合肥工业大学过程仪表复习题

教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容1-11的换热器出口温度掌握系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。①试画出该掌握系统的方框图；②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？③系统在遇到干扰作用〔如冷物料流量突然增大〕时，该系统如何实现自动掌握的？蒸汽蒸汽TT冷物料热物料干扰Ts T温度掌握器 执行器 换热器答如下图为该掌握系统的方框图。 温度测量变送装置该掌握系统及各环节的输入、输出信号如下图。整个系统的输入信号为：给定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，当冷物料流量增大，则出口温度y减小，TTyme=ym-ys<0，输入调整器后产生掌握u，使执行器或调整阀加大阀门开度，使温度T上升，从而实现掌握。为贮糟液位掌握系统，工艺要求液位保持为某一数值，试画出该系统的方框图；指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？qv1LTLCqv1LTLCfhfhs液位掌握器执行器贮槽h液位测量变送装置-该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。1管式加热炉出口温度串级掌握系统。指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调整器各是什么？画出该掌握系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；3 〕当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动掌握的。在稳定工况下，原料油出口温度和炉膛温度处于相对稳定状态，掌握燃料油的阀门保持在肯定的开度。当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度T2上升，u1减小，即副掌握器的给定值减小，副掌握器的输入偏差e2u2减小，掌握阀开度减小，即操纵变量燃料油mT2下降，从而炉管内原料油出口温度T1也会随之下降。例题2：如图1-5所示的夹套反响器温度掌握系统图1〕指出该系统中主被控对象、副被控对象、主被控变量、副被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？2〕画出该掌握系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；3〕当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动掌握。3〕当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动掌握。当蒸汽负荷突然增加，反响器内的温度T1将上升，此时温度检测变送器TT1TC1，e1增大，u1减小，即副掌握器的给定值减小，副掌握器的输入偏差e2增大，副掌握器的输出信号u2减小，掌握阀开度减小，即操纵变量m减小，夹套内的蒸汽温度T2下降，从而反响器内的温度T1也会随之下降。例题3：如下图为聚合釜温度掌握系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合反响所产生的热量。试问：这是一个什么类型的掌握系统？试画出它的方块图。假设聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定掌握阀的气开、气关形式。确定主、副掌握器的正、反作用。简述当冷却水压力变化时的掌握过程。假设冷却水的温度是常常波动的，上述系统应如何改进？假设选择夹套内的温度作为副变量构成串级掌握系统，试画出它的方块图，并确定主、副掌握器的正、反方向。教案格式〔一〕教案格式〔一〕例题15004950～1000℃，试确定确定误差、相对误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。解: 确定误差: △=X指－X0=495－500=－5℃仪表读数的修正值: C=X0 －X指=5℃相对误差: y=△/X0=-5/500×100%=-1%引用误差: δ=△max/〔x上 －x下〕=-0.5%2：某台测温仪表的测温范围为200~700℃。校验该表时得到的最大确定误差为±4℃，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的允许的引用误差为：

max

100% 4 100%0.8%允 x x上 下

700200

页脚内容教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容0.5＜0.8＜1.01.0级。例3 ：某反响器内的最高温度500℃。依据工艺要求，最大允许误差不超过+7℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：依据工艺要求：仪表的量程上限：X上=2XMax=1000℃仪表的允许引用误差为：x maxx允

100% 7 100%0.7%10000上 下去掉±、%，0.5＜0.7＜1.00.5的仪表才能满足工艺要求。精度等级1.0的仪表，其允许引用误差为±1.0%，超过了工艺上允许的数值.小结：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应当大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差；而依据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应当小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。这一点在实际工作中要特别留意。40.5600~12004℃，问此表是否合格？解：依据工艺上的要求，仪表的允许误差为：max=N×δ%=〔1200－600〕×0.5%=3℃max=4℃＞3℃， 所以此表不合格，需重进展校验。〔800±10〕850℃。现设计的温度掌握系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如以下图所示。分别求出最大偏差A、超调量B、余差C、衰减比n、过渡时间Ts〔温度进入±1%的稳定值即示为系统已稳定〕和震荡周期T。分析此温度掌握系统是否满足工艺要求？〔1〕分别求出最大偏差A、超调量B、余差C、衰减比n、过渡时间Ts〔温度进入±1%的稳定值即示为系统已稳定〕和震荡周期T。解：最大偏差：A=845－800=45℃超调量：σ=〔845－805〕/805=4.97%衰减比：n=B/B’=〔845－805〕/〔815－805〕= 4：1余差：C=805－800=5℃过渡时间：Ts=25min震荡周期：T=20－7=13min(2)符合要求：① 805℃，符合工艺规定操作温度为〔800±10〕℃的要求②845℃＜850850℃的要求6.什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？答：随着送经执行器的气压信号的增加，阀渐渐翻开的称为气开式，反之称为气关式。气开式，气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件打算的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危急的选气开式；阀全关时，输出过程或设备比较危急的应选择气关式。何为堵塞流？他有什么意义？答：堵塞流是指当阀入口压力P1保持恒定，并逐步降低出口压力P2时，流过阀的流量会增加到一个最大值，此时假设连续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为堵塞流。教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容意义：在堵塞流条件下，流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加，因此在计算流量系数时，首先要确定调整阀是否处于堵塞流状态。流量表达的定义是什么？试写出不行压缩流体系数计算的根本公式。答：我国规定的流量系数定义为：在给定行程下，阀两端的压差为0.1Mpa，流体密度为1000kg/m3时流经调整阀的流量数(m3/h),C表示，它表示流体通过调整阀的流通力量，不行压缩流体：/(pp)L 1 2pF2(pFp/(pp)L 1 2 l 1 F v vl pF2(pFp),c10q /F2(pFp)l 1 f /F2 /F2(pF p)L L 1 F vvl

