化工仪表及自动化(习题课).ppt

化工仪表及自动化 习题课 Huaqiao University 1. 干扰扰是指除操作变变量以外，作用于对对象并引起被控变变量变变化的一切因素 ； 2被控对对象是指 需要实现实现 控制的设备设备 、机器或生产过产过 程，称为对为对 象。 3被控变变量是指 对对象内要求保持给给定数值值的工艺变艺变 量称为为被控变变量。 4. 给给定值值是被控变变量的预预定值值称为给为给 定值值。它反映的是工艺过艺过 程的具体要 求。 5. 操作变变量是指受到控制装置操纵纵，用以使被控变变量保持给给定值值的物料量 或能量。 Huaqiao University 过过渡过过程的基本形式有哪几种（用图图表示）？简简要阐阐 述其特点；工业业生产产一般需要什么类类型的过过渡过过程？ 非周期衰减过过程，又叫单调过 程：特征：被控变量没有来会（沿t轴） 的波动，沿着一侧作缓慢的变化，最后稳定下来； 衰减振荡过荡过 程：特征：被控变量上下波动，但振幅逐渐减小，最后稳 定在某一个值上面； 等幅振荡过荡过 程：特征：振幅不变； 发发散振荡过荡过 程：特征：振幅不断增大，被控变量最终远 离给定值； 工业生产一般需要衰减振荡过 程 Huaqiao University 闭环闭环 控制系统统分为为哪三类类？简简要阐阐述各类类的特 点。 1、定值值控制系统统：特点：被控变变量的给给定值值恒定不变变 ； 2、随动动控制系统统：特点：给给定值值不断变变化，而且变变化是随 机的； 3、程序控制系统统：特点：给给定值值不断变变化，但x=x(t)是已知 的。 Huaqiao University 画出简单简单 控制系统统的方块图块图 ，并简简要阐阐述各环节环节 的作用。 a检测检测 元件和变变送器：把被控变变量y（t）转转化为测为测 量值值z（t），z（t）是 统统一标标准信号。 b“O”比较较机构：作用是计计算偏差e（t）。 c调节调节 装置：依据偏差的大小、正负负，按照一定的规规律给给出调节调节 作用。 d执执行器：接受调节调节 器送来的信号p（t）,发发出相关的信号，改变变操作变变量 。 闭环闭环 控制系统统通常是由 检测检测 元件和变变送器； 比较较机构；调节调节 装置；执执行器 四个部 分组组成的。 Huaqiao University 当输输入流量qi作阶跃变阶跃变 化，试绘图说试绘图说 明被控变变量h1、h2的变变 化情况。 Huaqiao University 过过渡过过程的品质质指标标有衰减比 ，振荡荡周期或频频率 ，余差，最大偏差或超调调量 ； 过过渡时间时间 。 图图2所示是一反应应器温度控制系统统示意图图，工艺艺要求反应应器 温度需要控制，通过过冷却水流量的变变化可以达到温度控制的目的 。试试画出该该系统统的方块图块图 ，并指出被控对对象、被控变变量、操纵纵 变变量和可能的干扰扰？现现因生产产因素的变变化，要求反应应温度从开 始的120提高到122，当给给定值值作阶跃变阶跃变 化后，被控变变量的 变变化曲线线如图图所示，试试求该该系统统的过过渡过过程的品质质指标标：最大 偏差、衰减比和余差。 Huaqiao University Huaqiao University 描述对对象特性的三个参数是指 放大系数K ， 时间时间 常数T ，滞 后时间时间 ； 纯纯滞后产产生的原因是 由于信息传输传输 需要时间时间 而引起的 ； 容量滞后产产生的原因是 一般是由物料传递传递 需要通过过一定阻力 而引起的 ； Huaqiao University 为测为测 量某反应应器的对对象特性，在某瞬间间突然将参加反应应的反应应物的流 量从1t/h增加到1.5t/h，这时这时 反应应器出口温度的阶跃变阶跃变 化曲线线如图图3所示 。假设该对设该对 象为为二阶对阶对 象（可以看成由一个一阶对阶对 象和纯纯滞后对对象组组成 ），试试写出描述该对该对 象的微分方程（反应应物的流量为输为输 入量，反应应器出口 温度为输为输 出量），并解出反应应物的流量作单单位阶跃变阶跃变 化时时反应应器出口温 度变变化量的函数表达式 Huaqiao University 精度不仅仅和 绝对误绝对误 差有关 ，也和 仪仪表的测测量范围围有关 。 仪仪表的精度通常用 相对对百分误误差 来表示。 仪仪表等级级度值值越小，表示仪仪表精度 高 ；标标准表精度一般为为 0.05 以上 热电势热电势 eAB和两方面因素有关，一是取决于 接触处处的金属性 质质的差异 ，二是 温度 有关。 Huaqiao University 什么是液位测测量时时的零点迁移问题问题 ？怎样进样进 行迁移？其实质实质 是什么？ 当被测测液位为为零时时，将差压变压变 送器输输出零点所对应对应 的输输入差压压由零迁 移到某一不为为零的数值值，称为为液位测测量时时的零点迁移。测测量始点由零变变 为为某一正值值叫正迁移，若变为变为 某一负值则负值则 叫负负迁移；可调节仪调节仪 表上的迁 移弹弹簧，以抵消固定压压差的作用，此为为零点迁移方法。 零点迁移的实质实质 是将测测量范围围平移，不改变变量程的大小。 Huaqiao University 用热电热电 偶测测温时为时为 什么要进进行冷端温度补偿补偿 ？补偿补偿 的方法有 哪几种？ 采用补偿导线后，把热电偶的冷端从较高和较不稳定的地方，延伸到温度 较低和较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0。而工业上常用的各种热电 偶的温度-热电势关系曲线是在冷端温度保持为0的情况下得到的，与它配套 使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，由于操作室的温度往往高于 0，而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热电势必然偏小，且测量值也 随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此，在应用 热电偶测温时，又有将冷端温度保持0，或者进行一定的修正才能得到 准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。 