专业实验答案.doc

以下是所有同学做的答案，除了208寝室的13题，大家都完成任务试点班同学提供前5题1） 常用电压电流，电流电压的转换原理、方法、芯片特点、应用；p11-12AD694可用作数模转换器(DAC)的电流环接口，实现“数字量电压信号电流信号”的转换。频率电压的F/V变换原理、方法、芯片特点、应用；p13-15应用： 图5为由两块LM331 组成的遥测电路。在人员不能进入或不易进入的场合，通过传感器将被测量转换为电压，经运算放大器放大为 010V 电压信号，由 LM331 进行 V/F 变换为脉冲信号，通过长双绞线传输到测量室，在测量室内通过光电耦合器转换为幅度稳定的脉冲电压，此脉冲电压再经LM331 进行F/V 变换为电压进行测量，从而可避免直接导线连接到测量室而造成的线路衰减或干扰，提高测量精度。（原图就是这么糊的） 当前，12位以上的 A/D转换器的价格仍较昂贵，用V/F变换器来代替A/D转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。用 LM331 构成的 A/D 变换器采集系统接口电路如图 6 所示。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器 INA101 放大到 010V 后加到 V/F 变换器 LM331 的输入端，从频率输出端 f0 输出的频率信号加到单片机 8031 的输入端 T1 上。根据分辨率的要求利用软件(限于篇幅，程序部分略)处理，最后得到 A/D 转换的结果。 2） 如何提供V/I转换及F/V转换的线性度，获得良好的输入输出曲线？电压/电流转换电路V/I转换： 为了使输入输出获得良好的线性对应关系，要特别注意元器件的选择，如输入电阻R1、R2及反馈电阻Rw，要选用低温漂的精密电阻或精密电位器，元件要经过精确测量后再焊接，并经过仔细调试以获得最佳的性能。我们在多次实际应用中测试，上述转换电路的最大非线性失真一般小于0.03% ，转换精度符合要求。F/ V转换：（图书p15）电阻Rs、R1、Rt和电容Ct直接影响转换结果 Vout因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择，其中Rt、Ct、Rs、R1要选用低温漂的稳定元件，电容 C1的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入比较器，但电容C1小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻RL和电容 CL 组成低通滤波器。电容 CL 大些，输出电压 VO的纹波会小些，电容CL 小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑3） 热电偶的测温原理，温度电势特性关系，冷端温度补偿方法； 1热电偶测温基本原理热电偶的基本工作原理是热电动势效应。热电偶是将温度变化量转换为电势大小的热电传感器。热电效应 在两种不同的导体组成的闭合回路中，若两连接点的温度不同时，闭合回路中就会产生电动势而形成电流，这种现象称之为热电效应。热电效应引起的电动势和电流，分别称为热电势和热电流。热电偶是基于热电效应的测温装置。两种不同物质的导体A 和B，两接触点T 和T0，T 点称之为工作端或热端，置于被测温度场中，T0点称之为自由端或冷端，冷端温度要求恒定。当两接触点T 和T0的温度不同时，热电偶回路中就产生热电势，因而热电势可分为接触电势和温差电势。 2. 温度电势特性关系由导体A 和B 组成的热电偶回路，当接触点温度 T T0时，回路总电势等于接触电势与温差电势的代数和，但由于温差电势通常远远小于接触电势，因而工程计算上可以把接触电势看成回路总电势。回路总电势为显然当热电偶导体A 和B 材料一定时，回路总电势成为热端和冷端的温度函数。在实际测温中，总是把冷端置于某一恒温下，此时冷端接触电势为一常量，即 ，则(56)式即热电偶测温的基本公式。此时回路总电势仅决定于热端接触电势，即只与热端温度关，两者之间是单值的函数关系，因而可用热电偶测量现场温度。4） 3热电偶冷端的温度补偿利用热电偶测温时，热电势不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。为了使热电势仅是热端温度的单值函数，必须使冷端温度保持不变。但实际应用中有时冷端 离热源很近，易受测量对象和环境温度波动的影响，使冷端温度难以保持恒定。补偿方法：1、冷端恒温法 2、补偿导线法 3、补偿电桥法5。热电阻的测温原理，温度电阻特性关系 1.热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制6，（女生）不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。热电偶的补偿导线一般材质大部分都采用铜镍合金 正确连接：1）补偿导线必须与热电偶配套，不同型号的热电偶应选用不同的补偿导线。 （2）补偿导线与热电偶连接时应正极接正极，负极接负极。 （3）补偿导线与热电偶连接的两个接点必须同温。7（女生）热电偶的冷端温度变化对测量带来什么影响?答:使用热电偶测温时,得到的数据通常是冷,热两端之间存在的热电势EAB(T,T0).当电极材料选定后,热电势EAB(T,T0)=F(T)-F(T0)=F(T)-F(0)-F(T0)-F(0)=EAB(T,0)-EAB(T0,0).所以EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0).只要冷端温度T0稳定,即可根据热电偶分度表(冷端温度为0度)来确定被测温度T.故,若测量时，冷端的（环境）温度T0变化，将影响严重测量的准确性。 8，（女生）热电阻的引出线方式有3种：即2线制、3线制、4线制。 2线制热电阻配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造A级精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。 3线制可以消除引线电阻的影响，测量精度高于2线制。作为过程检测元件，其应用最广。 4线制不仅可以消除引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，还可以消除该电阻的影响。