過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用復(fù)習(xí)題大全

1、 第一章1.簡(jiǎn)述被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)(干擾)量、設(shè)定(給定)值和偏差的含義? 答:自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)其含義是:被控對(duì)象：自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。被控變量：被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。 擾動(dòng)量：除操縱變量外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因素。設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。偏差：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。 3.自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成?各部分的作用是什么?答：自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一部分是起控制作用的全套自動(dòng)化裝置，對(duì)于常規(guī)儀表

2、來(lái)說，它包括檢測(cè)元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等;另一部分是受自動(dòng)化裝置控制的被控對(duì)象。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，檢測(cè)元件及變送器用來(lái)感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等)。控制器將檢測(cè)元件及變送器送來(lái)的測(cè)量信號(hào)與工藝上需要保持的設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢(shì)，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果用特定的信號(hào)(如氣壓信號(hào)或電流信號(hào))發(fā)送給執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值相應(yīng)地改變流入(或流出)被控變量的物料量或能量，克服擾動(dòng)的影響，最終實(shí)現(xiàn)控制要求。4。什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程?在階躍擾動(dòng)作用下，其過渡過程有哪些基本形式

3、?哪些過渡過程能基本滿足控制要求?答:把系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個(gè)平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。過渡過程中被控變量的變化情況與干擾的形式有關(guān)。在階躍擾動(dòng)作用下，其過渡過程曲線有以下幾種形式。發(fā)散振蕩過程如圖1-3 (a)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后。被控變量上下波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸增大，即被控變量偏離設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，以至超越工藝允許范圍。非振蕩發(fā)散過程如圖1-3 (b)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量在設(shè)定值的某一倆作非振蕩變化，且偏離設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，以至超越工藝允許范圍。等幅振蕩過程如圖1-3(c)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量作上下振幅恒定的振蕩，即被控

4、變量在設(shè)定值的某一范圍內(nèi)來(lái)回波動(dòng)，而不能穩(wěn)定下來(lái)。衰減振蕩過程如圖1-3(d)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量上下波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸減小，經(jīng)過一段時(shí)間最終能穩(wěn)定下來(lái)。非振蕩衰減過程如圖1-3(e)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有上下波動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間最終能穩(wěn)定下來(lái)。在上述五種過渡過程形式中，非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程。能墓本滿足控制要求。但由于非振蕩衰減過程中被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的進(jìn)程過于緩慢，致使被控變量長(zhǎng)時(shí)間偏離給定值，所以一般不采用。只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時(shí)才考慮采用這種形式的過渡過程。5、衰減振蕩過程的品質(zhì)指

5、標(biāo)有哪些?各自的含義是什么? 答：衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)主要有:最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間、振蕩周期(或頻率)等。其各自的含義是:最大偏差：是指過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的最大數(shù)值。衰減比：是指過渡過程曲線上同方向第一個(gè)波的峰值與第二個(gè)波的峰值之比。余差：是指過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。過渡時(shí)間：是指控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時(shí)間。振蕩周期(或頻率)：是指過渡過程同向兩波峰(或波谷)之間的間隔時(shí)間，其倒數(shù)為振蕩頻率。6，什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖?它與工藝管道及控制流程圖有什么區(qū)別?答:自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊

6、圖是由傳遞方塊、信號(hào)線(帶有箭頭的線段)、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每一個(gè)方塊代表系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，方塊內(nèi)填入表示其自身特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式;方塊間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及信號(hào)的流向。采用方塊圖可直觀地顯示出系統(tǒng)中各組成部分以及它們之間的相互影響和信號(hào)的聯(lián)系，以便對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析和研究。而工藝管道及控制流程圖則是在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注有相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)、連鎖保護(hù)系統(tǒng)的圖。在工藝管道及控制流程圖上設(shè)備間的連線是工藝管線，表示物料流動(dòng)的方向，與方塊圖中線段的含義截然不同。1圖1-6所示為一自力式

7、貯槽水位控制系統(tǒng)。(1)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量是什么?(2)試畫出該系統(tǒng)的方塊圖。(3)試分析當(dāng)出水量突然增大時(shí)，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)水位控制的? 解:(1)該系統(tǒng)中貯槽為被控對(duì)象;貯槽中水的液位為被控變量;進(jìn)水流量為操縱變量。 (2)貯槽水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-7所示。(3)當(dāng)貯槽的出水量突然增大，出水量大于入水量。使水位下降，浮球隨之下移，通過杠桿裝置帶動(dòng)針形閥下移，增大了進(jìn)水量，使出水量與入水量之差隨之減小水位下降變緩，直至進(jìn)水量與出水量又相等，水位停止下降，重新穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了水位控制。2.在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定

8、的數(shù)值上。圖1-8是一個(gè)簡(jiǎn)化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在（151.5），如果溫度太高，冷卻后的氣體會(huì)包含過多的水分，對(duì)生產(chǎn)造成有害影響;如果溫度太低，乙烯裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。(1)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么?(2)試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。(3)試比較圖1-8及它的方塊圖，說明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向不同。解：(1)在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象為丙烯冷卻器;被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度;操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。 (2)該系統(tǒng)方塊圖如圖1-9所示。 (3)在圖1-8中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻

9、器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號(hào)的流向是指向丙烯冷卻器的。3.圖1-10所示是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A, B兩種物料進(jìn)人反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度保持不變。圖中TT表示溫度變送器，TC表示溫度控制器。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量變化的擾動(dòng)各是什么? 解：反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中被控對(duì)象為反應(yīng)器;被控變量為反應(yīng)器內(nèi)溫度;操作變量為冷卻水流量;干擾為A, B物料的流量、溫度、濃度、冷卻水的溫度、壓力及攪拌器的轉(zhuǎn)速等。反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如圖1-11所示。4、某發(fā)酵過

