第 1 章 自動控制系統(tǒng)基本概念 1動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？ 解 自動控制系統(tǒng)主要由檢測變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(huán)節(jié)組成。 1 1分別說明圖中 題 1 加熱器控制流程圖 解 段號為 3，儀表序號為 07； 有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號為 3，儀表序號為 03； 儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號為 3，儀表序號為 05。 1自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用 ? 解 測量變送裝置的功能是測量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）送往控制器； 控制器接受測量變送器送來的信號，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號（氣壓或電流）發(fā)送出去 執(zhí)行器即控制閥，它能自動地根據(jù)控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度，從而改變操 縱變量的大小。 1試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì) ? 解： 被控對象（對象） 自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備或機器。 被控變量 被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。控系統(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。 給定值（或設(shè)定值或期望值） 人們希望控制系統(tǒng)實現(xiàn)的目標，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。 操縱變量（調(diào)節(jié)變量） 對被控變量具有較強的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。 操 縱介質(zhì) (操縱劑 ) 用來實現(xiàn)控制作用的物料。 1 A、 過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么 ?并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 題 1 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng) 解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解 1 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度； 操縱變量：冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有 A、 B 兩種物料的溫度、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時，其測量值與給定值比較，獲得偏差信號，經(jīng)溫度控制器運算處理后，輸出控制信號去驅(qū)動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1 1果由于進料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值，試說明此時該控制系統(tǒng)的工作情況，此時系統(tǒng)是如何通過控制作 用來克服干擾作用對被控變量影響的 ? 解：當(dāng) 反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過給定值（即升高）時，溫度測量元件測出溫度值與給定值比較，溫度控制器 出控制信號使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來，這樣克服干擾作用對被控變量影響。 1給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可分哪幾類 ? 解： 按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可以分為以下三類： 定值控制系統(tǒng) 給定值恒定的控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)） 給定值隨機變化的系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng) 給定值按一定時間 程序變化的系統(tǒng)。 1化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為 (90010) 。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 80 。