控制仪表课后答案第1-2-3章部分
自动化仪表与过程控制课后习题答案 (1)
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表?1答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表.●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处?答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活.●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力c.图.●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少?答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃.●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线?答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品.●1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法?答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消.●1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移?答:a.结构:其核心是一个直流低电平电压-电流变换器,大体上都可分为输入电路.放大电路及反馈电路三部分.b.工作原理:应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻,热敏电阻集成温度传感器.半导体温度传感器等,然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号.c.由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处,当冷端温度变化时,利用铜丝电阻随温度变化的特性,向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿.桥路左臂由稳压电压电源Vz(约5v)和高电阻R1(约10K欧)建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu,在Rcu上产生一个电压,此电压与热电动势Et串联相接.当温度补偿升高时,热电动势Et下降,但由于Rcu增值,在Rcu两端的电压增加,只要铜电阻的大小选择适当,便可得到满意的补偿.d.当变送器输出信号Ymin下限值(即标准统一信号下限值)与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移.●1-4什么叫共模干扰和差模干扰?为什么工业现场常会出现很强的共模干扰?共模干扰为什么会影响自动化仪表的正常工作?怎样才能抑制其影响?答:共模干扰:电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄漏,使热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压,这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压称为~.差模干扰:在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰.工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆,形成强大的磁场.造成信号的不稳.共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号,是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位,由两个地之间的电势即共模干扰源产生的.在现场中,被测信号与测量仪器间相距很远.这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏,对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表.共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,共模干扰幅度大.频率高.还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大.消除共模干扰的方法包括:(1)采用屏蔽双绞线并有效接地(2)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽(3)布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线(4)不要和电控锁共用同一个电源(5)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV).●1-5力平衡式压力变换器是怎样工作的?为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响?为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响?在测量差压时,为什么它的静压误差比较大?答:a.被测压力P经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A点,使杠杆绕支点O做逆时针旋转,稍一偏转,位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉,使电子放大器产生一定的输出电流I.此电流通过反馈线圈和变送器的负载,并与永久磁铁作用产生一定的电磁力,使杠杆B点受到反馈力Ff,形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩.由于位移检测放大器极其灵敏,杠杆实际上只要产生极微小的位移,放大器便有足够的输出电流,形成反力矩与作用力矩平衡.b.