化工仪表及自动化总复习题目及复习资料

10131313钟晓帆化工仪表与自动化总复习习题与答案

第一章自动限制系统基本概念

一、基本要求

1.驾驭自动限制系统的组成，了解各组成部分的作用以与相互影响和联系；

2.驾驭自动限制系统中常用术语，了解方块图的意义与画法；

3.驾驭管道与限制流程图上常用符号的意义；

4.了解限制系统的分类形式，驾驭系统的动态特性和静态特性的意义；

5.驾驭闭环限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、常用概念

1.化工自动化的主要内容：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动

爱护和自动限制等方面的内容。

2.自动限制系统的基本组成：被控对象和自动扮装置（测量元件与变送器、限制器、执

行器）。

3.被控对象：在自动限制系统中，将须要限制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对

象，简称对象。

4.被控变量：过程内要求保持设定数值的物理量。

5.操纵变量：受限制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量

或能量。

6.干扰作用：指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。

7.设定值：被控变量的设定值。

8.偏差：个别测定值与测定的平均值之差。

9.闭环系统：指限制器与被控对象之间既有顺向限制又有反向联系的自动限制。

10.开环系统：指限制器与被控对象之间只有顺向限制而没有反向联系的自动限制。

11.限制系统的过渡过程：一个限制系统在处界干扰或给定干扰作用下，从原有的稳定状

态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。

12.反馈：把系统（或环节）的输出信号干脆或经过一些环节重新引回到输入端的做法叫做

反馈U

13.负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫

做负反馈。

14.正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，反馈信号使原来的信号增加，这种反

馈叫做正反馈。

三、问答题

1.限制系统按被调参数的变更规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。

答；

开环自动限制系统：操纵变量可以变更被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。

闭环白动限制系统：操纵变量可以变更被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。

定值限制系统：给定值为常数；

随动限制系统：给定值为变数，要求跟随变更；

程序限制调整系统：按预定时间依次限制参数。

2.在阶跃扰动作用下，限制系统的过渡过程有哪几和形式？其中哪些形式能基本满意限

制要求？

答：

营散振荡过程

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。

在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满意

限制要求。但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被

控变量长时间偏离设定值，所以一•般不采纳。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才

考虑采纳这种形式的过渡过程。

3.试述限制系统衰减振荡过程的品质指标与其含义。

最大偏差（超调量）：在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。

衰减比：表示衰减程度的指标。

余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。

过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经

验的时间。

振荡周期（振荡频率）：过渡过程同向两波峰之间的间隔时间。

4.什么是限制系统的方块图？它与工艺管道与限制流程图有何区分？

答：

自动限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

