第一章自動控制系統(tǒng)基本概念

1.什么就就是化工自動化?她有什么重要意義？

答:在化工設(shè)備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員得部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程

度上自動地進行,這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程得辦法，稱為化工自動化。

實現(xiàn)化工自動化，能加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減輕勞動強度、

保證生產(chǎn)安全，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間得差別創(chuàng)造條件。

2.化工自動化主要包括哪些內(nèi)容？

答:化工生產(chǎn)過程自動化,一般包括自動檢測、自動操縱、自動保護和自動控制等方面得內(nèi)

容。

3.自劫控制系統(tǒng)怎樣的成？各組成環(huán)節(jié)起什么作用？

答:自動控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一部分就就是起控制作用得全套自動化裝置，對于

常規(guī)儀表來說，她包括檢測元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等;另一部分就就是受自動化裝置控

制得被控對象。

在自動控制系統(tǒng)中、檢測元件及變送器用來感受被控變量得變化并將她轉(zhuǎn)換成一種特定

得信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）?？刂破鲗z測元件及變送器送來得測量信號與工藝

上需要保持得設(shè)定值信號進行比較得出偏差,根據(jù)偏差得大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計好得控

制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定得信號（如氣壓信號或電流信號）發(fā)送給執(zhí)行器，執(zhí)行器能

自動地根據(jù)控制器送來得信號值相應(yīng)地改變流人（或流出）被控變量得物料量或能螢，克服擾動

得影響，最終實現(xiàn)控制要求。

什么叫操縱變量？

受控制器操縱得，用以克服干擾得影響,使被控變量保持設(shè)定值得物料量或能量。（或:具體

實現(xiàn)控制作用得變量叫做操縱變量）

4.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同?

答自動控制系統(tǒng)按其基本結(jié)構(gòu)形式可分為閉環(huán)自動控制系統(tǒng)和開環(huán)自動控制系統(tǒng)。

閉環(huán)自動控制就就是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系得自動控制。

如圖1?1（a）即就就是一個閉環(huán)自動控制。圖中控制器接受檢測元件及變送器送來得測量信

號,并與設(shè)定值相比較得到偏差信號，再根據(jù)偏差得大小和方向，調(diào)整蒸汽閥門得開度，改變蒸汽

流量,使熱物料出口溫度回到?jīng)]定值上。從圖1-1,（b）所示得控制系統(tǒng)方塊圖可以清楚看出,

操縱變量（蒸汽流量）通過被控對象去影響被控變量,而被控變量又通過自動控制裝置去影響操

縱變量。從信號傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了一個閉合回路。

測量變送

(a)(b)

圖1-1閉環(huán)自動控制基本結(jié)構(gòu)

開環(huán)控制系統(tǒng)就就是指控制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系得自動控制

系統(tǒng)。即操縱變量通過被控對象去影響被控變量，但被控變量并不通過自動控制裝置去影響操

縱變量。從信號傳遞關(guān)系上看，未構(gòu)成閉合回路。

開環(huán)控制系統(tǒng)分為兩種，一種按設(shè)定值進行控制，如圖1-2(a)所示。這種控制方式得操縱變

量(蒸汽流量)與設(shè)定值保持一定得函數(shù)關(guān)系，當(dāng)設(shè)定值變化時，操縱變量隨其變化進行改變被控

變量。另一種就就是按擾動進行控制,即所謂前饋控制系統(tǒng)，如圖1-2(b)所示。這種控制方

式就就是通過對擾動信號得測量，根據(jù)其變化情況產(chǎn)生相應(yīng)控制作用,進而改變被控變量。

(a)按設(shè)定值進行控制得開環(huán)系統(tǒng)(b)按擾動進行控制得開環(huán)系統(tǒng)

圖1-2開環(huán)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動地覺察被控變量得變化情況,也不能判斷操縱變量得校正作用就

就是否適合實際需要。

5.什么就就是反饋？什么就就是正反饋和負反饋?

答:把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）得輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端得做法叫做反饋。

反饋信號得作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋叫做負反饋;反之

為正反饋。

6.根據(jù)設(shè)定值得形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以分為哪幾類？

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，按照沒定值得不同形式又可分為:⑴定值控制系統(tǒng);⑵隨動控制系統(tǒng);⑶

程序控制系統(tǒng)。

7.什么就就是控制系統(tǒng)得靜態(tài)與動態(tài)？

答:在自動化領(lǐng)域內(nèi)，把被控變量不隨時間而變化得平衡狀態(tài)稱為控制系統(tǒng)得靜態(tài)。在這種

狀態(tài)下，自動控制系統(tǒng)得輸入［設(shè)定值和干擾）及輸出（被控變量）都保持不變，系統(tǒng)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)

都不改變其原來得狀態(tài)，她們輸入、輸出信號得變化率為零。而此時生產(chǎn)仍在進行，物料和能量

仍然有進有出。因此，殍態(tài)反映得就就是相對平衡狀態(tài)。

系統(tǒng)得動態(tài)就就是被控變量隨時間而變化得不平衡狀態(tài)。當(dāng)一個原來處于相對平衡狀態(tài)