10、程工藝規(guī)定操作溫度為(40士2) C?？紤]到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6 ?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線如圖1-12所示.試確定該系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間(按被控變量進(jìn)入2%)新穩(wěn)態(tài)值即達(dá)到穩(wěn)定來(lái)確定)和振蕩周期等過渡過程指標(biāo)，并回答該系統(tǒng)能否滿足工藝要求?解：由反應(yīng)曲線可知:最大偏差A(yù)=45一40=5 'C 余差C=41一40=1衰減比 第一個(gè)波峰值B =45一41=4 第二個(gè)波峰值B' = 42一41=12.鍋滬是化工，煉油等企業(yè)中常見的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽質(zhì)量及鍋爐安全的一個(gè)十分重要的參數(shù)。水位過高，會(huì)使蒸

11、汽帶液。降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)p壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕則影響汽液平衡，重則燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格的控制。圖1-15是一類簡(jiǎn)單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求: （1）畫出該控制系統(tǒng)方塊圖; (2)指出該系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量各是什么?(3)當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。答：(1)鍋?zhàn)o(hù)汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-23所示。(2)被控對(duì)象:鍋爐汽包。 被控變量:鍋爐汽包水位。 操縱變量:鍋爐給水量。 擾動(dòng)量:冷水溫度、壓力，蒸汽壓力、流量。燃燒狀況等。3.圖1-16所示為離心泵出口流量控制系統(tǒng)?？刂频哪康氖潜３直昧?/p>

12、量恒定。(1)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及干擾各是什么?(2)畫出流量控制系統(tǒng)方塊圖;（3）結(jié)合本題，試說明該流量控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)· 答：(1)被控對(duì)象:管道(從檢測(cè)點(diǎn)到控制閥之間)。 被控變量:泵出口流量。 操縱變量:泵出口流量。 擾動(dòng)量:管路壓力波動(dòng)、(泵的)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。(2)離心泵出口流量控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-24所示。5.某煉油廠常減壓裝置加熱護(hù)如圖1-18所示.工藝要求嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度T，T可以通過改變?nèi)加土縼?lái)控制。據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)定值溫度控制系統(tǒng)，其中被控變量為加熱爐出口物料溫度，操縱變量為燃料油流量。要求: (1)畫出工藝管道及控制

13、流程圖;(2)試畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖。答：(1)工藝管道及控制流程圖如圖1-26所示。(2)控制系統(tǒng)的方塊圖如圖1一27所示。6。圖1-19為一組在階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線。(1指出每種過程曲線的名稱;(2)試指出哪些過程曲線能基本滿足控制要求?哪些不能?為什么?(3)你認(rèn)為哪個(gè)過渡過程最理想，試說明其理由。答：(1).(a)等幅振蕩，（2)衰減振蕩;(c)非振蕩衰減;(d)發(fā)散振蕩。 (2).(b).(c)能基本滿足控制要求，(a), (d)不能。因?yàn)?b)、 (c)對(duì)應(yīng)的過渡過程是穩(wěn)定的。(3).(b)最理想。略。第二章3、描述簡(jiǎn)單對(duì)象特性的參數(shù)有哪些?各有何物理意義?答：描述對(duì)象特

14、性的參數(shù)分別是放大系數(shù)K、時(shí)間常數(shù)T、滯后時(shí)間放大系數(shù)K：放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出的變化量與輸入的變化量之比，即由于放大系數(shù)K反映的是對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關(guān)系.所縱放大系數(shù)是描述對(duì)象靜態(tài)特性的參數(shù)。 時(shí)間常數(shù)T：時(shí)間常數(shù)是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間?；虍?dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2 %所需時(shí)間。 時(shí)間常數(shù)T是反映被控變量變化快慢的參數(shù)。因此它是對(duì)象的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)。 滯后時(shí)間：滯后時(shí)間是純滯后時(shí)間和容量滯后的總和。 輸出變量的變化落后于輸入變量變化的時(shí)間稱為純滯后時(shí)間，純

15、滯后的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引起的。容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過一定的阻力而引起的。滯后時(shí)間也是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。4.什么是控制通道和擾動(dòng)通道干擾通道)?對(duì)于不同的通道，對(duì)象的特性參數(shù)(K、T、）對(duì)控制有什么不同的影響? 答：對(duì)于一個(gè)被控對(duì)象來(lái)說，輸入量是擾動(dòng)量和操縱變量，而輸出是被控變量。由對(duì)象的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱為控制通道;擾動(dòng)量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱為擾動(dòng)通道。 一般來(lái)說，對(duì)于不同的通道，對(duì)象的特性參數(shù)（K, T, )對(duì)控制作用的影響是不同的。 對(duì)于控制通道: 放大系數(shù)K大，操縱變量的變化對(duì)

16、被控變量的影響就大，即控制作用對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償能力強(qiáng)，余差也小;放大系數(shù)K小，控制作用的影響不顯著，被控變量的變化緩慢。但K太大，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的影響過強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。 在相同的控制作用下，時(shí)間常數(shù)T大，則被控變量的變化比較緩慢，此時(shí)對(duì)象比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制，但過渡過程時(shí)間較長(zhǎng);若時(shí)間常數(shù)'I'小，則被控變量變化速度快，不易控制。時(shí)間常數(shù)太大或大小，在控制上都將存在一定困難，因此，需根據(jù)實(shí)際情況適中考慮。滯后時(shí)間的存在，使得控制作用總是落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增大，控制質(zhì)量下降。因此，應(yīng)盡量減小滯后時(shí)間。 對(duì)于擾動(dòng)通通道; 放大系數(shù)K大對(duì)控制不