构成的表示限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，方块内填入表示其自身特征的数学表

达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系与信号的流向。采纳方块图可直观的

显示出系统中各组分部分以与它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行

分析和探讨。

而工艺管道与限制流程图则是在限制方案确定以后，依据工艺设计给出的流程图，按

其流程依次标注有相应的测量点、限制点、限制系统与自动信号、连锁爱护系统的图。

在工艺管道与限制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料流淌的方向，与方块图

中线段的含义迥然不同。

5.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？

答：

仪表位号由字母组合和回路编号组成：

字母组合：首字母一一被侧变量，尾字母一一仪表功能，中字母一一修饰词。回路

编号：首位数一一工序号，后续数一一依次号。

四、选择题：

1.反馈调整系统（C）闭环系统。

A.不确定是B.确定不是C.确定是D、无法推断

2.定值限制系统、程序限制系统、随动限制系统是按什么来划分的（C）。

A.按自动调整系统的结构B.按自动调整系统的特性

C.按给定值变更的规律D.调整系统的结构

3.在探讨动态特性时可以将（C）看作系统对象环节的输入量。

A.干扰作用；氏限制作用；C.干扰作用和限制作用；D.测量仪表的信号

4.在下列仪表号位中表示有报警作用的字母为（C）

A、“C”B、“H”C、“A”D、

5.限制系统在阶跃干扰作用下的几种过渡过程中，那种震荡过程是最希望出现的震荡过

程（B）

A、非周期衰减过程B、衰减震荡过程

C、等幅震荡过程D、发散震荡过程

6.下列哪些参数不是表示过渡过程品质好坏的指标（A）

A、变差B、余差C、最大偏差D、衰减比

7.关于调整系统方块图的说法，不正确的是（B）。

A.一个方块代表一个设备；B.方块间的连线代表的是方块间物料关系；

C.方块图上的线条与箭头方向不确定与流体流向一样

D.方块间连线只代表信号关系

8.限制系统的反馈信号使得原来信号增加的叫做（B）o

A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈

9.某换热器的温度限制系统（设定值是40℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如

图6所示。则该系统的余差、衰减比、最大偏差是（B）。

A、1、4:1、4

B、1、4:1、5

C、1、5:2、5

D、1、5:1、4

五、填空题：

1.自动扮装置是由测量元件与变送器、自动限制器、执行器、等环节组成。

2.描述限制系统的品质指标的参数有最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、

震荡周期或频率等。

六、综合题：

1.某发酵过程T艺操作温度为（40+2）°以考虑到发酵效果，限制过程中温度偏离设

定值最大不能超过6。Co先设计确定值限制系统，在阶跃扰动系统的最大偏差、衰减比、

余差、过渡时间（按被控变量进入±2%新稳态值即达到稳定来确定）和振荡周期等过渡

过程指标，并回答该系统能否满意工艺要求？

_______T/TA

发

醉

罐

图5

解：

由反应曲线可知：

最大偏差：I一・

余差:\一.

衰减比：

第一个波峰值1—

其次个波峰值!一・

过渡时间：由题要求，被控变量进入新稳态值的日就可以认为过渡过程已经结束，那

么限制范围应是I-

由图可看出，过渡时间NJ

振荡周期：I■

作业21.某化学反应器工艺规定操作温度为（900士10）℃。考虑平安因素,

限制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值限制系统，在最大

阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-19所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最

大偏差、超调量、衰减比和振荡周期，并回答该限制系统能否满意题中所给的匚艺要求？

95（）

9918

m

,XM）

时间mm

解：

最大偏差:

超调量：

由于

所以，衰减比日

余差1一・

振荡周期

所以，该限制系统能满意题中所给的工艺要求。

其次章过程特性与数学模型

一、基本要求

1.了解建立被控对象数学模型的意义与数学模型的建立方法；

2.驾驭用机理建模的方法，建立简洁对象的数学模型；

3.驾驭表征被控对象特性的三个参数一一放大倍数K、时间常数T、滞后时间T的物理

意义与其对限制质量的影响；

4.了解被控对象特性的试验测定方法。

二、常用概念

1.被控对象的数学模型：被控对象的动态特性的数学表达式，即被控对象的输出（被控

量）在输入量（限制量和扰动量）作用下变更的数学函数关系式。

2.通道：由对象的输入变量至输出变星的信号联系。

3.被控对象的放大倍数：假如有确定的输入变更量囚，通过对象就被放大了凶倍变为输

出变更量回，则回称被控对象的放大倍数。

4.被控对象的时间常数：对象受到干扰后，被控变量达到新的稳态值所须要的时间。

5.被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变更落后于输入变更的时间）与容积滞后（因物

料或能量传递须要确定时间而引起的输出变更迟缓）之和。

三、选择题

1.一般认为，经过（A）时间后，动态过程便结束了。

A.3T；B.T；C.5T；D.10T

2.在描述对象特性参数的滞后时间时，下列说法错误的是（C）。

A.传递滞后又称为纯滞后；

B.容量滞后一般是由于物料和能量传递须要通过确定的阻力引起的；

C.容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，再经过一段时间时间后被控变量才起先变

更；

D.滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。

四、填空题

1.目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是依据过程的内在机理，通过物料和

能量平衡关系，用机理建模的方法求取过程的数学模型。

2.描述对象特性的三个参数是放大系数、时间常数和滞后时间，假如时间常数越大，

系统的响应速度越慢，系统的稳定性越好。

3.过程特性是指被控过程的被控对象的输入变量发生变更时，其输出变量随时间变更的

规律。

4.由于物料或能量的传递须要通过确定的阻力导致的滞后称为容量滞后。

五、综合题：

1.为了测量某物料干燥筒的对象特性，在T=0时刻突然将加热蒸汽量从25m3增加到

28m3,物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试求出该对象的特性。已知

流量仪表量程为0〜40m3,温度仪表为0〜200C

解：

由阶跃应曲线可看出该回想具有一阶纯滞后特性：

放大倍数

时间常数NJ

滞后时间W1

作业n.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5,放大系数为io,

纯滞后时间为2,试写出描述该对象特性的一阶微分方程。

解：依据题意可知

日日国

则起一阶微分方程为:

第三章检测仪表与传感器

一、基本要求

1.驾驭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.初步驾驭各种压力检测仪表的基本原理与压力表的选用方法。

4.了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计与转子流量计。

5.了解各种液位测量方法。初步驾驭液位测量中零点迁移的意义与计算方法。

6.驾驭热电偶温度计与热电阻温度计的测温原理。熟识热电偶温度测量中的冷端温

度补偿的作用与方法。

7.了解III型显示仪表的基本结构与原理。

二、常用概念

L精度：测量值与真值的接近程度。

2.确定误差：指仪表指示值习与被测量的真值目之间的差值，可表示为0。

3.相对误差：某一点的确定误差回与标准表在这一点的指示值之比田，可表示为

IXIo

4.相对百分误差：确定误差折合成仪表测量范围的百分数，可表示为

5.允许相对误差：在正常状况下允诧的最大误差，可表示为

6.仪表精度等级：用来统一规定仪表的精确度等级。

7.灵敏度：仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变更量的比值,

可表示为叵］。

8.灵敏限：指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变更量。

9.辨别力：指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变更量.

10.线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合

程度。

11.反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变更的品质指标。

三、问答题：

1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原

理。

答：

(1)液柱式压力计：依据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度逆行测量的;

