過(guò)程控制課后習(xí)地的題目答案詳解

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔第 1 章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？解自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由檢測(cè)變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象等四個(gè)環(huán)節(jié)組成。 1-5 題 1-5 圖為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說(shuō)明圖中PI-307 、 TRC-303 、FRC-305 所代表的意義。題 1-5 圖 加熱器控制流程圖解 PI-307 表示就地安裝的壓力指示儀表，工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為 07；TRC-303 表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為 03；FRC-305 表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為 05。

2、 1-7 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？解 測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）送往控制器；控制器接受測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，與工藝上需要保持的被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值來(lái)改變閥門的開啟度，從而改變操縱變量的大小。1-8試分別說(shuō)明什么是被控對(duì)象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質(zhì)？解：被控對(duì)象（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(guò)程、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。被控變量 被控

3、對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。 控系統(tǒng)通常用該變量的名稱來(lái)稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。給定值（或設(shè)定值或期望值） 人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。操縱變量（調(diào)節(jié)變量） 對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量。或?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。操縱介質(zhì) (操縱劑 ) 用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制作用的物料。1-11 題 l-11 圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、 B 兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)， 通過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控精彩文案制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及可能

4、影響被控變量的干擾是什么？并說(shuō)明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。題 1-11 圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖題解 1-11 圖反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度；操縱變量：冷卻水流量?？赡苡绊懕豢刈兞康母蓴_因素主要有 A 、B 兩種物料的溫度、 進(jìn)料量， 冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時(shí)，其測(cè)量值與給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度控制器運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1-

5、12 題 1-11 圖所示的溫度控制系統(tǒng)中，如果由于進(jìn)料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值， 試說(shuō)明此時(shí)該控制系統(tǒng)的工作情況， 此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)控制作用來(lái)克服干擾作用對(duì)被控變量影響的？解：當(dāng) 反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值（即升高）時(shí)，溫度測(cè)量元件測(cè)出溫度值與給定值比較，溫度控制器 TC 將比較的偏差經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)，這樣克服干擾作用對(duì)被控變量影響1-13 按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分哪幾類？解：按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為以下三類：定值控制系統(tǒng) 給定值恒定的控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)） 給定值隨

6、機(jī)變化的系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng) 給定值按一定時(shí)間程序變化的系統(tǒng)。1-19 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(900 10)。考慮安全因素，控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò)80?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如題1-19 圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超2實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間 （被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的1%（即 900 （ 1% ）= 9）的時(shí)間） ，并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？題 1-19 圖 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線解 最大偏差 A=950 900=50 （）；超調(diào)量 B=950908=42 （）；由于

7、 B =918908=10 （），所以，衰減比n=B: B =42: 10=4.2；余差 C=908900=8 ；振蕩周期T=45 9=36(min) ；過(guò)渡時(shí)間ts=47min 。因?yàn)?A=50 <80 ， C=8<10 ，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。 1-20 題 l-20(a) 圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對(duì)象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從 80提高到 81，當(dāng)儀表給定值階躍變化后， 被控變量的變化曲線如題 1-20(b) 圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比和余

8、差（提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新的給定值為81）。題 1-20 圖 蒸汽加熱器溫度控制解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。精彩文案題解 1-20 圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對(duì)象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量?？赡艽嬖诘母蓴_主要有：進(jìn)口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差A(yù)=81.5 81=0.5（）；由于 B=81.5 80.7=0.8（），B =80.9 80.7=0.2（），所以，衰減比 n=B: B =0.8: 0.2=4；余差 C=80.7 81=0.3（）。2-1

9、什么是對(duì)象特性？為什么要研究對(duì)象特性？解對(duì)象特性就是的對(duì)象的輸出輸入關(guān)系。研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)采用自動(dòng)化裝置組成自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先也必須深入了解對(duì)象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對(duì)控制質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測(cè)量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，也要根據(jù)對(duì)象特性選擇合適的控制器參數(shù) (也稱控制器參數(shù)的工程整定 )，使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。被控對(duì)象的特性對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的影響很大，所以必須對(duì)其深入研究。2-2 何為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？靜態(tài)數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么區(qū)別？解對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描