因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的,当位移检测放大器非常灵敏时,杠杆的位移量非常小,若整个弹性系统的刚度设计的很小,那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重,可以忽略不计.●1-6试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工作原理,它们与力平衡式压力变送器相比有何优点?硅:被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上,使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号.差:电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成,当进程压力从从测量容室的两侧(或一侧)施加到隔离膜片后,经硅油灌充液传至容室的重心膜片上,重心膜片是个边缘张紧的膜片,在压力的作用下,发生对应的位移,该位移构成差动电容变化,并经历电子线路板的调理.震荡和缩小,转换成4-20mA信号输入,输入电流与进程压力成反比.优点:他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题.●1-7试述节流式.容积式.涡流式.电磁式.漩涡式流量测量仪表的工作原理,精度范围及使用特点.答:a.节流式.工作原理:根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小.差压流量计:根据节流元件前后的压差测流量.精度:正负0.5%到1%.使用特点:保证节流元件前后有足够长直管段.靶式流量计:使用悬在管道中央的靶作为节流元件.精度:2%到3%.使用特点:可用于测量悬浮物,沉淀物的流体流量.转子流量计:以一个可以转动的转子作为节流元件.使用特点:可从转子的平衡位置高低,直接读出流量数值.b.容积式.工作原理:直接安装固定的容积来计量流体.精度:可达2%较差时亦可保证0.5%~1%.使用特点:适用于高黏度流体的测量.c.涡轮式:工作原理:利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮,并且根据磁阻变化产生脉冲的输出.精度:0.25%~1%.使用特点:只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度.由于有转子,易被流体中的颗粒及污物堵住,只能用于清洁流体的流量测量.d.电磁式:工作原理:以电磁感应定律为基础,在管道两侧安放磁铁,以流动的液体当作切割磁力线的导体,由产生的感应电动势测管内液体的流量.精度:0.5%~1%.使用特点:只能测导电液体的流量.e.漩涡式:工作原理:根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量.精度:正负0.2%~正负1%.使用特点:量程比达到30:1,可测液体和气体.●1-9试述热导分析仪.红外线分析仪.色谱分析仪及氧化锆氧分析仪的工作原理及用途.答:1热导分析仪的工作原理.热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件,将其与铂线圈烧结成一体,而后与对气体无反应的补偿元件,共同形成电桥电路,也就是热导式气体分析仪的测量回路,对热导系数进行测量.在测量气体组分时,热敏元件吸附被测量气体,其电导率和热导率就会发生变化,元件的散热状态也就随之改变,当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化,电桥平衡被破坏而输出电压,通过对电压的测定即可得到气体测量结果.用途:热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体.氨气.二氧化碳和二氧化硫等气体的测定,并可作为低浓度可燃性气体的测定工作,另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析.2.红外线气体分析仪的基本原理.其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收.红外线分析仪常用的红外线波长为2~12µm.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强度,然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度.用途:使用范围宽,可分析气体,也可分析溶液.色谱分析仪是应用色谱法对物质进行定性.定量分析,及研究物质的物理.化学特性的仪器.工作原理是基于色谱法对样品进行检测,利用检测器对分离出来的色谱柱进行分析,对各成分进行测定.氧化锆氧分析仪工作原理:这是一种利用氧化锆固体电解质特性制成的氧浓差电池传感器,在一片氧化锆固体电解质的两个表面分别烧结一层多孔的铂电极,并将其置于800℃以上的高温中,当上、下两侧的气体中氧浓度不同时,在两极间就会出现电动势E,称为氧农差电动势.利用此电动势与两侧气体中的氧浓度差的单值关系,便可之城氧浓度分析仪.用途:在燃烧控制中得到广泛应用●平衡式压力变送器工作原理:被测压力经过纹波管的作用转化为力Fi作用杠杆的A端,杠杆绕O点做逆时针旋转.稍一旋转,位于右端的位移检测元件便有感觉,位移监测放大器变输出一定的输出电流Io,此电流流经反馈线圈和变送器的负载,并与永久磁铁作用产生一定的磁力,是杠杆在B点受力顺时针转动,使杠杆处于平衡状态时,输出电流和被测压力成正比,由此便可以测出压力.●电容式差压变送器的工作原理:被测压力分别加到左右两个隔离膜片上,通过硅油将压力传到测量膜片.在测量膜片左右有两个玻璃凹球面制成的金属固定电极,当测量膜片向一边鼓起使,它与两个固定的金属电极之间的电容一个增大一个减小,通过引线测出这两个电容的变化,便可知道差压的数值.●电容式差压变送器与力平衡式差压变送器的区别:它不存在力平衡式必须把杠杆插出测压室的问题.在力平衡式差压变送器中为使输出杠杆既能密封又能转动,使用了弹性密封膜片,带来了静压误差.●容积式流量计:在金属壳内有一对啮合齿轮,当液体自左向右流过通过时,再输入压力的作用下,产生力矩,驱动齿轮转动.主齿轮在力矩的作用下作顺时针得转动,带动B齿轮转动,将半月形内的液体排出至出口,这样连续转动,椭圆齿轮每转动一周,就像出口排出四个半月形溶剂的液体.测量椭圆齿轮的转速便可知道液体的体积流量,累计齿轮的转动圈数,便可知道一段时间内流过液体的体积.