現(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題 1求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進入新穩(wěn)態(tài)值的 1%（即 900（ 1%） =9 ）的時間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求 ? 題 1 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線 解 最大偏差 A=950900=50（ ） ； 超調(diào)量 B=950908=42（ ） ； 由于 B=918908=10（），所以，衰減比 n=BB=4210= 余差 C=908900=8； 振蕩周期 T=459=36( 過渡時間 7 因為 A=50 所以 該壓力表不符合 3么叫壓力 ?表壓力、絕對壓力、負壓力 (真空度 )之間有何關(guān)系 ? 解 （ 1） 工程上的壓力是物理上的壓強，即 P=F/S（壓強）。 （ 2）絕對壓力是指物體所受的實際壓力； 表壓力 =絕對壓力 大氣壓力； 負壓力（真空度） =大氣壓力 絕對壓力 3為感受壓力的彈性元件 有哪幾種 ? 解 彈簧管式彈性元件 、 薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種）、波紋管式彈性元件 。 3簧管壓力計的測壓原理是什么 ?試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。 解： （ 1）彈簧管壓力計的測壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測出了彈簧管自由端的位移大小， 就能反映被測壓力 （ 2） 彈簧管式壓力計的主要組成：彈簧管（測量元件），放大機構(gòu)，游絲，指針，表盤。 （ 3） 彈簧管壓力計測壓過程為：用彈簧管壓力計測量壓力時，壓力使 彈簧管產(chǎn)生很小的 位移量， 放大機構(gòu) 將這個很小的 位移量放大從而帶動 指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。 3容式壓力傳感器的工作原理是什么 ?有何特點 ? 解 見教材 55。當(dāng)差動電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。 其特點：輸出信號與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測量。 3壓力表的測量范圍為 0 1度等級為 問此壓力表允許的最大絕對誤 差是多少 ?若用標準壓力計來校驗該壓力表，準壓力計上讀數(shù)為 問被校壓力表在這一點是否符合1級精度，為什么 ? 解 壓力表允許的最大絕對誤差為 校驗點 ，絕對誤差為 =該校驗點的測量誤差為 % 故該校驗點不符合 精度。 3為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)測量大小來選取 ?選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù) 值有何問題 ? 解 （ 1） 為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實際使用時的測量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。 （ 2）由于儀表的基本誤差 整個儀表測量范圍內(nèi)其大小是一定的， 選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大 測量誤差。 3果某反應(yīng)器最大壓力為 許最大絕對誤差為 用一臺測量范圍為 0度為 行測量，問能否符合工藝上的誤差要求 ?若采用一臺測量范圍為 0度為 能符合誤差要求嗎 ?試說明其理由。 解 用 0度為 許值 ) 該表不符合工藝上的誤差要求。 用 0度為 許值 ) 該表符合工藝上的誤差要求。 3臺空壓機的 緩沖器，其工作壓力范圍為 藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的 5，試選擇一臺合適的壓力計 (類型、測量范圍、精度等級 )，并說明其理由。 解 空壓機緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限 工作壓力上限 所選壓力表量程為 p，則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有 )(m a xm a x M P )(m i nm i n M P 根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選 、測 量范圍為 0電接點壓力表。 根據(jù)測量誤差要求，測量的最大誤差為 %=則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足 % a x 要求，故可選精度等級為 壓力表。 3合成氨廠合成塔壓力控制指標為 14求誤差不超過 選用一臺就地指示的壓力表 (給出型號、測量范圍、精度等級 )。 解 合成塔控制壓力 14所選壓力表的量程為 p，則 )( P 根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選 、測量范圍為 025電接點壓力表。 