自动化仪表作业和答案参考

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.

3.

4.

5.

解：用0.5级量程为0~400mA 电流表测100mA 时，最大相对误差：

用1.5级量程为0~100mA 的电流表测100mA 时，最大相对误差：

1400%0.5%2%100

m x X S x γ=

?=?=

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。

6. 8mA ~16mA

7. 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，

2100% 1.5% 1.5%100

m x X S x γ=

?=?=

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=30744μV

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=36183.6μV ≈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

)(13.26.13

4

3443max max MPa p p p p =?=≥

?≤ )(3.31.1333

1min min

MPa p p p p =?=≤?

≥

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

%2.2%1000

5.2055

.0max =?-≤

δ

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：

1.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

2.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？

5. 某台DDZ—Ⅲ型比例积分控制器，比例度δ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：

1.解：差压液位计正压室压力

p1=ρgh1+ ρgH+p0

负压室压力

p2=ρgh2+ p0

正、负压室的压差

?p=p1-p2= ρgH-(h2-h1) ρg

H=0时，?p= -(h2-h1) ρg。

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) ρg

2．（1）

（2）

3．解：

(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．

mA

u u

u u u e

e e 8%

50420/10020025%100min max min max =?=-?-=????

? ??-?-?=δ

5. 解 控制器的放大倍数

K P =1/δ=1/100%=1

控制器的积分时间T I =2min ，稳态输出p 0=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

)(7.052.02

1

2.01mA At T K A K p I P P =??+?=+

=? 所以，经历时间5min 后，控制器的输出为

()e t A

=在阶跃输入作用下，即 调节器的输出为：

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

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？

解 %806.101000100420min max min max ==-?-=--?=

p

p x x p p p e δ 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

度从140

变化到160 时，测得温度调节器的输出从3mA 变化到7mA ，试求该调节器的比例带。

C ?C ?C

?

补充作业：

1. 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h 1=1m ，h 2=3m,若被测介质的密度为980kg/m 3,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？

2： 某负作用理想PID 调节规律， ， T i =2min,T d =0,

80%

δ=

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。

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

。

11

i

p e edt T δ??

?=-?+

? ?

??

?01110.82t t dt ??=-

+ ???

?()01110.8

2t

t ??

=-

+-??

?

?

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