(2)活塞式压力计：依据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量

来进行测量的；

(3)弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的；

(4)电气式压力计：通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的。

2.试述压力计选型的主要内容与安装留意事项。

(1)仪表类型选择：类型选用必需满意工艺生产要求。

(2)量程与盘面选择：依据操作中需测量的参数大小来确定。

(3)精度选择：依据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定。

留意：取压位置与隔离。

3.试述流量计的分类与其工作原理。

答：

(1)速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量的依据来计算流量。

(2)压差流量计：基于流体流淌的节流原理，在节流面积不变的状况下，以压差变

更来反应流量的大小。

(3)转子流量计：以压降不变，利用节流而积的变更来测量流量的大小。

(4)电磁流量计：依据电磁感应定律，在非磁性管道中，利用测量导电流体平均速

度而显示流量。

(5)超声波流量计：利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。

(6)涡轮番量计：利用在确定流量范围内，对确定的流体介质黏度，涡轮旋转的角

速度与流体的流速成正比来反应流量。

(7)容积式流量计(齿轮番量计、活塞流量计)：利用机械测量元件把流体连绵不

断地分割成单个已知的体积部分，依据计量室逐次、重复地充溢和排放该体积部分流体

的次数来测量流量体积总量。

(8)质量流量计：以流体流过的质量M为依据计算流量。

(9)间接质量流量计：通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方

式又称为推导式。

(10)干脆质量流量计：由检测元件干脆检测出流体的质量流量。

4.试述物位计的分类与其工作原理。

答：

(1)直读式物位计：主要有玻璃管液位计，玻璃板液位计。

(2)浮力式物位计：利用浮子高度随液位变更而变更或液体对浸沉于液体中的浮子

的浮力随液位高度而变更的原理工作。

(3)压差式物位计：利用液柱或物料积累对某定点产生压力的原理工作。

(4)电磁式物位计：使物位的变更转换为一些电量的变更，通过测量这些电量的变

更来测知物位。

(5)核辐射式物位计：利用辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而变更的原理

工作。

(6)超声波物位计：由于物位的变更引起声阻抗的变更、声波的遮断和声波的反射

距离的不同，测出这些变更就可测知物位。

(7)光电式物位计：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。

5.试述温度测量仪表的种类与其工作原理。

答:

（1）接触式温度计：测温元件与被测介质干脆接触，两者进行充分的热交达测温目的。

①膨胀式温度计：依据物体受热时体积膨胀的原理工作。

②玻璃液体温度计：当温度变更时，玻璃球中的液体体积会发生膨胀或收缩，使进入毛

细管中的液柱高度发生变更，从刻度上可指示出温度的变更。

③双金属温度计：利用两种不同金属在温度变更时膨胀程度不同的原理工作的。

④压力式温度计：依据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积

膨胀或压力变更的原理工作。

⑤热电偶温度计：依据热电效应原理工作。

⑥热电阻温度计：依据导体或半导体电阻值随温度的变更关系的原理工作。

（2）非接触温度计：测温元件与被测介质不接触，通过辐射或对流实现热交换来测温。

①辐射温度计：依据物体辐射的能量来测量温度。

②红外温度计（光电温度计、热电温度计）：一切温度高于零度的物体都在不停向四周

四周发出红外辐射能量。

四、选择题：

1.1.5级仪表的精度等级可写为：（A）

A.1.5级B.±1.5级C.+1.5级D.1.5

2.下列不属于节流装置的是（D）o

A、孔板；B、喷嘴；C、长径喷嘴D、阿纽巴管

3.温度越高，的、银、铜等材料的电阻值越（A）o

A.大B.小C.不变D.不确定

4.双金属温度计的感温元件，测量温度时必需是（B）

A浸液1/2；B全部浸液；C浸液2/3；D浸入任何长度

5.关于压力计安装的描述错误的是（A）

A.要选择测量介质拐弯处安装；

B.测量流淌介质时，应使取压点与流淌方向垂直安装；

C.测量液体压力时，取压点应安装在管道下部；

D.测量蒸汽压力时应安装凝液管。

6.下列仪表中属于恒压降的仪表是（D）。

A.孔板流量计B.文丘里管式流量计

C.电磁流量计D.转子流量计

7.在下列物位检测仪表中，能够检测出两种不同液体界面的仪表是（C）

A.压差式物位仪表B.压力式物位仪表

C.电容式物位仪表D.称重式液罐计量仪

8.在下列物位检测仪表中，不与被测物体发生实际接触并可以检测物位的仪表是

（B）o

A.称重式液罐计量仪B.核辐射物位仪表C.压差式物位仪表D.电容式物位仪表

9.在下列工业用流量计中，属于容积式流量计的是（C）。

A.转子流量计B.电磁流量计

C.椭圆齿轮番量计D.科里奥利力式流量计

10.测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力不得超过仪表量程的（C）。

A.1/2；B.1/3；C.2/3；D.3/5

11.关于压力测量仪表的下列描述中，错误的是（D）。

A.液柱式压力计是依据流体静力学的原理，将被测压力转换成为液柱高度进行测量的;