冷端温度补偿的方法有：（1）冷端温度保持为0的方法；（2）冷端温 度修正法；（3）校正仪表零点法；（4）补偿电桥法；（5）补偿热电偶法。 Huaqiao University 什么是“三线线制”？引入“三线线制”的作用是什么？ “三线线制”：从热电热电 阻引出三根导线导线 ，其中与热电热电 阻 相连连的两根导线导线 分别别接入桥桥路的两个相邻桥邻桥 臂上， 第三根导线导线 与稳压电稳压电 源的负负极相连连。 作用：当环环境温度变变化时时，两根导线电导线电 阻同时变时变 化 ，便可抵消对仪对仪 表读读数的影响。 Huaqiao University 用分度号Cu100铜电阻测温，但错用了Pt100的分度表，查得温度为147 ，问实际温度为多少？已知铜电阻和铂电阻温度关系式分别为： 解：当温度为147，Pt100电阻值为 即铜电铜电 阻值为值为 156.8， 解得t=134,故实际温度为134 Huaqiao University 现现用一支镍铬镍铬 铜镍热电铜镍热电 偶测测某换热换热 器内的温度，其冷端温度为为30，显显示仪仪表的机 械零点在0时时，这时这时 指示值为值为 400，则认为换热则认为换热 器内的温度为为430对对不对对？为为什 么？正确值为值为 多少度？ 解：不对， 因为此时冷端温度为30，而仪表的指示值(400)是在仪表的机械零位在0 时的值，所以此时仪表指示值不是换热器的实际温度。 查表可得： 此时电势即为 即 查表得 Huaqiao University 基本控制规规律有哪些？简简要说说明、TI、TD对过对过 渡过过程的影 响。 基本控制规规律通常包括: 1）位式控制（主要指双位控制） ，2）比例控制（P）， 3）积积分 控制（I） ，4）微分控制（D） ； ：比例控制最大优优点：反映非常迅速，能很快地克服扰动扰动 ，使系统稳统稳 定. TI短，积积分作用增强，系统统振荡荡加剧剧，稳稳定性下降，导导致系统统的不稳稳 定。 Td太大，微分作用强，导导致系统统振荡荡；而Td太小或为为零，表示微分作 用弱或没有，对对系统统无影响。 Huaqiao University 目前在化工生产过产过 程中的自动动控制系统统，常用的控制规规律有哪些？试试加以 比较较。 Huaqiao University Huaqiao University 一台具有比例积分控制规律的DDZ-II型控制器，其比例度为80%，积分时间为1 分钟。稳态时，输出为6mA。某瞬间，输入偏差突然增加了0.3mA，问其比例输 出为多少？经过3min后，其输出将为多少？ 解：由于=80%，故比例放大倍数 输入变化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3mA 假定控制器为正作用式的，输出将在6mA的基础上增加0.375mA，故为 6.375mA。 由于积分时间为1min，故在积分作用下，每经过1min，输出将增加 0.375mA。经过了3min后，在积分作用下，输出将增加的数值为 所以，经过3min后，在比例作用与积分作用共同作用的结果，使其输出共 增加了0.375+1.125=1.5mA。由于稳态时为6mA，故经过3min后，输出将变 为7.5mA（如果是反作用式控制器，输出将变为4.5mA）。 Huaqiao University 气动执行器分为两部分，分别为执行机构 、 控制机构 ； 控制阀的理想流量特性包括直线流量特性 ，等百分比流量特性 ，抛物线流量特 性 ，快开特性 ； 可调比R的定义式为 执行器的气开、气关选择的主要依据是 工艺安全 ； ，国产控制阀可调比R一般为 30 ； Huaqiao University 试试分别说别说 明什么叫控制阀阀的流量特性，理想流量特性和工作流量特性？常用 的控制阀阀理想流量特性有哪些？ 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度 （相对位移）间的关系，即： 阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性； 在实际使用过程中，阀前后的压差会随阀的开度变化而变化，此时的流量特 性称为工作流量特性。 常用的控制阀理想流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开 等几种。 Huaqiao University 被控变变量的选择选择 原则则是什么？ 操纵变纵变 量的选择选择 原则则是什么？ Huaqiao University 控制通道、干扰扰通道存在纯纯滞后时时，试试分别别分析它对对被控变变量的影响。 如果0=0，操作变变量对对y(t)的影响如图图中A所示；当纯纯滞后为为0时时 ，曲线线A平移到B位置，曲线线A和C之间间的合成就是曲线线D，曲线线B和C 之间间的合成为为曲线线E。很显显然，E和D相比恶恶化多了。控制通道的纯纯滞 后应应尽量减少。 当干扰扰通道存在纯纯滞后时时，结论结论 是没有影响。如下图图，曲线线C表 示没有滞后存在，干扰变扰变 量对对被控变变量的影响，当滞后为为f时时，C平 移到C位置。但在f时间时间 内，由于y(t)没有变变化，操作变变量对对y(t)也没 有影响，所以控制结结果也一样样，仅仅仅仅 延迟迟了滞后时间时间 f Huaqiao University 试简试简 述家用电电冰箱的工作过过程，画出其控制系统统的方块图块图 。 家用电电冰箱是属于温度的断续续控制过过程，其目的是使冰箱内的温度控 制在某一范围围内。当冰箱内的温度高于某一上限值时值时 ，由温度检测检测 元件通 过过控制电电路，使压缩压缩 机起动