《热工仪表及自动化》课程各章习题

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2023年9月12日星期六

《热工仪表及自动化》课程各章习题

其次章热力过程自动控制基本概念

一、基本要求

1.把握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2.把握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3.把握管道及控制流程图上常用符号的意义；

4.了解控制系统的分类形式，把握系统的动态特性和静态特性的意义；

5.把握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。二、常用术语1.控制对象：2.被控变量：3.操纵变量：

4.扰动量：除操纵变量外，作用于被控变量并使其发生变化的因素。5.设定值：6.偏差：

7.控制系统的过渡过程：

8.反馈：把系统或环节的输出信号直接或（经过一些环节）间接引入到输入端的方法称为反馈。9.负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号位两者之差，这种反馈称为负反馈。10正反馈：三、问答题

1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。

开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。闭环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。定值控制系统：给定值为常数；

随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化；程序控制调理系统：按预定时间顺序控制参数。

2.自动控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

控制对象：控制仪表：

检测仪表（检测元件及变送器）：控制仪表：执行仪表：显示仪表：

3.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式?其中哪些形式能基本满足控制要求？

发散振荡过程：非振荡发散过程：等幅振荡过程：衰减振荡过程：非振荡衰减过程：

其中，衰减振荡过程和非振荡衰减过程可以基本满足控制要求，但后者进程缓慢，只用于系统不允许振荡时。

4.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。

最大偏差：衰减比：余差：过渡时间：

振荡周期（振荡频率）：

5.什么是控制系统的方块图？它与工艺管道及控制流程图有何区别？

自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中：每一个方块代表系统中的一个组成部分，

6.在自动化系统中，仪表符号由哪几部分组成，各表示什么意义？仪表位号由字母组合和回路编号组成：字母组合：首字母――被侧变量，尾字母――仪表功能，中字母――修饰词回路编号：首位数――工序号；后续数――顺序号7.某化学反应器工艺操作规定温度为（800±10℃）。为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。现运行的控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如下图。T/°C84581580580072025t/min（1）分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（温度进入±2%新稳定值即视为系统已稳定）和振荡周期。（2）说明此温度控制系统是否满足工艺要求。第三章热工对象动态特性分析一、基本要求1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；2.把握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型；3.把握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响；4.了解被控对象特性的试验测定方法。二、常用术语1.被控对象特性：2.被控对象数学模型：3.被控对象的放大倍数：4.被控对象的时间常数：5.被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟钝）之和6.通道：由对象的输入变量至输出变量的信号联系。包括控制通道和干扰通道。三、问答题1.为什么说放大倍数K是对象的静态特性，而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性？2.简述获取对象特性（数学模型）的两种方法。理论分析法：通过理论分析建立输入和输出之间的关系。例如：一阶对象、积分对象、二阶对象试验测取法：在实际系统或试验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变化规律。常见的有：多点拟合法、阶跃输入法和周期脉冲法。3.RC电路如下图。Vi为输入量，V0为输出量。在时间t＝0时，闭合开关K，电容开始充电。此时，电压V0随时间的变化规律为：RUiCUoV0?Vi(1?e?t/RC)（1）求当t分别为0、T和∞时，V0分别为多少？（2）绘出Vi作阶跃变化时，V0随时间变化的响应曲线形状；（3）根据上述已知条件，确定对象的特性参数K、T和τ。4.为了测定某物料枯燥筒的对象特性，在t0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到阶跃输入曲线如下图。写出描述物料枯燥筒特性的微分方程（温度变化量作为输入量，加热蒸汽量的变化量作为输出量；温度测量仪表的测量范围0～200℃；流量测量仪表的测量范围0～40m3/h）。

温度/℃第四章传感器、变送器（一）一、基本要求1．把握仪表精度的意义与测量误差的关系。2．了解仪表的性能指标。3．初步把握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。4．了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。5．了解各种液位测量方法。初步把握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。6．把握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。7．了解电动温度变送器的作用及原理。二、常用术语1.参数检测：2.非电量的电测法：3.确凿度：4.绝对误差：5.实际相对误差：6.示值相对误差：7.引用相对误差：8.允许误差：9.指示变差：10.缜密度

11.仪表精度等级：12.确切度：13.灵敏度：14.灵敏限：15.分辩率：16.线性度：17.反应时间：三、问答题

1.工业压力计按敏感元件寻常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原理。液柱式压力计：活塞式压力计：弹性式压力计：弹簧管式：薄膜式：波纹管式：电气式压力计：

应变式：压电电阻式：电感式：电容式：霍尔式：

2.试述压力计选型的主要内容及安装本卷须知。类型选择量程与盘面选择精度选择

注意：取压位置与隔离

3.试述流量计的分类及其工作原理。速度流量计：

压差流量计：转子流量计：电磁流量计：超声波流量计：涡轮番量计：堰式流量计：容积式流量计：

齿轮番量计：活塞流量计：质量流量计：

间接质量流量计：直接质量流量计：

4.试述物位计的分类及其工作原理。直读式物位计：浮力式物位计：压差式物位计：

电磁式物位计：核辐射式物位计：超声波物位计：光电式物位计：

5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理接触式温度计：

膨胀式温度计：

玻璃液体温度计：双金属温度计：压力式温度计：热电偶温度计：热电阻温度计：非接触温度计：

辐射温度计：红外温度计：

光电温度计：热电温度计：

6.试述电动温度计二次仪表的功能及其组成部分。

功能：

–对信号进行放大和转换；

–信号的线性化。

组成部分：–输入电桥；–放大器；–反馈电路；–电源电路。

第四章传感器、变送器（二）

一、基本要求

1．了解动圈式显示仪表的基本结构及原理。

2．把握自动电子电位差计的工作原理。熟悉电位差计的测量桥路及各个电阻的作用。3．把握自动电子平衡电桥的工作原理。4．了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。5．了解数字式显示仪表