B.弹性式压力计利用弹性元件变形的位移进行测量的；

C.电气式压力计是将压力转换为电量来进行测量的；

D.活塞式压力计是将压力转换为活塞位移来进行测量的。

12.热电偶信号，在采集过程中，实质上是（C）。

A电流信号；B热电阻信号；C电压信号；D数字信号。

13.关于温度检测仪表的下列描述中错误的是（C）。

A.玻璃管温度计属于膨胀式温度计的一种；

B.测量的温度大于600度的温度计为高温计；

C.热电偶是由两种不同的金属材料构成的，不同材料构成的热电偶在相同的触点温度下

所产生的电势相同；

D.在热电偶回路中引入第三种导线对热电偶所产生的电势无影响。

14.热电偶输出电压与（B）有关。

A.热电偶两端温度B.热电偶两端温度和电极材料

C.热电偶热端温度D.热电偶两端温度、电极材料与长度

15.银铭一锲硅热电偶的分度号是（C）。

A、EB、SC、KD、B

16.关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时，以下说法不正确的是（C）

A、热电偶与补偿导线应当配接

B、补偿导线也有极性

C、采纳了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿

D、在确定温度范围内，热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性

17.一台安装在设备内最低液位下方的压力式液位变送器，为了测量精确，压力

变送器必需采纳（A）。

A、正迁移B、负迁移C、无迁移D、不确定

18.差压式液位计进行负向迁移后,其量程（C）。

A、变大B、变小C、不变D、视迁移大小而定

19.用电容式液位计测量导电液体的液位时，介电常数是不变的，那么液位变更

相当于（C）在变更。

A、电极电容B、电极电感C、电极面积D、电极能量

20.一台1151压力变送器量程范围为0〜3,现零位正迁50%,则

仪表的量程为（B）。

A.150B.300C.450D.250

五、填空题

1.某温度表的精度为0.5级，其测量下限是50C,上限是850℃。则此表的量程是800℃；

测量范围是50~850℃；允许相对百分误差是±0.5%；最大确定误差是

2.热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有冷端温度保持0℃、冷端温度修正法、校正

仪器零点法、补偿电桥法、补偿热电偶法五种。

3.弹簧管压力表是利用输入压力产生一位移量与被测压力相平衡来测量的，

4.差压式流量计是利用节流.原理测量流量的。

5.电容式差压变送器的测量部分是先将压差转变成位移，然后再变成一电容量变更作

为转换部分的输入。

6.液位变送器测量进行零点迁移时只变更—测量范围」不变更量程。

7.在常用的热电偶温度计中，精度较高的是S热电偶，线性最好的是K热电偶，灵敏

度较高的是E热电偶。

8.常用的热电阻材料是金属铜和钳，分度号是50、100,10,100,线性好的是铜热电

阻，它适于测量较低温度。

9.热电偶是基于热点效应原理工作的。

六、综合题：

1.热电偶测温时，运用补偿导线的目的是什么？它能否进行冷端温度补偿？如不能应

如何处理？

答：

由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度

的单值函数。但实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露

在空间，易受到四周环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。当然也可以

把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但是这样做会多消耗很多珍贵金属材料。解

决这一问题的方法是采纳一种专用导线，将热电偶的冷端延长出来，这种专用导线称

为“偿导线”。

补偿导线不能进行冷端补偿，因为把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延

长到温度较低和比较稳定的操作室内，冷端温度还不是0摄氏度。

进行冷端温度补偿的方法有以下儿种：

⑴冷端温度保持为0C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。

2.某压力仪表的测量范围是100〜1100,其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？允

许相对百分误差是多少？最大确定误差是多少？

解.

