化工仪表及自动化第3章检测仪表与传感器(下)
化工仪表及自动化答案(第五版终极版)
第一章自动控制系统基本概念4。
自动控制系统主要由哪些环节组成？答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。
9。
试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：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被控对象。
生产过程中所要保持恒定的变量,在自动控制系统中称为被控变量.工艺上希望保持的被控变量即给定值。
具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
12.什么是负反馈?负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后,又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。
负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值,这样就达到了控制的目的。
11.图1-18所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被度。
13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统.当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。
此时,控制器将发出信号而使控制阀的开度变大,加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P.所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。
14.图1—18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大,从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来.这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。
15。
按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
化工仪表及自动化第3章-习题
其量程会（ ） A变大 B变小 C不变 D与流量有关 涡街流量计是（ ） A容积式 B电磁式 C质量式 D速度式
差压法测液位，当压差为零时液位是1m，则（ ）
A无迁移 B有正迁移 C有负迁移 D不确定 E、S、K三种热电偶在单位温度变化下热电势的变 化量分别为a、b、c，则（ ） A a>b>c B b>c>a C a>c>b D c>b>a
热电偶测温中，补偿导线不配套则仪表指示（ ）
A偏大 B偏小 C正常 D偏大或偏小 测管道温度时测温元件最好的安装方式时（ ） A逆流 B正交 C顺流 D都可以
判断题
节流装置安装时，不存在安装方向问题。
液位差计只可能出现负迁移，不可能出现正迁移。
热电阻温度计中的连接导线称为补偿导线。 测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限
在应用热电偶测温时，将冷端温度保持（ ）oC，
或者是进行一定的修正，称为热电偶的冷端温度补 偿，应用热电阻温度计时（ ）（需要或不需要） 冷端温度补偿。
两种不同金属的两端焊接构成回路，当两端的温度
不同时会产生电流的现象称为 （ ）现象。
简答题
• 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？
化工仪表及自动化第三章检测仪表与传感器习题选择题?测温范围4001000的仪表精度等级05最大允许绝对误差是a3b2c7d5?孔板入口边缘磨损变钝流量计的指示值会a变大b变小c不变d与流量有关?转子流量计测流量时若只将转子由不锈钢变为铝则其量程会a变大b变小c不变d与流量有关?涡街流量计是a容积式b电磁式c质量式d速度式?差压法测液位当压差为零时液位是1m则a无迁移b有正迁移c有负迁移d不确定?esk三种热电偶在单位温度变化下热电势的变化量分别为abc则aabcbbcacacbdcba?热电偶测温中补偿导线不配套则仪表指示a偏大b偏小c正常d偏大或偏小?测管道温度时测温元件最好的安装方式时a逆流b正交c顺流d都可以判断题?节流装置安装时不存在安装方向问题
化工仪表及自动化第3章1
显示仪表
作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。
集中控制装置 包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。
控制仪表
可以根据需要对输入信号进行各种运算。
执行器
可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作 员的指令，对生产过程进行操作或控制。
20
第一节 概述
图3-3 各类仪表的作用
21
第一节 概述
3. 按仪表的组成形式分类
5
由于检测元件的输出信号种类繁多， 且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经 过变送器处理，转换成标准统一的电气信 号（如4～20mA 或 0～10mA直流电流信 号 ,20～100KPa气压信号）送往显示仪表， 指示或记录工艺变量，或同时送往控制器 对被控变量进行控制。
有时将检测元件、变送器及显示装置统 称为检测仪表, 或者将检测元件称为一次 仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。
⑵计算该压力表是否符合 1.0级精度。
解：⑴变差为：(6.06-5.94)/10×100%=1.2%；
⑵ 精度为：(6-5.94)/10×100%=0.6% ，符合1.0级精度，但变 差1.2%超出仪表的允许误差1.0% ，
所以：该压力表不符合1.0级精度要求。须检修！！
第一节 概述
3.灵敏度与灵敏限
例：某温度计范围为0~1000℃，出厂前校验各点结果如下：
标准表℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001
⑴求出该温度计的最大绝对误差值； ⑵确定该温度计的精度等级；
解：⑴最大绝对误差为：706-700=6℃；
不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力 称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。通常以最高分辨力 作为数字电压表的分辨力指标。
安工大-化工仪表及自动化-第3章检测仪表与传感器(温度检测)
扩散作用 自由电子 密度大 金属A + + 电场作用 金属B 自由电子 密度小
9
接触电势与温差电势
-
-
接触电势：
N At kt e AB (t ) ln e N Bt
K：波尔兹曼常数，e：单位电荷电量n，N 为自由电子密度。 温差电势：同一根导体两端处于不同的温度，导体中 会产生温差电势（很小可忽略不计） 。
