过程装备 第三章作业
过程装备控制技术及应用课后习题答案)
1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。
过程装备 第四章作业
第三章 过程检测技术4.DDZ-III 型电动差压变送器是按什么原理工作的？它是由哪几部分组成的？试简述其工作过程。
答：DDZ-III 型电动差压变送器是按力矩平衡原理工作的。
它电磁反馈装置、矢量机构、低频位移检测放大器、输入转换部分等组成。
工作过程：利用输入转换部分将被测压差i p ∆转换成作用于主杠杆下端的输入力i F ，使杠杆以轴封膜片为支点而偏转，并以力1F 沿水平方向推动矢量结构，矢量结构将1F 分解成2F 和3F 。
在力2F 的带动下使副杠杆以支点M 逆时针偏转，从而使衔铁靠近差动变送器，并通过低频位移检测放大器转换放大为直流电流0I ，作为变送器的输出信息；同时该电流通过电磁反馈装置产生反馈力f F 及反馈力矩f M ，当i M 、f M 平衡时，低频位移检测放大器的输出电流0I 便反映了差压i p ∆的大小。
6.试分析电动差压变送器如何实现量程迁移（零点迁移）的。
答：电动差压变送器的零点迁移是通过调整零点迁移弹簧进行的。
当调整零点迁移弹簧时，由主杠杆的力矩平衡，可知在被测差压信号不变的情况下，作用于矢量结构的力F变化，从而改变差压变送器的输出电流的，即1改变了仪表的使用范围，实现了量程迁移（零点迁移）。
11.PID调节器由哪些基本部分组成的？试分析各部分所完成的功能。
答：基本部分及各部分的功能如下：①输入电路——接受来自变送器的电流输出信号；②PID运算电路——根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例、微分和积分的运算；③输出电路——将运算电路的输出信号做最后一次放大，提供调节器的输出信号。
19.气动执行器主要由哪些部分组成的？各部分的作用是什么。
答：气动执行器由气动执行机构和调节机构两部分组成。
执行结构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（20～100kPa）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，其内腔直接与被控介质接触，调节流体的流量。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案
过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
过程装备基础第三版答案
过程装备基础第三版答案第一章简介1.1 引言在过程工业中，过程装备的应用广泛。
本书旨在介绍过程装备的基本知识和原理，帮助读者了解过程装备的工作原理和操作方式。
1.2 本书结构本书共分为五章，分别介绍了过程装备的设计、选择、运行和维护等方面的内容。
第二章过程装备的分类和基本原理2.1 过程装备的分类过程装备可以根据其使用的工质进行分类，常见的分类包括压缩机、泵、阀门等。
2.2 过程装备的基本原理过程装备的工作原理通常是根据物质流动的原理进行设计。
例如，压缩机通过增加气体的压力来实现气体的压缩。
第三章过程装备的设计3.1 设计目标过程装备的设计目标是根据工艺流程和操作要求，确定装备的工作参数和尺寸。
3.2 设计步骤过程装备的设计通常包括以下几个步骤： 1. 确定工艺流程和操作要求 2. 选择合适的装备类型 3. 计算装备的工作参数和尺寸 4. 进行装备的结构设计和布置3.3 设计考虑因素在过程装备的设计中，需要考虑以下因素： - 工艺要求 - 安全性能 - 经济性 - 环境保护第四章过程装备的选择4.1 选择准则过程装备的选择要根据工艺要求和操作条件进行。
常见的选择准则包括： - 压力和温度要求 - 流量要求 - 耐腐蚀性能4.2 选择方法过程装备的选择通常是通过参考厂商提供的技术手册和经验进行。
可以从以下几个方面进行选择： 1. 确定工艺要求和操作条件 2. 根据技术手册进行参考选择 3. 考虑设备性能和价格进行权衡第五章过程装备的运行和维护5.1 运行管理过程装备的运行管理包括设备的启动、停止和调整等。
在运行过程中需要注意以下几个方面： - 正确操作设备 - 监测设备运行状态 - 及时处理设备故障和异常5.2 维护管理过程装备的维护管理包括定期检查、保养和维修等。
常见的维护管理方法有： - 清洁设备 - 更换易损件 - 调整设备结论过程装备是过程工业中的重要组成部分，本书从过程装备的分类、设计、选择、运行和维护等方面进行了介绍。
化工装备管理
第二章 装备的前期管理
一、装备的设计制造对使用的影响： 装备的设计制造对使用的影响：
长久性、遗传性、 长久性、遗传性、放大性
二、装备的选择（选购） 装备的选择（选购）
1、目标： 1、目标： 技术上先进、经济上合理、 技术上先进、经济上合理、生产上可行 2、 装备的技术性评价： 、 装备的技术性评价： 生产能力、可靠性、可维护性、互换性、 生产能力、可靠性、可维护性、互换性、安全 配套性、操作性、易于安装、 性、配套性、操作性、易于安装、节能性 对现行组织的影响、交货、备件的供应、 对现行组织的影响、交货、备件的供应、售后 服务、 服务、法律及环境保护
B：10000×0.13587=1359元 ： × 元 每年使用（维持） 每年使用（维持）费 A：2500元 ： 元 B：2000元 ： 元 全年总费用 A=3451元， B=3359元 元 元
选择装备B 选择装备
现值法（现价法） ②现值法（现价法）
装备总投资费用的现值=装备最初投资费用（ 装备总投资费用的现值 装备最初投资费用（元 装备最初投资费用 年使用费用*年金现值系数 ） +年使用费用 年金现值系数 年使用费用 年金现值系数=投资回收系数的倒数 年金现值系数 投资回收系数的倒数 上例计算： 上例计算： 装备费 A=7000元，B=10000元 元 元 年维持费现值： ： 年维持费现值：A：2500×7.36=18400； × ； B：2000×7.36=14720 ： × 合计 A：25400元； B：24720元 ： 元 ： 元 选择装备B 选择装备