量程为

基本误差有仪表的精度可知日

最大确定误差为：1—■

允许误差为目

3.一台测温仪表，其测温范围为0〜300℃,已知其最大确定误差为±2℃,则其精度等

级为多少？

解：依题意得，

仪器的相对百分误差为：

因此，其精度等级为1.0级

4.有一台测压仪表，其标尺范围为。〜400,要求测量时最大确定误差不超过5，则

应当选择精度等级为多少的仪表才能满意要求。

解：依题意得，

仪器的相对百分误差为：

所以应当选择1.0级的仪表才能满意要求。

作业20.某压力表的测量范围为精度等级为1级，试问此压力表允许的最大确

定误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点0.5时，标准压力计上

读数为0.508,试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？

询毕：

最大确定误差■>v■

在校验点为0.5处，校验得到的确定误差为：

在W1范围之内，所以被校验压力表在这一点符合1级精度。

第四章自动限制仪表

一、基本要求

1.驾驭各种基本限制规律与其特点。

2.熟识比例度、积分时间、微分时间对限制系统的影响。

3.了解II型和山型限制器的特点和基本组成。

二、常用概念

1.基地式限制仪表：由检测器和显示器组装成的一个整体，同时具有检测，限制，显

示等功能的仪表。

2.单元组合式限制仪表：依据其功能不同分成若干单元，每个单元只完成其中一种

功能。

3.限制器的限制规律：限制器的输入信号与输出信号之间的关系。

4.双位限制：限制器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关两个极限位置，乂

称开关限制。

5.放大倍数：是一个可调的放大倍数，它确定了比例限制作用的强弱。

6.比例度6：指限制器输入变更相对值和相应的输出变更相对值之比的百分数。

7.无干扰切换：指在自动-手动切换时，限制器输出不变，因此生产过程不会有扰动。

三、问答题

1.限制系统按限制规律可以分为哪几类？各类限制规律的特点是什么？

答：

（1）双位限制系统：限制器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关两个极限

位置。

（2）比例限制系统：即输出信号与输入信号之间成比例关系的限制系统，一种最简

洁的限制方式，仅有比例限制时系统输出存在稳态误差。

（3）积分限制系统:反应慢，限制不与时•，但能消退余差。

（4）微分限制系统：动限制系统在克服误差的调整过程中可能会出现振荡甚至失稳.

其缘由是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（）组件,具有抑制误差的作用，其变

更总是落后于误差的变更。

（5）比例积分限制系统：积分作用使限制器的输出和偏差的积分成比例，故过度过

程结束时无余差，但是加上积分作用，稳定性降低。积分作用时增大比例度，可保持稳

定性，但超调量和振荡周期增大，过度时间增长.此限制器是适用最多的，它适用于调

整通道滞后较小，负荷变更不大，工艺要求不能有余差的系统。

（6）比例微分限制系统：它所产生的限制作用不仅反映了系统的静态误差，同时还

反映了误差信号的变更率，因此微分使限制信号提前作用，使系统的响应振荡减轻，过

渡过程加快，对系统的稳定性有利。

（7）比例积分微分限制系统：这种限制器既能快速进行限制，又能消退余差，具有

较好的限制性能。

2.试述限制的数学模型与参数意义。

答：

比例积分微分限制规律为：

D为输出变更量：目为放大倍数即比例增益：e为输入信号的偏差：同为积分时间即限制

器消退偏差的调整时间；回为微分时间；目为偏差信号变更速度。

3.试述一m仪表的特点。

答：

（1）采纳国际电工委员会O举荐的统一标准信号，现场传输出信号为4-20,限制室

联络信号为1-5,信号电流与电压的转换电阻为250欧姆，这种信号的优点如下：

①电气零点不是从零起先，且与机械零点重合，不但利用了晶体管的线性段，而且简洁

识别断电、断线等故障。

②只要变更转换电阻阻值，限制室仪表便可接收其它1:5的电流信号。

③因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创建了条件。

（2）广泛采集运算放大器电路，牢靠性提高，修理工作量减小，为仪表带来了如下优点:

①由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到

提图。

②由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。

③由于采纳了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的牢靠性。

（3）HI型仪表统一由电源供应24电源，并有蓄电池作为备用电源，这种供电方式优点

而下：

①各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又

为仪表的防爆供应了有利条件。

②在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在确定时间内仍可照常工作，谖着进行监

视限制作用，有利于平安停车。

（4）结构合理，与之n型有很多先进之处，主要表现在：

①基型限制器有全刻度指示限制器和偏差指示限制器，指示表头为100刻度纵形大表头,

指示醒目，便于监视操作。

②自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行。③结构形式适于单独安装和高密度

安装。

④有内给定和外给定两种给定方式。

整套仪表可构成平安火花型防爆系统。

4.在限制系统应用中，有哪些基本限制规律和组合限制规律？写出各自的表达式？它

们各应用在什么场所？

答：

（1）在限制系统应用中，基本调整规律有：P、I、D,基本组合调整规律有、、。

（2）

a

(3)

