控制仪表及装置第二章 (2)
控制仪表及装置复习要点及习题
概论思考题与习题0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。
0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？第一章思考题与习题1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。
1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。
在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。
如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。
1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。
它们的大小对调节器的输出有什么影响？1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。
在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。
1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。
【精选】控制仪表及系统1、2章习题11
均不能点燃爆炸性气体混合物； ib是指在正常工作和一个故障时不能点燃
爆炸性气体混合物。
1-6.常用的防爆型控制仪表有哪几类？各有什么特点？ 答：常用的防爆型控制仪表有隔爆型和本质安全型两类仪表。 （一）隔爆型仪表
隔爆型仪表具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防 爆壳体内，其表壳的强度足够大，隔爆结合面足够宽，它能承受仪 表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆 炸向外壳周围爆炸性混和物传播。这类仪表适用于1区和2区危险场 所。隔爆型仪表安装及维护正常时，能达到规定的防爆要求，但当 揭开仪表外壳后，它就失去了防爆性能，因此不能在通电运行的情 况下打开表壳进行检修或调整。 （二）本质安全型仪表
1-8.什么是安全栅？说明常用安全栅的构成和特点。 答：安全栅作是本安型仪表的关联设备，它一方面传输信号，另一方面 控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确 保系统的本安防爆性能。
安全栅的构成形式有多种，常用的有齐纳式安全栅和隔离式安全栅 两种。 1、齐纳式安全栅
齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿性能而工作的。如图0-7 所示。在正常工作时，安全栅不起作用。
注：正常使用时，K I
A3CM mCI
，m
1，10
，K I
104或105；K P由决定，设定
后为定值，一般情况下，KP 0.2。
控制精度与K
D无关，K
只影响动态偏差。
D
1 .
2 7.某PID控制器（正作用）输入、输出信号均为4 ~ 20mA，控制器初始 值Ii Io 4mA， 200%, TI 2 min，TD 2 min，K D 10，在t 0 时输入2mA的阶跃信号，即I（i 0） 2mA，分别求取t 12s时（1）PI 工况下（2）PD工况下的输出值。 解：
自动化控制仪表安装工程定额-第二章 显示及调节控制仪表
第二章显示及调节控制仪表说明一、本章适用范围：1．电动和气动单元组合仪表：显示单元、调节单元、计算单元、转换单元、给定单元和辅助单元仪表的安装、调试。
2．组件式综合控制仪表：输入输出组件、信号处理组件、调节组件、辅助组件和盘装仪表。
3．基地式调节仪表：电动调节器、气动调节器、电（气）动调节记录仪。
二、本章包括以下工作内容：领料、搬运、准备、单体调试、安装、固定、上接头、校接线、配合单机试运转、挂位号牌、安装校验记录。
三、不包括的内容：1．仪表支架、支座、台座制作安装。
2．工业管道或设备上安装的执行仪表或变送器用法兰焊接或插入式安装仪表的插座焊接。
3．管道上安装调节阀、电磁阀及短管装拆、调节阀研磨。
4．液动执行机构设备解体、清洗、油泵检查、电机干燥、油泵用油量。
工程量计算规则一、显示及调节控制仪表安装及单体调试包括显示仪表、组合仪表、调节仪表，均以“台块”为计量单位，放大器、过滤器等与仪表成套的元件、部件或是仪表的一部分，其工程量不得分开计算。
二、仪表在工业设备、管道上的安装孔和一次部件安装，按预留好和安装好考虑，并已合格，定额中已包括部件提供、配合开孔和配合安装的工作内容，不得另行计算。
三、仪表设备支架、支座制作安装执行《第四册电气设备安装工程》铁构件制作安装。
四、显示及调节控制仪表安装中已包括安装、调试、配合单机试运转的工作内容，不得另行计算，但不包括无负荷或有负荷联动试车。
五、随机自带校验用专用仪器仪表，建设单位应免费无偿提供给施工单位使用。
2272.1 显示仪表工作内容：安装、检查、校接线、单体调试。
计量单位：台228工作内容：同前。
计量单位：台229工作内容：同前。
计量单位：台230工作内容：同前。
计量单位：台231工作内容：同前。
计量单位：台2322.2 电动单元组合仪表2.2.1 显示单元工作内容：设备清理、检查、盘孔修理、表计固定、校接线、单体调试。
计量单位：台233工作内容：同前。
控制仪表与计算机控制装置周泽魁化学工业出版社课后答案
第一章1-1控制仪表和自动控制系统有什么关系？（P1自动控制系统和控制仪表）控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。
为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操器等。
而为了改善控制质量还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案，显然，这将需要更多仪表。
实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。
显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。
1-3单元组合式控制仪表有哪些单元？各有哪些功能？（P2书上有各单元功能以及品种）单元组合仪表分为八类：变送单元执行单元控制单元转换单元运算单元显示单元给定单元辅助单元变送单元：它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。
