仪表及自动化复习课+习题.ppt

过程自动化及仪表,复习指导与练习,电子电气工程师必知必会DarrenAshdy著,学院式教学：听课，记住教师要你知道的所有东西；参加考试，在正确的地方填上正确的内容；完成整个课程却没有带走半点实用的东西。留下的是什么？学习的本质-学习的能力！工程实际运用：课程结束时，能够对一门课程建立起基本的、直觉的理解比应用课程大纲提到的任何东西所能取得的成功大的多。,思考题与习题一,1-1、闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值比较，根据偏差进行控制被控变量，整个系统构成一个闭环，因此称为闭环控制。开环控制不对被控变量进行测量，根据输入信号（干扰）进行控制，系统构成一个单向控制。（1）结构上看，一个是开环，一个是闭环（2）闭环是依据偏差控制，能消除所有原因引起的系统偏差，开环是依据特定扰动进行动作，不能消除其他原因引起的系统偏差或有效消除偏差。（3）闭环控制是偏差出现后进行动作，控制作用不及时；开环控制依据扰动进行控制，不需要等待偏差出现即可动作，控制作用及时。综上所述：开环控制与闭环控制各有特点，应根据不同的情况和要求，合理选择适当的方式。,1-2、什么是负反馈？为什么自动控制系统要采用负反馈？1-3、按设定值的不同，自动控制系统可分为哪几类？1-4、自动控制系统主要有哪些部分组成？1-5、自动控制系统的单项控制指标有哪些？1-6、结合所学专业，画出一个自动控制系统的实际例子。,练习,1.DDZ型调节仪表现场传输信号为010mA，DDZ型调节仪表现场传输信号为（）。2.在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（）。,3、某发酵过程工艺规定操作温度为(402)。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图2所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(按被控变量进入新稳态值的2即达到稳定来确定)和振荡周期等过渡过程指标。,思考题与习题二,2-1、什么是过程特性？为什么要研究过程特性？答：所谓过程特性，是指当被控过程的输入变量（操纵变量或扰动变量）发生变化时，过程的输出变量（被控变量）随时间变化的规律。在工业生产中，最常见的过程包括各类热交换器等，每个过程都有自身的固有特性，过程特性的差异对整个系统的运行控制有着重大影响。在生产中，只有充分了解和熟悉生产过程，才能得心应手的操作，使生产在最佳状态下运行。若想采用自动控制系统模拟操作人员的劳动，就必须充分了解过程的特性，掌握过程的内在规律，确定合适的被控变量和操纵变量。才能选择合适的检测和控制仪表，选择合理的控制参数，设计合乎工艺要求的控制系统。自动控制系统控制质量的好坏，取决于组成系统的各个环节，特别是过程的特性。,2-2、为什么要建立过程的数学模型？主要有哪些建立模型的方法？2-3、一个自衡的非振荡过程的特性参数有哪些？各有何物理意义？2-4、什么是控制通道和扰动通道？对不同通道的特性参数要求有什么不同？2-5、常用的过程特性实验测试方法有哪些？各有什么特点？,2-6已知一个具有纯滞后的一阶过程的时间常数为4min，放大系数为10，纯滞后时间为1min，试写出描述该过程特性的一阶微分方程。,1.K是反映对象（）的参数。A放大能力B.动态特性C静态特性D.抗干扰能力2.时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（）3.描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?,练习,思考题与习题三,3-1如何根据待测工艺变量的要求来选择仪表的量程和精度？现欲测往复泵出口压力约1.2MPa，工艺要求误差控制+0.05MPa，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0，1.5，2.5、4.0，量程为01.6,02.5,04.0MPa。试选择压力表的量程和精度？解：（1）设仪表量程为X，根据选择原则有：X/31.22X/3所以有：1.8X3.6取X2.5，（2）计算基本误差为0.05/2.5*100%=2%。所以选择压力表的量程为02.5，精度为1.5级。,3-2某一标尺为0500的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果如表格所示。请完成以下要求：仪表最大绝对误差值；确定仪表的允许误差及精度等级；经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差+8，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）,3-5热电偶测温度时，为什么要参比端温度补偿？参比端温度补偿方法有哪些？为什么热电偶不适用于低温测量？3-8流量检测的方法主要有那两大类？他们又各自包含哪些检测方法？3-11常用压力检测仪表有哪些？叙述各自的特点。3-15温度变送器有何作用？,练习,1压力有绝对压力、表压和真空压力三种表示方法，一般压力仪表所测得的压力是指（）。2.在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（）。3.某测温仪表范围为200-1000，根据工艺要求，温度指示值不允许超过6，则应选仪表的精度等级为（）级。（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）,4.下列流量计不属于速度型流量计的是（）。A压差式流量计B电磁式流量计C椭圆齿轮流量计D涡轮流量计5热电偶产生的热电势只与两接点的温度有关，与组成热电偶的材料无关。