得系統(tǒng)，受到擾動作用得影響，其平衡狀態(tài)受到破壞,被控變量偏離設(shè)定值，此時，控制器就會改變

原來得狀態(tài),產(chǎn)生相應(yīng)得控制作用，改變操縱變量克服擾動得影響，力圖恢復(fù)平衡狀態(tài)。從擾動發(fā)

生，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這段時間中整個系統(tǒng)都處于變動狀態(tài)中O

9、控制系統(tǒng)運行得基本要求就就是什么？

答:自動控制系統(tǒng)得基本要求就就是系統(tǒng)運行必須就就是穩(wěn)定得，并應(yīng)保證滿足一定得精

度要求或某些規(guī)定得性能指標(biāo)，但最基本得要求就就是穩(wěn)定得，也就就就是說系統(tǒng)投入運行后,

被控變量不致失控而發(fā)散。

10、在階躍擾動作用下，自動控制系統(tǒng)得過渡過程有哪些基本形式?哪些過渡過程能基本

滿足控制要求？

答:過渡過程中被控變量得變化情況與干擾得形式有關(guān)。在階躍擾動作用下，人過渡過程曲

線有以下幾種形式。①發(fā)散板蕩過程;②非振蕩發(fā)散過程;③等幅振蕩過程;④衰減振蕩過程;⑤

非振蕩衰減過程。

在上述五種過渡過程形式中，非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程就就是穩(wěn)定過程，能基本滿

足控制要求。但由于非振蕩衰減過程中被控變量達到新得穩(wěn)態(tài)值得進程過于緩慢，致使被控變

量長時間偏離設(shè)定值，所以一段不采用。只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時才考慮采用這

種形式得過渡過程。

11、衰減振蕩過程得品質(zhì)指標(biāo)有哪些？

答:衰減振蕩過程得品質(zhì)指標(biāo)主要有:最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或

頻率）等。

12、什么就就是傳遞函數(shù)?

答:對于如圖1-6所示得線性系統(tǒng)，在初始條件為零時，她得輸出與輸入得拉普拉斯式之比,

即系統(tǒng)在復(fù)數(shù)S域得輸出與輸入之比，稱為系統(tǒng)得傳遞函數(shù)，記為G(s)=o

X(s)

輸入x(t)輸出y(t)

系統(tǒng)

圖1-6系統(tǒng)得輸■人輸出關(guān)系

第二節(jié)例題分析

1.在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解

氣體得熱量,使裂解氣體得溫度下降到規(guī)定得數(shù)值上。

圖1-9就就是一個簡化得丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻得物料就就是乙炸裂解氣，其

溫度要求控制在(15±1、5)to如果溫度太高，冷卻后得氣體會包含過多得水分，對生產(chǎn)造成

有害影響;如果溫度太低，乙烯裂解氣會產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。

圖1-9丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖

(1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量和掾縱變量各就就是什么？

⑵試畫出該控制系統(tǒng)得組成方塊圖。

(3)試比較圖1-9及她得方塊圖，說明操縱變量得信號流向與物料得實際流動方向不同。

解

⑴在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對象為丙烯冷卻器;被控變量為乙烯裂解氣得出口

溫度;操縱變量為氣態(tài)丙烯得流量。

(2)該系統(tǒng)方塊圖如圖1-10所示。

圖1-10丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)方塊圖

注:0為乙烯裂解氣得出口溫度;9r為乙烯裂解氣得出口溫度設(shè)定值

(3)在圖1-9中，氣態(tài)丙烯得流向就就是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操

縱變量，其信號得流向就就是指向丙烯冷卻器得。

2.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定得操作溫度為(900±10)℃o考

慮安全因素,控制過程中溫度偏離給定值戢大不得超過80'C。現(xiàn)設(shè)計得溫度定值控制系統(tǒng)，在信

大階躍干擾作用下得過渡過程曲線如圖1-13所示。試求最大偏差、衰減比和振蕩周期等過

渡過程品質(zhì)指標(biāo)，并說明該控制系統(tǒng)就就是否滿足題中得工藝要求。

圖1-13過渡過程曲線

解由過渡過程曲線可知

最大偏差A(yù)=950-900=50t

衰減比第一個波峰值B=950-908=42'C

第二個波峰值B'=918-908=10℃

衰減比n=42:10=4、2

振蕩周期T=45—9=36min

余差C=908-900=8℃

過渡時間為47inin。

由于最大偏差為5()七,不超過80，C,故滿足題中關(guān)于最大偏差得工藝要求。

第三節(jié)習(xí)題

2、鍋爐就就是化工、煉油等企業(yè)中常見得主要設(shè)備。汽包水位就就是影響蒸汽質(zhì)量及

鍋爐安全得一個十分重要得參數(shù)。水位過高,會使蒸汽帶液，降低了蒸汽得質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)p

壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕則彩響汽液平衡，重則燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此,必須對汽包水

位進行嚴格得控制。圖1-27就就是一類簡單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求：

(1)畫出該控制系統(tǒng)方塊圖；

⑵指出該系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量、擾動變量各就就是什么？

圖1-27鍋爐汽包水位控制示意圖

答:⑴鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-36所示。

圖1-36鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖

注:h為鍋爐汽包水位丸為鍋爐汽包水位設(shè)定值

⑵被控對象:鍋爐汽包。

被控變量:鍋爐汽包水位。

操縱變量:鍋爐給水量。

擾動量:冷水溫度、壓力，蒸汽壓力、流量,燃燒狀況等。

6、圖1-31為一組在階躍擾動作用下得過渡過程曲線。

⑴指出每種過程曲線得名稱；

(2)也指出哪些過程曲線能基本滿足控制要求?哪些不能？為什么？

⑶(b)(c)(d)