2、装备管理特点： 装备管理特点：
具有系统工程特点 装备管理进入全员生产维修阶段 走设备维修专业化和协作化道路 装备管理计算机化 装备的可靠性、 装备的可靠性、维修性管理 加快设备更新改造， 加快设备更新改造，提高设备技术素质 节约能源成为设备管理中的主要环节
过程装备控制技术习题及参考答案
过程装备控制技术习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
第三章作业及参考答案
1. 什么是烃类热裂解？答：烃类的热裂解是将石油系烃类燃料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。
2.烃类热裂解制乙烯可以分为哪两大部分？答：烃类热裂制乙烯的生产工艺可以分为原料烃的热裂解、裂解产物的分离两部分。
3. 在烃类热裂解系统内，什么是一次反应？什么是二次反应？答：一次反应是指原料烃裂解（脱氢和断链），生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃的反应，是应促使其充分进行的反应；二次反应则是指一次反应产物（乙烯、丙烯等）继续发生的后续反应，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应，是尽可能抑制其进行的反应。
4. 用来评价裂解燃料性质的4个指标是什么？答：评价裂解燃料性质的4个指标如下：（1）族组成—PONA值，PONA值是一个表征各种液体原料裂解性能的有实用价值的参数。
P—烷烃（Paraffin）；O—烯烃（Olefin）；N—环烷烃（Naphtene）；A—芳烃（Aromatics）。
（2）氢含量，根据氢含量既可判断该原料可能达到的裂解深度，也可评价该原料裂解所得C4和C4以下轻烃的收率。
氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量百分数表示，也可以用裂解原料中C 与H的质量比（称为碳氢比）表示。
（3）特性因数—K，K是表示烃类和石油馏分化学性质的一种参数。
K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。
（4）关联指数—BMCI值，BMCI值是表示油品芳烃含量的指数。
关联指数愈大，则表示油品的芳烃含量愈高。
5. 温度和停留时间如何影响裂解反应结果？答：（1）高温：从裂解反应的化学平衡角度，提高裂解温度有利于生成乙烯的反应，并相对减少乙烯消失的反应，因而有利于提高裂解的选择性；根据裂解反应的动力学，提高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率。
（2）短停留时间：从化学平衡的角度：如使裂解反应进行到平衡，由于二次反应的发生，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和碳。
过程控制 第一到三章 作业
第一章作业1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标各有何特点？答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。
1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。
1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。
1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。
1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δµ=20%。
(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。
解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0:0.01:400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=0.39-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.39; if cha11<=cha12 t1=x(1,front1) elset1=x(1,behind1) endless2=find(yy<=0.63); more2=find(yy>=0.63); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.63-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.63; if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T K=y(end)/20 T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：t/sh /m m阶跃响应曲线(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 =48.1700t2 =96.5900K =4.9T =96.8400则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。
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第三章过程检测技术
2．测量仪表的主要性能指标有哪些？传感器的主要特性有哪些？
