，工艺要

求气鼓里的水不能烧干，不然将产生事故，甚至发生爆炸。为了保证锅炉的安全生产，试确定冷水进水管道上调节阀的气开，气关形式。

气关阀

7、图示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热，在事故状态下，为了保护加热器设备

的安全，即耐热材料不损坏，现在蒸汽管道上有一只调节阀，确定其气开，气关形式。

气开阀