圖1-31過渡過程曲線

答：

⑴(a)等幅振蕩;(b)衰減振蕩;⑥非振蕩衰減;(d)發(fā)散很蕩。

⑵(b),(c)能基本滿足控制要求,(a),(d)不能。因為(b),(c)對應(yīng)得過渡過程就就是穩(wěn)定得。

8、某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(800土10)to為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度敢高

不得超過8500C?，F(xiàn)運行得溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下得過渡過程曲線如圖1-33所示。

⑴分別求出最大偏差、余差、衰減比、過渡時間(溫度進入按±2%新穩(wěn)態(tài)值即視為系統(tǒng)

已穩(wěn)定來確定)和振蕩周期。

⑵說明此溫度控制系統(tǒng)就就是否滿足工藝要求。

圖1-33溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線

答:敢大偏差:A=45Co

余差:C=5℃o

衰減比：〃=4：1。

過渡時間：】二25min。

振蕩周期:T=13min。

該系統(tǒng)滿足正藝要求。

第二章過程特性及其教學(xué)模型

一.問題解答

什么就就是被控對象特性？什么就就是被控對象得數(shù)學(xué)

模型?

答:被控對象特性就就是指被控對象輸入與輸出之間得關(guān)系。即當(dāng)被控對象得輸入量發(fā)生

變化時，對象得輸出量就就是如何變化、變化得快慢程度以及最終變化得數(shù)值等。對象得輸人

量有控制作用和擾動作用，輸出量就就是被控變量。因此討論對象特性就要分別討論控制作用

通過控制通道對被控變量得影響，和擾動作用通過擾動通道對被控變量得影響。

定量地表達對象輸入輸出關(guān)系得數(shù)學(xué)表達式，稱為該對象得數(shù)學(xué)模型。

2.什么就就是控制通道?什么就就是干擾通道？在反饋控制

系統(tǒng)中她們就就是怎樣影響被控變量得?

答:干擾變量與控制變量都就就是作用于被控對象得輸入量，她們都會引起被控變量變化。

由干擾變量影響被控變量變化得通道稱干擾通道，由控制變量影響被控變量變化得通道稱控

制通道，如圖2-1所示。

干擾變量

控制變量

圖2-1干擾輸入變量、控制輸入變量與對象輸出變量之間得關(guān)系

在反饋控制系統(tǒng)中，干擾變量總就就是通過干擾通道破壞系統(tǒng)得平衡狀態(tài)，使被控變量離

開設(shè)定值。為了對抗和抵消干擾變量得影響,就必須由自動化裝置不斷地施加控制作用（即操縱

變量）通過控制通道，力圖使被控變量始終保持在工藝生產(chǎn)所要求控制得技術(shù)指標(biāo)（即設(shè)定值）

上。

3.簡述建立對象數(shù)學(xué)模型得主要方法。

答:一就就是機理分析法。二就就是實臉測取法。以上兩種方法又稱機理建模和實臉建模,

將以上兩種方法結(jié)合起來，稱為混合建模。

4.穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么不問？

答:穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述得就就是對象在穩(wěn)態(tài)時得輸入量與輸出量之間得關(guān)系;動態(tài)數(shù)學(xué)模

型描述得就就是對象在輸入量改變以后輸出量得變化情況。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型就就是動態(tài)數(shù)學(xué)模

型在對象達到平衡時得特例。

6、為什么說放大系數(shù)K就就是對象得靜態(tài)特性?而時間常數(shù)T和滯后時間T就就是對象

得動態(tài)特性？

答:放大系數(shù)K反映得就就是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下得輸出和榆人之間得關(guān)系，所以放大系

數(shù)就就是描述對象睛態(tài)特性得參數(shù)。

時間常數(shù)T就就是指當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到

新得穩(wěn)態(tài)值所需得時間，就就是反映被控變量變化快慢得參數(shù)，因此她就就是對象得一個重要

得動態(tài)參數(shù)。

滯后時間T就就是指對象在受到輸入作用后,被控變量不能立即而迅速地變化這種現(xiàn)象

得參數(shù)。因此她就就是反映對象動態(tài)特性得重要參數(shù)。

7、何謂系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計？

答:應(yīng)用對象得輸入輸出得實測數(shù)據(jù)來確定其數(shù)學(xué)模型得結(jié)構(gòu)和參數(shù)，通常稱為系統(tǒng)辨識。

在已知對象數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)得基礎(chǔ)上，通過實測數(shù)據(jù)來確定其中得某些參數(shù)，稱為參數(shù)估計。

8、對彖得純滯后和容量滯后各就就是什么原因造成得？對控制過程有什么影響？

答:對象得純滯后一般就就是由于介質(zhì)得輸送或熱得傳遞需要一段時間引起得。在控制通

道，如果存在純滯后,會使控制作用不及時，造成被控變量得最大偏差增加，控制質(zhì)量下降,穩(wěn)定性

降低。在擾動通道，如果存在純滯后，相當(dāng)于將擾動推遲一段時間才進入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)

