過程控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題庫

1、第一章緒論1. 1-1 .過程控制（英文： Process Control ）是生產(chǎn)過程自動化的簡稱,泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、 建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制,是自動化技術(shù)的重要組成部分。1.1- 2.連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動過程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、 物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換或傳遞。1.1-3.從控制的角度，通常將工業(yè)生產(chǎn)過程分為三類，即：連續(xù)型、離散型和混合型。過程控制主要是針對連續(xù) 生產(chǎn)過程采用的控制方法。1.1-4.過程控制的主要任務(wù)是對生產(chǎn)過程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制一一“工業(yè)四大參數(shù)”是：溫度、壓力、流量、

2、 物（液）位的自動控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使連續(xù)生產(chǎn)過程自 動地進(jìn)行下去。1.1-5.過程控制系統(tǒng)的定義：為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制，由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對 象、設(shè)備構(gòu)成的一個整體1.1-6.在討論控制系統(tǒng)工作原理時，為清楚地表示自動控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用原理框圖 來表不控制系統(tǒng)。1.1-7.過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行 控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。1.1-8.過程控制的特點：.控制對象一一被控過程復(fù)雜、控制要求多樣.控制方案豐富多彩.

3、控制過程大多數(shù)屬于慢過程與參數(shù)控制（4）.定值控制是過程控制的主要形式.過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的、系列化的檢測與控制儀表或自動化裝置組成1. 2-1 .過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程1） .局部自動化階段（20世紀(jì)5060年代）：自動化儀表安裝在現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡單的測控功能2） .模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)6070年代）：控制儀表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模 擬信號，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。3） .集散控制階段（20世紀(jì)70年代中期至今）1. 3-2 .系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項性能指標(biāo).衰減比、衰減率衰減比：定義為兩個相鄰的同相波峰值之比，即n

4、 工 （曳）;n取整數(shù)，習(xí)慣上常表示為y3B2n :1,例如 4:1、10:1衰減率：定義為一個周期后波動幅度衰減的程度，即一y3 1 -y3 1 1yiy1n.最大動態(tài)偏差、超調(diào)量最大動態(tài)偏差：指在設(shè)定值階躍響應(yīng)中，系統(tǒng)過渡過程的第一峰值超出穩(wěn)態(tài)值的幅度，y1 = B1超調(diào)量：指最大動態(tài)偏差占被控量穩(wěn)態(tài)值的百分比，y 100%y().殘余偏差：系統(tǒng)設(shè)定值 r與穩(wěn)態(tài)值y()的差值，即e( ) r y()(4).調(diào)節(jié)時間、峰值時間、振蕩頻率調(diào)節(jié)時間ts：指系統(tǒng)從干擾開始到被控量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的土5%(或土 2%范圍內(nèi)所需時間，通常用 ts表示。峰值時間tp：指系統(tǒng)從干擾開始到被控量達(dá)到最大值所需時

5、間，通常用 tp表示。振蕩頻率：指兩個相鄰?fù)虿ǚ逯抵g的時間倒數(shù)，它與調(diào)節(jié)時間和峰值相關(guān)，通常用表示1. 3-3 .系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo).偏差積分 IE (Integral of Error ).絕對偏差積分 IAE(Integral Absolute value of Error).平方偏差積分 ISE (Integral of Squared Error )(4),時間與絕對偏差乘積積分 ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error)1. 3-4-1 .某換熱器的溫度控制系統(tǒng)，給定值為200 C。在階

6、躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡過程時間(土2%)o解：最大偏差：A = 230-200 = 30 C ;余差： C= 205-200 = 5 C;衰減比： n = y1: y3 =(230-205) : (210-205) = 25:5 = 5:1振蕩周期：T=20-5=15min過渡時間：t=22min-# - / 391. 3-4-3 .某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為（90010） C,考慮安全因素，要求控制過程中溫度偏離設(shè)定值不得超過80Co現(xiàn)設(shè)計的定值溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖，試求最大動態(tài)偏差、衰減比、振蕩

7、周期，過渡過程時間（土2%該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？-3 - / 39解：最大動態(tài)偏差：A 950 900 50 C一”y95090842盤減比：n- -4.2y91890810振蕩周期：T 45 5 40min余差：C9089008 C過渡過程時間：47min因為最大動態(tài)偏差 50c小于要求的80C,所以該系統(tǒng)能滿足工藝要求。1. 3-4-5 .某發(fā)酵過程工藝規(guī)定的操作溫度為（402） C,考慮發(fā)酵效果，要求控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過6C?，F(xiàn)設(shè)計的定值溫度控制系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如下圖，試求最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（土2%）和振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求?