17、利，因?yàn)?，?dāng)擾動(dòng)頻繁出現(xiàn)且幅度較大時(shí)，被控變量的波動(dòng)就會(huì)很大，使得最大偏差增大;而放大系數(shù)K小，既使擾動(dòng)較大，對(duì)被控變量仍然不會(huì)產(chǎn)生多大影響。 時(shí)間常數(shù)T大，擾動(dòng)作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對(duì)象較易控制。純滯后的存在，相當(dāng)于將擾動(dòng)推遲時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì);而容量滯后的存在，則將使階躍擾動(dòng)的影響趨于緩和，被控變量的變化相應(yīng)也緩和些。因此，對(duì)系統(tǒng)是有利的。1.圖2-1所示RC電路，設(shè)輸入變量為V輸出變量為V，試列寫出該對(duì)象輸出與輸入變量之間的微分方程。 解:對(duì)象的輸出變量為V，輸人變量為V 根據(jù)基爾霍夫定律可得: V.=iR+Vo (1)中間變量為i，因?yàn)? (2)消除中間

18、變量，將(2)式代入(1)得: （3）(3)式即為RC電路的微分方程。4.圖2-1所示RC 電路，若已知R=5, C=2.(1試?yán)L出V突然由0階躍變化到5V時(shí)，V。的變化曲線。(2)計(jì)算出t=T, t=2T, t=3T時(shí)的V。解：(1)由題意，描述RC電路特性的方程式為: 方程的解為: 由方程解得到如下數(shù)據(jù): 據(jù)此，可有如下曲線:5。為了測(cè)定某物料干燥簡(jiǎn)的對(duì)象特性，在to時(shí)刻突然將加熱蒸汽量從25m/h增加到28m/h,物料出口溫度記錄儀得到的階躍響應(yīng)曲線如圖2-4所示。試寫出描述物料干燥筒特性的微分方程(溫度變化量作為輸出變量，加熱蒸汽量的變化量作為輸入變量;溫度測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍0-200

19、C;流量測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍040m/h)。1.已知某化學(xué)反應(yīng)器的特性是具有純滯后的一階特性，其時(shí)間常數(shù)為4. 15。放大系數(shù)為8.5，純滯后時(shí)間為3.5，試寫出描述該對(duì)象特性的一階微分方程式。答：y為輸出變量，x為輸人變量：4.15dy (t+3.5) /dt十y (t+3. 5) =8- 5x (t) 2. RC電路如圖2-5所示。Vi為輸人量，V。為輸出量。在時(shí)間t=。時(shí)，閉合開關(guān)K.電容開始充電。此時(shí)，電壓V。隨時(shí)間的變化規(guī)律為:答：4.某被控對(duì)象用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取對(duì)象特性，現(xiàn)得到如圖2-7所示的響應(yīng)曲線，試從圖中求出對(duì)象的放大系數(shù)K、時(shí)間常數(shù)T及純滯后時(shí)間r答：第三章2.什么叫儀表的基本誤

20、差、測(cè)量誤差和附加誤差?有何區(qū)別?答：儀表的基本誤差是指在規(guī)定條件下儀表的誤差。儀表在制造廠出廠前，都要在規(guī)定的條件下進(jìn)行校驗(yàn)。規(guī)定條件一般包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力、電源電壓、電源頻率、安裝方式等.儀表的基本誤差是儀表本身所固有的，它與儀表的結(jié)構(gòu)原理，元器件質(zhì)量和裝配工藝等因素有關(guān)，基本誤差的大小常用儀表的精度等級(jí)來(lái)表示。使用儀表測(cè)量參數(shù)時(shí)，側(cè)量的結(jié)果不可能絕對(duì)準(zhǔn)確。這不僅因?yàn)閮x表本身有基本誤差，而且還因?yàn)閺拈_始測(cè)量到最后讀數(shù)，要經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換和傳遞過程，其中受到使用條件、安裝條件、周圍環(huán)境等一系列因索影響，也要產(chǎn)生一定的誤差。所以在很多情況下，儀表的顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值(真實(shí)值)之間存

21、在著一個(gè)差值，這個(gè)差值稱為測(cè)量誤差。通常情況下，儀表的側(cè)量誤差大于基本誤差，因?yàn)闇y(cè)量過程還產(chǎn)生一些附加誤差。附加誤差是儀表在非規(guī)定的參比工作條件下使用時(shí)另外產(chǎn)生的誤差。如電源波動(dòng)附加誤差，溫度附加誤差等。3、什么是儀表的反應(yīng)時(shí)間?用什么方法表示?答：當(dāng)用儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，被測(cè)量突然變化以后，儀表指示值總要經(jīng)過一段時(shí)間后才能準(zhǔn)確地顯示出來(lái)。反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快地反應(yīng)出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。反應(yīng)時(shí)間的表示方法有兩種。 (1)當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號(hào)(即指示值)由開始變化到新穩(wěn)

22、態(tài)值的63.2%所用的時(shí)間，即為反應(yīng)時(shí)間。(2)用變化到新穩(wěn)態(tài)值的95%所用的時(shí)間來(lái)表示反應(yīng)時(shí)間。11.簡(jiǎn)述壓阻式壓力傳感器的工作原理及特點(diǎn)。 答：壓阻式壓力傳感器是基于單晶硅的壓阻效應(yīng)而工作的。當(dāng)壓力變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。 它的特點(diǎn)是精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。更可適應(yīng)于惡劣的環(huán)境條件下工作，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。20、試簡(jiǎn)述電磁流量計(jì)的工作原理及其特點(diǎn)。答：電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)定律工作的。它是將流體的流速轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電勢(shì)的大小來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)有;

23、 (1)電磁流量計(jì)由于沒有可動(dòng)部件和插入管道的阻力件，沒有使流體收縮和改變流體的流束，所以壓力損失小，也很少堵塞.對(duì)測(cè)量導(dǎo)電性液體是較為適用的。另外.由于電磁流量計(jì)的襯里和電極是防腐的，所以也用來(lái)測(cè)量腐蝕性介質(zhì)的流量。(2）電磁流量計(jì)流速測(cè)量范圍很寬(0. 510m/s)，口徑從lmm到2m以上，反應(yīng)快、惰性小?？捎糜跍y(cè)量脈動(dòng)流體、雙相流體以及灰漿等含固體顆粒的液體流量。25.什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問題?怎樣進(jìn)行遷移?其實(shí)質(zhì)是什么?答:在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般壓差態(tài)與液位高度H之間的關(guān)系為:P=Hg.這就是一般的“無(wú)遷移”的情況。當(dāng)H=0時(shí)，作用在正、負(fù)壓室的壓力是相等的。 實(shí)際應(yīng)

