(昆明理工大学)化工仪表级自动化课后答案集第5版(最全) 2

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1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自

动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

实现化工生产过程自动化的意义：

（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2、化工自动化主要包括哪些内容？

一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。

4、自动控制系统主要由哪些环节组成？

自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-30

7、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。

8.测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保

持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来

的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。

Ex9.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做~。被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。操纵变量：

受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。

11、图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？

反应器温度控制系统

该温度控制系统的方块图

反应器温度控制系统方块图

其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。

15. 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

16. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。

∵干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。这就需要通过自动化装置不断施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的动态过程中。∴了解系统动态更为重要。

17. 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。

采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

19. 等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不能采用；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏

离给定值，所以一般也不采用；衰减振荡过程能够较快地使系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间，决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成

事故。所以…

21、某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900?（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？

题1-19图温度控制系统过渡过程曲线

解最大偏差A=950-900=50（℃）；

超调量B=950-908=42（℃）；

由于B'=918-908=10（℃），所以，衰减比n=B:B'=42:10=4.2；

余差C=908-900=8℃；

振荡周期T=45-9=36(min)；

过渡时间t s=47min。

因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。

22、题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。

题1-20图蒸汽加热器温度控制

解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。

题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图

其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。

可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。

该系统的过渡过程品质指标：

最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）；

由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B'=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n=B:B'=0.8:0.2=4；

余差C=80.7-81= -0.3（℃）。

P33 Ex1.对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。

各种对象千差万别，有的操作很稳定，操作很容易；有的

稍不小心可能就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有

经验的操作人员需要很熟悉这些对象，才能使生产操作得

心应手；设计自动化装置时，也必须深入了解对象的特

性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要

求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变

量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行

时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数，使系统正

常地运行。

Ex2.对象的数学模型指对象特性的数学描述。

静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量

之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变

以后输出量的变化情况。

4.机理建模法、实验建模法。

5.对象或生产过程的内部机理。

7.阶跃反应曲线法：特点是简易但精度较差。如果输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了一个阶跃干扰，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也大。但由于对象在阶跃信号作用下，从不稳定到稳定所需时间一般较长，这期间干扰因素较多，因而测试精度受到限制。为提高测试精度就必须加大输入量的幅度，这往往又是工艺上不允许

的。

矩形脉冲法：特点是提高了精度，对工艺影响较小。采用~时，由于加在对象上的干扰经过一段时间后即被除去，因此干扰的幅值可以取得较大，提高了实验精度。同时，对象的输出量又不会长时间偏离给定值，故对工艺生产影响较小。

8、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？

解：放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ

放大系数K 在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即

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，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K 实质上是对象的灵敏度。

时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳态值的时间。

时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大

对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间τ表示。

对象的滞后时间τ，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。

10.纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间而引起的，而测量点选择不当，测量元件安装不合适等原因也会造成纯滞后。容量滞后一般是由于物料或能量的传

递需要通过一定阻力而引起的。控制通道若存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低；干扰通道若存在纯滞后，相当于将干扰推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T 增加。在控制通道，T 增大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低；T 减小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统控制质量提高。但T 不能太大或太小，且各环节时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在干扰通道，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响比较平稳，一般有利于控制。 13. 14.

输入量的变化量

输出量的变化量=K

P101

1.测量过程在实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。

2.由仪表读得的被测值与被测量真值之间会存在一定的差距，这一差距称为~。

表示方法有：绝对误差和相对误差。

绝对误差：Δ= x －x0 相对误差： 3.

4.仪表的精确度等级是将仪表允许的相对百分误差的“±”号及“%”去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板上。精确度等级目前是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。

5

(1)求出该温度仪表的最大绝对误差值；

(2)确定该温度仪表的精度等级；

由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；

(2)仪表误差：%6.0%1001000

6max ±=?±=δ， 仪表的精度等级应定为1.0级；

6

(1)求出该压力表的变差；

(2)问该压力表是否符合1．0级精度？

解 （1）校验数据处理：

由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；

（2）仪表误差：%5.0%10010

005.0max ±=?±=δ； 但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。

Ex7.压力指垂直均匀地作用于单位面积上的力。

关系： p 表压=p 绝对压力－p 大气压力

p 真空度= p 大气压力－ p 绝对压力

8.通常，由于各种工艺设备和检测仪表本身就处于大气压力之下，因此工程上常采用表压和真空度来表示压力的大小，一般仪表所指的压力也是表压或真空度。

9.测压仪表按其转换原理不同，主要分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测

量的。

10.主要的弹性元件有：

弹簧管：可分为单圈弹簧管与多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000MPa 的压力； 膜片：可分为平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器；

波纹管：这种弹性元件易变形，常用于微压与低压的测量。

11.测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。

主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。

测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值。

13.将霍尔元件与弹簧管配合，可组成霍尔片式弹簧管压力传感器。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例，利用这一电势就可实现压力的测量。