●P加快系统的动作速度,减小超调,克服震荡减小系统的稳态误差,提高稳态精度但是系统存在静差,虽然增大比例系数可以减小静差,但是不能消除静差.I积分作用是消除静差,但是积分时间常数太大积分作用不明显,太小可能引起震荡,时系统不稳定,增大系统的调节时间动态品质变坏.D微分作用,加快系统的响应速度,较小调节时间,减小超调量,但系统抗干扰的能力变弱单独的微分有严重的不足,就是对静差毫无抑制的能力,因此不能单独使用.调节器的调节规律:输出量与输入量(偏差信号)之间的函数关系.为了适应工艺过程的启动和提车和发生事故等情况,调节器除需要有自动调节的工作状态外,还需要在特殊情况下有操作人员切除PID运算控制电路,直接根据易仪表的指示作出判断,调节调节器的手动工作状态.PID输入电路的作用:输入电路能实现测量信号与给定值的相减,获得放大两倍的偏差信号输出电压与公共地线上的压降Vcm1Vcm2无关.输入电路接受两个零线为起点的测量信号和给定信号,而输出以Vb=10V为起点的电压,实现了电平的平移.PID输出电路:是一个电压电流转换电路.将PID1----5V 的输出电压变成4----20mA的电流为了保持切换过程中软启动有较好的保持特性,必须选用偏置电流极小的运算放大器,和漏电极极小的电容器.●2-3PID调节器中,比例度p,积分时间常数Ti,微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd分别有什么含义?在调节器动作过程中分别产生什么影响?若令Ti取∞,Td取0,分别代表调节器处于什么状态?答:1在比例积分运算电路中,RI,CI组成输入电路,CM为反馈元件.1)比例度P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下,能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数.2)积分时间Ti=RICITi愈小,由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短,积分作用愈强.Ti越大,积分作用越弱.3)积分增益Ki=CM/CIXAA为放大器增益,Ki越大,调节静差越小.比例微分运算电路中,由RdCd及分压器构成无源比例微分电路.4)kd为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比.5)微分时间Td=KdRdCd.2,Ti取无穷时,调节器处于PD状态.Td取零时调节器处于PI状态.●2-4什么是PID调节器的干扰系数?答:用PI,PD串联运算获得PID调节规律时,在整定参数上存在相互干扰的现象,常用干扰系数F=1+Td/Ti表示.●2-5调节器为什么必须有自动/手动切换电路?怎样才能做到自动/手动双向无扰切换?答:为了适应工艺过程启动.停车或发生事故等情况,调节器除需要”自动调节”的工作状态外,还需要在特殊情况时能由操作人员切除PID运算电路,直接根据仪表指示做出判断,操纵调节器输出的”手动”工作状态.在DDZ-III型调节器中,自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关S1实现的,如(图1)所示,其中开关接点”A”为自动调节;”M”为软手动操作;”H”为硬手动操作.切换分析:”A”→”M”为保持,无扰切换.”M”→”A”:S1.2在M,S2把CI接VB,VO2以10V起对CI充电,但CI右端电位被钳位不变(10V),A3的V-≈V+=10V,当”M”→”A”,两点电位几乎相等,所以为无扰切换.”M”→”H”:断开前,必然先断开S4,M为保持.切换后,接入”H”,V-与RH的电位相同时,则为无扰切换,所以切换前应平衡RPH,有条件无扰切换.”H”→”M”:切换后,S41~S44瞬间是断开的,CM 和V-为保持状态,所以为无扰切换.●2-7什么是调节器的正\反作用?调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式?输出电路是怎样将输出电压转换成4-20mA电流的?答:(1)测量值增加(偏差信号e减少),调节器输出增加,则调节器静态放大放大系数为负,KC为负值,称正作用调节器;反之,测量值增加(偏差减小),调节器输出减小,则调节器静态放大系数为正,KC为正值,称反作用调节器.(2)由于所有的仪表都用同一个电源供电,在公共电源地线上难免出现电压降,为了避免这些压降带来误差,输入电路需要采用差动输入方式.(3)调节器的输出电路是一个电压-电流转换器,它将PID电路在1-5V间变化的输出电压转换为4-20mA的电流,输出电路实际就是一个比例运算器,通过强烈的电流负反馈使输出电流保持在4-20mA,输出电路的电路图如图2:其中经过运算得出(公式1)取Rf=62.5,则当V03=1-5V时,输出电流为4-20mA.●集散控制系统(DCS)也叫分布式控制系统,即控制功能分散,操作监视与管理集中,主要由操作站,现场控制,通信网络三大部分组成.其中操作站作为人机接口,进行系统的集中监视操作维护与工程组态.现场控制站则是分散执行控制功能他们几只通过内部的高速通道总线相连,组成计算机的局域网.控制功能分散,操作监视管理集中可以使系统在某个站发生故障时,其他回路不受影响,不至于系统全部瘫痪.其次,集中控制保证了系统实时性的要求,让操作人员以最短的时间迅速掌握整个生产过程的状态,及时进行整定调节.集中控制的缺点 :随着控制功能的集中,事故的危险性也集中了,当一台控制几百个回路的计算机发生故障时,整个生产装置全面瘫痪.●现场总线:现场总线是连接智能测量和控制设备的全数字式,双向传输具有多节点分支结构的通信链路.现场总线的优点:首先双向传输通信是我们可以从现场获取大量的信息,而且可以根据需要,实施远程组态与维护.其次现场总线可以大大节省电缆,降低安装费用.最后,现场总线的一致性和相互操作性,保证了现场总线的开放性,互换性●4-1执行器在控制系统中处于什么地位?其性能对控制系统的运行有什么影响?答:执行器是安全测控中不可缺少的重要部分,它在系统中的作用是根据调节器的命令,直接控制被测物体的状态和参数.●4-2调节阀有哪些结构形式?分别适用于什么场合?执行机构是指执行器中的哪一部分?执行器选用气开,气关的原则是什么?答:调节阀根据结构分为九个大类:(1)单座调节阀;适用于泄漏要求严.工作压差小的干净介质场合(2)双座调节阀;适用于泄漏要求不严.