化工仪表及自动化第四版课后答案.doc

第一章7.什么是自动控制系统的方块图，它与控制流程图有什么区别？答：自动控制系统的方框图是由传递方块、信号线、综合点和分支点构成表示控制系统的组成合作用的图形。其中每一个方块代表一个系统中的一个组成部分方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块键带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直接地显示出系统中各组成部分以及它们相互间的影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析及研究。而控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号、连锁保护系统的图。在控制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料流动的方向，与方块图中线段的含义截然不同。18.什么是自动控系统的过渡过程？它有哪几种具体形式？答：系统有一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的，称为系统的过渡过程。过渡过程的基本形式：1.非周期衰减过程2.衰减震荡过程3.等幅震荡过程4.发散震荡过程。21某化学反应器工艺规定操作温度为(900 士10) 。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-18所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、过和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？解：由反应器过渡过程曲线可知：最大偏差A=950 一900 = 50超调量B= 950 一908 = 42衰减比n第一个波峰值与新稳定值之差B=950 一908 = 42第二个波峰值与新稳定值之差B =918 一908 = 10n =B / B =42:10=4.2:1振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故振荡周期T =45 一9 = 36 min因为最大偏差A=50 80，且新稳定值908符合题中要求的(900 10)，故该控制系统能满足题中所给的工艺要求。第二章8.反应对象的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有甚影响？答：对象的参数分别是放大系数K、时间常数T和滞后时间。放大系数K 放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量和输入的变化量之比，即K= 。由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数K是描述对象静态特性的参数。放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大。时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间或被控量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。时间常T是反映被控量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要动态参数。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，到达新的稳定之所需的时间越长。滞后时间滞后时间是纯滞后时间0和容量滞后c的总和。输出变化量的变化落后输入变化量的变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后时间一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间也是反映对象动态特性的重要参数。系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是就不能及时产生控制作用，整个系统控制质量就会受到严重的影响。9为什么说放大系数K 是对象的静态特性？而时间常数T 和滞后时间 是对象的动态特性？答：放大系数K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，即由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需要的时间。时间常数是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是描述对象动态特性的一个重要参数。滞后时间 是纯滞后时间0 和容量滞后c的总和。输出变量的变化落后于输人变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。所以滞后时间 也是反映对象动态特性的重要参数。第三章5.6有一台压力表，其测量范围为010MPa，经校验得出下列数据：被校表读数/ MPa 0 2 4 6 8 10标准表正行程读数/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99标准表反行程读数/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01(1)、求出该压力表的变差；(2)、问该压力表是否符合1.0 级精度？解：(1) 该仪表正、反行程各点标准表读数的差值为：0-0=0（MPa），2.02-1.98=0.04（MPa），4.03-3.96=0.07（MPa），6.06-5.94=0.12（MPa），8.03-7.97=0.06（MPa），10.01-9.99=0.02（MPa）。故其正、反行程最大差值（即最大绝对差值） f =0.12（MPa），所以该压力表的变差为： f = 100%10 0 f = 100%10 00.12 =1.2%。(2) 由于该压力表的变差已超过1.0 级仪表的允许误差，故不符合1.0 级精度14.应变片式与压阻式压力计各采用什么测压元件？答：应变片是由排列成栅状的高阻电阻丝、高祖金属箔或半导体粘附在绝缘的基片上构成；压阻式压力计采用单硅晶片为测压元件。16电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点?答：电容式压力传感器的工作原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两极板之间的距离，造成电容量发生变化。电容式压力传感器特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2 级、可以测量压力和差压。35.试述差动变压器传送位移量的基本原理。答：互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位移量的大小和方向。43. 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？答：电磁流量计是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转化为感应电势的大小来进行测量的。被测介质是具有导电性的液体。60热电偶的热电特性与哪些因素有关?答：热电偶的热电特性与两接点处的温度、热电极的材料有关。62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？答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0。而工业上常用的各种热电偶的温度一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为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以下几种：（1）冷端温度保持为0的方法；（2）冷端温度修正方法；（3）校正仪表零点法；（4）补偿电桥法；（5）补偿热电偶法。68.热电偶的结构与热电阻的结构有什么异同之处？答：热电偶的结构型式有普通型、铠装型、表面型和快速型四种。热电阻的结构型式有普通型、铠装型和薄膜型三种。普通型热电偶由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。普通型热电阻由电阻体、保护套管和接线盒等主要部分组成，其中保护套管和接线盒与热电偶的基本相同，中心原件电阻体与热电偶的热电极不同。铠装型热电偶的结构和铠装型热电阻的结构完全不同。第四章10数字式显示仪表主要由哪几部分组成？各部分有何作用？答：数字式显示仪表主要由信号变换、前置放大、非线性校正或开方运算、模/数（A/D）转换、标度变换、数字显示、电压/电流（V/I）转换及各种控制电路等部分组成。信号变换电路是将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流值；前置放大电路是将输入的微