10、述（方程、曲線、表格等）稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸入量改變以后輸出量的變化情況。穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)是事物特性的兩個(gè)側(cè)面，可以這樣說(shuō)，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是對(duì)象在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例。2-8 反映對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：放大系數(shù)K 、時(shí)間常數(shù)T 和滯后時(shí)間放大系數(shù) K 在數(shù)值上等于對(duì)象 （重新） 處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出變化量與 （引起輸出變化的）輸入變化量之比，即輸出量的變化量K輸入量的變化量對(duì)象的放大系數(shù)K 越大，就表示對(duì)象的輸入量有一定變化時(shí)，對(duì)輸出

11、量的影響越大，或被控變量對(duì)這個(gè)量的變化就越靈敏，所以，K 實(shí)質(zhì)上是對(duì)象的靈敏度。時(shí)間常數(shù) T 是指當(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；或當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)4實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔態(tài)值的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間也越大對(duì)象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時(shí)間表示。對(duì)象的滯后時(shí)間，使對(duì)象的被控變量對(duì)輸入的變化響應(yīng)滯后，控制不及時(shí)。2-11 已知一個(gè)對(duì)象特性是具有純滯后的一階特性，

12、其時(shí)間常數(shù)為5min，放大系數(shù)為10，純滯后時(shí)間為2min，試寫出描述該對(duì)象特性的一階微分方程式。解 該對(duì)象特性的一階微分方程為5 dy(t 2)y(t 2) 10x(t )dt2-12 如題 2-12 圖所示的 RC 電路中，已知 R 5k，C 2000F。試畫出 ei 突然由 0階躍變化到 5V 時(shí)的 eo 變化曲線，并計(jì)算出t T 、 t 2T 、 t 3T 時(shí)的 eo 值。題 2-12 圖RC 電路解 RC 電路的微分方程為Tdeoeoeidt當(dāng) ei=5V 時(shí)，微分方程的解為eo=5(1 et/Tt/10)=5(1e（該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T=RC =5103當(dāng) t=T 時(shí)，eo=5(1

13、e T/T )= 5(1e 1)=3.16V ；當(dāng) t=2T 時(shí)， eo=5(1 e 2T/T )= 5(1 e 2)=4.32V ；當(dāng) t=3T 時(shí)， eo=5(1 e 3T/T )= 5(1 e 3)=4.75V 。) (V)2000 10 6=10s）題解 2-12 圖RC 電路的階躍響應(yīng)曲線2-13 已知一個(gè)簡(jiǎn)單水槽，其截面積為0.5m2，水槽中的液體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在穩(wěn)定的情況下，輸入流量突然在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了0.1m3/h，試畫出水槽液位h 的變化曲線。精彩文案解這是一個(gè)積分對(duì)象，則h1 Q1 dtQ1 dt0.1 t 0.2t (m)AA0.5題解 2-

14、13 圖水槽液位h 的變化曲線2-14 為了測(cè)定某重油預(yù)熱爐的對(duì)象特性，在某瞬間（假定為t0=0）突然將燃料氣流量從2.5t/h 增加到 3.0t/h ，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如題2-14 圖所示。假定該對(duì)象為一階對(duì)象，試寫出描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式（分別以溫度變化量與燃料量變化量為輸出量與輸入量） ，并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時(shí)溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式。題 2-14 圖重油預(yù)熱爐的解（輸入）燃料變化量0,t0;x(t )50 / 6(kg / min), t00.5(t / h)由題圖知 ,該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量(溫度 ) 的變化量y(t) 相對(duì)于輸入 (燃料

15、 )變化量x(t) 的關(guān)系 ( 方程 )為T dy(t )y(t) Kx(t)dt當(dāng) x(t)= A=50/6(kg/min)=const. 時(shí)，方程的解為y(t)=KA(1e t/T)由題圖知， y()=KA =150 120=30 ,則 K=30/A=30/(50/6)=3.6( /(kg/min)首先不考慮延遲， y(t)的變化從 t 0=2min 開始，到 t1=8min 時(shí)，實(shí)際變化時(shí)間 t=6min ，由題圖知6實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔y(t)=y(6)=30(1e 6/T)=145120=25（）由此解出T=3.35(min)所以y(t)=30(1e t/3.35)若考慮滯后時(shí)間=2min