得控制品質(zhì)O

對象得容量滯后一般就就是由于物料或能量得傳遞需要通過一定得阻力而引起得。容量

滯后增加,會使對象得時間常數(shù)T增加。在控制通道,7大，會使控制作用對被控變量得影響來得

慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。T小，會使控制作用對被控變量得影響來得快，系統(tǒng)得控制質(zhì)量有所提高,

但時間常數(shù)不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)得時間常數(shù)要適當(dāng)匹配，否則都會影響控制質(zhì)量。在擾動

通道，如果容量滯后增加，擾動作用對被控變量得影響比較平穩(wěn),一般就就是有利于控制得。

二.例題分析

1.已知一個具有純滯后得一階過程得時間常數(shù)為4min,放

大系數(shù)為10,純滯后時間為Imin,試寫出描述該過程特性得一階微分方程式。

解該過程特性仍為一階微分方程式，但由于存在純滯后1m1n,故輸出比輸入在

時間坐標(biāo)上平移了Imin,假定方程式中得時間量綱為min,則微分方程式為

Jv(z+l)

4+Xr4-l)=10x(z)

dr

2.已知一個對彖為具有純滯后得一階特性，其時間常數(shù)為5,

放大系數(shù)為10,純滯后時間為2。

⑴試寫出描述該對象得微分方程;

(2)求出描述該對象得傳遞函數(shù)。

解⑴與題6類似,該對象得微分方程式數(shù)學(xué)模型為

5+2)=10x(0

+[1]

dt

式中y表示輸出變量,x表示輸入變量。

⑵將式［1］在零初始條件下,兩端都取拉普拉斯變換,則有

5sY(s)e25+Y(s)e2s=10X(5)

則對象得傳遞函數(shù)為

G⑸二也"e

X(s)5s+i

笫三章檢測儀表與芍感器

一.問題解答

1.什么叫測量過程？

答測量過程實質(zhì)上都就就是將被測參數(shù)與其相應(yīng)得測量單位進行比較得過程。一般她都

就就是利用專門得技術(shù)工具，即測量儀表將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次得信號能量形式得轉(zhuǎn)換,

最后獲得一種便于測量得信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。

2.何謂儀表得精度等級？

答儀表得精確度簡稱精度，就就是用來表示儀表測量結(jié)果得可靠程度。任何測量過程都

存在著測量誤差。在使用儀表測量生產(chǎn)過程中得工藝變量時，不僅需要知道儀表得指示值，而且

還應(yīng)該了解儀表得精度。

儀表得精度等級就就是按國家統(tǒng)一規(guī)定得允許誤差大小來劃分成若干等級得。儀表精度

等級數(shù)值越小，說明儀表測量準確度越高。目前中國生產(chǎn)得儀表精度等級有0、005,0、02,0、

05,0、1,0、2,0、4,0、5,1、0,1、5,2、5,4、。等。儀表得精度等級就就是將儀表允許相對百

分誤差得“土”號及“%”去掉后得數(shù)值，以一定得符號形式表示在儀表標(biāo)尺板上，如1、0外

加一個圓圈或三角形。精度等級1、0,說明該儀表允許相對百分誤差為1、0%o

3.電動模擬式變送器、數(shù)字式變送器二者將輸出信號有什

么不同？

答模擬式變送器得輸出信號一般為統(tǒng)一標(biāo)準得模擬量信號，例如:DDZ-II型儀表輸出

0?1OmADC,DDZ-III型儀表輸出4?20mADC等，在一條電纜上只能傳輸一個模

擬量信號。智能式變送器得輸出信號則為數(shù)字信號,數(shù)字通信可以實現(xiàn)多個信號在同一條通信

電纜（總線）上傳輸，但她們必須遵循共同得通信規(guī)范和標(biāo)準。

11、電動模擬式變送器得電源和輸出信號得連接方式有哪幾種？目前在工業(yè)現(xiàn)場最常見

得就就是哪一種？

答電動模擬式變送器傳輸電源和輸出信號有四線制和二線制兩種連接方式。目前大多數(shù)

變送器均為二線制連接方式。

15、測壓儀表有哪幾類？各基于什么原理？

答測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要有四大類:液柱式壓力計,她就就是將被測壓力轉(zhuǎn)換成

液柱高度來進行測量得;彈性式壓力計，她就就是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形將位移來進

行測量得;電氣式壓力計，她就就是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量得;

活塞式壓力計，她就就是根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼得質(zhì)量來進行

測量得。

16、作為感受壓力得彈性元件有哪幾種？各有什么特點？

答主要得彈性元件有:①彈簧管，可分單圖彈簧管與多圖彈簧管,她們得測壓范圍較寬，最

高可測量高達1000MPa得壓力;②膜片，可分平薄膜、波紋膜、膜盒等，她得測壓危圍較彈簧

管式得為低，通?？膳c其她轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應(yīng)得變送器;③波紋管，這種彈性元件易變

形,常用于微壓與低壓得測量。

24、體積流量、質(zhì)量流量、瞬時流量、累積流量得含義各就就是什么？

答流量通常就就是指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道某截面得流體得數(shù)量，也就就就是所謂得瞬時