工作压差大的干净介质场合(3)套筒调节阀;适用于单座阀场合(4)角形调节阀;适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合(5)三通调节阀;用于分流和合流及两相流.温度差不大于150℃的场合(6)隔膜阀;适用于不干净介质.弱腐蚀介质的两位切断场合(7)蝶阀;适用于不干净介质和大口径.大流量.大压差的场合(8)球阀;适用于不干净.含纤维介质.可调比较大的控制场合(9)偏心旋转阀.故适用于不干净介质.泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部分.规则:气开气闭的选择主要从生产安全角度考虑,当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中断时,调节阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员,如阀门在此时打开危险性小,则宜选气闭式执行器;反之,则选用气开式执行器.●4-3什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性?为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要?答:①在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫理想流量特性.在各种具体的使用条件下,阀芯位移对流量的控制特性,称为工作流量特性.②从自动控制的角度看,调节阀一个最重要的特性是他的流量特性,即调节阀阀芯位移与流量之间的关系,值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响.●4-4为什么合理选择调节阀的口径,也就是合理确定调节阀的流通能力C非常重要?答:在控制系统中,为保证工艺操作的正常进行,必须根据工艺要求,准确计算阀门的流通能力,合理选择调节阀的尺寸.如果调节阀的口径选的太大,将是阀门经常工作在小开度位置,造成调节质量不好.如果口径选的太小,阀门完全打开也不能满足最大流量的需要,就难以保证生产的正常进行.●4-5电-气阀门定位器(含电-气转换器和阀门定位器)是怎样工作的?它们起什么作用?答:①由电动调节器送来的电流I通入线圈,该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动,当输入电流i增大时,线圈与磁铁产生的吸引增大,使杠杆作逆时针方向旋转,并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙②使气动执行器能够接收电动调节器的命令,必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号.●4-6电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所?答:具有一定的防燃防爆措施.安全火花:不会引起引燃.爆炸等事故的火花●4-8防爆栅的基本结构是什么?它是怎样实现限压限流的?答:分齐纳式和隔离式两种,齐纳式安全栅电路中采用快速熔断器.限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制,从而保证输出到危险区的能量.它的原理简单.电路实现容易,价格低廉,但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响,并限制了其应用范围,其原因如下:1.安装位置必须有非常可靠的接地系统,并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω,否则便失去防爆安全保护性能,显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证.。
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。
要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
自动化仪表与过程控制部分课后习题答案
绪论0-1自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2 P5 第二段0-3 P5~60-4 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1摄氏度1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。
造成信号的不稳。
共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。
这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)1-6硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。
差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。
优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。
过程控制系统第二版课后答案
过程控制系统第二版课后答案【篇一：过程控制系统与仪表课后习题答案完整版】>1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（p）控制、比例积分（pi）控制，比例、积分、微分（pid）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。
系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
过程控制与自动化仪表-第三版-课后答案
答:
过程控制系统设计的主要步骤:
１。确定控制目标；
２．选择被控参数;
3。选择控制量;
４。确定控制方案；
5。选择控制策略;
6．选择执行器;
7.设计报警和联锁保护系统;
8.系统的工程设计;
9．系统投运、调试和整定调节器的参数。
（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。
答：
过程控制系统按结构不同主要分为三类:
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.