当冷端温度保持不变时，热电势才是被测热端温度 的单值函数 11
2、热电偶基本定律
如下： 中间导体定律：如果插入热电偶回路的第三根导线 两端的温度相同，将不影响整个回路总的热电势。 均质导体定律：由同一种均质导体组成的闭合 回路不可能产生热电势。 中间温度定律：
EAB (t , t0 ) EAB (t , tc ) EAB (tc , t0 )
1
温标
（1）摄氏温标：以水的冰点为“0”，水的沸点为“100”， 中间等分为100份，每份为1度，以OC表示。 （2）华氏温标：冰水融体为“32”，水的沸点为“212”， 中间等分为180份，每份为1度，以OF表示。
o
5 o 5 C ( F 32) 9 4
o
R
（3）热力学温标 ----又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。 （4）国际实用温标 -----是一种符合热力学温标又使用简单的温标。 最新温标是1990年国际温标 (ITS－90)
解： 由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv 则 ： E (t, 0) = E (t, t0)+E (t0, 0)
= 7.32 + 0.113
= 7.434 mv
再查分度表得其对应的被测温度t = 808℃
22
化工仪表及自动化课后习题答案
第1章自动控制系统根本概念P161. 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，代替操作人员的局部直接劳动，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方法，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，降低生产本钱，提高产品产量和质量。
〔2〕减轻劳动强度，改善劳动条件。
〔3〕能够保证生产平安，防止事故发生或扩大，到达延长设备使用寿命，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异创造条件。
2、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。
3、闭环控制有反响环节，通过反响系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反响环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。
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。
5、p76、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、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号〔如气压信号或电压、电流信号等〕送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比拟得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号〔气压或电流〕发送出去。
化工仪表自动化 【第三章】物位检测及仪表(液位计、料位计、界面计)讲解
（3）对容器内介质物位的上下限位置报警；
（4）监视/调节容器中出入物料的平衡。
物位测量的绝对值
物位测量的相对值
3.4 物位检测及仪表 2.按工作原理划分的物位仪表类型
（1）直读式——利用连通器原理工作 ；
3.4 物位检测及仪表
（2）差压式——利用液柱或物料堆积对某定点产生 压力的原理工作；
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
某仪表的测量范围为0—5000Pa，无迁移时，当压差 由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA。 如图3-40中曲线a所示。
I0/mA
当有迁移时，假定固定压差为 2000Pa，那么当H＝0时，根据前 式有： ΔP＝－(h2－h1)ρ0g
即ΔP＝－2000Pa，这时变送器 输出应为0.02MPa，H为最大时， ΔP＝5000－2000＝3000Pa，这 时变送器输出应为0.1MPa，如图 3-40中的曲线b所示。
3.4 物位检测及仪表
帕斯卡用一个密闭的装满水的桶 ，在桶盖上插入一根细长的管子 ，从楼房的阳台上向细管子里灌 水。结果只用了一杯水，就把桶 压裂了，桶里的水就从裂缝中流 了出来。
帕斯卡“桶裂”实验很好地证 明了液体压强与液体的深度有关 ,而与液体的重力无关。
3.4 物位检测及仪表
当测量敞口容器的液位如下图所示，差压变 送器的负压通大气即可，这时作用在正压室的压 力就是液位高度所产生的静压力Hρg。
3.4 物位检测及仪表
当测量受压容器的液位如下图所示，将差压 变送器的负压室与容器的气相空间相连，以平衡 气相压力的静压作用。
ΔP＝P气＋Hρg－P气＝Hρg 差压的大小同样代表了液位高度的大小。
3.4 物位检测及仪表
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 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。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
化工仪表及自动化课后答案
第一章自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，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，称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。
6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设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（如气压信号或电流信号）发送给执行器；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）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
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16
（3-65） （3-66） （3-67）
第四节 物位检测及仪表
将式（3-67）代入式（3-65），得
L2
K A
M0
（3-68）
如果液罐的横截面积A为常数，得
图3-49 称重式液罐计量仪
1—下波纹管；2—上波纹管；3— 液相引压管；4—气相引压管； 5—砝码；6—丝杠；7—可逆电 机；8—编码盘；9—发讯器
测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进行 工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间