14.应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。

15.工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。

特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。

20、某压力表的测量范围为0～1MPa ，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？

解：压力表允许的最大绝对误差为

?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa

在校验点0.5MPa 处，绝对误差为

?=0.5-0.508=-0.008(MPa)

该校验点的测量误差为

%57.1%100508

.0008.0-=?-=δ 故该校验点不符合1.0级精度。

21、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？

解 ：（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。

（2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。

22、如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。

解 用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差

?1max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)

该表不符合工艺上的误差要求。

用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差

?2max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)

该表符合工艺上的误差要求。

23、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。 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

)(13.26.1343443max max MPa p p p p =?=≥?≤ )(3.31.13331min 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。

24、某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过0.4MPa ，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。

解 合成塔控制压力14MPa 为高压，设所选压力表的量程为p ，则

)(3.23143

5MPa p ≈?≥

根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa 的电接点压力表。

根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足

%6.1%10025

4.0max =?≤δ 要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。

29.流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为~。 流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。

30.流体流经节流装置时所产生的压差与流量之间有一定的对应关系，通过测量压差的大小，即可得知流量的大小。

由于流量基本方程式是在一定的条件下推导出的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件（密度、温度、压力、雷诺数等），当以上这些条件

改变时都会影响流量的测量。

33.因为转子流量计在流量变化时，转子两端的压降是恒定的；而差压式流量计在流量变化时，节流装置两端的压差也是随之改变的。

37、用转子流量计来测气压为0.65MPa 、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为1.977kg ／m 3）。

解 由题知：p 0=0.101325MPa ，p 1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T 0=293K ，

T 1=273+40=313（K ）；ρ0=1.293kg/Nm 3；ρ1=1.977kg/Nm 3，Q 0=50L/s 。则

)/(10550313

101325.0977.1293751325.0293.101010101s L Q T p T p Q =?????=?????=ρρ 38、用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min ，转子用密度为7920kg ／m 3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg ／L 苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750kg ／m 3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少？

解 由题知ρt =7920kg ／m 3，ρf =0.831kg ／L=831kg ／m 3，ρW =1000／m 3，Q 0=10 L/min

测苯的流量的修正系数为 ()()9.01000

)8317920(831)10007920(≈?-?-=--=w f t f w t Q K ρρρρρρ Q r =Q 0/K Q =10/0.9≈11.1(L/min)

所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min 。

当转子材料改为铝时，ρr =2750kg ／m 3，此时测水的流量的修正系数为 ()()21000

2750)10007920(≈--=--=w r w t rQ K ρρρρ Q r0=Q 0/K rQ =10/2=5(L/min)

所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min

测苯的流量的修正系数为 ()()87.01000

)8312750(831)10002750(=?-?-=--=w f r f w r fQ K ρρρρρρ Q r f =Q r0/K f Q =5/0.87=5.75（L/min ）

所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min 。

39.椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。齿轮每转1周排出定量流体，只要测了椭圆齿轮的转速，便可知被测流体的流量。

41.电磁流量计的原理：是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的。

42.漩涡流量计的原理：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产

生整齐排列、转向相反的漩涡列。漩涡产生的频率和流体的流速成正比。通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。

46.

（1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。

（2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。

（3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体中的浮子（或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。

（4）电磁式物位仪表：把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出电量的变化测出物位。

（5）核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物体时，其强度随物质层的厚度而变化的原理来工作。目前γ射线应用最多。

（6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化即可测出物位。

（7）光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。

47.差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。当测量有压容器的液位时，即容器是受压的，则需将差压变送器的负压室与容器的气相相连接，以平衡气相压力p 变化时对液位测量的影响。

48.生产中欲连续测量液体的密度，根据已学的测量压力及液位的原理，试考虑一种利用差压原理来连续测量液体密度的方案。

50、什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么?（参考）

答（1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差 p≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移

在使用差压变送器测量液位时，一般压差与液位高度H之间的关系为：= 。这就是一般的“无迁移”的情况。当H＝o时，作用在正、负压室的压力是相等的。

实际应用中，有时为防止容器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保持负压室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液设被测介质密度为，隔离液密度为：(通常)，此时正、负压室的压力分别为：

正负压室间的压差为：

当H=0时，，此为“有迁移”情况。

若采用的是DDZ—Ⅲ型差压变送器，其输出范围为4～20mA的电流信号。“无迁移”时，

H＝0，＝0，变送器输出＝4mA；。“有迁移”时，H＝0，为了使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对应，即在“有迁移”情况下，使得当H＝0时，。可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。这里迁移弹簧的作用，其实质就是改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。

51.在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号Δp＞0，则为“正迁移”；反之如果被测液位H=0时，差压变送器的输入信号Δp＜0，则为“负迁移”。

52、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3-48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？

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

59、常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？

解：（1）常用的热电偶有如下几种：

（2）所配用的补偿导线如下：

（3）用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。

60、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？

解：（1）热电偶的热电势只有当T 0（或t 0）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T 0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T 0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T 0≠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。