16、，則0,t2 min;y t) 30(1 e (t 2) / 3 .35 ), t2miny(t微分方程為dy (t2)3.35y (t2)3.6x(t )dt系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性，不會(huì)隨輸入信號(hào)的變化而變化，因此，前面求解過(guò)程中所確定的 K 和 T 的值是不變的。 所以，當(dāng)燃料變化量 x(t)= A=1 時(shí)，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式為y (t)=y(t)=3.6(1e (t 2)/3.35)3-1 什么叫測(cè)量過(guò)程？解測(cè)量過(guò)程就是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程3-5 某一標(biāo)尺為 01000的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗(yàn)， 其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果分別為：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) /020040

17、06007008009001000被校表讀數(shù) /02014026047068059031001(1)求出該溫度儀表的最大絕對(duì)誤差值；(2)確定該溫度儀表的精度等級(jí)；(3)如果工藝上允許的最大絕對(duì)誤差為8C，問(wèn)該溫度儀表是否符合要求？解 (1) 校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) / 02004006007008009001000被校表讀數(shù) / 02014026047068059031001絕對(duì)誤差 / 0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對(duì)誤差：+6；(2)儀表誤差：max6100%0.6% ，1000儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)；(3)儀表的基本誤差：m=1000 ( 1.0%)=

18、10 , 該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。精彩文案3-6 如果有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為010MPa ，經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) /MPa0246810被校表正行程讀數(shù) /MPa01.983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù) /MPa02.024.036.068.0310.01(1)求出該壓力表的變差；(2)問(wèn)該壓力表是否符合1 0 級(jí)精度？解 （1）校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) /MPa0246810被校表正行程讀數(shù) /MPa01 983.965.947.979.99被校表反行程讀數(shù) /MPa02.024.036.068.0310.01壓力表的變差 /%00.40.71.20

19、.60.2被校表正、行程讀數(shù)平均值02.003.9956.008.0010.00/MPa儀表絕對(duì)誤差 / MPa00.000.0050.000.000.00由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差：1.2% ；（ 2）儀表誤差：max0.005100%0.5% ；10但是，由于儀表變差為1.2%>1.0% ，所以該壓力表不符合1.0 級(jí)精度。3-7什么叫壓力？表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力(真空度 )之間有何關(guān)系？解（ 1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即P=F/S（壓強(qiáng)）。（ 2）絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力；表壓力 =絕對(duì)壓力 大氣壓力；負(fù)壓力（真空度） =大氣壓力 絕對(duì)壓力3-10作為感受壓力

20、的彈性元件有哪幾種？解 彈簧管式彈性元件、薄膜式彈性元件（有分膜片式和膜盒式兩種） 、波紋管式彈性元件。3-11彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是什么？試述彈簧管壓力計(jì)的主要組成及測(cè)壓過(guò)程。解：（ 1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測(cè)出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測(cè)壓力p 的大小。（ 2）彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。（ 3）彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過(guò)程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大機(jī)構(gòu)將這個(gè)很小的位移量放大從而帶動(dòng)指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。3-14 電容式壓力傳感器的工作

21、原理是什么？有何特點(diǎn)？解見(jiàn)教材第3 章 3.2.5 節(jié)。當(dāng)差動(dòng)電容傳感器的中間彈性膜片兩邊壓力不等時(shí)，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差）。8實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔其特點(diǎn)：輸出信號(hào)與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表壓、差壓、流量、液位等的測(cè)量。·試簡(jiǎn)述智能型變送器的組成及特點(diǎn)？答：智能型變送器的特點(diǎn)是： (1) 可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信， 利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇與標(biāo)定； (2)精確度高，使用與維護(hù)方便； (3)通過(guò)編制各種程序，使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式告警