流量;在某一段時間內(nèi)流過流體得總和，稱為總量或累積流量。

以體積表7JT得瞬時流量稱為體積流量,以質(zhì)量表示得瞬時流量稱為質(zhì)量流量o

26、什么叫節(jié)流現(xiàn)象?流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生岸壓差？

答節(jié)流現(xiàn)象流體在有節(jié)流裝置得管道中流動時，在節(jié)流裝置前后得管壁處，流體得靜壓力

產(chǎn)生差異得現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流速發(fā)生變化，使流體得動能發(fā)生變化，根據(jù)能量守恒定律，動能得

變化必然引起靜壓能變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產(chǎn)生靜壓差O

27、試述差壓式流量計測量流量得原理。并說明哪些因素對差壓式流量計得流量測量有

影響？

答根據(jù)流體力學(xué)中得伯努利方程和流體連續(xù)性方程，可以導(dǎo)出流體流經(jīng)節(jié)流裝置時得壓

差與流量之間有一定得對應(yīng)關(guān)系,其定量關(guān)系符合流量基本方程式。根據(jù)這個方程式，就可以由

測量得到得壓差來計算出流過得流量值，這就就就是差壓式流量計測量流量得原理。

由于流量基本方程就就是在一定得條件下推導(dǎo)而得得，這些條件包括節(jié)流裝置得形式、尺

寸、取壓方式以及流體得工藝條件(密度、溫度、壓力、雷諾數(shù)等)，當(dāng)以上這些條件改變時都

會影響流量得測量。

37、根據(jù)工作原理不同，物位測量儀表有哪些主要類型？

答按其工作原理主要有下列幾種類型。

⑴直讀式物位儀表(2)差壓式物位儀表(3)浮力式物位儀表(4)電磁式物位儀表(5)核輻射式

物位儀表(6)聲波式物位儀表(7)光學(xué)式物位儀表。

40、在液位測量中，如何判斷“正遷移”和“負遷移”？

答在液位測量中，當(dāng)被測液位〃=()時,如果差壓變送器得輸入信號△2>0,則為“正遷

移”；反之，當(dāng)〃=()時，△夕v(),則為“負遷移”。

50、熱電偶補償導(dǎo)線得作用就就是什么？在選擇使用補償導(dǎo)線時需要注意什么問題?

答由熱電偶測溫原理知道，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才就就是被測溫度

得單值函數(shù)。茬實際應(yīng)用中，由于熱電偶得工作端與冷端符得很近，而且冷端又暴露在空間，易受

到周圍環(huán)境溫度波動得影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當(dāng)然也可以把熱電偶做得很長，使冷

端遠離工作端，但就就是這樣做會多消耗許多貴重金屬材料。解決這一問題得方法就就是采用

一種專用導(dǎo)線，將熱電偶得冷端延伸出來，這種專用導(dǎo)線稱為“補償導(dǎo)線”。

在使用熱電偶補償導(dǎo)線時,要注意型號相配，極性不能接錯，熱電偶與補償導(dǎo)線連接端所處

得溫度不應(yīng)超過100,C。

52、用熱電偶測溫時，要進行冷端溫度補償,其冷端溫度補償?shù)梅椒ㄓ心膸追N？

答冷端溫度補償?shù)梅椒ㄓ幸韵聨追N:⑴冷端溫度保持為0℃得方法;⑵冷端溫度修正方

法;(3)校正儀表零點法;⑷補償電橋法;⑸補償熱電偶法。

56、試述DDZ?III型溫度變送器得用途。

答DDZ-III型溫度變送器得用途在于她與各種類型得熱電偶、熱電阻配套使用，將溫

度轉(zhuǎn)換成4?20mA和1?5V得統(tǒng)一標(biāo)準信號，又可與具有毫伏輸出得各種變送器配合，使其轉(zhuǎn)換

成4?2OmA和1?5V得統(tǒng)一輸出信號。然后，她和顯示單元、控制單元配合，實現(xiàn)對溫度及

其她各種參數(shù)進行顯示、控制。

例題分析

1.如果有一臺壓力表,其測量范圍為（）?10MPa：經(jīng)校驗得

出下列數(shù)據(jù)：

祓校表讀數(shù)/MPa0246810

標(biāo)準表正行程讀數(shù)/MPa01、93、965、947、979、9

89

標(biāo)準被校表反行程讀數(shù)/MPa02、04、036、068、0310、0

21

⑴求出該壓力表得變差;

⑵問該壓力表就就是否符合1、0級精度？

解⑴首先計算出各點正、反行程標(biāo)準表讀數(shù)得差值,找出其中得最大差值（指絕對值）。本

題得最大絕對差值發(fā)生在6MPa處,其值為6、06-5、94=0、12（MPa）。

變差=＞大已乎;值x100%=上旦x100%=1.2%

量程10-0

⑵由于該表得變差已超過1、0級表得允許誤差，故不符合1、0級精度。

2.某壓力表得測量范圍為。?1MPa,精度等級為1級，試

問此壓力表允許得最大絕對誤差就就是多少?若用標(biāo)準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為0、

5MPa時,標(biāo)準壓力計上讀數(shù)為0、508MPa,試問被校壓力表在這一點就就是否符合1級

精度，為什么？

解最大絕對誤差-max=(1-0"1%=0.01(MPa)