P:自衡实力强，滞后小的对象且限制质量要求不高；

:对象滞后小，负荷变更幅度大，要求无差；

:一阶滞后较大允许有余差的对象：

:负荷变更大，容量滞后大，被控变量变更缓慢，质量要求高。

四、选择题：

1.调整器加入微分作用是用来（C）O

A.克服对象的纯滞后B.克服对象的惯性滞后

C.克服对象的惯性滞后和容量滞后D.克服对象的容量滞后

2.调整器的比例度和积分时间正确说法是（B）。

A.比例度越大，比例作用越强B.积分时间越小,积分作用越强

C.比例度越大，比例作用越弱，积分时间越大,积分作用越强

D.比例度越小，比例作用越弱,积分时间越小,积分作用越弱

3.在限制系统中，限制器的积分作用过强，会使系统的（C）变坏。

A、余差；B、最大偏差；C、稳定性；D、超调量。

4.依据对象特性来选择限制规律时，对于限制通道滞后小，负荷变更不大,

工艺参数不允许有余差的系统，应当选用（B）限制。

A、比例；B、比例积分；C、比例微分；D、比例积分微分。

5.限制系统中限制器正反作用的确定是依据（B）

A.生产的平安性B.实现闭环回路的负反馈

C.系统放大倍数恰到好处D.调整器本身的特性

6、（D）存在纯滞后，通常不影响限制质量。

A、调整通道B、测量元件

C、变送器D、干扰通道

7、调整器的反作用是指（D）。

A.测量值大于给定值时，输出增大；B.测量值大于给定值时，输出减小;

C.测量值增大，输出增大；D.测量值增大，输出减小。

8、调整器变为纯比例作用，则（C）。

A、积分时间置8、微分时间置8；B、积分时间置0、微分时间置8

C、积分时间置8,微分时间置0；D、积分时间置0,微分时间置0

9.在限制规律中，过渡过程振荡猛烈，可以适当（C）o

A、减小比例度

B、增大输入信号

C、增大积分时间

D、增大开环增益

五、填空题：

1.仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是0.020.1；电动HI型标准信号范围是

420o

2.限制系统引入积分作用是为了消退余差但积分的引入会使系统一不稳定，引入微分作

用是为了克服惯性滞后和容量滞后

3.表征限制规律的参数是比例度、积分时间与微分时间。

4.在调整中，比例作用是依据余差大小来动作的，在系统中起着稳定限制变量的作用;

积分作用是依据余差是否存在来动作的，在系统中起着消退余差的作用：微分作用

是依据余差变更速度来动作的，在系统中起着超前调整的作用。

5.调整器的比例度越大，则放大倍数越小，比例作用就越弱，过渡过程曲线越平

稳，但余差也越大。

6.调整器的积分时间越小，则积分速率越大，积分特性曲线的斜率越大，积分作用

就越强，消退余差越快。微分时间越大，微分作用越强。

六、综合题：

1.限制器输入偏差是阶跃信号(见下图)，请依据下列已知参数，分别画出P、的输出

响应曲线。

(1)P输出，已知：比例度6=50%：

(2)输出，已知：比例度5=100%,积分时间1分。

输入偏蓑

—―2―3——5—7（分）

P输出

2-

1-

_____IIIIII_______

I12-34—57（分）

PI输任

3-

2-

1-

_____IIIIII.

12345t（分）

作业5.一台III型温度比例限制器，测量的全量程为01000℃,当指示值变更100C,

控制器比