22、等多種功能，因而提高了變送器的精確度，簡(jiǎn)化了調(diào)整、 校準(zhǔn)與維護(hù)過(guò)程； (4)促使變送器與計(jì)算機(jī)、 控制系統(tǒng)直接對(duì)話， (5) 長(zhǎng)期穩(wěn)定工作能力強(qiáng)，每五年才需校驗(yàn)一次。3-15 某壓力表的測(cè)量范圍為0 1MPa ，精度等級(jí)為1.0級(jí)，試問(wèn)此壓力表允許的最大絕對(duì)誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為0.5MPa 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為 0.508MPa ，試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級(jí)精度，為什么？解 壓力表允許的最大絕對(duì)誤差為max =1.0MPa1.0%=0.01MPa在校驗(yàn)點(diǎn)0.5MPa 處，絕對(duì)誤差為=0.5 0.508= 0.008(MPa)該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為0.00

23、81.57%100%0.508故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合1.0 級(jí)精度。3-16為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要根據(jù)測(cè)量大小來(lái)選取？選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值有何問(wèn)題？解 （ 1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓情況，對(duì)儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實(shí)際使用時(shí)的測(cè)量誤差，儀表的量程又不宜選得過(guò)大。（ 2）由于儀表的基本誤差 m 由其精度等級(jí)和量程決定， 在整個(gè)儀表測(cè)量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值這樣會(huì)加大測(cè)量誤差。3-17 如果某反應(yīng)器最大壓力為 0.8MPa ，允許最大絕對(duì)誤差為 0.01MPa ?，F(xiàn)

24、用一臺(tái)測(cè)量范圍為 01.6MPa ，精度為 l.0 級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量， 問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為 01.0MPa ，精度為 1.0 級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎？試說(shuō)明其理由。解用 01.6MPa 、精度為 l.0 級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差 1max=1.6MPa 1.0%=0.016MPa>0.01MPa( 允許值 )該表不符合工藝上的誤差要求。用 01.0MPa 、精度為l.0 級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差2max=1.0MPa1.0%=0.01MPa>0.01MPa( 允許值 )該表符合工藝上的誤差要求。3-18 某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工

25、作壓力范圍為1.11.6MPa ，工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5，試選擇一臺(tái)合適的壓力計(jì)(類型、精彩文案測(cè)量范圍、精度等級(jí))，并說(shuō)明其理由。解 空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限 pmin=1.1MPa ，工作壓力上限 pmax=1.6MPa 。設(shè)所選壓力表量程為 p，則根據(jù)最大、 最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有pmax3 pp4 pmax41.62.13( MPa )433pmin1 pp3 pmin31.13.3( MPa )3根據(jù)壓力表量程系列（附表1），可選 YX-150型、測(cè)量范圍為 02.5MPa 的電接點(diǎn)壓力表。根據(jù)測(cè)量誤差要求

26、，測(cè)量的最大誤差為max1.1 5%=0.055(MPa)則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足max0.055100%2.2%2.50要求，故可選精度等級(jí)為1.5 級(jí)的壓力表。3-19 某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa ，要求誤差不超過(guò) 0.4MPa ，試選用一臺(tái)就地指示的壓力表 (給出型號(hào)、測(cè)量范圍、精度等級(jí))。解 合成塔控制壓力14MPa 為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為p，則p51423.3( MPa )3根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選 YX-150 型、測(cè)量范圍為 025MPa 的電接點(diǎn)壓力表。根據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足0.4100%1.6%max25要求，

27、故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。3-20 現(xiàn)有一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa ，精度為1.5 級(jí)的普通彈簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果為：被校表讀數(shù) /MPa0 00 40 81 21 6標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa0 0000 3850 7901 2101 595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa00000 4050 8101 2151595試問(wèn)這臺(tái)表合格否？它能否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（該貯罐工作壓力為0.81.0MPa ，測(cè)量的絕對(duì)誤差不允許大于0.05MPa ）？解 壓力表的校驗(yàn)表 3-1 壓力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果被校表讀數(shù) /MPa0.00.40.81.21.6最大誤差標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù) /M

28、Pa0.0000.3850.7901.2101.595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù) /MPa0.0000.4050.8101.2151.595升降變差 /MPa0.0000.0200.0200.0050.0000.02010實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔標(biāo)準(zhǔn)表上、下行程讀數(shù)平均值/MPa0.0000.3950.8001.21251.595絕對(duì)誤差 /MPa0.0000.0050.000-0.0130.005-0.013儀表的最大引用誤差（從絕對(duì)誤差和升降變差中選取絕對(duì)值最大者做為m，求儀表的最大引用誤差）maxm100%0.020100% 1.25%PF S1.6所以，這臺(tái)儀表1.5 級(jí)的精度等級(jí)合格?？諝赓A罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)