根據(jù)測量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足 %0025 a x 要求，故可選精度等級為 3有一臺測量范圍為 0度為 驗后，其結(jié)果為： 被校表讀數(shù) / 0 0 4 0 8 1 2 1 6 標準表上行程讀數(shù) / 000 0 385 0 790 1 210 1 595 標準表下行程讀數(shù) / 000 0 405 0 810 1 215 1 595 試問這臺表合格否 ?它能否用于某空氣貯罐的壓力測量（量的絕對誤差不允許大于 ? 解 壓力表的校驗 表 3力表的校驗數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果 被校表讀數(shù) / 大誤差 標準表上行程讀數(shù) / 準表下行程讀數(shù) / 降變差 / 準表上、下行程讀數(shù)平均值 /對誤差 / 表的最大引用誤差（從絕對誤差和升降變差中選取絕 對值最大者做為 m，求儀表的最大引用誤差） % 0 2 0 0m a x 所以，這臺儀表 的精度等級合格。 空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且 ；最大誤差 以這臺儀表能用于該空氣貯罐的壓力測量。 3么叫節(jié)流現(xiàn)象 ? 流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差 ? 解： 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象 ，稱為節(jié)流現(xiàn)象。 流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。 3什么說轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計 ? 解： 轉(zhuǎn)子流量計測量流體流量時， 轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差 A 21 =恒量） 3轉(zhuǎn)子流量計來測氣壓為 度為 40 的 已知流量計讀數(shù)為 50L/s，求 知 解 由題知： 93K， 73+40=313（ K）； 0=1=0L/s。則 )/(105503131 0 1 32 937 5 1 32 3水刻度的轉(zhuǎn)子流量計，測量范圍為 0 10L/子用密度為 7920用來測量密度為 測量范圍為多少 ?若這時轉(zhuǎn)子材料改為由密度為 2750這時用來測量水的流量及 苯的流量，其測量范圍各為多少 ? 解 由題知 t=7920f=L=831W=1000 0 L/苯的流量的 修正系數(shù)為 0 0)8317 9 2 0(831)1 0 0 07 9 2 0( 0/0/) 所以，苯的流量測量范圍為 0 當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時， r=2750時測水的流量的修正系數(shù)為 210002750)10007920( 0/0/2=5(L/所以， 此時測水的流量的 測量范圍為 0 5L/苯的流量的 修正系數(shù)為 0 0)8 3 12 7 5 0(8 3 1)1 0 0 02 7 5 0( （ L/ 所以， 此時測 苯 的流量的 測量范圍為 0 3輪流量計的工作原理及特點是什么 ? 解： （ 1）渦輪流量計的工作原理： 流體在管道中流動時使葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，反映流體流速的大小 。 流速與管道截面的乘積就是流體的流量。 （ 2）渦輪流量計的特點： 安裝 方便 、 測量精度高 、 可耐高壓 、 反應(yīng)快 、 便于遠傳 、 不受干擾 、 容易磨損等特點。 3磁流量計的工作原理是什么 ?它對被測介質(zhì)有什么要求 ? 解 電磁流量計的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場中流動時切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的 電磁感應(yīng) 原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動勢也越大，感應(yīng)電動勢與流量成正比。電磁流量計只能用來測量導(dǎo)電液體的流量。 3么是液位測量時的零點遷移問題 ?怎樣進行遷移 ?其實質(zhì)是什么 ? 解 （ 1） 當(dāng)被測容器的 液位 H=0時，差壓液位計所感受的壓差 p 0 的現(xiàn)象，稱為 液位測 量時的零點遷移， 3量高溫液體 (指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況 )時，經(jīng)常在負壓管上裝有冷凝罐 (見題 3，問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移 ?如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮 ? 題 3 高溫液體的液位測量 解： 差壓液位計正壓室壓力 gH+壓室壓力 、負壓室的壓差 p=p1h2g H=0時， p= (h2g。 這種液位測量時，具有“負遷移”現(xiàn)象，為了使 H=0時， p=0，該差壓變送器測液位時需要零點遷移，遷移量為 (h2g 3么是熱電偶的熱電特性 ? 熱電偶的熱電勢由哪兩部分組成 ? 