仪表与自动化课后习题与

仪表与自动化课后习题与答案仪表与自动化课后习题与答案PAGE9/9PAGE9仪表与自动化课后习题与答案让每个人同等地提高自我

仪表与自动化课后习题与答案

1-3、自动控制系统主要由哪些环节构成？

答：一个自动控制系统主假如由两全局部构成：一局部是起控制作用的全套仪表，称自动化妆置，包含丈量元件及变送器、控制器、履行器；另一局部是自动化妆置所控制的生产设施。

1-5、在自动控制系统中，丈量变装置、控制器、履行器各起什么作用？

答：丈量元件与变送器，用于丈量液位，并将测得的液位转变成一致的标准信号输出。

控制器，接受丈量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至履行器。

履行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，进而起到控制作用。

1-8、图1-15为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？答：PI-307：拥有指示功能的压力

表，该仪表就地安装，工号段为07。

TRC-303：拥有记录功能的温度

控制仪表，该仪表集中仪表盘面安装，工号段为3，仪表序号为07。

FRC-305：拥有记录功能的流量控制

仪表该仪表集中仪表盘面安装，工

号段为3，仪表序号屡05。

1-11、图1-16所示为一反应温度控制系统表示图A、B两种物料进入反应器进行反应，经过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试现出

该温度控制系统的方块图，并指出该项系统中的被控对象、被控变量、操控变量及可能影响被控变量的扰乱是什么，并说明该温度控制系统是一个拥有负反应的团环系统。

1-让每个人同等地提高自我

答：被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；

操控变量：冷却水流量；可能扰乱：进料和冷却水的流量、压力和温度的改变

当反应器内的被控温度在扰乱作用下高升时，其丈量值与给定值比较，获取偏

差信号，经温度控制器运算办理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增

大，冷却水流量增添，这样使反应器的温度降下来，所以该项温度控制系统为

一个拥有负反应的闭环系统。

1-19、某化学反应器工艺规定操作温度为〔900±10℃〕。考虑安全要素，控制

过程中温度偏离给定值最大不得超出60℃。现设计的温度定值控制系统，在最

大阶跃扰乱作用下的过渡过程曲线如图1-17所示。试求该系统的过渡过程质量

指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差和振荡周期。该控制系统可否知足题

中所给的工艺要求？

答：最大偏差：A=950-900=50℃超调量：B=50-〔908-900〕=42℃

衰减比：n=B：==21：5余差：C=908-900=8℃

振荡周期：45-9=36min

1-20、图1-18〔a〕是蒸汽加热器的温度控制原理图。试现出该系统的方块图，

并指出被控对象、被控变量、操控变量和可能存在的扰乱是什么。现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变

量的变化曲线如图1-18〔b〕所示。试求该系统的过渡过程质量指标：最大偏差、

衰减比和余差〔提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃〕。

答：被控对象：蒸汽加热器被控变量：出口物料温度

操控变量：蒸汽流量可能扰乱；物料和蒸汽输入的流量、压力、温度2-1、什么是对象特征？为何要研究对象特征？

答：对象的特征即对象的输入量与输出量之间的关系，是对象的外面特色，但它是由对象的内部构造机理等所决定。

研究控制对象的特色，掌握其内在规律，能够为合理地选择自动控制方案，设计最正确的控制系统、选择适合的控制器及控制器参数供给依照，使系统正常地运转。

2-8、反应对象特征的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？

答：反应对象特征的参数有：放大系数Ｋ、时间常用数Ｔ、滞后时间τ放大系数Ｋ在数值上等于对象从头稳固后的输出变化量与输入变化量之比。对

象放大系数越大，就表示对象的输入量有必定变化时，对输出量的影响越大。时间常数Ｔ：当对象遇到阶跃输入后，被控变量抵达新的稳态值的%所需的时间。时间常数越大，表示对象遇到扰乱作用后，被控变量变化得越慢，抵达新的稳