29、壓力， 且 pmax =1.0MPa 1.6 2/3MPa ；pmin=0.8MPa 1.6 1/3MPa；最大誤差 max=1.6 1.5%=0.024MPa 0.05MPa 。所以這臺(tái)儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。3-24什么叫節(jié)流現(xiàn)象？流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生靜壓差？解：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變，造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。3-28 為什么說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)？解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)，轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓差p 為一常數(shù)，即p p1

30、p2V tf gA=const.（恒量）3-32 用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)氣壓為0.65MPa 、溫度為 40的 CO 2 氣體的流量時(shí)，若已知流量計(jì)讀數(shù)為 50L/s，求 CO 2 的真實(shí)流量（已知 CO 2 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為1.977kg m3）。解 由題知： p0 =0.101325MPa ， p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa) ； T0=293K ，T 1=273+40=313 （ K ）； 0=1.293kg/Nm3； 1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s 。則0p1T0Q01.2930.751325293Q1p0T11.9770.10132550 10

31、5(L / s)13133-33 用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量范圍為0 10L/min ，轉(zhuǎn)子用密度為37920kg m的不銹鋼制成，若用來(lái)測(cè)量密度為0.831kg L 苯的流量，問(wèn)測(cè)量范圍為多少？若這時(shí)轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750kg m3 的鋁制成，問(wèn)這時(shí)用來(lái)測(cè)量水的流量及苯的流量，其測(cè)量范圍各為多少？解 由題知 t=7920kg m3 ， f=0.831kg L=831kg m3， W=1000 m3， Q0=10 L/min 測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為KQtwftfw(79201000)831(7920831)10000.9Qr=Q0/KQ=10/0.9 11.1(L/min)所以，苯的流量

32、測(cè)量范圍為0 11.1L/min 。當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)，r=2750kg m3，此時(shí)測(cè)水的流量的修正系數(shù)為精彩文案K rQtw(79201000)227501000rwQr0=Q0/K rQ=10/2=5(L/min)所以，此時(shí)測(cè)水的流量的測(cè)量范圍為0 5L/min測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為rwfK fQrfw(27501000)831(2750831)10000.87Qrf=Qr0/KfQ =5/0.87=5.75 （ L/min ）所以，此時(shí)測(cè)苯的流量的測(cè)量范圍為0 5.75L/min 。3-36 渦輪流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)是什么？解：（ 1）渦輪流量計(jì)的工作原理：流體在管道中流動(dòng)時(shí)使葉輪旋轉(zhuǎn)

33、，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，反映流體流速的大小 。流速與管道截面的乘積就是流體的流量。（ 2）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：安裝方便、測(cè)量精度高、可耐高壓、反應(yīng)快、便于遠(yuǎn)傳、不受干擾、容易磨損等特點(diǎn)。3-37 電磁流量計(jì)的工作原理是什么？它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求？解電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 電磁感應(yīng) 原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比。電磁流量計(jì)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。3-46 什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題？怎樣進(jìn)行遷移？其實(shí)質(zhì)是什么？解 （ 1）當(dāng)被測(cè)容器的液位

34、H=0 時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓差p 0 的現(xiàn)象，稱為液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移，3-48 測(cè)量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況)時(shí)，經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐 (見(jiàn)題 3-19 圖 )，問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)如何考慮？題 3-19 圖高溫液體的液位測(cè)量解：差壓液位計(jì)正壓室壓力p1= gh1+gH+p012實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔負(fù)壓室壓力p2 = gh2+ p 0正、負(fù)壓室的壓差p=p1 p2=gH (h2 h1)gH=0 時(shí)，p=(h2 h1)g。這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使H=0 時(shí)，p=0 ，該差壓變送器測(cè)液位時(shí)需要零點(diǎn)遷移，遷移量為(h2 h