在0、5MPa處，校驗得到得絕對誤差為0、508-0、5=0、()08(MPa),此值小于該壓力表

得允許最大絕對誤差，故在這一校驗點符合1級精度。

3.如果某反應(yīng)器最大壓力為()、8MPa,允許最大絕對誤差為

0、01MPao現(xiàn)用一臺測量范圍為。?1、6MPa,精度為1級得壓力表來進行測量，問能否

符合工藝上得誤差要求？若采用一臺測量范圍為。?1、0MPa,精度為1級得壓力表，問能符

合誤差要求嗎？試說明其理由,

解測量范圍為07、6MPa,精度為1級得壓力表得允許最大絕對誤差為

(1.6-0)xl%=0.016(MPa)

已經(jīng)超出了工藝上允許得最大絕對誤差，故不能符合工藝上得誤差要求。若采用一臺測量

范圍為0~1、()MPa,精度為1級得壓力表,這時允許得最大絕對誤差為

(1.0-0)xl%=0.01(MPa)

故能符合工藝上得誤差要求。

4.某控制系統(tǒng)根據(jù)工藝設(shè)計要求，需要選擇一個量程為0?1

0Om3/h得流量計,流量檢測誤差小于士0、6m3/h,試問選擇何種精度等級得流量計才能滿足

要求？

解工藝上允許得相對百分誤差為

+06

=xl00%=±0.6%

100-0

因此選擇0、5級精度得流量計才能滿足要求。

5.某溫度控制系統(tǒng)，最高溫度為700℃,要求測量殍絕對誤差

不超過±10°C,現(xiàn)有兩臺量程分別為。?1600℃和0?1000℃得1、0級溫度檢測儀表,試問應(yīng)

該選擇哪臺儀表更合適?如果有量程均為。?1000℃,精度等級分別為1、0級和0、5級得

兩臺溫度變送器，那么又應(yīng)該選擇哪臺儀表更合適?試說明理由。

解對于量程為0?1600℃和0?1000℃得1、0級儀表，其允許得最大絕對誤差分別為:(1

600-0)Xl%=16(℃)>fw(l000-0)Xl%-10(℃),囚此。0?1600℃堂程得儀表其絕對誤差己經(jīng)超

出了工藝上允許得絕對誤差(±10℃),故不能選用。另外，對于最高溫度僅為7()0℃得溫度控

制系統(tǒng)，其量程也沒有必要選0?1600℃這么大量程得儀表。因此，本溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該選

擇()7000℃量程得1、()級溫度檢測儀表，這時其絕對誤差也能滿足要求(±1()℃)。

如果有量程均為0?1000'c,精度等級分別為1、0級和0、5級得兩臺溫度變送器，應(yīng)該選

擇1、。級得更為合適。這時兩臺儀表都能滿足工藝要求，應(yīng)該選擇其中精度較低得儀表，這樣

可以節(jié)省投資,日常維護也比較方便。

6.某一標(biāo)尺為。?500'C得溫度計出廠前經(jīng)過校驗，其刻度標(biāo)

尺各點得測量結(jié)果值為

標(biāo)準表讀數(shù)/"C0100200300400500

被校表讀數(shù)/℃0103198303406495

⑴求出儀表最大絕對誤差值;

⑵確定儀表得允許誤差及精度等級;

(3)經(jīng)過一段時間使用后重新校驗時，儀表最大絕對誤差為±8"C,問該儀表就就是否還符

合出廠時得精度等級？

解⑴首先計算出各點得絕對誤差,找出其中得最大絕對誤差就就是在40()七這一點，其值為

Anlax=406-400=6(℃);

(2)薪=2^x100%=——x100%=1.2%故該溫度詞符精度等級確定為1、5級;

量程500—0

Q

⑶當(dāng)儀表最大絕對誤差變?yōu)椤?℃后，相對百分誤差3=——x100%=1.6%,已經(jīng)超過

500—0

了1、5級儀表得最大允許相對百分誤差1、5%,故已不符合儀表出廠時得精度要求。

7.如何根據(jù)待測工藝變量得要求來選擇儀表得量程和精度?

現(xiàn)欲測往復(fù)泵出口壓力(約1、2Mp磯工藝要求±0、05MPa,就地指示?？晒┻x擇得彈簧管壓

力表得精度為：1、。級,1、5級,2、5級,4、0級，測量范圍為。?1、6MPa,0?2、5MPa,0?4、

OMPao試選擇壓力表得量程和精度。

解量程就就是根據(jù)所要測量得工藝變量來確定得。在儀表精度等級一定得前提下適當(dāng)縮

小量程，可以減小測量誤差，提高測量準確性。一般而言，儀表得上限應(yīng)為被測工藝變量得4/3

倍或3/2倍,若工藝變量波動較大，例如測量泵得出口壓力，則相應(yīng)取為3/2倍或2倍。為了保

證測量值得準確度，通常被測工藝變量得值以不低于儀表全量程得1/3為宜。

儀表精度就就是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許得最大測量誤差來確定得。一般來說，所選用得儀