答：测量仪表主要性能指标有：
量程：仪表在保证规定精确度的前提下所能测量的被测量的区域称为仪表的量程。
一般，在仪表的工作量程内的相对误差不超过某个设定值。
精度等级：可以用仪表的最大引用误差描述仪表的测量精度。
灵敏度：指仪表或装置在达到稳态后，输入量变化引起的输出量变化的比值。
线性度：用实际标定曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程之比值的百分数来表征线性度。
迟滞误差：在输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得出大小不同的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与仪表的满量程之比值称为迟滞误差。
漂移：指输入量不变时，经过一定时间后输出量产生的变化，有温漂和零漂之分。
漂移是衡量仪表稳定性的重要指标。
重复性：仪表的重复性用全测量范围内的各输入值所测得的最大重复性误差来确定。
传感器的主要特性有：准确性、稳定性、灵敏性、经济性、耐腐蚀和低能耗等。
6. 对某物理量经过20次测量，得到如下数据：
324.08 324.03 324.02 324.11 324.14 324.07 324.11 324.14 324.19 324.23 324.18 324.03 324.01 324.12 324.08 324.16 324.12 324.06 324.21 324.14
分别用3σ准则和肖维奈准则判断有无粗差，并求该测量列的算术平均值x 、标准差σ和极限误差△，写出测量结果表达式。
解：n=20,平均值为11.32411
==∑=n
i i x n x
剩余误差：
x
x V i i -=为
-0.03,-0.08,-0.09,0.0,0.03,-0.04,0.0,0.03,0.08,0.12,0.07,-0.08,-0.10,
0. 01,-0.03,0.05,0.01,-0.05,0.1,0.03。
按贝塞尔方程计算标准差06.0111
2
=-=∑=n i i V n σ (1)按3σ准则表示
3σ=0.18 σ312.010max
<==V V
因而10x 不属于粗差，该数组中无坏值。
极限误差18.03±=±=∆σ 测量结果18.011.324±=∆+=x x (2)按肖维奈法
查表得 n=20时，k=2.24 则k σ=0.13 σk V V
<==12.010max
因而10x 不属于粗差，该数组中无坏值。
极限误差13.0±=±=∆σk 测量结果13.011.324±=∆+=x x
9．检定一台测量范围为0~6mm 的位移测量仪表，结果如下。
(1) 试画出上下行程的输入输出特性曲线； (2) 求该仪表的线性度（以上行曲线为例）； (3) 确定该仪表的回差。
解：（1）该仪表上下行程的输入输出特性曲线如下：
题10图 上下行程的输入输出特性曲线
（2）设拟合曲线为kx y =
32.108788.273913
1
131
=⨯=∑∑==i i
i i y
x
985.11613
1
=∑=i
i i y
x
15212
131=⎪⎭⎫
⎝⎛∑=i i x ∑==13
1
2
5.162i i x
用最小二乘法拟合
733.05
.162131521985
.1161332.108713
122
13113
1
13
1
131
=⨯-⨯-=
-⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=
∑∑∑∑∑=====i i
i i i
i i i i
i i x n x y x n y
x k
于是拟合曲线为x y 733.0=
上行程示值与拟合曲线比较结果列表如下：
可见，当输入值为3.0mm 时，上行程曲线与拟合直线有最大偏差mm L 16.0max =∆
%7.2%1006
16
.0max max =⨯=∆=
Y L L N （3）由结果列表可知，当输入值为3.0mm 时mm H H 23.0max =∆=∆ 则该表的回差为
%8.3%1006
23
.0max max =⨯=∆=
Y H h δ
14．概述膨胀式温度计的工作原理与主要特点。
答：膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩的性质制成的。
分为液体膨胀式、固体膨胀式和气体膨胀式。
（1）液体膨胀式温度计
最常见的是玻璃管液体温度计，它是利用温度变化时液体在玻璃管内收缩膨胀而改变液位的现象来测温的。
这种温度计结构简单、直观、使用方便、灵敏度和精度较高、价格便宜而且测量范围较广。
但它易碎、不便于自动记录和信号远传。
（2）固体膨胀式温度计
应用最多的是双金属温度计。
它是有两种线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的。
金属片一端固定，一端可以自由移动。
如果下面的金属线膨胀系数大，则当温度升高时，双金属片会向上弯曲。
为了是双金属片长而结构紧凑，常制成螺旋形，一端固定，一端与指针连接。
温度变化后，双金属片自由端产生偏转，利用指针指示偏转角度，可以测出温度。
双金属温度计测量精度最高可达0.5级。
它的结构简单，抗振性能好。
（3）气体膨胀式温度计
它是利用密闭容器中物质受热后体积膨胀而压力升高的原理来测温的。
22.标准节流装置有那几部分组成，对各部分由哪些要求？
答：节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前、后直管段。
标准节流装置是指节流件和取压装置都标准化，节流件前后的测量管道也符合有关规定。
它是通过大量试验总结出来的，装置一经设计和加工完毕便可直接投入使用，无需进行单独标定。
这意味着，在标准节流装置的设计、加工、安装和使用中必须严格按照规定的技术要求、规程和数据进行、以保证流量测量的精度。
对各部分的要求参照国家标准GB/T2624-93。