35、1)g3-54 什么是熱電偶的熱電特性？熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成？解：（ 1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金） A 和 B 組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶） ，若兩接觸點(diǎn)溫度 (T、T0) 不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝克（Seebeck）效應(yīng)?；芈分械碾妱?shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，用EAB (T， T0)或 EAB (t， t 0).（ 2）熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。3-22常用的熱電偶有哪幾種？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(shuō)明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪幾點(diǎn)？解：（1）常用的熱電偶有如下幾種：（ 2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下

36、：（ 3）用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場(chǎng)變化的影響并與測(cè)量電路相連接。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持延伸電極與熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等。3-56 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？解：（ 1）熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng) T0（或 t0）恒定是才是被測(cè)溫度 T（或 t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以 T0 0為參考溫度條件下測(cè)試制定的， 只有保持 T0 0，才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若 T0 0，則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。（ 2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L(zhǎng)導(dǎo)線法，0恒溫法，冷端

37、溫度修正法，冷端溫度精彩文案自動(dòng)補(bǔ)償法等。3-57 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？解： 熱電偶溫度計(jì)由熱電偶（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；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)由熱電阻（感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是電阻。3-58 用 K 型熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV ，冷端（室溫）為25C，求設(shè)備的溫度？如果改用 E 型熱電偶來(lái)測(cè)溫， 在相同的條件下， E 熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？解用 K 型熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)設(shè)備的溫度為t，則 E(t， 25)=20mV ，查 K 型熱電偶分度表

38、， E(25， 0)=1.000mV 。根據(jù)中間溫度定律，E(t，0)= E(t ，25)+ E(25 ， 0)=20+1.0=21.000 mV反查 K 型熱電偶分度表，得t=508.4若改用 E 型熱電偶來(lái)測(cè)次設(shè)備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測(cè)得熱電勢(shì)為EE(508.4，25)= EK (508.4， 0)EK (25， 0)=37678.6 1496.5=36182.1V 36.18mV 。3-59 現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30，顯示儀表的機(jī)械零位在0時(shí)，這時(shí)指示值為400，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430對(duì)不對(duì)？為什么？正確值為多少度？解認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度

39、為430不對(duì)。設(shè)換熱器內(nèi)的溫度為t，實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為E(t，30)，根據(jù)顯示儀表指示值為400，則有E(t， 30)= E(400，0)，由中間溫度定律并查鎳鉻 -銅鎳（ E 型）熱電偶分度表，有 E(t ， 0)= E(t， 30)+ E(30， 0)= E(400， 0)+ E(30， 0)=28943+1801=30744 V反查鎳鉻 -銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度t=422.5 3-60試述熱電阻測(cè)溫原理？常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N？熱電阻的分度號(hào)主要有幾種？相應(yīng)的 R0 各為多少？解：（ 1）熱電阻測(cè)溫原理 ：電阻溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。（ 2）常用測(cè)溫?zé)?/p>

40、電阻有：鉑熱電阻和銅熱電阻。（ 3）鉑熱電阻的分度號(hào)主要有：Pt100，（ R0=100）；Pt50，（ R0=50）；Pt1000，（ R0 =1000）；等銅熱電阻的分度號(hào)主要有：Cu100 ，（ R0=100）；Cu50，（R0=50）；等3-62 用分度號(hào)為Ptl00 鉑電阻測(cè)溫， 在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了Cul00 的分度表， 查得的溫度為140，問(wèn)實(shí)際溫度為多少？解 查 Cul00 的分度表， 140對(duì)應(yīng)電阻為 159.96 ，而該電阻值實(shí)際為 Ptl00 鉑電阻測(cè)溫時(shí)的電阻值，反查 Ptl00 的分度表，得實(shí)際溫度為 15714實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔3-63 用分度號(hào)為 Cu50、百度電阻比 W(1

41、00)= R100/R0=1.42 的銅熱電阻測(cè)某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為 50時(shí)，該熱電阻的阻值R50 為多少？ 若測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為92 ，該環(huán)境溫度為多少？解分 度 號(hào) 為 Cu50 、 百 度 電 阻 比W(100)=1.42 的 銅 熱 電 阻 ， 其 R0 =50，R100=50 1.42=71 。則該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度k 為71500.21( / )k0100被測(cè)溫度為 50時(shí)，電阻值 R50=50 +0.21 / 50 =60.5 。當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值Rt=92 ，則對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為t=(92 50)/0.21=200 。第 4章 顯示儀表4-