表越精密，則測量結(jié)果越精確、可靠。但不能認為選用得儀表準確度越高越好，因為越精密得儀

表，一般價格越貴,操作和維護越費事。因此，在滿足工藝要求得前提下，應(yīng)盡可能選用準確度較

低、價廉耐用得儀表。

當(dāng)往復(fù)泵得出口壓力為1、2MPa時，由于往復(fù)泵得出口壓力波動較大，可取儀表上限為正

常壓力得2倍，即2、4MPa,所以應(yīng)選擇測量范圍為0?2、5MPa得彈簧管壓力表。由于出口壓

力不低出2、5MPa得1/3,故能保證測量值得準確度。

根據(jù)題意,允許得相對百分誤差5=坦9乂100%=±2%,故應(yīng)選擇得精度等級為1、5級。

2.5

1()、某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14Mpa,要求誤差不超過()、4MPa,試選用一臺

就地指示得壓力表（給出型號、測量范圍、精度級）。

解由于合成塔內(nèi)得壓力比較平穩(wěn)，故壓力測量上限可選工作壓力得3/2倍，即14X3/2=

21（MPa）,測量范圍可選0?25Mpa。

根據(jù)所選量程和誤差要求，算得允許相對百分誤差

（）4

5=^—xl00%=1.6%,壓力表得精度等級應(yīng)選1、5級。

25-0

由于所測得介質(zhì)就就是氨氣，由產(chǎn)品目錄可選氨用壓力表YA-100c

11、有一臺DDZ—III型兩線制差壓變送器，已知其測量范圍為20700kPa,當(dāng)輸

人信號為40kPa和70kPa時，變送器得輸出信號分別就就是多少？

解當(dāng)揄入為40kPa忖，其揄出為

20-4

0=----------(40-20)+4=8(mA)

°100-20

當(dāng)輸入為7OkPa時，其輸出為

20-4

I。=----(70-20)4-4=14(mA)

0100-20

18、圖3-15所示得液位測量系統(tǒng)中采用雙法蘭差壓變送器來測量某介質(zhì)得波位。已知

介質(zhì)液位得變化范圍人=0?950mm,介質(zhì)密度°=120Okg/m3,兩取壓口之間得高度差

H=1200mm,變送器毛細管中填充得硅油密度為。尸950kg/m:試確定變送器得量程和

遷移量。

圖3-15液位測量系統(tǒng)

解"max=hi"g=°§5x1200x9.81=11183.4(Pa)

因此變送器量程可選。?16kPa。

負遷移量為Hdg=1.2x950x9.81=11183.4(Pa)

19、用K熱電偶測某設(shè)備得溫度，測得得熱電勢為20mV,冷端(室溫)為25℃,求設(shè)備得溫

度?如果改用E熱電偶來測溫時，在相同得條件下,E熱電偶測得得熱電勢為多少？

解((1)當(dāng)熱電勢為20mV時，此時冷端溫度為25℃,即

EQ"。)=20mV

查表可得E(t.fi)=￡(25,0)=ImV

因為E(r,0)=E(f&)+Ea,0)=20+l=21mV

由此也勢，查表可得。=509。即設(shè)備溫度為509"C。

(2)若改用E熱電偶來測溫時，此時冷端溫度仍為25℃。查表可得

F(/o,O)=E(25,O)=1.5mV

設(shè)備溫度為509℃,查表可得

E(f,0)=七(509,0)=37.7mV

因為七億%)=f(r,0)-E(ro,O)=37.7-1.5=36.2mV

即E熱電偶測得得熱電勢為36、2mVo

22、測溫系統(tǒng)如圖3-17所示。請說出這就就是工業(yè)上用得哪種溫度計？已知熱電偶得

分度號為K,但錯用與E配套得顯示儀表,當(dāng)儀表指示為I60℃叱請計算實際溫度4為多少

度？(室溫為25℃)

K--------

，,<ZXE

i控制室

圖3-17測溫系統(tǒng)圖

解這就就是工業(yè)上用得熱電偶溫度計。查分度號E,可得160C時得電勢為1()501pi

V,這電勢實際上就就是由K熱電偶產(chǎn)生得，即

七(/,,25)=10501/N

查分度號K,可得E(20,0)=1000〃V,由此可見，

E(rv,0)=E(/r,25)+E(25,0)=10501+1000=11501//V

由這個數(shù)值查分度號K,可得實際溫度《二283℃o

第四章顯示儀表

一.問題解答

1.自動電子電位差計就就是如何基于補償測量法工作得?線

路電阻(即外阻)值得變化,對電子電位差計得測量有無影響？為什么？

答圖4-1就就是自動電子電位差計得簡單原理圖。當(dāng)熱電勢E,與已知得直流壓降相比較

時，若E干E(：B,其比較之后得差值(即不平衡信號)經(jīng)放大器放大后，輸出足以驅(qū)動可逆電機得

功率,使可逆電機又通過一套帶動系統(tǒng)去帶動滑動觸點C得移動，直到E,二ECB時為上。這時放

大器輸入端得輸入信號為零，可逆電機不再轉(zhuǎn)動，測量線路就達到了平衡，這樣ECB就可以代表

被測量得E?值。

圖4-1電子電位差計原理圖

由此可知，電子電位差計就就是利用已知得電壓ECB去補償未知得熱電勢已得，故就就是

基于補償測量法工作得。由于當(dāng)E尸E(：B時，熱電偶回路就就是沒有電流流過得,因此線路電阻

值得變化,對電子電位差計得測量不會造成影響得。

10、數(shù)字式顯示儀表主要由哪幾部分組成？各部分有何作用？

答數(shù)字式顯示儀表通常包括信號變換、前置放大、非線性校正或開方運算、模/數(shù)(A/

D)轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換、數(shù)字顯示、電壓/電流(V/D轉(zhuǎn)換及各種控制電路等部分。