在高精度测量时，要采用4线制。目前热电阻的引线主要有三种方式二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制，这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。 九：（女生）二位式调节又称通断式控制，是将测量值与设定值相比较之差值经放大处理后，对调节器开或关控制的调节。当测量值高于设定置时,仪表输出断的信号，负载因失去全部能源而降温；能源全部通和全部断二种状态的交替出现，必然使被控参数有周期性的起伏，形成在设定值上下的震动，震荡的幅度由仪表的回差和感应元件的响应时间，加热器的热阻等系统及其它部分特性所决定。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。 比例（P）调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分（I）调节作用：是使系统消除稳态误差。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强，反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 微分（D）调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。10（不考）11（女生）固态继电器的工作原理及特性继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。 固态继电器原理 固态继电器(Solidstate Relay, SSR)是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件（如开关三极管、双向可控硅等半导体组件）的开关特性，达到无触点、无火花、而能接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。相对于以往的“线圈—簧片触点式”继电器(Electromechanical Relay, EMR)，SSR没有任何可动的机械零件，工作中也没有任何机械动作，具有超越EMR的优势，如反应快、可靠度高、寿命长、无动作噪声、耐震、耐机械冲击、具有良好的防潮防霉防腐特性。这些特点使SSR在军事、化工、和各种工业民用电控设备中均有广泛应用。5） 12（209寝室提供）在位式温度控制的基础上，画出位式控制特性图。14（209寝室提供）为什么利用位式控制进行控温，会有一定的误差位式控制只有高位和低位控制，即控制输出只有100%的输出和0输出，所以位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅震荡过程，不能使被控变量稳定在一个设定的数值上，所以存在误差。15（209寝室提供）简述在对温度对象进行PID控制时，PID参数设置的特点对于温度对象，P设置在10以内，I设置在100左右，D设置为016.（209寝室提供）三菱PLC控制系统的基本组成、工作过程、主要指标、性能特点、应用特点； 组成：采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。 过程：整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段性能指标：1. I/O点数 2. 用户程序存储容量 3. 扫描速度 4. 指令系统条数 5. 内部寄存器6. 高功能模块 性能、应用特点：可靠性高、抗干扰能力强 编程简单、使用方便 功能完善、通用性强 设计安装简单、维护方便体积小、重量轻、能耗低。17.（209寝室提供）PID调节基本原理 其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制，实际中也有PI和PD控制. 比例（P）控制 其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，而此时需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。18（211寝室提供）比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。萧萧雨雨 13:04:32PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P、I、D的大小。 PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s压力P: P=3070%,T=24180s,液位L: P=2080%,T=60300s,流量L: P=40100%,T=660s。19（211寝室提供）调节器比例度、积分时间、微分时间的校验方法(二)比例度1、 参数设置按 键调节器转入参数设置状态2、手操改变使调节器阀位输出值为0%。按量程20%加入阶跃信号3、按键,使调节器处于“自动”状态,待调节器输出值稳定后,读取相应的阀位值Y%。4、将调节器的比例度分别置于50%、200%、400%、800%重复步骤2和3。（三）积分时间1、 按一下键，调节器显示即转入参数设置状态2、 手操改变使调节器阀位输出值为0%。3、给调节器量程20%加入阶跃信号，同时按下秒表,开始计时,可观察到调节器输出阀位值开始跳变,然后斜线上升,待其变化到20%(或40%)停止计时,即记录斜线上升幅值为比例部分幅值时的时间,即为实际积分时间Ti。4、按一下键将I置于2.5min，5min，10min，重复2，3步骤。（四）微分时间1、 按键，调节器显示即转入参数设置状态2、 按键，手操改变使调节器阀位输出值为0%，3、 按键，记录输出阀位的变化曲线 4、 按SET键将ID置于5min,10min重复以上步骤20（211寝室提供）PID控制参数变化对被控过程的影响;由于微分作用对于克服滞后有显著效果。在比例作用的基础上加上微分作用能提高系统的稳定性，加上积分作用能消除余差，又用比例度，积分时间，微分时间三个可以调整的参数，可以使系统获得较高的控制质量21.（211寝室提供）PID参数整定方法有哪些。解：1.经验法。2.临界比例度法。3.