过程控制系统的一般性框图如图1－1所示:
图1—1过程控制系统的一般性框图
(３）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?
答:
各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0．0２~０.1MPａ；电动Ⅲ型:4～2０ｍAＤＣ或1~5V ＤＣ.
２)数字式仪表的信号:无统一标准。
（４)试将图1—2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:
体积流量是以体积表示的瞬时流量.质量流量是以质量表示的瞬时流量。瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可以用重量或质量表示。
瞬时流量:单位时间内流过工艺管道某截面积的流体数量．
累积流量:某一段时间内流过工艺管道某截面积的流体总量。
(12）某被测温度信号在４0~８0℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±１％，现有两台测温仪表，精度等级均为0。5级,其中一台仪表的测量范围为0～100℃，另一台仪表的测量范围为０～２00℃，试问：这两台仪表能否满足上述测量要求？
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第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。
Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动~、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
仪表与自动化课后习题与答案
仪表与自动化课后习题与答案1-3、自动控制系统主要由哪些环节组成？答：一个自动控制系统主要是由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套仪表，称自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器；另一部分是自动化装置所控制的生产设备。
1-5、在自动控制系统中，测量变装置、控制器、执行器各起什么作用？答：测量元件与变送器，用于测量液位，并将测得的液位转化成统一的标准信号输出。
控制器，接受测量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至执行器。
执行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，从而起到控制作用。
1-8、图1-15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？答：PI-307：具有指示功能的压力表，该仪表就地安装，工号段为07。
TRC-303：具有记录功能的温度控制仪表，该仪表集中仪表盘面安装，工号段为3，仪表序号为07。
FRC-305：具有记录功能的流量控制仪表该仪表集中仪表盘面安装，工号段为3，仪表序号屡05。
1-11、图1-16所示为一反应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。
试现出该温度控制系统的方块图，并指出该项系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么，并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的团环系统。
答：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；可能干扰：进料和冷却水的流量、压力和温度的改变当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增加，这样使反应器的温度降下来，所以该项温度控制系统为一个具有负反馈的闭环系统。
过程控制与自动化仪表(第3版) 第2章 思考题与习题
第2章 思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。
答：1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。
要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。
检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。
检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。
2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。
（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？答：1）真值指被测物理量的真实（或客观）取值。
2）误差的各表现形式和意义为：最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值a x 的差值，记为Δ，如式（2‐1）所示：a Δx x =- （2-1）相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2‐2）所示：aΔδ100%x =⨯（2-2） 引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。