2-让每个人同等地提高自我

态值所需的时间越长。滞后时间τ：在遇到输入作用后，被控变量不可以立刻快速地变化。系统遇到限制扰乱作用后，因为存在滞后，被控变量不可以立刻反应出来，于是不可以实时产生控制作用，整个系统的控制量就会遇到严重的影响。

2-11、一个对象特征是拥有纯滞后的一阶特征，其时间常数为5min，放大系数为了10，纯滞后时间为2min，试写出描绘该对象特征的一阶微分方程式。

解：5+(t+2)=10χ(t)

2-12、以下列图的RC电路中，R=5Ω，C=2000μF。试画出忽然由0V阶跃变化到5V时的变化曲线，并计算出t=T、t=2T、t=3T时的值

解：依据基尔霍定律得：=iR+(t),此中i=C

∴RC+=∴(t)=(1-)=5(1-)T=RC=10s

(T)=(2T)=(3T)=

2-13、一个简单水槽，其截面积为㎡，水槽中的液体由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。假如在稳固的状况下，输入流量忽然在本来的根基上增添

了，试画出水槽液位△h的变化曲线。

解：

由△Qt=△hA得△h==m

3-5、某一标尺为0~1000℃的温度仪表，出厂前经校验，其刻度标尺上的各点丈量结果以下表所示。标准表计数/℃

被校表计数/℃

02004006007008009001000020140260470680590310011、求出该温度仪表的最大绝对偏差值；

2、确立该温度仪表的精度等级；

3、假如工艺上同意的最大绝对偏差为±8℃，问该温度仪表能否切合要求？

解：1、△max=706-700=6℃

2、δmax=×100%=×100%=%∴该温度表为级

3、△max=1000×±1%=±10℃>±8℃∴该温度表不切合要求

3-6、假如有一台压力表，其丈量范围为0~10MPa，经校验得出下表数据。标准表读数/MPa

被校表正行程读数/MPa

被校表反行程读数/MPa

0246810

0

0

1、求出该压力表的变差；

3-让每个人同等地提高自我

2、问该压力表能否切合级精度？

解：起落变差：△max=MPa

δmax=×100%=>%∴该压力表不切合要求

3-7、什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力〔真空度〕之间有何关系？答：所谓压力是指由气体或液体平均垂直地作用于单位面积上的力。

=-=-

3-15、某压力表的丈量范围为0~1MPa，精度等级为级，试问此压力表同意的最

大绝对偏差是多少？假定用标准压力计来校验该压力表，在校验点为MPa时，标准压力计上读数为MPa，试问被校压力表在这一点能否切合1级精度，为何？解：△max=1×%=MPa

δmax=×100%=%<%∴该压力表切合要求

3-17、假如某反应器最大压力为MPa，同意最大绝对偏差为MPa。现用一台丈量范围为0~MPa，精度为级的压力表来进行丈量，问可否切合工艺上的偏差要求？假定采纳一台丈量范围为0~MPa，精度为级的压力表，问能切合偏差要求吗？试说明其原因。

解：δmax=×100%=%

△max=×%=6MPa>MPa∴该压力表不切合要求

△max=×%=MPa=MPa∴该压力表切合要求

3-18、某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为~MPa，工艺要求就地察看罐内

压力，并要求丈量结果的偏差不得大于罐内压力的±5%，试选择一台适合的压

力计〔种类、丈量范围、精度等级〕，并说明其原因。

解：∵Pmax≤A∴A≥MPa△max=×±5%=MPa

∵Pmin≥A∴A≤MPa∴采纳量程为0~MPa的压力表

3-19、某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求偏差不得超出MPa，试采纳一台就地指示的压力表〔给出型号、丈量范围、精度等级〕。解：由题可知：被测对象压力为高压，设所用压力表量程为A