vl L L 1 F v1.计算机掌握系统是由哪几局部组成的？各局部有什么作用？其中硬件局部主要包括计算机主机，外部设备，外围设备，工业自动化仪表和操作掌握台，软件是指计算机系统的程序系统，各局部作用参见课本P234-235。9．试列出一些改进的PID算法，并分析其改进特点及适用场合答：改进的D〔〕带有死区的D当掌握偏差在某个阀值以内时，系统不进展调整；当超过p(k)...当|e(k)|BPID掌握动作这个阀值时，系统依据PID进展调整，表示为p(k)0. 当|e(k)|

式中B为阀值，O-B的区间称为死区。该掌握方式适用于要求掌握作用完可能少变动的场合，如在中间器皿的液面掌握〔2〕饱和作用的抑制〔A〕PID位置算法的积分饱和作用机器抑制——承受遇限减弱积分法和积分分别法〔B〕PID增量算法的饱和作用及其抑制〔C〕干扰的抑制——四点中的差分法。该掌握方式适用于可能消灭饱和效应的场合，即掌握量因受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围以内，Umax<=U<=Umax，掌握器执行的掌握量不再是计算值。︱△U︱<=△Umax.其次章所谓简洁掌握系统是指单输入-单输出的线性掌握系统，这是掌握系统的根本形式，也是应用最广泛的形式。所谓被控对象的特性，就是当被控对象的输出变量发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。对一个被控对象来说，其输出变量就是掌握系统的被控变量，而其输入变量则是掌握系统的操纵变量和干扰作用。被控对象输入与输出变量之间的联系称为通道，操纵变量与被操纵变量之间的联系称为掌握通道，干扰作用与被控变量之间的通道称为干扰通道。通常所讲的对象特性是指掌握通道的对象特性。被控对象的特性参数：放大系数K时间常数T滞后时间τ〔滞后分为传递滞后和容量滞后〕参加的鼓励信号不一样，试验数据的分析方法也不一样，据此分类，常用的试验测定法主要有以下几种：时域分析法频域分析法统计分析法单回路掌握系统又称简洁掌握系统，是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调整器和一个执行器所构成的闭合系统。被控变量是生产过程中期望保持在定值或按肯定规律变化的过程参数在掌握系统中，用来抑制干扰对被控变量的影响，实现掌握工程作用的变量就是操纵变量。执行器：接收调整器送来的掌握信号，调整管道中介质的流量，从而实现生产过程的自动掌握。执行器通常为调整阀，包括执行机构和阀两个局部调整器是掌握系统的心脏，他的作用是将测量变送信号与给定值相比较产生偏差信号，然后按肯定的运算规律产生输出信号，推动执行器，实现对生产过程的自动掌握。调整规律是指调整器的输出信号随输入信号变化的规律。根本的调整规律可归为四种：位式、比例、积分、微分。其中，除位式是断续调整外，其他都是连续调整规律。对于输入输出信号都是统一标准信号的调整器，比例度与比例互为倒数关系，即调整器的比例度越小，则比例放大倍数越大，比例掌握作用越强比例度减小，系统的余差也随之减小对积分调整器来说，其输出信号的大小不仅与输入偏差信号的大小有关，而且还取决于偏差存在时间的长短。只有在偏差等于零的状况下，积分调整器的输出信号才能相对稳定。因此可以认为，积分掌握作用是力图消退余差。比例积分调整规律〔PI〕比例积分微分调整规律〔PID〕串级掌握系统的主要特点：能快速抑制进入副回路的干扰能改善被控对象的特性，提高系统抑制干扰的力量主回路对副对象具有“鲁棒性均匀掌握特点：1.表征前后供求冲突的两个变量都应当是变化的，且变化是缓慢的2.前后相互联系又相互冲突的两个变量应保持在所允许的范围内1.2.3双冲量均匀掌握教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容第三章仪表环节：感受器〔传感器、中间件〔变送器或变换器、显示件〔显示器、传输通道。传感器要求：灵敏性准确性稳定性其他。传感器也往往被称为敏感元件、一次仪表显示仪表常被称为二次仪表。显示方式有三种类型：指示式(模拟式显示)、数字式、屏幕式〔图像显示式〕测量结果与被测变量真值之差称为误差误差：系统误差随机误差粗大误差传感器由敏感元件、转换元件、测量电路与其他关心部件组成敏感元件是整个传感器核心热电偶温度仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器，它由热电偶、电测仪表和连接导线组成，其核心元件是热电偶热电偶根本定律：1.2.3.中间温度定律4.标准电极定律0, 中间温度定律两种匀质导体A与Btt假设存在一个中间温度t,则热电势存在以下关系0, 转子式流量计的测量原理：转子式流量器由一个锥形管和一个可在锥形管中上下自由运动的转子两个根本局部组成。当被测流体通过锥形管时，流体从转子与锥形管的环隙中流过，转子受到一个向上的力而浮起。当转子在流体中受到的向上作用力与转子在流体中的重量相等时，转子就静止在某一高度上。这样通过转子的重力、浮力求得转子两边的压差后，可以依据压差求得流体通过环隙的速度，进而求得所测的流量。物位是液位、料位及界位的统称，其中液位指容器内液体介质液面的凹凸。电容式液位计由电容式液位传感器和测量电路两局部组成，传感部件构造简洁，动态响应快，能够连续、准时地测量液位的变化。电容法测液位原理：电容器由两个同轴的金属圆筒组成，两圆筒半径分别为R，r，高为L。当两筒之间布满介电常R数为ε的介质时，则两筒之间电容量为 假设圆筒电极的一局部L常)hεε〕的另一种Rc R