转换单元：转换单元将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用。
控制单元：将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。
运算单元：它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等。
显示单元：它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供人员监视控制系统和生产过程工况之用。
给定单元：它输出统一标准信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。
给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。
执行单元：它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
辅助单元：辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。
操作器用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；阻尼器用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用于以限制信号的上下限值；安全栅用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用。
过程控制仪表及控制系统_课后习题答案(林德杰) 2
第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
过程控制系统与仪表习题答案 第二章
第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃2014026048061001求：1）该表最大绝对误差；2）该表精度；3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.01求：1）变差；2）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，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5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择2.5级，0～75mA 的表。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第二章
第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃20140260480610012）该表精度；3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.012）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，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5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。
2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。
控制仪表与装置--习题集(自己做的)
控制仪表与装置--习题集（自己做的）一、填空题：1．控制仪表及装置按照结构形式分__________________、__________________、__________________三类。
2．控制仪表及装置按照能源分为__________________、__________________、__________________。
3．国际电工委员会将范围为_________的电流信号和范围为________的电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准4．气动仪表的标准联络信号为：__________________。
5．在单元组合仪表中，调节器比例度与调节器的比例增益的关系为：_________。
6．执行器一般由_________和_________两大部分构成。
7、信号制是指------------------------------------------------------------------------------------------------。
8、PID调节器主要由、、三部分组成。
9、调节器的工作状态有-------------、-------------、----------------、----------------四种。
10、III型调节器的双向无平衡无扰动切换是指-------------------------------------------------------------。
11、TD越大，则微分作用------------；KD越大，则微分作用-----------。
12、TI越大，则积分作用------------；KI越大，则积分作用-----------。
二、简答题：第一章1、控制仪表及装置的分类有那些？1.答：分类：按能源形式分类：电动、气动、液动三类；按信号类型分类：模拟式和数字式：按结构形式分：基地式、单元组合式、组件组装式。
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变压器次级绕组的电
感决定。
振荡器的输出幅
值由控制放大器 IC1
的输出电压决定。
控制仪表及装置第二章
19
⑵ 解调和振荡控制电路
振荡器
T1
C17
I2
U01
IC1
Ui1
R9 R7
C8
Ui2
UR
R8 R6
12
Ri 11 C11
10
1
VD1
VD5
I2
VD2
I2
VD6
2
VD4
VD8
I1
3
VD3
实现方法：改变调零信号控制Z仪0表及装置第二章
5
第二节 差压变送器
作用：用来将压力、差压、流量、液位等被测参数 转换为统一标准的信号，以实现对这些参数 的显示、记录或自动控制。
应用：
测压力： 压力变送器
配电器
显示、记录或控制
测流量： 差压变送器
配电器
开方器
显示、记录控制
测液位：
H
控制仪＋表及－装置第二章通大气
⑶ 线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)
