自动化仪表与过程控制课后答案.doc

_自动化仪表与过程控制课后答案0-1自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段 0-3什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？ P56 0-4什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100100C,精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1摄氏度1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。 b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。 c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。 d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。 1-5 力平衡式压力变送器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？在测量差压时，为什么它的静压误差比较大？答：a、被测压力P经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A点，使杠杆绕支点O做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流I。此电流通过反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆B点受到反馈力Ff，形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流，形成反力矩与作用力矩平衡。 b、因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的位移量非常小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略不计。1-6试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工作原理,他们与力平衡式压力变送器相比有何优点？硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。 差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。 优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-7试述节流式,容积式,涡轮式,电磁式,漩涡式流量测量仪表的工作原理,精度范围及使用特点？答：a、节流式工作原理：根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小。差压流量计：根据节流元件前后的压差测流量。 精度：正负0.5%到1% 使用特点：保证节流元件前后有足够长直管段 靶式流量计：使用悬在管道中央的靶作为节流元件 精度：2%到3% 使用特点：可用于测量悬浮物，沉淀物的流体流量 转子流量计：以一个可以转动的转子作为节流元件 使用特点：可从转子的平衡位置高低，直接读出流量数值 b、容积式工作原理：直接安装固定的容积来计量流体。精度：可达2%较差时亦可保证0.5%1% 使用特点：适用于高黏度流体的测量 c、涡轮式 工作原理：利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮，并且根据磁阻变化产生脉冲的输出。精度：0.25%1% 使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度。由于有转子，易被流体中的颗粒及污物堵住，只能用于清洁流体的流量测量。 d、电磁式 工作原理：以电磁感应定律为基础，在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测管内液体的流量。精度：0.5%1% 使用特点：只能测导电液体的流量e、漩涡式 工作原理：根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量精度：正负0.2%正负1% 使用特点：量程比达到30:1，可测液体和气体。1-8简述液位的测量方法答: 有压差液位计、超声波液位计、激光液位计、雷达料位计、浮球液位计和音叉料位计等，后两种只能输出开关量，其他的可以输出模拟量也可以输出开关量。2-3 PID调节器中，比例度p，积分时间常数Ti,微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd分别有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若令Ti取，Td取0，分别代表调节器处于什么状态？答：1在比例积分运算电路中，RI,CI组成输入电路，CM为反馈元件 1）比例度P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下，能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数。 2）积分时间Ti=RICI Ti愈小，由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短，积分作用愈强。Ti越大，积分作用越弱。 3）积分增益Ki=CM/CIXA A 为放大器增益，Ki越大，调节静差越小。 比例微分运算电路中，由Rd Cd及分压器构成无源比例微分电路 4）kd为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比。 5）微分时间Td=KdRdCd 2,Ti取无穷时，调节器处于PD状态。Td取零时 调节器处于PI状态。 2-4什么是PID调节器的干扰系数？答： 用PI，PD串联运算获得PID调节规律时，在整定参数上存在相互干扰的现象，常用干扰系数F=1+Td/Ti表示2-5调节器为什么必须有自动/手动切换电路？怎样才能做到自动/手动双向无扰切换？为了适应工艺过程启动、停车或发生事故等情况，调节器除需要“自动调节”的工作状态外，还需要在特殊情况时能由操作人员切除PID运算电路，直接根据仪表指示做出判断，操纵调节器输出的“手动”工作状态。 在DDZ-III型调节器中 ，自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关S1实现的，如下图所示其中开关接点“A”为自动调节；“M”为软手动操作；“H”为硬手动操作。 切换分析： “A” “M”为保持，无扰切换。 “M” “A”：S1、2在M，S2把CI接VB，VO2以10V起对CI充电，但CI右端电位被钳位不变（10V），A3的V-V+ =10V，当“M” “A”，两点电位几乎相等，所以为无扰切换。 “M” “H”：断开前，必然先断开S4，M为保持。切换后,接入“H”，V-与RH的电位相同时，则为无扰切换，所以切换前应平衡RPH，有条件无扰切换。 “H“”M“：切换后，S41S44瞬间是断开的，CM和V-为保持状态，所以为无扰切换。2-7什么是调节器的正/反作用？调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换乘4-20mA电流的？（1）测量值增加(偏差信号e减少)，调节器输出增加，则调节器静态放大放大系数为负，KC为负值，称正作用调节器； 反之，测量值增加（偏差减小），调节器输出减小，则调 节器静态放大系数为正，KC为正值，称反作用调节器。 （2）由于所有的仪表都用同一个电源供电，在公共电源地线上难免出现电压降，为了避免这些压降带来误差，输入电路需要采用差动输入方式。 （3）调节器的输出电路是一个电压-电流转换器，它将PID电路在1-5V间变化的输出电压转换为4-20mA的电流，输出电路实际就是一个比例运算器，通过强烈的电流负反馈使输出电流保持在4-20mA，输出电路的电路图如下： 其中经过运算得出取Rf=62.5，则当V03=1-5V时，输出电流为4-20mA。2-9给出使用的PID数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID算法？答:1)P67 2)P68-704-1执行器在控制系统处于什么地位？其性能对控制系统的运行有什么影响？执行器是安全测控中不可缺少的重要部分，它在系统中的作用是根据调节器的命令，直接控制被测物体的状态和参数。 4-2调节有哪些结构形式？分别适用于什么场合？执行机构是指执行器中的哪一部分？执行器选用气开,气关的原则是什么？调节阀根据结构分为九个大类： (1)单座调节阀；适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合 (2)双座调节阀；适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合 (3)套筒调节阀；适用于单座阀场合 (4)角形调节阀；适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合 (5)三通调节阀；用于分流和合流及两相流、温度差不大于150 的场合 (6)隔膜阀；适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合 (7)蝶阀；适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合 (8)球阀；适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合 (9)偏心旋转阀。故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合 执行机构是执行器的推动部分 规则 P178 最顶上一段(气开，气闭的选择主要从生产安全角度考虑)4-3什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性？为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要？答：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。在各种具体的使用条件下，阀芯位移对流量的控制特性，称为工作流量特性。 从自动控制的角度看，调节阀一个最重要的特性是他的流量特性，即调节阀阀芯位移与流量之间的关系，值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响4-4为什么合理选择调节阀的口径，也就是合理确定调节阀的流通能力C非常重要？答：在控制系统中，为保证工艺操作的正常进行，必须根据工艺要求，准确计算阀门的流通能力，合理选择调节阀的尺寸。如果调节阀的口径选的太大，将是阀门经常工作在小开度位置，造成调节质量不好。如果口径选的太小，阀门完全打开也不能满足最大流量的需要，就难以保证生产的正常进行。4-5电-气阀门定位器（含电-气转换器和阀门定位器）是怎样工作的？它们起什么作用？答:由电动调节器送来的电流I通入线圈，该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动，当输入电流i增大时，线圈与磁铁产生的吸引增大，使杠杆作逆时针方向旋转，并