它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，如式（2‐3）所示：max minΔγ100%x x =⨯- （2-3）式中，max x 仪表测量范围的上限值；min x 仪表测量范围的下限值。
基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。
附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。
3) 仪表的精度与最大引用误差直接有关。
（3）某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ所以仪表精度等级为0.4级（4）某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：仪表精度等级至少为0.001级。
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控制仪表课后答案第1-2-3章部分控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版思考与练习题参考答案第1章模拟式控制器思考与练习题(1)工业上常用控制器的控制规律有哪几种？答：工程上常用的控制器的控制规律有比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）以及比例积分微分（PID）四种，由此产生相应的四种常用控制器。
(2)在模拟控制器中，一般采用什方式实现各种控制规律？答：可以用负反馈放大器来实现。
其原理组成如图3.1所示。
=KUε控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版FUUf=O根据上述三个关系式可求得输出与输入的关系为：FKKUUi+=10当放大器的放大倍数足够大时，FK>>1,则上式分母中的1可忽略不计，上式可近似表示为：'01KFUUi=≈这就是说，只要放大器的放大倍数足够大，那么在引入负反馈构成闭环后，其闭环放大倍数K′就只与反馈系数F有关。
而反馈系数就是前面分析的分压系数，这样就实现了比例控制规律。
由于闭环放大倍数K′与反馈系数F成倒数关系，即后者衰减，前者放大，或者是，后者为除的关系，则前者就是乘的关系。
换句话说，两者之间互成逆运算关系。
由此得到了启发，若要闭环放大器起积分运算作用，它的反馈电路应是微分运算电路。
反之，要得到微分运算关系的放大电路，其反馈电路应该用积分电路。
(3)试述DDZ—Ⅲ型控制器的功能。
答：DDZ—Ⅲ型控制器的作用是将变器送来的1～5VDC测量信号与1～5VDC给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PID运算，输出4～20mADC信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。
一台DDZ—Ⅲ型工业控制器除能实现PID运算外，还具有如下功能，以适应生产过程自动控制的需要。
①获得偏差并显示其大小②显示控制器的输出③提供内给定信号并能进行内外给定选择④进行正/反作用选择⑤进行手动操作，并具有良好的手动/自动双向切换性能(4)基型控制器由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版答：基型控制器由控制单元和指示单元两大部分组成。
控制单元包括输入电路、比例微分（PD）电路与比例积分（PI）电路、软手动与硬手动操作电路和输出电路等，指示电路包括测量信号指示电路和给定信号指示电路。
输入电路的主要作用是将测量信号与给定信号相减，获得偏差信号。
并将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平VB=10V为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。
比例微分运算电路的作用是接受由输入电路送来的以10V电平为基准的输出信号对它进行比例微分运算，再经比例放大的后输出，送给比例积分电路。
比例积分运算电路主要是给控制器的控制规律引入积分作用。
手动操作是由手动操作电路实现的。
输出电路其作用是将比例积分电路送来的以10V为基准的1～5VDC电压信号转换成以0V为基准的4～20mADC输出电流送给执行机构。
指示电路的作用是将以零伏为基准的4～20mADC转换成以VB=10V为基准的1～5mADC的输出电流信号，用电流表加以指示（5）DDZ—Ⅲ型控制器的输入电路为什么要采用差动输入方式？为什么要进行电平移动？答：采用差动输入方式，使引线电阻RCN上的压降VCM以共模电压形式加入输入电路，由于输入电路对共模电压信号有很强的抑制作用，使VCM不致引起误差。
输出电压V01与引线电阻上的附加压降VCM1、VCM2无关，因而消除了它们对输出电压V01的影响。
在输入电路中进行电平移动，将偏差电平抬高到+10V的基准上，这样在同样条件下，运算放大器的输入端电压数值就在共模电压范围要求之内，输入电路就能正常工作了。
输入电路将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平VB=10V为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。