24、用中，有時(shí)為防止容器內(nèi)液體和氣體進(jìn)入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負(fù)壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液。如圖3-7所示。設(shè)被測(cè)介質(zhì)密度為，隔離液密度為，此時(shí)正、負(fù)壓室的壓力分別為:正、負(fù)壓室間的壓差為:I=20mA可調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差的作用，此為“零點(diǎn)遷移”方法。這里遷移彈簧的作用，其實(shí)質(zhì)就是改變測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于側(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。26.“正遷移”和“負(fù)遷移”有什么不同?如何判斷? 答:正、負(fù)遷移的區(qū)別在于,負(fù)遷移時(shí)，當(dāng)H=0時(shí)，固定壓差正遷移時(shí)，當(dāng)H=0時(shí)，固定壓差正、負(fù)遷移的判斷如下:當(dāng)H=0時(shí)，若

25、p<o，則為負(fù)遷移。當(dāng)H=0時(shí)，若p>0,則為正遷移。36、熱電偶溫度計(jì)為什么可以用來(lái)測(cè)量溫度？它由哪幾部分組成?各部分有何作用?答：熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)這一原理來(lái)測(cè)量溫度的。熱電偶溫度計(jì)由三部分組成:熱電偶、測(cè)量?jī)x表、連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。熱電偶是系統(tǒng)中的測(cè)溫元件，測(cè)量?jī)x表3是用來(lái)檢測(cè)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)信號(hào)的，可以采用動(dòng)圈式儀表或電位差計(jì)，導(dǎo)線2用來(lái)連接熱電偶與測(cè)量?jī)x表。為了提高測(cè)量精度，一般都要采用補(bǔ)償導(dǎo)線和考慮冷端溫度補(bǔ)償。38.用熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?其冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N?答：采用補(bǔ)償導(dǎo)線后，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸

26、到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是0。而工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度一熱電勢(shì)關(guān)系曲線是在冷端溫度保持為0的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關(guān)系曲線進(jìn)行刻度的，由于操作室的溫度往往高于0，而且是不恒定的，這時(shí)，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)必然偏小，且測(cè)量值也隨冷端溫度變化而變化，這樣測(cè)量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，又有將冷端溫度保持為0，或者進(jìn)行一定的修正才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N:(1）冷端溫度保持為0的方法;(2)冷端溫度修正方法;（3)校正儀表零點(diǎn)法;(4)補(bǔ)償電橋法;(5)補(bǔ)償熱電偶法.37.

27、常用的熱電偶有哪兒種?所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線是什么?為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線?并說明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪幾點(diǎn)?答：工業(yè)上常用的熱電偶有如下幾種: 鉑銠30-鉑銠6熱電偶(也稱雙鉑銠熱電偶); 鉑銠10-鉑熱電偶;鎳鉻一鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶;鎳鉻一康銅（鎳鉻一銅鎳)熱電偶。在實(shí)踐中，人們找到了適合與各種型號(hào)的熱電偶配用的補(bǔ)償導(dǎo)線。詳見下表; 由熱電偶測(cè)溫原理知道，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當(dāng)然也可以把熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作端，但是這

28、樣做會(huì)多消耗許多貴重金屬材料口解決這一間題的方法是采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，這種專用導(dǎo)線稱為“補(bǔ)償導(dǎo)線”。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接端所處的溫度不應(yīng)超過10039.試述熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和儀表? 輸入、輸出信號(hào)各是什么?答：熱電偶溫度計(jì)包括感溫元件熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及銅線和測(cè)量?jī)x表。熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過測(cè)溫元件熱電偶轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的變化來(lái)側(cè)量溫度的。所以，其輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)。熱電阻溫度計(jì)包括感溫元件熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表。熱電阻溫度計(jì)是把溫度的變化通過測(cè)溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化

29、來(lái)測(cè)量溫度的。所以，其輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是電阻值。 1，什么叫絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和引用誤差?解：（1）絕對(duì)誤差 對(duì)同一參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表指示值x與標(biāo)準(zhǔn)表的指示值之差稱為絕對(duì)誤差 ，即 標(biāo)準(zhǔn)表的指示值 x。稱作為標(biāo)準(zhǔn)值或真實(shí)值。     絕對(duì)誤差的單位與指示值的單位相同，有正、負(fù)之分。符號(hào)為“+”時(shí)，表示指示值高于標(biāo)準(zhǔn)值;符號(hào)為“一”時(shí)，表示指示值低于標(biāo)準(zhǔn)值.（2）相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差的大小并不能完全精確地判斷測(cè)量的準(zhǔn)確程度。原因是，同樣的絕對(duì)誤差，相對(duì)于很大的被測(cè)量來(lái)說是小的，甚至可以忽略不計(jì)，但相對(duì)較小的被測(cè)量來(lái)說，則是很大的，應(yīng)引起足夠多的重視，這樣就引

30、出了相對(duì)誤差。說，儀表某點(diǎn)指示值的相對(duì)誤差就是該點(diǎn)的絕對(duì)誤差與該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值之比的百分?jǐn)?shù)，可表示為:相對(duì)誤差沒有單位 （3）引用誤差 即折合誤差，又稱相對(duì)百分誤差。它是校驗(yàn)過程中儀表的最大絕對(duì)誤差相對(duì)儀表標(biāo)尺范圍（量程范圍）的百分?jǐn)?shù)。5.什么是儀表的精度和精度等級(jí)，怎樣進(jìn)行計(jì)算?解:儀表的精度是衡量?jī)x表準(zhǔn)確程度的一個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。精度是相對(duì)百分誤差的最大值，去掉百分號(hào)(%)可確定儀表的精度等級(jí)K。每臺(tái)儀表都有自己的精度和精度等級(jí)，例如某臺(tái)儀表在說明書中給出精度為士1.5%，相應(yīng)的在儀表的刻度盤上標(biāo)出精度等級(jí)1. 5o我國(guó)儀表精度等級(jí)常用的有以下幾種:儀表的精度等級(jí)愈小側(cè)量精度愈高。它是儀表