解：（ 1） 將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金） 組成一個閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點溫度 (T、 同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動勢效應(yīng)或塞貝克（ 應(yīng)。回路中的電勢稱為熱動勢，用 ， t， （ 2） 熱電偶的熱電勢由 接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。 3用的熱電偶有哪幾種 ?所配用的補償導(dǎo) 線是什么 ?為什么要使用補償導(dǎo)線 ?并說明使用補償導(dǎo)線時要注意哪幾點 ? 解： （ 1）常用的熱電偶有如下幾種： （ 2） 所配用的補償導(dǎo)線如下： （ 3）用廉價的 補償導(dǎo)線代替熱電偶 使冷端遠離熱端不受其溫度場變化的影響并與測量電路相連接。 使用補償導(dǎo)線時要注意 ：在一定的溫度范圍內(nèi)，補償導(dǎo)線與配對的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持延伸電極與熱電偶兩個接點溫度相等。 3熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償 ?其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N ? 解： （ 1） 熱電偶的熱電勢只有當(dāng) 定是才是被測溫度 T（或 t）的單值函數(shù)。熱電偶標準分度表是以 0為參考溫度條件下測試制定的，只有保持 0，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若 0，則應(yīng)進行冷端補償和處理。 （ 2）冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校?延長導(dǎo)線法， 0恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動補償法等。 3電阻溫度計各包括哪些元件和儀表 ?輸入、輸出信號各是什么 ? 解： 熱電偶溫度計由熱電偶（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號是溫度，輸出信號是熱電勢。 熱電阻溫度計由熱電阻（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號是溫度 ，輸出信號是電阻。 3 得的熱電勢為 20端（室溫）為 25C，求設(shè)備的溫度 ?如果改用 相同的條件下， 解 用 設(shè)備的溫度為 t，則 E(t， 25)=20 E(25， 0)=據(jù)中間溫度定律， E(t， 0)= E(t， 25)+ E(25， 0)=20+查 t= 若改用 樣，根據(jù)中間溫度定 律，測得熱電勢為 25)= 0) 5， 0)= 3用一支鎳鉻 冷端溫度為 30 ，顯示儀表的機械零位在 0 時，這時指示值為 400 ，則認為換熱器內(nèi)的溫度為430 對不對 ?為什么 ?正確值為多少度 ? 解 認為換熱器內(nèi)的溫度為 430 不對。 設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為 t，實測熱電勢為 E(t， 30)，根據(jù)顯示儀表指示值為400 ，則有 E(t， 30)= E(400， 0)，由中間溫度定律并查鎳鉻 E 型）熱電偶分度表，有 E(t， 0)= E(t， 30)+ E(30， 0)= E(400， 0)+ E(30， 0)=28943+1801=30744V 反查鎳鉻 器內(nèi)的溫度 t= 3試述熱電阻測溫原理 ?常用測溫?zé)犭娮栌心膸追N ?熱電阻的分度號主要有幾種 ?相應(yīng)的 解： （ 1）熱電阻測溫 原理 ： 電阻溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。 （ 2） 常用測溫?zé)犭娮?有：鉑熱電阻和銅熱電阻。 （ 3）鉑熱電阻的 分度號 主要有： 00）； 0）； 000）；等 銅熱電阻的 分度號主要有： 00）； 0）；等 3分度號為 計算時錯用了 得的溫度為 140 ，問實際溫度為多少 ? 解 查 140 對應(yīng)電阻為 而該電阻值實際為 查 實際溫度為 157 3分度號為 度電阻比 W(100)=0=被測溫度為 50 時，該熱電阻的阻值 若測某一環(huán)境溫度時熱電阻的阻值為 92，該環(huán)境溫度為多少 ? 解 分度號為 度電阻比 W(100)=銅熱電阻，其 0，01。則該銅熱電阻測溫的靈敏度 071 k (/ ) 被測溫度為 50 時，電阻值 0+ 50=。 當(dāng)測某一環(huán)境溫度時，若熱電阻的阻值 2，則對應(yīng)的環(huán)境溫度為 t=(9250)/00。 第 4 章 顯示儀表 4于標尺始端為 0 的電子電位差計，當(dāng)熱電偶的熱端為 0 ，冷端為25 時，問這時應(yīng)指示多少度 ?輸入信號為多少 ?若熱端為 0 ，冷端也為 0 時，這時應(yīng)指示多少度 ?輸入信號為多少 ? 解 當(dāng)熱電偶的熱端為 0 ，冷端為 25 時，應(yīng)指示 0 ； 輸入信號為 E(0， 25)= E(25， 0)。 若熱端為 0 ，冷端也為 0 時，這時應(yīng)指示 0 ； 輸入信號為 E(0， 0)=0。 