（6）DDZ—Ⅲ型控制器有哪几种工作状态？什么是软手动状态和硬手动状态？答：DDZ—Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）和硬手动（H）三种工作状态，软手动操作又称速度式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成积分关系而变化。
硬手动操作又称比例式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成比例关系而变化。
（7）什么是控制器的无扰动切换？DDZ—Ⅲ型控制器如何实现“手动/自动”无扰动切换？为什么从软手动方式向硬手动方式切换需要事先平衡？控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版答：所谓无扰动切换是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰动。
Ⅲ型控制器由自动或硬手动向软手动的切换（A·H→M）以及由软手动或硬手动向自动的切换(M·H→A)均为无平衡无扰动的切换方式。
所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事先调平衡，可以随时切换至所需要位置。
①当从任何一种操作状态切换到软手动操作时，运算放大器IC３的反向端为浮空状态，Ｖ03都能保持切换前的值，所以，凡是向软手动（M方式）方向的切换，均为无平衡无扰动的切换。
②控制器处于软手动（M方式），或硬手动（H方式）时，电容CI两端电压值等于V02，而且CI的一端与VＢ相连，在从手动向自动切换的前后是等电位的，在切换瞬间，CI没有放电现象，V03不会突变，控制器的输出信号也不会突变。
所以，凡是向自动（A方式）的切换也均为无平衡无扰动的切换。
凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手动到硬手动（A、M→H），均为有平衡的无扰动切换。
即要做到无扰动切换，必须事先平衡。
因为硬手动操作拨盘的刻度（即VH值），不一定与控制器的输出电流相对应，因此在由其它方式向硬手操方式切换前，应拨动硬手动拨盘（即调WH电位器），使它的刻度与控制器的输出电流相对应，才能保证切换时不发生扰动。
第2章变送器思考与练习题（1）变送器主要包括哪些仪表？各有何用途？答：变送器主要包括压力变送器、差压变送器、流量变送器、液位变送器、温度变送器等；各自将被测工艺参数，如压力、差压、流量、液位、温度等物理量转换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和控制器，供显示、记录、运算、控制、报警等。
（2）变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线性关系？答：变送器都是基于负反馈的原理来工作的；保证放大器的放大系数和反馈系数为常数可使输入信号与输出信号之间呈线性关系。
（3）何谓零点迁移？为什么要进行零点迁移？零点迁移有几种？控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版答：使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值某相对应,即在某min≠0时，使Y=ymin的调整，为零点迁移；零点迁移是为了保证变送器的在不同的输入范围时其输出仍是标准信号；零点迁移有正迁移和负迁移。
（4）何谓量程调整和零点调整？答：量程调整是使变送器输出信号的上限值yma某与测量范围的上限值某ma某相对应。
零点调整是使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值某min相对应,即在某min=0时，使Y=ymin（5）电容式、扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器与矢量机构式差压变送器相比有什么优点？答：与矢量机构式差压变送器相比，电容式差压变送器是微位移式变送器，无杠杆系统，体积小，它以差动电容膜盒作为检测元件，并且采用全密封熔焊技术，因此整机的精度高、稳定性好、可靠性高、抗振性强，其基本误差一般为±0.2％或土0.25％。
扩散硅式差压变送器也是微位移式两线制差压变送器。
它的检测元件采用硅杯压阻传感器，由于单晶硅材质纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好、体积小、重量轻、结构简单和精度高。
采用微位移式电平衡工作原理，没有机械传动、转换部分；外形美观、结构小巧，重量轻；调整方便，零点、满量程、阻尼均在仪表外部调整，且零点和满量程调整时互不影响；具有独特的电感检测元件，敏感检测元件所在的测量头部分采用全焊接密封结构；计算机进行温度、压力补偿，不需要调整静压误差。
振弦式差压变送器通过振弦去改变谐振电路的谐振频率，将差压的变化转换成振弦张力的变化，输出可以是频率或电流。
（6）电容式差压变送器如何实现差压-位移转换？差压-位移转换如何满足高精度的要求？答：在电容式变送器中，电容膜盒中的测量膜片是平膜片，平膜片形状筒单，加工方便，但压力和位移是非线性的，只有在膜片的位移小于膜片的厚度的情况下是线性的，膜片在制作时，无论测量高差压、低差压或微差压都采用周围夹紧并固定在环形基体中的金属平膜片做感压膜片，以得到相应的差压-位移转换。
由于膜片的工作位移小于0.1mm，当测量较低差压时，则采用具有初始预紧应力的平膜片；在自由状态下被绷紧的平膜片；具有初始张力。
这不仅提高线性，还减少了滞后。
对厚度很薄，初始张力很大的膜片，其中心位移与差压之间也有良好的线性关系，满足高精度的要求。