31、本身固有的技術(shù)指標(biāo)。知道儀表的精度等級(jí)和量程范圍就可算出儀表允許的最大絕對(duì)誤差。反之，知道允許的最大絕對(duì)誤差和量程范圍，就可以求出儀表的精度等級(jí)。10.在DDZ- III型儀表中，為什么現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間采用420mA電流信號(hào)，而控制室內(nèi)部都采用1-5V電壓信號(hào)?解:420mA電流信號(hào)適宜在現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間遠(yuǎn)距離傳輸，可以避免傳輸導(dǎo)線上壓降損失引起的誤差。15V電壓信號(hào)適宜于控制室內(nèi)部短距離聯(lián)絡(luò)，儀表之間可以并聯(lián)連接，便于設(shè)計(jì)安裝和維修。 42.用分度號(hào)為K的鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500，而這時(shí)冷端溫度為60。試問:實(shí)際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫

32、度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20;，此時(shí)顯示儀表的指示值應(yīng)為多少?43、用K熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV，冷端(室溫)為25 C，求設(shè)備的溫度?如果改用E熱電偶來(lái)測(cè)溫時(shí)，在相同的條件下，E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少?44.現(xiàn)用一支鎳鉻一銅鎳熱電偶測(cè)某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30，顯示儀表為動(dòng)圈儀表(即XCZ-101），此儀表的機(jī)械零位為0，這時(shí)指示為400 ,若認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430，對(duì)不對(duì)?為什么?正確值為多少? 查表可得:t=422.由上面分析可看出，換熱器的實(shí)際溫度不是簡(jiǎn)單的儀表指示值與冷端溫度之和。而是熱電勢(shì)之和。即儀表指示值所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)E(t、30)加上熱端為

33、30、冷端為30C時(shí)的熱電勢(shì)，由此才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)E (t,0)，這樣查表即可得到實(shí)際溫度t值。20.用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫，熱電偶在工作時(shí)，其冷端溫度t。為30C ，測(cè)得的熱電勢(shì)為33. 29mV,求被測(cè)爐子的實(shí)際溫度。 答：t=830C22.若用鉑鍺10一鉑熱電偶測(cè)量溫度，其儀表指示值為600 ,而冷端溫度為65，在沒有冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，則實(shí)際溫度為665，對(duì)不對(duì)?為什么?正確值應(yīng)是多少?答：不對(duì)。t=639C第五章1.試簡(jiǎn)述控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用。答：控制器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心組成部分。它的作用是將被控變量的測(cè)量值與給定值相比較，產(chǎn)生一定的偏差，控制器根據(jù)該偏差

34、進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。3.控制器的控制規(guī)律是指什么?常用的控制規(guī)律有哪些?答：所謂控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)p與輸人偏差信號(hào)e之間的關(guān)系，即：P=f(e)=f (z-x)式中 z測(cè)量值信號(hào); x給定值信號(hào);f是指某種函數(shù)關(guān)系。常用的控制規(guī)律有位式控制、比例控制(P)、積分控制(I).微分控制(D)以及它們的組合控制規(guī)律，例PI, PD, PID等。5.什么是比例控制規(guī)律?它有什么特點(diǎn)? 答：比例控制規(guī)律(P)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸入偏差信號(hào)變化量e之間成比例關(guān)系，即 p=Kp·e 式中Kp比例放大系

35、數(shù)。比例控制的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快、控制及時(shí)，其缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷改變時(shí)，控制結(jié)果有余差存在。余差的產(chǎn)生是由比例控制本身的特性所決定的。這是由于比例控制器的P與e成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)負(fù)荷改變后，需要產(chǎn)生一定的控制作用P，與之對(duì)應(yīng)必然要有一定的偏差e存在。比例控制規(guī)律是一種基本的控制規(guī)律。但它有余差存在，故只在對(duì)被控變量要求不高的場(chǎng)合，才單獨(dú)使用比例控制作用6.何為比例控制器的比例度?它的大小對(duì)系統(tǒng)過渡過程或控制質(zhì)量有什么影響?答:比例度是反映比例控制器的比例控制作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。在數(shù)值上比例度等于輸入偏差變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為:式中比例度、e輸入(偏差)變化量、 p

36、相應(yīng)的輸出變化量;xrna、一xmin輸入的最大變化量，即儀表的量程;Pmax - Pmin輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。比例度也可以理解為使控制器的輸出變化滿刻度(也就是使控制閥從全關(guān)到全開或相反)時(shí)，相應(yīng)所需的輸入偏差變化量占儀表測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)。比例度越大，表示比例控制作用越弱。減小比例度，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，使系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度提高。7.什么是積分控制規(guī)律?什么是比例積分控制規(guī)律?它有什么特點(diǎn)?答：積分控制規(guī)律是指控制器的輸出變量P與輸入偏差e的積分成正比，即，式中K積分比例系數(shù)。 在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上積分控制作用，便構(gòu)成比例積分控制規(guī)律

37、，其輸出P與輸入e的關(guān)系為; 積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制緩慢，但能消除余差。比例積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制既及時(shí)，又能消除余差。8.什么是微分控制與比例微分控制?它有什么特點(diǎn)?答：微分控制規(guī)律是指控制器的輸出變化量p與輸入偏差e的變化速度成正比，即: 式中T微分時(shí)間在比例控制的基礎(chǔ)上。再加上微分控制作用，便構(gòu)成比例微分控制規(guī)律。其輸出p與輸入e擴(kuò)的關(guān)系為: 微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是有一定的超前控制作用，能抑制系統(tǒng)振蕩，增加穩(wěn)定性(但微分作用不宜過強(qiáng))。在控制系統(tǒng)中，一般不單獨(dú)使用微分作用，而是與比例作用同時(shí)使用。如果要消除余差，就得再加上積分控制作用，構(gòu)成比例積分微分三作用控制規(guī)律(PID)9、什么是