42、10 對(duì)于標(biāo)尺始端為0的電子電位差計(jì)，當(dāng)熱電偶的熱端為0，冷端為25時(shí)，問(wèn)這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸入信號(hào)為多少？若熱端為0，冷端也為0時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸入信號(hào)為多少？解當(dāng)熱電偶的熱端為0，冷端為25時(shí)，應(yīng)指示0；輸入信號(hào)為E(0， 25)=E(25， 0)。若熱端為0，冷端也為0時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示0；輸入信號(hào)為E(0， 0)=0。4-12 如題 4-12 圖所示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的型號(hào)為K ，請(qǐng)回答：(1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？(2)顯示儀表應(yīng)采用哪種儀表？該儀表的輸入信號(hào)是多少？應(yīng)指示多少溫度？題 4-12 圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)圖解 （ 1）這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。（ 2）顯示儀表應(yīng)

43、采用 XCZ-101 型動(dòng)圈式顯示儀表或電子電位差計(jì)顯示儀表；儀表的輸入信號(hào)是 K 型熱電偶的熱電勢(shì) E(600 ， 25)，E(600， 25)= E(600， 0) E(25， 0)=24902 1000=23902（ V ）；指示溫度應(yīng)為 600（顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，能直接顯示被測(cè)溫度）。4-13 測(cè)溫系統(tǒng)如題 4-13 圖所示。請(qǐng)說(shuō)出這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？已知熱電偶為K ，但錯(cuò)用與 E 配套的顯示儀表，當(dāng)儀表指示為160時(shí)，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際溫度tx 為多少度？（室溫為 25）精彩文案題 4-13 圖 測(cè)溫系統(tǒng)圖解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。當(dāng)與 E 型熱電偶配套的顯示儀表指

44、示為160、室溫為 25時(shí)，顯示儀表的輸入信號(hào)應(yīng)為 E 型熱電偶在熱端為 160、冷端為25時(shí)的熱電勢(shì) EE(160， 25)。而顯示儀表外實(shí)際配用的是 K 型熱電偶， 其輸入的熱電勢(shì)EE(160，25)，實(shí)際應(yīng)為 K 型熱電偶在熱端為 tx、冷端為 25時(shí)的熱電勢(shì) EK (tx， 25)，即 EK(t x， 25)= EE(160， 25)。EE(160， 25)= EE(160 ， 0) EE(25， 0)查 E 型熱電偶分度表 EE(160，0) = 10501V ， EE(25， 0)=1496.5V ，則EE(160 ， 25)=10501 1496.5=9004.5VEK(t x，

45、 0) =EK (tx， 25)+ EK (25， 0)=9004.5+1000( 查 K 型熱電偶分度表)=10004.5（ V ）反查 K 型熱電偶分度表，得 tx=246.4 4-14試述電子自動(dòng)平衡電橋的工作原理？當(dāng)熱電阻短路、斷路或電源停電時(shí)，指針應(yīng)指在什么地方？為什么？解電子自動(dòng)平衡電橋的原理電路如下圖所示。題解 4-14 圖電子平衡電橋測(cè)溫原理圖當(dāng)被測(cè)溫度為測(cè)量下限時(shí)，Rt 有最小值及 Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP 的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是R3（ Rt0+RP）=R2R4（ 1）當(dāng)被測(cè)溫度升高后，熱電阻阻值增加 Rt，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)右移動(dòng)才能使電橋平衡，此時(shí)電橋的平衡條件是R3（ Rt0+ Rt +RPr1） =R2(R4+ r 1)（ 2）用式（ 1）減式（ 2），則得Rt R3 r1R3= R2r1即R3Rt（ 3）r1R2R3從上式可以看出： 滑動(dòng)觸點(diǎn) B 的位置就可以反映熱電阻阻值的變化，亦即反映了被測(cè)溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。當(dāng)熱電阻短路時(shí)， Rt=0，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向左滑動(dòng)，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時(shí)， Rt= ，為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向右滑動(dòng)，直至終終端；