（）6弹性式压力计是利用弹性元件受压后产生弹性变形原理测量压力的。（）7.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?,8.某一标尺为0500的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为：（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）请完成以下要求：仪表最大绝对误差值；确定仪表的允许误差及精度等级；经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为+6，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？,思考题与习题四,4-1显示仪表分为几类？各有什么特点？4-2电子电位差计与电子自动平衡电桥工作原理是否相同？说出测温时它们各自可与哪些测温元件配套使用，以及配套测温时应注意的问题。,4-3对于标尺范围为0-1100的电子电位差计，热电偶的参比端温度为20。试分析(1)当输入端短路时，仪表指针指向何处？为什么？(2)若要仪表指向0，怎么办？,解：（1）指向室温。根据电子电位差测温原理，平衡时，UCB=UDB+Ux,输入短路时，Ex=0，则UCB=UDB，而UDB正好是室温对应的毫伏值，故指针指向室温。另外，Ex=0，相当于热电偶热端与冷端(室温)温度相等，故指针应指向室温。(2)要使指针指向0，则UCB=0，此时，Ux=-UDB，故必须将热电偶去掉，加上-UDB的毫伏信号。,4-4自动平衡电桥的测量桥路示意图如下，试分析（1）热电阻断路及短路时仪表指针分别指在什么位置？（2）电源停电时指针又指在什么位置？为什么？,解：（1）热电阻断路时仪表指针指在最右端，因为此时相当于热电阻阻值无穷大；热电阻短路时仪表指针指在最左端,因为此时相当于热电阻阻值为零；（2）电源停电时指针指在机械零点（最左端）。,思考题与习题五,5-1执行器在控制系统中有何作用？5-2执行机构有哪几种？工业现场为什么大多数使用气动执行器？5-3常用控制阀有哪几种类型？叙述各自的特点和适用场合？5-4什么是气开控制阀？什么是气关控制阀？5-5什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？理想流量特性有哪几种？5-6如何选择控制阀流量特性？5-7如何确定控制阀口径？,5-8电气阀门定位器有哪些作用？5-9控制阀在安装、使用中应注意哪些问题？5-10什么是数字阀？什么是智能控制阀？,思考题与习题六,6-1什么是控制器的控制规律？工业上有哪几种控制器？6-2什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们有什么特点？叙述它们的适用场合。6-3什么是比例度、积分时间和微分时间？它们对过渡过程有什么影响？6-4为什么积分控制规律一般不能单独使用？微分控制规律一定不能单独使用？,6-5为什么说比例控制有余差，而积分控制能有效消除余差？6-6某比例调节器输入信号为420mA，输出信号为1-5V，当比例度为60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？6-9DDZ-III控制器有哪些特点？,7-1简单控制系统的定义是什么？画出简单控制系统的典型方块图？7-2在控制系统的设计中，被控变量的选择原则应遵循哪些原则？7-3在控制系统的设计中，操纵变量的选择原则应遵循哪些原则？,思考题与习题七,7-5有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌机不停地搅拌物料，到达物料所需的温度后排出。问：（1）影响物料出口温度的因素有哪些？（2）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选择谁？为什么？（3）如果温度过低会造成物料凝结，应如何选择控制阀的作用形式和控制器的作用？,7-7图示为一锅炉汽包液位控制系统示意图，要求锅炉不能烧干。请：（1）判断控制阀的作用型式（即气开或气关）（2）画出系统控制原理方块图，并确定各环节的作用形式（3）简述当加热室温度升高导致蒸发量增加时的过程控制过程,7-7讲评解：（1）要求锅炉不能烧干，即控制阀无控制信号或故障时保持较好开度，无气则开，所以应为气关控制阀。,(2),7-8略7-9什么是控制器参数的工程整定？常用的控制器参数整定的方法有哪几种？7-11简单控制系统投运步骤是什么？答：控制系统投运是指控制系统设计、安装等工作结束，或经过停车检修之后，使系统投入使用的过程。（1）准备工作（2）投运操作：根据经验或估算预置控制器参数；确认执行器、控制器作用形式；人工操作；手动遥控；投入自动。,思考题与习题八,8-1什么是串级控制系统？画出串级控制系统的典型方块图。8-2与简单控制系统相比，串级控制系统有什么特点？8-4串级控制系统中副被控变量如何选择？8-5串级控制系统中，如何选择主、副控制器的控制规律？,8-6对于如图所示的加热器串级控制系统。要求：（1）说明系统的被控变量、控制器，并画出该控制系统的方块图（2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，请确定控制阀的作用形式（3）确定控制器的作用方向（4）简述蒸汽压力突然增加的系统控制过程（5）简述冷物料突然加大的系统控制过程,12,图8-4串级控制系统典型方块图,8-7为什么采用均匀控制系统？均匀控制系统与一般控制系统方案有什么不同？8-8为什么说均匀控制系统的核心问题是控制器参数的整定问题？8-10什么是