38、積分時(shí)間T?它對(duì)系統(tǒng)過渡過程有什么影響? 答：積分時(shí)間T1，是用來(lái)表示積分控制作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。積分時(shí)間越小，表示積分控制作用越強(qiáng)，數(shù)值上T，式中K1是積分比例系數(shù)。 積分時(shí)間T的減小.會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)性能變差.但能加快消除余差的速度。提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度。10、什么是微分時(shí)間T？它對(duì)系統(tǒng)過渡過程有什么影響? 答：微分時(shí)間是用來(lái)表示微分控制作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。微分時(shí)間T越大，表示微分控制作用越強(qiáng)。增加微分時(shí)間T,，能克服對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分時(shí)間不能太大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響比例度比例度越大，表示比例控制作用越弱。減小

39、比例度，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，使系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度提高。積分時(shí)間T積分時(shí)間T的減小.會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)性能變差.但能加快消除余差的速度。提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度。微分時(shí)間T增加微分時(shí)間T,，能克服對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分時(shí)間不能太大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。12.試分別寫出QDZ , DDZ- II型、DDZ-型儀表的信號(hào)范圍。型號(hào)信號(hào)范圍QDZ20 100kPa氣壓信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)控制室內(nèi)聯(lián)絡(luò)信號(hào)DDZ-II010mA DC02V DCDDZ-III420mA DC15V DC 14.與DDZ-II型儀表相比，DDZ一 I

40、II型儀表有何特點(diǎn)?答:其主要特點(diǎn)有; (1)采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為420mA DC: ,控制室內(nèi)聯(lián)絡(luò)信號(hào)為15V DC; (2)采用線性集成電路，使可靠性提高、維修工作量減少; (3)由電源箱集中統(tǒng)一供給24V DC電源，并有蓄電池作為備用電源; (4)結(jié)構(gòu)合理、功能多樣;(5)整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。1.目前在化工生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)，常用控制器的控制規(guī)律有位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。試分別說明它們的輸入輸出關(guān)系·在階躍輸入下的響應(yīng)、優(yōu)缺點(diǎn)及使用場(chǎng)合?？刂埔?guī)律輸入e與輸出p(或p)的關(guān)系式

41、階躍作用下的響應(yīng)（階躍幅值為A）優(yōu)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合位式P=Pmax(e>0)P=Pmin(e<0) Ü結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ;價(jià)格便宜 ;控制質(zhì)量不高 ;被控變量會(huì)振蕩 對(duì)象容量大 ,負(fù)荷變化小 ,控制質(zhì)量要求不高 ,允許等幅振蕩 比例（P）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ;控制及時(shí) ;參數(shù)整定方便 ;控制結(jié)果有余差 對(duì)象容量大 ,負(fù)荷變化不大、純滯后小 ,允許有余差存在 ,例如一些塔釜液位、貯槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)等 比例積分PI能消除余差 ;積分作用控制緩慢 ;會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差 對(duì)象滯后較大 ,負(fù)荷變化較大 ,但變化緩慢 ,要求控制結(jié)果無(wú)余差。此種規(guī)律廣泛應(yīng)用于壓力、流量、

42、液位和那些沒有大的時(shí)間滯后的具體對(duì)象 比例微分PD響應(yīng)快、偏差小、能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性;有超前控制作用,可以克服對(duì)象的慣性;控制結(jié)果有余差對(duì)象滯后大,負(fù)荷變化不大,被控變量變化不頻繁,控制結(jié)果允許有余差存在 比例積分微分PID控制質(zhì)量高;無(wú)余差;參數(shù)整定較麻煩 對(duì)象滯后大;負(fù)荷變化較大,但不甚頻繁;對(duì)控制質(zhì)量要求高。例如精餾塔、反應(yīng)器、加熱爐等溫度控制系統(tǒng)及某些成分控制系統(tǒng) 分別說明比例、積分、微分控制對(duì)控制系統(tǒng)的作用。 答案：比例控制影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；積分控制的作用是可以消除系統(tǒng)余差；微分控制可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，克服對(duì)象容量滯后的影響。答案：第六章1氣動(dòng)執(zhí)行器主要由

43、哪兩部分組成?各起什么作用?答:氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)(閥)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置.它根據(jù)控制信號(hào)(由控制器來(lái))壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置.控制機(jī)構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。10.什么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式?其選擇原則是什么?答:隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號(hào)的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關(guān)式。氣開、氣關(guān)式的選擇主要是由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的。一般來(lái)講，閥全開時(shí)，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的選氣開式;閥全關(guān)時(shí)

44、，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的應(yīng)選擇氣關(guān)式。14.試述電一氣轉(zhuǎn)換器及電一氣閥門定位器在控制系統(tǒng)中的作用。 答:電一氣轉(zhuǎn)換器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣信號(hào)的一種裝置。在控制系統(tǒng)中，如果所使用的控制器是電動(dòng)控制器，其輸出信號(hào)為010mA DC或4 20mA DC，但所選擇的執(zhí)行器為氣動(dòng)執(zhí)行器，其輸入信號(hào)一般為20100kPa。這時(shí)就需要采用電一氣轉(zhuǎn)換器，先將控制器的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣信號(hào)，才能為氣動(dòng)執(zhí)行器所接受。 電一氣閥門定位器除了能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)外，還能夠使閥桿位移與送來(lái)的信號(hào)大小保持線性關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)控制器來(lái)的輸入信號(hào)與閥門位置之間關(guān)系的準(zhǔn)確定位，故取名為定位器。定位器可以使用在閥的不平