检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变 化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。
10
3 C5
C4
1 C3
12
R22
VD9
C8 IC1 RP1 Ui3 VD10
R23
电路通过提高振荡器输 出电压幅度以增大解调器输 出电流的方法，来补偿分布 电容所产生的非线性误差。
组成：由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电 路、功率放大器组成。
控制仪表及装置第二章
12
差动变压器
检测片
S
C
A
上罐形磁芯
D
B
下罐形磁芯
差动变压器的结构
差动变压器原理图
控制仪表及装置第二章
13
二、电容式差压变送器 （一）概述
Pi
S
感压 膜片
调零、迁移信号
C i2 C i1 C i2 C i1
9
2.杠杆系统
作用：进行 力的传递和 力矩比较。
控制仪表及装置第二章
10
3.电磁反馈装置
作用：把变送 器的输出电流 I0 转 换 成 作 用 于副杠杆的电 磁反馈力Ff
控制仪表及装置第二章
11
4.低频位移检测放大器
作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位 移S转换成4~20mA的直流输出电流。
控制仪表及装置第二章
Ci1电容量增大 15
Ci1
1 A1
S1
A
S0 S
Ci 2
2 A2
S2
A
S0 S
Ci 2 Ci 2
Ci1 Ci1
A[1/(S0 A[1/(S0
S ) 1/(S0 S ) 1/(S0
S)] S )]
S S0
K2S
S K1Pi
Ci 2 Ci 2
Ci1 Ci1
VD7
Ci2 Ci1
① 解调器
由VD1～VD8构成
I1
Ii = I2- I1 = ( I2+ I1)
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
= K3
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
只要设法使I1+I2保持不变，即可实现电流信号Ii与电
容相对变化值成线性关系。
② 振荡控制放大器
控制仪表及装置第二章
20
主要包括放大器 IC1，其作用是保持I1+I2不变
6
力平衡式差压变送器 电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器
一、力平衡式差压变送器
pi
测量部分
Fi
杠杠系统
Ff
位移检测
I0
放大器
电磁反馈 机构系统
控制仪表及装置第二章
7
变送器构成方框图
控制仪表及装置第二章
8
1.测量部分
作用：把被测差 压ΔP转换成作用 于主杠杆下端的 输入力Fi
控制仪表及装置第二章
K
2 S
K1K2Pi
结论：
(1)
i1
与被测差压
P
i
成线性关系。
(2) 与介电常数 无关 ,可大大减小温度对变送器的影响。
(3) 与 S 0 有关。S 0 愈小，控制灵仪表敏及装置度第二越章 高。
16
（三）转换放大电路
作用：
➢ 将差动电容的相对变化值，转换成标准的电 流输出信号。
补偿电压大小取决于RP1
的阻值。
控制仪表及装置第二章
21
2.放大及输出限制电路
作用：将电流信号 Ii 放大，并输出4 ~ 20mA的直
流电流。
R31
R33
VD12
d RP3
Ii
If
I0
RP31 c
0
xmin
变送器的构成原理和输入输出特性
xmax x
K
KF1
y1KF(Cxz0) 控制仪表及装置第二章
y
1 F
(Cx
z0 )
3
二、量程调整、零点调整和零点迁移
量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输
出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。
量程调整 相当于改变变送 器的输入输出特性的斜率， 也就是改变变送器输出信号
y与输入信号x之间的比例系
数。
方法：改变反馈部分反馈系数
改变测量部分转换系控制数仪表及装置第二章
4
零点调整和零点迁移都是使变送器的输出信号下限
值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin= 0时， 称为零点调整，在xmin≠ 0时，称为零点迁移。
零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起 始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正 值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。
功放和 输出限制 E ＋
12～45V －
I0
4～20mA
RL
控制仪表及装置第二章
18
1.电容－电流转换电路
作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为 差动电流信号 (电流变化值)。
⑴ 振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源
U01 R30
R29
VT1
C20
L
C19
是一种变压器反 C 馈型振荡电路，其振
I2 I1
差动
电容-电流 ＋
I0 放大和输
电容
转换电路
－ 出限制电路
反馈
信号
反馈
电路
检测元件－差动电容
变送器构成方框图
控制仪表及装置第二章
构成原理－位移平衡式 14
（二）测量部件
作用： P i
C i2 C i1 C i2 C i1
P i0时 ， C i1C i2
测量部件结构
Pi 0时，Ci1电容量减小，
《控制仪表及装置》
第二章 变送器和转换器
控制仪表及装置第二章
1
内容安排
第一节 变送器的构成 第二节 差压变送器 第三节 温度变送器 第四节 电/气转换器
2
控制仪表及装置第二章
第一节 变送器的构成
一、构成原理
调零、零点迁移
x
测量部分 Zi
Z0
放大器
y
C
K
Zf
反馈部分 F
信号处理部分
y
ymax
ymin
➢ 此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程 调整、阻尼调整等功能。
电路包括电容－电流转换电路及放大电路两部分
控制仪表及装置第二章
17
转换放大部分电路原理方框图
Ci1 Ci2
量程调整 （负反馈）
差动信号
振荡器
解调器
IC1 振荡控制 放大器
－
基准
共 模 信 号
稳压 源
电压
－
＋
IC3
前置
放大器
调零及 零点迁移