11 1介质布满，在保证电容不放电的状况下，电容量发生变化，则

lnr lnr

两式相减得在ε、ε1、R、在ε、ε1、R、r均为常数时，电容变化量ΔC与液位高度h成正比。当测得电容变化教案格式〔一〕教案格式〔一〕页脚内容页脚内容选择液位计主要考虑：仪表特性工作环境输出方式过程掌握装置与被控对象构成了过程掌握系统的根本要素。测量变送单元、调整器和执行器三个环节构成了过程控制装置的硬件差压变送器用来把差压、流量、液位等被测参数转换成统一标准信号，并将此统一信号输送给指示、记录仪表或调节器等，以实现对上述参数的显示、记录或调整。DDZ-Ⅲ型系列差压变送器是两线制安全火花型变送器，主要用于测量液体、气体或蒸汽的差压、流量、液位、相4~20mA;24VDC±10%;250~350Ω；根本误差±0.5%；变差±0.25%；灵敏度±0.05%；长期稳定性±0.3%防爆安全栅的作用防爆安余栅分输入式安全栅和输出式安伞栅两种.图1-4是安全栅作用示意图。电动仪表中的变送器、执行器、电气转换器、安全栅属安全火花防爆仪表.安全栅安装在安全场所，作为掌握室仪量以下，以确保系统的安全火花性能安全姗起隔离危急场所和安全场所的作用。2.防爆安全构造的分类〔1〕隔爆型〔2〕本质安全防爆防爆安全栅放在安全场所的入口处，他不会影响到仪表的正常工作，只会起到防止危急能量由安全场所进入危急场所的作用。目前用得最多的防爆安全栅有齐纳式安全栅与变压器隔离式安全栅标准仪表的信号标准：目前大多数模拟仪表遵循4~20mA DC的标准信号范围。〔给定值相比较后，得出被调量的偏差，再依据肯定的调整规律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程进展自动调整。假设被调参数的测量值增加时，调整器的输出信号也增加，则称为正作用调整器，反之为反作用调整器。调整器分类：直接作用调整器间接作用调整器集成运算放大器具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点。PID调整器从整定方式来分，有一般型和电整定型PID调整器主要由输入电路PID运算电路和输出电路三局部组成执行器的作用是承受调整器送来的掌握信号，自动地转变操纵量，到达对被调参数进展调整的目的。执行器依据工作能源分类：液动启动电动执行器气动执行器由气动执行机构和调整机构〔阀体〕两局部组成。执行机构是执行器的推动装置，它按调整器输出气压信号〔20~100kPa〕的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调整机构动作，因此是将信号压力大小转换为阀杆位移的装置。调整机构是执行器的调整局部，其内腔直接与被调介质接触，调整流体的流量，是将阀杆位移转换为流过阀的流量的装置。气动薄膜执行机构：调整信号压力增大，阀杆向下移动的，称为正作用式；反之称为反作用式，正作用式的信号压力通入波浪膜片上方的薄膜气室，而反作用式的信号压力通入波浪膜片下方的薄膜气室调整阀有正作用和反作用两种，当阀芯向下位移时，阀芯与阀座之间的流通截面积削减时，称为正作用式或正装；反之，则称为反作用式或反