4題 4所示熱電偶測溫系統(tǒng)，熱電偶的型號為 K，請回答： (1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計 ? (2)顯示儀表應(yīng)采用哪種儀表 ?該儀表的輸入信號是多少 ?應(yīng)指示多少溫度 ? 題 4 熱電偶測溫系統(tǒng)圖 解 （ 1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。 （ 2）顯示儀表應(yīng)采用 表的輸入信號是 K 型熱電偶的熱電勢 E(600， 25)， E(600， 25)= E(600， 0) E(25， 0)=24902 1000=23902（ V）； 指示溫 度應(yīng)為 600（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動補償，能直接顯示被測溫度） 。 4溫系統(tǒng)如題 4說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計 ?已知熱電偶為 K，但錯用與 儀表指示為 160 時，請計算實際溫度 （室溫為 25） 題 4 測溫系統(tǒng)圖 解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。 當(dāng)與 60 、 室溫為 25時，顯示儀表的輸入信號應(yīng)為 60 、冷端為 25時的熱電勢 60， 25)。而顯示儀表外實際配用的是 其輸入的熱電勢 60， 25)，實際應(yīng)為 、冷端為 25時的熱電勢 EK(25)，即 EK(25)= 60， 25)。 60， 25)= 60， 0) 5， 0) 查 E(160， 0) = 10501V， 5， 0)=，則 60， 25)=10501 EK(0) =EK(25)+ 5， 0) =000(查 =V） 反查 4述電子自動平衡電橋的工作原理 ?當(dāng)熱電阻短路、斷路或電源停電時，指針應(yīng)指在什么地方 ?為什么 ? 解 電子自動平衡電橋的原理電路如下圖所示。 題解 4 電子平衡電橋測溫原理圖 當(dāng)被測溫度為測量下限時， 動觸點應(yīng)在 時電橋的平衡條件是 P） = （ 1） 當(dāng)被測溫度升高后，熱電阻阻值 增加 動觸點應(yīng)右移動才能使電橋平衡，此時電橋的平衡條件是 P=4+ （ 2） 用式（ 1）減式（ 2），則得 3 即 3231 （ 3） 從上式可以看出：滑動觸點 即反映了被測溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 當(dāng)熱電阻短路時， ， 為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向左滑動，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時， ，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向右滑動，直至終終端；當(dāng)電源停電時，指針指在任何位置，電橋輸出都為 0，（電橋“平衡”）。 第 5 章 自動控制儀表 5么是控制器的控制規(guī)律 ?控制器有哪些基本控制規(guī)律 ? 解 控制器的 控制規(guī)律 是指控制器的輸出信號 )()( 控制器的 基本控制規(guī)律 有：位式控制（其中以雙位控制比較常用）；比例控制 (P)；積分控制 (I)；微分控制 (D)。 5為比例控制器的比例度 ?一臺 型液位比例控制器，其液位的測量范圍為 0指示值從 例控制器的輸出相應(yīng)從 5求控制器的比例度及放大系數(shù)。 解 比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分數(shù)，用式子表示為： %100m i nm a xm i nm a x pp e 式中 e 輸入變化量； p 相應(yīng)的輸出變化量； 輸入的最大變化量，即儀表的量程； 輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。 根據(jù)題給條件，該控制器的比例度為 %00010 對于單元組合儀表，其放大系數(shù)為 =1/120% 5臺 型溫度比例控制器，測量的全量程為 0 1000 ，當(dāng)指示值變化 100 ，控制器比例度為 80，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少 ? 解 % 0 0100420m i nm a x m i nm a x 控制器的輸出變化量 p=0%=2(5臺具有比例積分控制規(guī)律的 型控制器，其比例度 為 200，穩(wěn)態(tài)時輸出為 5某瞬間，輸入突然變化了 過 30出由 5問該控制器的積分時間 解 控制器的放大倍數(shù) =1/200%=制器的輸入變化量為 A=制器的輸出變化量為 p=65=1(經(jīng)歷時間 t=30s。由 得 )( 5臺 型比例積 分控制器，比例度 為 100，積分時間 態(tài)時，輸出為 5瞬間，輸入突然增加了 問經(jīng)過 5出將由 5 解 控制器的放大倍數(shù) =1/100%=1 控制器的積分時間 態(tài)輸出 制器的輸入變化量為A=歷時間 t=5輸出變化量 )( 所以，經(jīng)歷時間 5，控制器的輸出為 p=p=5+.7(5寫出比例積分微分（ 作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式。 