8、解：最大動態(tài)偏差：A 45 40 5 c余差：C 41 40 1 Cy145414-最減比:n4:1y342411過渡過程時間：23min振蕩周期：T 18513min因為最大動態(tài)偏差 5c小于要求的6C,所以系統(tǒng)能滿足工藝要求。2、說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，通常過程控制系統(tǒng)可以分哪幾類？它們具體是?過程控制系統(tǒng)的分類方法很多，通常使用的“大”類分類方法有兩種：按設(shè)定值的形式不同劃分，按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點分類。根據(jù)設(shè)定值的形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以分三類：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點分類：開環(huán)系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋一一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。第二章過程參數(shù)的檢

9、測與變送2. 1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)2. 1-1 ,真值%:被測量物理量客觀存在的真實數(shù)值。許多物理量的真值是按國際公認(rèn)的方式認(rèn)定的，即使用“認(rèn)定設(shè)備”的檢測結(jié)果作為真值。通常，各個國家或國際組織將其法定計量機(jī)構(gòu)的專用設(shè)備作為“認(rèn)定設(shè)備”、它的檢測精度在這個國家或國際組織內(nèi)被認(rèn)為是最高的。用這種方法確定的所謂 “真值”不是真正意義上的真值， 而是一種“約 定真值”，一般記為Xa；實際校驗儀表時，用精確度較高的“標(biāo)準(zhǔn)表”所測得的表曲值作為“標(biāo)準(zhǔn)值”，有人稱之為“傳遞真彳T Xo,2.1- 2.絕對誤差=在用儀表（或被校驗儀表）的測出值一“真值”（或器件銘牌上的標(biāo)稱值）絕對誤差的表示：必須有“

10、+”或“一”號、數(shù)值的大小、單位（量綱） ！絕對誤差的符號：一般人們使用x xt、 x xo或 a ao或a A2.2- 3.相對誤差：某測量點的實際相對誤差：A 100%A標(biāo)稱相對誤差：a - 1O0%aa引用誤差一一滿度相對誤差：量程一一測量范圍：Sfs B xmax xmin某一個測量點滿度相對誤差:FS 100%B模擬連續(xù)輸出儀表在測量范圍內(nèi)的最大滿度相對誤差:FSm100%B2. 1-4 .具有連續(xù)模擬顯示儀表的基本特性基本誤差：基本誤差是指儀表在 “國家”規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時出現(xiàn)的誤差；通常與最大滿度相對誤差密切聯(lián)系;-13 - / 39a 表示：%號后取接近的標(biāo)準(zhǔn)系列值精確度一

11、一簡稱精度：國家統(tǒng)一規(guī)定了儀表的精度等級系列數(shù)值，用某儀表的精度等級 a是將該儀表的最大滿度相對誤差去掉土號和例2-1 .某臺測溫儀表的測量范圍為-100700 C,校驗該儀表時測得全量程內(nèi)的最大絕對誤差為+5C,要求確定該儀表的精度等級,一5解：Fsm 100%。625%；因為 0.5 0.625 1.0;700 ( 100)校驗儀表時取偏大值，即1儀表的精度等級為 1.0級。例2-2 .選擇一臺測量壓力的儀表，測壓范圍為08MPa根據(jù)工藝要求，測壓示值的誤差不允許超過土0.05MPa,要求確定滿足工藝要求的儀表的精度等級解：FSm -05 100%0.625%； 因為 0.5 0.625

12、1.0;8選擇儀表時取偏小值，即1儀表電精度笠級為0：5級。靈敏度:表示指針（模擬量顯示）式測量儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度,常以儀表輸出變化量（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起此輸出變化量（位移）的被測參數(shù)變化量之比表示靈敏限：表示指針式儀表在量程起點處，能引起儀表指針動作的最小被測參數(shù)變化值對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限分辨力：是指儀表能夠顯示的、最小被測值。變差：在外界條件不變的情況下，同一儀表對被測量進(jìn)行往返測量時（正行程和反行程） 范圍之比稱為變差2.1- 5. 測試題（習(xí)題、補(bǔ)充題）1.某一標(biāo)尺為01000 c的溫度計，出廠前校驗數(shù)據(jù)如下:標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/C0

13、2004006008001000被校驗表讀數(shù)/C02014026048061001求：該表最大絕對誤差；儀表的精度；如果工藝要求允許最大誤差為土5C,該表是否能用?解:標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/C02004006008001000被校驗表讀數(shù)/C02014026048061001絕對誤差0+ 1+2+4+6+ 1滿度相對誤差+0.1%+0.2%+0.4%+0.6%+0.1%最大絕對誤差：+6 C如果工藝要求允許最大誤差為土5C,該表maxa SFS1001 100010 C,不能用100儀表的精度：1級標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校驗表讀數(shù)/MPa正行程01 . 983. 965. 947. 979.