45、衡力較大或閥桿移動(dòng)摩擦力較大等場(chǎng)合，同時(shí)還可以利用定位器來(lái)改變閥的流量特性，改變執(zhí)行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使閥在不同的信號(hào)段范圍內(nèi)作全行程移動(dòng)。 4。圖6-2表示一受壓容器，采用改變氣體排出量以維持容器內(nèi)壓力恒定，試間控制閥應(yīng)選擇氣開式還是氣關(guān)式?為什么?解:在一般情況下，應(yīng)選擇氣關(guān)式。因?yàn)樵谶@種情況下，控制閥處于全關(guān)時(shí)比較危險(xiǎn)，容器內(nèi)的壓力會(huì)不斷上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超過受壓容器的耐壓范圍，以致?lián)p壞設(shè)備，造成不應(yīng)有的事故。選擇氣關(guān)式，可以保證在氣源壓力中斷時(shí)，控制閥自動(dòng)打開，以使容器內(nèi)壓力不至于過高而出事故. 5.圖6-3表示一精餾塔的塔頂溫度控制系統(tǒng)，試選擇控制閥的氣開、氣關(guān)

46、型式。 解:該系統(tǒng)的目的是通過改變回流量來(lái)維持塔頂溫度恒定，其最終目標(biāo)是為了保證塔頂產(chǎn)品的成分(純度)恒定。采用這種控制方案，說明該精餾過程的操作中。對(duì)塔頂產(chǎn)品成分的要求是較高的，如果塔頂產(chǎn)品的純度不能達(dá)到一定要求，則說明沒有達(dá)到精餾過程的預(yù)定目標(biāo)?；亓髁康拇笮⒅苯佑绊懰敎囟?，也即影響塔頂產(chǎn)品的純度。如果回流量等于零，就會(huì)有大量不合格的產(chǎn)品從塔頂采出，這是不介許的.從這一點(diǎn)考慮，回流量的控制閥處于全關(guān)狀態(tài)比較危險(xiǎn)，所以應(yīng)選擇氣關(guān)閥。當(dāng)氣源壓力中斷時(shí)，控制閥處于開啟狀態(tài)，回流量很大，以避免大量不合格產(chǎn)品從塔頂采出。由于這時(shí)回流量超過規(guī)定數(shù)值，使塔頂產(chǎn)品的純度(輕組分)比要求的還要高，所以會(huì)造

47、成一定的能量浪費(fèi)，降低生產(chǎn)效率，但這是為了在事故狀態(tài)下仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量所付的代價(jià)，是不可避免的。當(dāng)然，以上關(guān)于控制閥開、關(guān)型式的選擇只是從一般的情況來(lái)考慮的，不是絕對(duì)的，有時(shí)還要從工藝狀況的綜合考慮才能最終確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式。6、對(duì)于一臺(tái)現(xiàn)有的氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器，可以通過哪些方法來(lái)改變它的氣開、氣關(guān)型式？解：一般可以通過下列三種方法來(lái)較方便地改變氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式。圖6-4是直通雙座控制閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合方式示意圖。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器的氣關(guān)、氣開型式是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用和控制閥的正裝、反裝組合而定的。其中圖(a)、(d )都是氣關(guān)閥，因?yàn)殡S著氣壓信號(hào)的增加，這兩種情況下，

48、閥芯與閥座之間的流通面積都是減小的，故是氣關(guān)型控制閥。圖(b),(c)都是氣開閥，因?yàn)殡S著氣壓信號(hào)的增加，這兩種情況下，閥芯與閥座之間的流通面積都是增加的，故是氣開型控制閥。改變閥芯的正裝、反裝方式，可以改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。例如圖(a)的閥芯是正裝的，為氣關(guān)閥，如果將閥芯反裝，便成了圖(b)，成了氣開閥。同樣如果將圖(c)中的閥芯由正裝改為反裝，便成了圖(d),圖(c)為氣開閥，圖(d)為氣關(guān)閥。一般控制閥的閥芯與閥桿是采用螺紋連接的，并用圓柱銷固定，根據(jù)需要可以改變其連接方式，這樣就可以改變閥芯的正裝、反裝方式了。 在條件允許時(shí)，通過改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用也可以改變控制閥的氣開、氣

49、關(guān)型式。當(dāng)氣體壓力從膜片上方引進(jìn)時(shí)，為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果將氣體壓力改為從膜片下方引進(jìn)，就可以將執(zhí)行機(jī)構(gòu)由正作用改為反作用，相應(yīng)就可以改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。另外，通過改變閥門定位器中的凸輪安裝方式，可以改變引入膜頭的氣壓信號(hào)的變化方向與控制器來(lái)的氣壓信號(hào)的變化方向之間的關(guān)系。例如控制器來(lái)的信號(hào)增加時(shí).凸輪正裝，膜頭上的氣壓信號(hào)如果是增加的，若將凸輪反裝，膜頭上的氣壓信號(hào)就會(huì)減小。這樣亦可以相應(yīng)地改變控制閥的氣開、氣關(guān)型式。5、圖6-10為一加熱爐原料油出口溫度控制系統(tǒng)，試確定系統(tǒng)中控制閥的氣開、氣關(guān)型式。答：一般情況下，應(yīng)選氣開閥，以免燒壞爐子。第七章1.何為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)?試畫出簡(jiǎn)單控制

50、系統(tǒng)的典型方塊圖。答：所謂簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，通常是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及傳感器(或變送器)、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此有時(shí)也稱為單回路控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的典型方塊圖如圖7-1所示。5.試述自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律及其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。 答:控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律有比例(P)、比例積分(PI )、比例積分微分(PID)控制規(guī)律。 比例控制規(guī)律是控制器的輸出信號(hào)與它的輸入信號(hào)(給定值與測(cè)量值的偏差)成比例。它的特點(diǎn)是控制及時(shí)，克服干擾能力強(qiáng)，但在系統(tǒng)負(fù)荷變化后，控制結(jié)果有余差。這種控制規(guī)律適用于對(duì)象控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、對(duì)控制要求不高的場(chǎng)合。 比例積