的距离越小，仪表越灵敏。
12
第四节 物位检测及仪表
3.料位的检测
用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于 固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组 成电容器的两极来测量非导电固体料位。
5
第四节 物位检测及仪表
2.零点迁移问题
在使用差压变送器测量液位时，一般来说
p Hg
实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为 p1 h12 g H1g p0 p2 h22 g p0
图3-41 负迁移示意图
则 p1 p2 H1g h12 g h22 g
p H1g h2 h12g
L2 Ki M 0
式中
Ki
K A
A1L1 AM
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第五节 温度检测及仪表
一、温度检测方法
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间 的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同 而变化的特性来加以间接测量。
按测量范围 高温计、温度计
分 按用途
标准仪表、实用仪表
类 按工作原理 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶
14
第四节 物位检测及仪表
四、核辐射物位计
射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具 体关系见式（3-63）。
特点
I I0eH
（3-63）
➢ 适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧 毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾 状态的介质的物位测量，还可以测量高 温融熔金属的液位。
➢ 可在高温、烟雾等环境下工作。 图3-48 核辐射物位计示意图 ➢ 但由于放射线对人体有害，使用范围 1—辐射源；2—接受器 受到一些限制。
左图所示为用金属电极棒插入容器来测量 料位的示意图。
电容量变化与料位升降的关系为
图3-47 料位检测 1—金属电极棒；2—容器壁
CX
2 0 H
ln D
d
13
第四节 物位检测及仪表
优点
➢ 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。
缺点
➢ 需借助较复杂的电子线路。 ➢ 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要 发生变化这种情况。
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由 0变化到5000Pa时，变送器 的输出将由4mA变化到 20mA，这是无迁移的情况， 如左图中曲线a所示。负迁 移如曲线b所示，正迁移如 曲线c所示。
图3-43 正迁移示意图
8
第四节 物位检测及仪表
3.用法兰式差压变送器测量液位
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、 易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使 用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图 所示。
15
第四节 物位检测及仪表
五、称重式液罐计量仪
该计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量 储量。 称重仪根据天平原理设计。
杠杆平衡时 p1 p2 A1L1 MgL2
（3-64）
由于
p2 p1 Hg
代入（3-64）
L2
A1L1 M
H
KH
如果液罐是均匀截面 M 0 HA
H M 0
d
当液位上升为H时，电容量变为
3-46 非导电介质 的液位测量
C 2H 2 0 L H
ln D
ln D
d
d
电容量的变化为
1—内电极；2—外电极； 3—绝缘套；4—流通小
孔
CX
C C0
2 0 H
ln D
KiH
11
d
第四节 物位检测及仪表
结论 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被
化工仪表及自动化
第三章 检测仪表与传感器
内容提要
物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
温度检测及仪表
温度检测方法 热电偶温度计 热电阻温度计 电动温度变送器
1
内容提要
一体化温度变送器 智能式温度变送器 测温元件的安装
现代检测技术与传感器的发展
软测量技术的发展 现代传感器技术的发展
2
第四节 物位检测及仪表
一、概论
几个概念
液位 料位 液位计 界位计
测量物位的两个目的 按其工作原理分为
直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 光学式物位仪表
3
第四节 物位检测及仪表
二、差压式液位变送器
d
当 D 和 d 一定时，电容量 C 的大小与极
板的长度 L 和介质的介电常数ε的乘积成 图3-45 电容器的组成 比例。
1—内电极；2—外电极
10
第四节 物位检测及仪表
2.液位的检测
对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。
当液位为零时，仪表调整零点，其零点的
电容为
C0
2 0L
ln D
6
第四节 物位检测及仪表
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。 迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小。
7
第四节 物位检测及仪表
举例
图3-42 正负迁移示意图
1.工作原理
图3-39 差压液位变送器 原理图源自图3-40 压力表式液位计
4
第四节 物位检测及仪表
将差压变送器的一端接液相，另一端接气相
因此
p1 p Hg
p2 p
p p1 p2 Hg
当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将 差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号， 也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。
温度计、热电阻温度计和辐射高温计
按测量方式 接触式与非接触式
18
第五节 温度检测及仪表
法兰式差压变送器 按其结构形式
图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
9
➢ 单法兰式 ➢ 双法兰式
第四节 物位检测及仪表
三、电容式物位传感器
1.测量原理
通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同 液体的分界面。
两圆筒间的电容量C
C
2 L
ln D