衰减曲线法。4.响应曲线法。22.（212寝室提供）差压变速器的基本应用，零点迁移和量程调整的定义及应用?答: 差压变送器除了测量两个被测量压力的差压值外，它还可以配合各种节流元件来测量介质流体的流量，可以直接测量受压容器的液位和常压容器的液位以及压力和负压。 零点迁移:当输入处于范围下限值时，由于某些影响量引起的输出值的变化。当下限值不为零值时，亦称为始点迁移（偏移）。量程调整:应该是其输出为满刻度时的输入端压差的调整.首先确定你的变送器传感器安装的位置,（变送器装在1米处）,零点应该是1米而不是0米）不好理解，如果差压变送器高压端离罐底还有1米那理论上是不对的！因为这样的话1米以下就没法测了！认为零点是1米是不科学的！如你所说你的设计1米向下是无法测的！只能测到1米以上的液位了！仍然按上述调零，测的数值加1米就是实际液位了23（212寝室提供）差压变送器的精度校验方法：找一个精度比待校验的差压变送器高的，可默认为标准精度的差压变送器，两个变送器一起测液位，测出上行下行两组数据，再用待测差压变送器测出的数据和标准差压变送器测出的数据对比，即可得出待测的差压边送器的精度。如何计算误差：把每个数据点测得的上行数据设为an上，下行数据为an下，标准差压变送器的数据为an，则误差为：(an上+an下)除以2再减去an的绝对值再除以an24.（212寝室提供）差压式液位计所测量的结果是压力差，即P=gh由于罐体的截面的面积S是不变的，只要准确地检测出P值，就可以得到罐体的液位25.（212寝室提供） 涡轮流量计是先将流体的流速(流量)转换为安装在管道内的涡轮的转速,然后通过磁电感应转换器将其转换为相应电信号的频率来进行测量的。 涡轮流量计的特点是安装方便、测量精度高、可耐高压、响应快、可浈IJ脉动信号、输出信号为电频率信号,便于远传,不受干扰。涡轮流量计的涡轮易磨损,因此一般应加过滤器。为使流向比较平稳,其前后应保证有一定的直管段。26）（213寝室提供）如何检测调节阀的流量特性1 调节器置于手动状态，使其输出相应于电动阀开度的10%，20%，*100%，记录下不同状态时调节器 的输出电流和相应的流量。2 由电流I作横坐，流量Q作纵坐，画出Q=F（I）的曲线。3 重新设定电动调节阀的流量特性，重复以上1，2的动作。-参考31页27) （213寝室提供）调节阀流量特性的不同对过程调节控制的影响调节阀的流量特性有线性特性，等百分比流量特性,抛物线特性及快开特性4种。1. 直线特性的调节阀 在小开度时,灵敏度高,调节作用强,易产生震荡,在大开度时,灵敏度低,调节作用弱,调节缓慢.2. 具有等百分比特性的流量特性的调节阀,在小开度时,放大系数小,调节平稳缓和;在大开度时,放大系数大,调节灵敏有效.3. 抛物线特性能弥补直线特性在小开度时调节性能差的缺点,它的调节性能介于直线特性和等百分比特性之间.4. 快开特性的调节阀在开度较小时就有较大的流量,随着开度的增大,流量很快就达到最大 ;此后再增加开度,流量变化很小.这种调节阀的阀芯形式为平板形,它的有效位移一般为阀座直径的1/4,当位移再增加时,阀的流通面积不再增大,失去调节作用.-参考176页28)（213寝室提供）分析调节阀各种流量特性及其不同调节作用调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性,抛物线特性3种。3种流量特性的意义如下： （1）等百分比特性（对数） 等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。 （2）线性特性（线性） 线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。 （3）抛物线特性 流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。 从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。(4) 快开特性快开特性的调节阀在开度较小时就有较大的流量,随着开度的增大,流量很快就达到最大 ;此后再增加开度,流量变化很小.这种调节阀的阀芯形式为平板形,它的有效位移一般为阀座直径的1/4,当位移再增加时,阀的流通面积不再增大,失去调节作用.适用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统.注:第4种是看书后加上去的.-参考29.（214寝室提供） 相位控制交流调压又称相控调压.相控调压通过控制晶闸管的开通相位，来达到调节输出电压有效值的电路，其基本工作原理如图：在 u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的触发角进行控制就可以调节输出电压。位式调压工作原理：通过输出断续的信号是接通或切断电源来控制和调节输出电压。30 （214寝室提供）相位控制调压利用控制触发滞后角 的方法,控制输出电压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角 。在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小31. （214寝室提供）位式调压是通过改变一定周期T内导通时间改变电压的平均值，所以位式调压输出越大，说明导通时间越长；而占空比是指高电位低电位比率或是高电位与整个周期比率，电路导通时间就越长，占空比越大，所以位式调压输出越大，占空比越大32 （215寝室提供）变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数);通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的33（215寝室提供）变频器的输出电压频率F和输出电压幅值V同事得到控制，并基本满足V/F=恒定的条件34（216寝室提供）控制信号大小变化与变频器输出频率大小成正比后6题由卓亮，时劲松，王磊，大师兄，孙利峰，吴银标，阮航提供35 由公式n=60f(1-s)/p知，在输出功率p一定的情况下，电动机输出频率f与电动机转速n成正比关系。36（1）集散控制系统 又称分散型综合控制系统（DCS）系统，是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制