51、分控制規(guī)律是控制器的輸出信號(hào)不僅與輸入信號(hào)成比例，而且與輸人信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分成比例。它的特點(diǎn)是能夠消除余差，但是積分控制作用比較緩慢、控制不及時(shí)。這種控制規(guī)律適用于對(duì)象滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制結(jié)果不允許有余差存在的系統(tǒng)。比例積分微分控制規(guī)律是在比例積分的基礎(chǔ)上再加上微分作用，微分作用是控制器的輸出與輸入的變化速度成比例，它對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。這種控制規(guī)律適用于對(duì)象容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。6.為什么要考慮控制器的正、反作用?如何選擇? 答:在控制系統(tǒng)中，要正確選擇控制器的作用方向.即“正”、“反”作用。選擇控制器的正、反作用的目的是使系統(tǒng)中控制器、執(zhí)行

52、器、對(duì)象三個(gè)環(huán)節(jié)組合起來(lái)，能在系統(tǒng)中起負(fù)反饋的作用。 選擇控制器正、反作用的一般步驟是首先由操縱變量對(duì)被控變量的影響方向來(lái)確定對(duì)象的作用方向，然后由工藝安全條件來(lái)確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式，最后由對(duì)象、執(zhí)行器、控制器三個(gè)環(huán)節(jié)作用方向組合后為“負(fù)”來(lái)選擇執(zhí)行器的正、反作用。7.被控對(duì)象、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向各是怎樣規(guī)定的?答:被控對(duì)象的正、反作用方向規(guī)定為:當(dāng)操縱變量增加時(shí)，被控變量也增加的對(duì)象屬于“正作用”的;反之，被控變量隨操縱變量的增加而降低的對(duì)象屬于“反作用”的。執(zhí)行器的作用方向由它的氣開、氣關(guān)型式來(lái)確定。氣開閥為“正”方向;氣關(guān)閥為“反”方向。如果將控制器的輸入偏差信號(hào)定義為

53、測(cè)量值減去給定值，那么當(dāng)偏差增加時(shí)，其輸出也增加的控制器稱為“正作用”控制器;反之，控制器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減小的稱為反作用”控制器。 8.控制器參數(shù)整定的任務(wù)是什么?工程上常用的控制器參數(shù)整定有哪幾種方法?答:控制器參數(shù)整定的任務(wù)是:根據(jù)已定的控制方案，來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)值(包括比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間T)，以便使系統(tǒng)能獲得好的控制質(zhì)量。控制器參數(shù)整定的方法有理論計(jì)算和工程整定兩大類，其中常用的是工程整定法。屬于控制器參數(shù)的工程整定法主要有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)湊試法等。1.圖7-2所示為一蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)。 (1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、被控對(duì)象各是什么

54、? (2)該系統(tǒng)可能的干擾有哪些?(3)該系統(tǒng)的控制通道是指什么? (4)試畫出該系統(tǒng)的方塊圖. (5)如果被加熱物料過熱易分解時(shí)，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用。 (6)試分析當(dāng)冷物料的流量突然增加時(shí)，系統(tǒng)的控制過程及各信號(hào)的變化情況。 解:(1)該系統(tǒng)的被控對(duì)象是蒸汽加熱器，被控變量是被加熱物料的出口溫度，操縱變量是加熱蒸汽的流量。(2)該系統(tǒng)可能的干擾有加熱蒸汽壓力;冷物料的流量及溫度;加熱器內(nèi)的傳熱狀況(例結(jié)垢狀況);環(huán)境溫度變化等。(3)該系統(tǒng)的控制通道是指由加熱蒸汽流量變化到熱物料的溫度變化的通道。(4)方塊圖如圖7-3所示。 (5)由于被加熱物料過熱易分解，為避

55、免過熱，當(dāng)控制閥上氣源中斷時(shí)，應(yīng)使閥處于關(guān)閉狀態(tài)，所以控制閥應(yīng)選氣開型式。 由于加熱蒸汽流里增加時(shí)，被加熱物料出口溫度是增加的.故該系統(tǒng)中的對(duì)象是屬于“+”作用方向的。閥是氣開型式，也屬于“+”作用方向。為使系統(tǒng)具有負(fù)反饋?zhàn)饔茫刂破鲬?yīng)選“一”作用的，即反作用方向的。(6)當(dāng)冷物料流量突然增大時(shí)，會(huì)使物料出口溫度T 下降。這時(shí)由于溫度控制器TC是反作用的，故當(dāng)側(cè)量值z(mì)下降時(shí)，控制器的輸出信號(hào)u上升，即控制閥膜頭上的壓力上升。由于閥是氣開型式的，故閥的開度增加，通過閥的蒸汽流量也相應(yīng)增加，于是會(huì)使物料出口溫度上升，起到因物料流量增加而使溫度下降相反的作用，故為負(fù)反饋?zhàn)饔?。所以該系統(tǒng)由于控制作用的結(jié)果，能自動(dòng)克服干擾對(duì)被控變量的影響，使被控變量維持在恒定的數(shù)值上。 3.試確定圖7-5所示系統(tǒng)中控制閥的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用(圖7-5為一冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能太低，否則容易結(jié)晶)。 解：由于被冷卻物料溫度不能太低，當(dāng)控制閥膜頭上氣源突然中斷時(shí)，應(yīng)使冷劑閥處于關(guān)閉狀態(tài)，以避免大量冷劑流入冷卻器，所以應(yīng)選擇氣開閥型式。當(dāng)冷劑流量增大時(shí)，被冷卻物料出口溫度是下降的。故該對(duì)象為“一”作用方向的，而氣開閥是“+”作用方向的，為使整個(gè)系統(tǒng)能起負(fù)反饋?zhàn)饔茫试撓到y(tǒng)中控制器應(yīng)選“十”作用的