∴Pmax≤A∴A≥14×=MPa依据量程系列选

Pmin≥A∴A≤14×3=42MPa用0~25MPa的压力表

δmax=×100%=%∴依据精度等级选择级仪表

3-20、现有一台丈量范围为0~MPa，精度为级的一般弹簧管压力表，校验后，其结果以下表。

4-让每个人同等地提高自我

标准表读数/MPa

被校表正行程读数/MPa

被校表反行程读数/MPa

试问这台表合格否？它可否用于某空气贮罐的压力丈量〔该贮罐工作压力为~MPa的绝对偏差不一样意大于MPa〕？

解：δmax=×100%=%∴依据精度等级选择级仪表,合格。

△max=×%=MPa<MPaA≥×=MPa

A≤×3=MPa∴所选压力表量程为~MPa，切合要求

δ=±%×=±<∴精度等级切合要求

3-48、丈量高温液体〔指它的蒸汽在常温下要冷凝的状况〕时，常常在负压管

上装有冷凝罐〔见图3-91〕，问这时用差压变送器来丈量液位时，要不要迁徙，

迁徙量应怎样考虑？

解：

=ρg(H+)+

=ρg+

P=ρg(H+-)<0

∴有零点迁徙，且为负迁徙

即当H=0时将变送器的输出值调回4mA

当H=Hmax时，将变送器的输出值调回20mA

3-54、什么是热电偶的热电特征？热电偶的热电势由哪两局部构成？

答：将两种不一样导体A、B一致一个闭合回路，假定两接触点温度不一样，那么回路中有必定大小电流，说明回路有电势，那么为热电特征。热电动势包含：接触电势、温差电势

3-56、用热电偶丈量时，为何要进行冷端温度赔偿？其冷端温度赔偿的方法有哪几种？

答：在工程测试中，冷端温度随环境温度变化而变化。假定T≠0℃，将引入丈量偏差，所以一定对冷端进行赔偿。

方法；延伸导线法、0℃恒温法、冷端温度修正法、电桥赔偿法3-58、用K型热电偶测某设施的温度，测得的热电势为20mV，冷端〔室温〕为

25℃，求设施的温度？假如改用E型热电偶来测温，在同样的条件下，E型热电偶测得的热电势为多少？

解：(1)〔T，25〕=20mV查表得〔25，0〕=mV∴〔T，0〕=〔T，25〕+〔25，0〕=20+=mV

〔T，0〕=〔T，25〕+〔25，0〕∴〔T，25〕=uV=uV

3-59、现用一支镍铬-铜镍热电偶来测温，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，那么认为换热器内的温度为430℃对不对？为何？正确值为多少度？

5-让每个人同等地提高自我解：〔T，0〕=〔T，30〕+〔30，0〕=28943+1801=30744uV查表得T=422℃3-60、试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要有几种？相应的各为多少？答：热电阻是利用物质的电阻率随温度变化的特征制成的电阻式丈量系统。常用的热电阻有铂热电阻、铜热电阻。铂热电阻的分度号主要为Pt100和Pt50两种，其0℃时的电阻值分别为100Ω和50Ω。别的还有=1000Ω的Pt1000铂热电阻。标准化铜热电阻的一般为100Ω和50Ω两种，对应的分度号为Cu100和Cu503-62、用分度号为Pt100铂电阻测温，在计算时错用了Cu100的分度表，查得的温度为140℃，问实质温度为多少？解：查表得140℃时=Ω∴=Ω查表得=Ω时,=157℃=Ω时,=158℃∴△T==℃∴=157+×、用分度号为Cu50、百度电阻比W〔100〕=/=铜热电阻测某一反应器内温度，当被测温度为50℃时，该热电阻的阻值为多少？假定测某一环境温度时热电阻的阻值为92Ω，该环境温度为多少？解：△R==Ω∴=(1+×50=Ω

T==200℃

5-1、什么是控制器的控制规律？控制器有哪些根本控制规律？

答：所谓控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系，控制器的控制规律有：位式控制、比率控制、积分控制、微分控制、比率积分控制、比率微分控制、比率积分微分控制