解 d 1P 其中， e 輸入變化量； p 相應(yīng)的輸出變化量； 放大倍數(shù)； 稱為積分時間； 微分時間。 5分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點。 解 比例控制規(guī)律的特點是反應(yīng)快，控制及時；存在余差 (有差控制 ) 積分控制規(guī)律的特點是控制動作緩慢，控制不及時；無余差 (無差控制 ) 微分控制規(guī)律的特點是控制響應(yīng)快，故有 超前控制 之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值 很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制器。 第 6 章 執(zhí)行器 6動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成 ? 各起什么作用 ? 解 氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)輸入控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力 l，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將控制信號的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與操縱介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥 的流量的裝置。 6分別說明什么叫控制閥的流量特性和理想流量特性 ? 常用的控制閥理想流量特性有哪些 ? 解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系： 式中，相對流量 Q/與全開時流量 對開度 l/之比。 在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。主要有： 直線流量特性 )1(11m a x ； 等百分比（對數(shù)）流量特性 1 拋物線流量特性 21m a xm a x 快開流量特性 2m a x)1(11 等四種。 6么叫控制閥的可調(diào)范圍 ? 在串、并聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會變化 ? 解 控制閥的可調(diào)范圍（可調(diào)比）是其所能控制的最大流量 在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會變小。 6知閥的最大流量 50m3/h，可調(diào)范圍 R 30。 （ 1）計算其最小流量 說明 （ 2）若閥的流量特性為直線流量特性，問在理想情況下閥的相對行程 l/。 （ 3）若閥的流量特性為等百分比流量特性，問在理想情況下閥的相對行程為 。 解 （ 1）由 ， 得 )/(m a xm in 。 是比泄漏量大的可以控制的最小流量。 （ 2）由直線流量特性 1(11m a x ，得 1(1m a x ， l/L= )/(30(13050 32.0 l/L= )/(30(13050 38.0 （ 3）由直線流量特性 1得 1m l/L= )/( l/L= )/( 6的理想流量特性分別為直線流量特性和等百分比流量特性，試求出在理想情況下，相對行程分別為 l/L 的兩種閥的相對放大系數(shù) 相對m a x。（閥的可調(diào)比 R=30） 解 當(dāng)閥的理想流量特性為直線流量特性時，由 )1(11m a x ，得 a x ，即 1 相對 與 l/以，對于相對行程分別為 l/L 量特性閥，均有 K 相對 =11/R=11/30= 當(dāng)閥的理想流量特性為等百分比流量特性時，由 1得 1m a x 1對 當(dāng) l/L a x l/L a x 6知閥的最大流量 100m3/h，可調(diào)范圍 R 30。試分別計算在理想情況下閥的相對行程為 l/L=的流量值 Q，并比較不同理想流量特性的控制閥在小開度與大開度時的流量變化情況。 (1) 直線流量特性。 (2) 等百分比流量特性。 解 (1) 根據(jù)直線流量特性，相對流量與相對行程之間的關(guān)系： )1(11m a x 分別在公式中代入數(shù)據(jù) 100m3/h， R 30， l/L=數(shù)據(jù)，可計算出在相對行程為 13m3/h m3/h m3/h m3/h。 (2) 根據(jù)等百分比流量特性的相對流量與相對行程之間的關(guān)系： 1分別代入上述數(shù)據(jù)，可得： h h h h。 由上述數(shù)據(jù)可以算得，對于直線流量特性的控制閥，相對行程由 10變化到20時，流量變化的相對值為： %0013 ； 相對行程由 80變化到 90時，流量變化的相對值為： 12%10 。 由此可見，對于直線流量特性的控制閥，在小開度時，行程變化了 10，流量就在原有基礎(chǔ)上增加了 控制作用很強，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開度時 (80處 )；行程同樣變化了 10，流量只在原有基礎(chǔ)上增加了 12，控制作用很弱，控制不夠及時、有力，這是直線流量特性控制閥的一個缺陷。 對于等百分比流量特性的控制閥，相對行程由 10變?yōu)?20時，流量變化的相對值為： %40%10 ； 相對行程由 80變到 90時，流量變化的相對值為： %40%1 0 。 