信號變換電路就就是為了將生產(chǎn)過程中得工藝變量經(jīng)過檢測變送后得信號，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)

得電壓或電流值;前置放大電路就就是為了將輸入得微小信號放大至伏級電壓信號誹線性校

正電路一般就就是為了校正檢測元件得非線性特性;開方運算電路通常就就是為了將差壓信

號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得流量值;A/D轉(zhuǎn)換就就是為了將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化得數(shù)字量;標(biāo)度變換電

路實質(zhì)上就就就是進行比例尺得變更,使數(shù)顯儀表得顯示值和被測原始參數(shù)統(tǒng)一起來;數(shù)字顯

示部分就就就是被測數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示出來;V/I轉(zhuǎn)換電路就就是為了將電壓信號轉(zhuǎn)換成

直流電流標(biāo)準信號;控制電路可以根據(jù)PID控制規(guī)律或其她控制規(guī)律進行運算，輸出控制信

號。

11、試簡述無紙記錄儀得主要特點。

答無紙記錄儀就就是一種以CPU為核心、采用液晶顯示得新型顯示記錄儀表，完全摒棄

了傳統(tǒng)記錄儀得機械傳動、紙張和筆。其記錄信號就就是通過CPU來進行轉(zhuǎn)化和俁存得，記錄

信號可以根據(jù)需要在屏幕上放大或縮小，便于觀察,并且可以將記錄曲線或數(shù)據(jù)送往打印機進

行打印，或送往個人計算機加以保存和進一步處理。無紙記錄儀精度高，價格與一般記錄儀相

仿。

二.例題分析

1.對于配有鍥輅一銀珪熱電偶，且標(biāo)尺始端為0℃得電子電

位差計，當(dāng)熱電偶得熱端為(汽,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0C時,這時應(yīng)指示多少度？輸人信號為多少？

解因為自動電子電位差計得冷端溫度補償就就是按冷端為25℃設(shè)計得，所以當(dāng)熱電偶得

熱端溫度為0℃,冷端溫度為25℃時，指示得應(yīng)就就是熱端溫度0°C,這時放大器得輸入信號為

0o若熱端和冷端均為0"C時,送到放大器得輸人信號約為+1000V,這時應(yīng)指在25℃。

2.圖4-7所示為一自動平衡電橋得測量橋路示意圖，請問在

下列情況儀表得指針、起點溫度、量程會如何變化?為什么?(1)溫度升高;(2)儀表停電;(3)加大

R6;(4)減小R6(5)A線斷;(6)B線斷;(7)C線斷。

圖4-7自動平衡電橋

解⑴當(dāng)溫度升高時,指針向M方向移動。因為溫度升高,R,增加，只有減小與氐串聯(lián)得電

阻才能使電橋達到新得平衡。

⑵儀表停電時，指針隨撥隨停，因為此時U。D=0,放大器沒有輸出信號。

(3)加大R心指針向M方向移動，因為“與R,串聯(lián)，當(dāng)R,增加時,UOD增加，指針只有左移電

橋才能達到新得平衡。這樣使得M點得起點溫度降低。

(4)減小流過Rp得電流減小，量程也就減小。

(5)A線斷開，相當(dāng)于溫度升高,這時指針指到N點。

(6)B線斷開,UOD不能為零,而就就是正數(shù)，這樣指針左移直到M點。

(7)C線斷開,U"永遠為零，指針可停留在任何位置v

3.熱電阻短路或斷路味電子自動平衡也橋指針分別指在何

處？

解熱電阻短路,相當(dāng)于凡=0,指針會直指向始端，直到受到限位為止，相當(dāng)于溫度非常低。

熱電阻斷路,相當(dāng)于R「8,指針會直指向終端，直到受限位為止,相當(dāng)于溫度非常高。

三.習(xí)題

1、一臺與熱電偶配套得自動平衡電子電位差計，其冷端溫度補償就就是按冷端為25,C設(shè)

計得。問在下列兩種情況下，其溫度指示值會偏低或偏高？

(1)實際冷端溫度低于25℃;

⑵實際冷端溫度高于25'C。

答：1、⑴偏高;(2)偏低。

3、在自動電子平衡電橋中，連接電源得線路電阻若發(fā)生變化，對測量得結(jié)果有否影響？

答:沒有影響。

笫五章自動控制儀表

一.問題解答

1.從控制儀表得發(fā)展及結(jié)構(gòu)原理來看，主要有哪幾種類型？

答主要有三種類型:基地式控制儀表、單元組合式儀表和以微處理器為基礎(chǔ)得控制裝置。

2.控制器得控制規(guī)律就就是指什么？常用得控制規(guī)律有哪

些？

答所謂控制器得控制規(guī)律就就是指控制器得輸出信號〃與輸入偏差信號。之間得關(guān)系，即

p=f(e)=f(z-x)

式中/為測量值信號；x為給定值信號;，為某種函數(shù)關(guān)系.

常用得控制規(guī)律有位式控制、比例控制(P)、積分控制(I)、微分控制(D)以及她