5-4、何为比率控制器的比率度？一台DDZ-Ⅱ型液位比率控制器，其液位的丈量

范围为0~m，假定指示值从m增添到m比率控制器的输出相应从5mA增大到7mA，

试求控制器的比率度及放大系数。

解：DDZ-Ⅱ型液位比率控制器的现场传输信号0~10mA

∴δ=×100%=%∴Kp==120%

5-5、一台DDZ-Ⅲ型温度比率控制器，丈量的全量程为0~1000℃，指示值变化

100℃，控制器比率度为80%，求相应的控制器输出将变化多少？

解：DDZ-Ⅲ型温度控制器的现场传输信号4~20mA

δ=×100%=80%∴P=2mA

5-9、一台拥有比率积分控制规律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比率度δ为200%，稳

态时输出为5mA。在某瞬时，输入忽然变化了mA，经过30s后，输出由5mA

变成6mA，该项控制器的积分时间为多少？

解：DDZ-Ⅱ型比率积分控制器的现场传输信号0~10mA

6-让每个人同等地提高自我

∵△P=+∴==10s5-10、某台DDZ-Ⅲ型比率积分控制器，比率度δ为100%，积分时间为2min.稳态时，输出为5mA。某瞬时，输入忽然增添了mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？解：DDZ-Ⅲ型比率积分控制器的现场传输信号4~20mA∵△P=+∴5+△P=5+×+××5=mA5-12、试写出比率积分微分〔PID〕三作用控制规律的数学表达式。△P=[A++A(-1)]5-13、试剖析比率、积分、微分控制规律各自的特色。

答：比率控制：1、依据“偏差的大小〞工作2、有差控制3、反应快，控制及

时

积分控制：1、依据“偏差能否存在〞工作2、无差控制3、反应慢

微分控制：1、依据“偏差变化速度〞工作2、超前控制3、不可以独自使用6-1、气动履行器主要由哪两局部构成？各起什么作用？

答：气动履行器主要由履行机构与控制机构两全局部构成。

履行机构是将控制信号的大小变换为阀杆位移的装置。

控制机构是将阀杆的位移变换为流过阀的流量的装置。6-4、试分别说明什么叫控制阀的流量特征和理想流量特征？常用的控制阀理想流量特征有哪些？

答：控制阀的流量特征是指操控介质渡过阀门的相对流量与阀门的相对开度间这关系。

在不考虑控制阀前后压差变化时获取的流量特征称为理想流量特征。

常用的控制阀理想流量特征有：直线、等百分比、抛物线及快等几种流量特征。

6-8、阀的最大流量=50，可调范围R=30。

1、计算其最小流量，并说明能否就是阀的泄露量。

2、假定阀的流量特征为直线流量特征，问在理想状况下阀的相对行程为及

时的流量值Q。

解：1、∵R=∴==

其实不等于控制阀全关时的泄露量，一般它是的2%~4%

2、直线流量特征：∵=+〔1-〕∴=50×〔+〔1-〕×〕=

=50×〔+〔1-〕×〕=

等百分比流量特征：∵=∴=50×=

∴=50×=

7-让每个人同等地提高自我

7-1、简单控制系统由哪几局部构成？各局部的作用是什么？

答：一个自动控制系统主假如由两全局部构成：一局部是起控制作用的全套仪表，称自动化妆置，包含丈量元件及变送器、控制器、履行器；另一局部是自动化妆置所控制的生产设施即被控对象。

7-2、图7-21是一反应器温度控制系统表示图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们详细代表什么。假定该反应器温度控制系统中，反应器内需保持必定温度，以利反应进行，但温度不一样意过高，否那么有爆炸危险。试确立履行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。

答：〔1〕被控对象：反应器

被控变量：反应器内的温度

操控变量：蒸汽流量可能扰乱；原料和蒸汽输入的流量、压力、温度

控制器：温度控制器履行器：蒸汽控制阀门丈量变送器；温度丈量变送器〔2〕履行器应为气开型式，控制器奕为反作用。

7-13、试确立图7-22所示两个系统中履行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。

1、图7-22〔a〕为一加热器出口物料