故對于等百分比特性控制閥，不管是小開度或大開度時，行程同樣變化了 10，流量在原來基礎(chǔ)上變化的相對百分數(shù)是相等的，故取名為等百分比流量特性。具有這種特性的控制閥，在同樣的行程變化值下，小開度時，流量變化小，控制比較平穩(wěn)緩和；大開度時，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個優(yōu)點。 6么是串聯(lián)管道中的阻力比 s ? 解 串聯(lián)管道中的 阻力比 力損失總和即系統(tǒng)中最大流量時動系統(tǒng)總壓差 差控制閥全開時閥上的壓s 管道阻力損失變化，控制閥前后壓差變化，進而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。 s = 1時，管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓差全降在閥上，工作特性與理想特性一致。隨著 線特性漸漸趨近于快開特性，等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實際使用中，一般希望 選 s=s理想流量特性相差無幾。 6么是并聯(lián)管道中的分流比 x ? 試說明 解 并聯(lián)管道中 的分流比 m a xm a x 總管最大流量 流量并聯(lián)管道控制閥全開時 制閥的流量變化，控制閥所控制的流量與總管的流量產(chǎn)生差異，因此，其理想流量特性將會發(fā)生畸變。 x=1時，控制閥的流量就是總管的流量，工作特性與理想特性一致。隨著 路閥逐漸打開，雖然控制閥的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。 6知某控制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為 100力比為 s=全開時流過水的最大流量為 60m3/h。閥的理想可調(diào)范圍 R=30，假設(shè)流動狀態(tài)為非阻塞流。問該閥的額定 (最大 )流量系數(shù) 解 由 力損失總和即系統(tǒng)中最大流量時動系統(tǒng)總壓差 差控制閥全開時閥上的壓 1，得控制閥全開時閥上壓差 ps=1000 )/(1m a xm a x 實際的可調(diào)范圍 r 6臺控制閥的額定流量系數(shù) 100。當(dāng)閥前后壓差為 200，其兩種流體密度分別為 動狀態(tài)均為非阻塞流時，問所能通過的最大流量各是多少 ? 解 由 m a xm a x 10 ，得 10m a xm a x 當(dāng) =)/(m a xm a x 當(dāng) =)/(m a xm a x 6于一臺可調(diào)范圍 R 30的控制閥，已知其最大流量系數(shù)為 100，流體密度為 1g/由全關(guān)到全開時，由于串聯(lián)管道的影響，使閥兩端的壓差由 0果不考慮閥的泄漏量的影響，試計算系統(tǒng)的阻力比（或分壓比） s，并說明串聯(lián)管道對可調(diào)范圍的影響（假設(shè)被 控流體為非阻塞的液體）。 解 由于阻力比 不考慮閥的泄漏量的影響時，閥全關(guān)時閥兩端的壓差就可視為系統(tǒng)總壓差，故本系統(tǒng)總壓差為 全開時兩端壓差為 60以阻力比： s 。 由于該閥的 100， R 30，在理想狀況下，閥兩端壓差維持為 體密度為 1g/最大流量 h，最小流量 R 100/30 h。 對于非阻塞流的液體， /10 m a xm a x 。 串聯(lián)管道時，由于壓差由 0這時通過閥的最大流量將不再是 h，而是 010/100 3m a x 。 這時的可調(diào)范圍 a x m a c 。 由上可見，串聯(lián)管道時，會使控制閥的流量特性發(fā)生畸變，其可調(diào)范圍會有所降低。如果 使可調(diào)范圍大大降低，以至影響控制閥的特性，使之不能發(fā)揮應(yīng)有的控制作用。 當(dāng)然，從節(jié)能的觀點來看， 明耗在閥上的壓降大，能量損失大，這是不利的一面。 6臺控制閥的流量系數(shù) 200。當(dāng)閥前后壓差為 體密度為 動狀態(tài)為非阻塞流時，問所能通過的最大流量為多少 ?如果壓差變?yōu)?能通過的最大流量為多少 ? 解 由公式 /10 m a xm a x ， 得 )/(m a xm a x 當(dāng)壓差變?yōu)?，所能通過的最大流量為： )/(m a xm a x 上述結(jié)果表明，提高控制閥兩端的壓差時，對于同一尺寸的控制閥，會使所能通過的最大流量增加。換句話 說，在工藝上要求的最大流量已經(jīng)確定的情況下，增加閥兩端的壓差，可以減小所選擇控制閥的尺寸 (口徑 )，以節(jié)省投資。這在控制方案選擇時，有時是需要加以考慮的。例如離心泵的流量控制，其控制閥一般安裝在出口管線上，而不安裝在吸入管線上，這是因為離心泵的吸入高度 (壓頭 )是有限的，壓差較小，將會影響控制閥的正常工作。同時，由于離心泵的吸入壓頭損失在控制閥上，以致會影響離心泵的正常工作。 6么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式 ?其選擇原則是什么 ? 解 氣動執(zhí)行器（控制閥）的氣開式為，有壓力控制信號時閥開，無壓 力控制信號時閥處于全關(guān)；氣關(guān)式為，有壓力控制信號時閥關(guān)，無壓力控制信號時閥處于全開。氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式的選擇原則