63、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℃

64、测温系统如图3-17所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶的分度号为K ，但错用与E 配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度t x 为多少度？(室温为25℃)

图3-17 测温系统图

解 这是工业上用的热电偶温度计。查分度号E ，可得160℃时的电势为10501μV ，这电势实际上是由K 热电偶产生的，即

V 10501)25,(μ=x t E

查分度号K ，可得V 1000

)0,20(μ=E ，由此可见， V 11501100010501)0,25()25,()0,(μ=+=+=E t E t E x x

由这个数值查分度号K ，可得实际温度t x =283℃。

65.热电阻温度计的原理：是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性测温的。只要测出感温热电阻的阻值变化，便可得知被测温度大小。常用热电阻的种类：Pt10、Pt100、Cu50、Cu100。R0分别为：10Ω、100 Ω 、50 Ω 、100 Ω 。

67、用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少？

解 查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96Ω，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃

69、说明热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的组成及主要异同点。

热电偶温度变送器的结构大体上可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。

热电阻温度变送器的结构大体上也可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。

热电阻温度变送器和热电偶温度变送器比较，放大电路是通用的，只是输入电路和反馈电路不同。

67、用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少？

解 查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96Ω，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃

69、说明热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的组成及主要异同点。

热电偶温度变送器的结构大体上可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。

热电阻温度变送器的结构大体上也可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。

热电阻温度变送器和热电偶温度变送器比较，放大电路是通用的，只是输入电路和反馈电路不同。 P151

1、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？

气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）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。控制机构是指控制阀，它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、控制阀的结构形式主要有哪些？各使用在什么场合？

直通单座控制阀 应用于小口径、低压差的场合。

直通双座控制阀

角型控制阀 适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒的场合。

三通控制阀 配比控制或旁路控制

隔膜控制阀 适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。

蝶阀 大口径、大流量、低压差，含少量纤维或悬浮颗粒状介质

球阀 适用于高黏度和污秽介质的控制

凸轮挠曲阀 用于高黏度灬带有悬浮物的介质流量控制

笼式阀 压差大，要求噪声小的场合。对高温、高黏度及含固体颗粒的介质不适用

3.比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p 与其输入信号e 成正比。当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。

书P141

4、试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？ 常用的控制阀理想流量特性有哪些？

解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：

??

? ??=L l f Q Q max 式中，相对流量Q/Q max 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L 是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。

在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：

?直线流量特性 ??

????-+=L l R R Q Q )1(11max ；

?等百分比（对数）流量特性 ???

??-=1max L l R Q Q ； ?抛物线流量特性 ()()2

1max max ???? ??=Q Q K L l d Q Q d ；

?快开流量特性 2

max )1(11??

????-+=L l R R Q Q 等四种。

6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。

选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。

7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以……

8. TI 就用来表示积分控制强弱的一个参数。TI 越小，积分控制作用越强；TI 越大，积分控制作用越弱。 TI 越小，余差消除越快，可提高系统的静态准确度，但会使系统稳定性下降，动态性能变差； TI 越大，余差消除越慢； TI →∞时，成为纯比例控制。

10. 因为微分控制作用的输出与输入偏差的变化速度成正比，一旦偏差不变化，即使偏差非常大，微分控制也无能为力了，所以微分控制规律不能单独使用。

11、什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？

答 随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。

12.

P 控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差；

I 控制：控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；

D 控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。

16试述电-气阀门定位器的用途。

答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。

P168

1、简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。

检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。

控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。 被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。

7、操纵变量的选择应遵循哪些原则？

（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；

（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；

（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。

2、和12题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度

不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。

题7-2图反应器温度控制系统

解该反应器温度控制系统方块图如下图所示。

题解7-2图反应器温度控制系统方块图

其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器TC。

根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用；所以，控制器应为“反”作用。

13、试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。

（1）题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解；

（2）题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。

题7-13图温度控制系统

解（1）根据工艺要求，题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。

（2）根据工艺要求，题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”作用。

3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。

14、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别

确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。

（1）选择流入量Q i为操纵变量；（2）选择流出量Q o为操纵变量。

题7-14图液位控制

解（1）当选择流入量Q i为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。

（2）当选择流入量Q o为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。

P199

5、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：

（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；

（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；

（3）确定主、副控制器的正、反作用；

（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；

（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？

（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。

题8-5图聚合釜温度控制系统

解（1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：

题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图

其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是冷却水流量。

（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。

（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC为“正”作用。

当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增

加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。

（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC输出减小（“正”作用），FC给定值减小，FC输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。

（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。

题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统

（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T2C。副控制器

T2C为“反”作用，主控制器T1C也为“反”作用。

题8-9图串级均匀控制系统

9、10、题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。

解控制系统的方块图（略）。该控制系统的主对象是贮液罐，主变量是贮液罐内的液位，主控制器是液位控制器LC；副对象是排液管管道，副变量是排出液流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是排出液流量。

该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。

当控制阀选择为气开式时，LC应为“正”作用，FC应为“反”作用。

P168第9题未收录见书P161