14、 99反行程02. 024. 036. 068. 0310. 01求：變差；基本（最大滿度相對）誤差；該表是否符合1級精度。解:標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校驗表讀數(shù)/MPa正行程01 . 983. 965. 947. 979. 99反行程02. 024. 036. 068. 0310. 01絕對誤差正行程0-0. 02-0. 04-0. 060. 03-0. 01反行程0+ 0. 02+ 0. 03+ 0. 06+ 0. 03+ 0. 01變差0.040.070.120.060.0200. 4%0. 7%1 . 2%0. 6%0. 2%滿度相對誤差正行程0-0. 2%-0. 4%-0.

15、 6%0. 3%-0. 1%反行程0+ 0. 2%+ 0. 3%+ 0. 6%+ 0. 3%+ 0. 1%變差：0. 12%基本（最大滿度相對）誤差：土0. 6%該表的變差為1. 2%,不符合1級精度?儀表允許變差的數(shù)值應(yīng)等于或小于儀表的精度！照這個條件該表不符合1級精度！3 .如果某反應(yīng)器最大壓力為1.0MPa,允許的最大名對誤差為 0. 01MPa現(xiàn)用一臺測量范圍為 01. 6MPa精度為1級的壓力表進(jìn)行測量， 問：能否符合工藝要求？若用一臺測量范圍為01. 0MPa精度為1級的壓力表進(jìn)行測量， 問:能否符合要求？解：測量范圍為01. 6MPa精度為1級的壓力表的允許的最大絕對誤差為：ma

16、xa SFS1001 1.61000.016 MPa大于0. 01MPa不能符合工藝要求測量范圍為01. 0MPa精度為1級的壓力表的允許的最大絕對誤差為:maxa Sfs1001 1.01000.01 MPa,等于0. 01MPa從允許的最大絕對誤差角度，能符合工藝要求，但量程不符合！4 .如果某反應(yīng)器最大壓力為0. 8MPa允許的最大名對誤差為 0. 01MPa現(xiàn)用一臺測量范圍為01. 6MPa精度為1級的壓力表進(jìn)行測量，問：能否符合工藝要求？若用一臺測量范圍為01. 0MPa精度為1級的壓力表進(jìn)行測量，問：能否符合要求？解：測量范圍為01. 6MPa精度為1級的壓力表的允許的最大絕對誤差

17、為：a SFSmax1 1.61001000.016 MPa大于0. 01MPa不能符合工藝要求測量范圍為01. 0MPa精度為1級的壓力表的允許的最大絕對誤差為:maxa SFS1001 1.01000.01 MPa,等于0. 01MPa從允許的最大絕對誤差角度，能符合工藝要求，量程也符5 .某溫度控制系統(tǒng)，控制溫度為800C,要求絕對誤差不超過土 7C,現(xiàn)選擇一臺測量范圍為 01200C、精度等級為1.0級的儀表，問：是否合適？如果不合適，應(yīng)如何選擇？解：測量范圍為01200C、精度等級為1。0級的儀表，其最大誤差：a SFSmax-7TT-1001 1200人1 120012 C, 12

18、c大于7C,不合適100應(yīng)選擇測量范圍為01200C、精度等級為 0。5級的儀表a SFS max - 1000.5 12006 C, 6c小于 7C,合適1002. 2溫度檢測及儀表2. 2-0 .溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。2. 2-2 .熱電偶1 .熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理的測溫元件,能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢信號（ mV 。特點：結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確可靠、信號便于遠(yuǎn)傳。一般用于測量5001600c之間的溫度。2 .將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個連接點溫度不同,回路中會產(chǎn)生電勢。此電勢稱為熱電勢。 3 .熱電偶回路總電勢由接觸電勢和溫差電

19、勢疊加而成,稱熱電勢。由于溫差電勢很小，熱電勢基本由接觸電勢構(gòu) 成。4 .熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成。但其幾何形狀截面和長度等不限。第三導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體后，只要第三導(dǎo)體兩端溫度相同,第三導(dǎo)體的引入對熱電偶回路的熱電勢沒有影響。5 .熱電偶冷端溫度補(bǔ)償：熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度有關(guān)，還與冷端溫度有關(guān)。所以使用時，需保持熱 電偶冷端溫度恒定。但實際使用的熱電偶的冷端和熱端離得很近，使用時冷端溫度較高且變化較大。為此應(yīng)將熱電偶 冷端延至溫度穩(wěn)定處。為了節(jié)約，工業(yè)上選用在低溫區(qū)與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價金屬，作為熱偶

20、絲在低溫區(qū)的替代品來延長熱電偶，稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。6 .熱電偶的冷端溫度校正：1）查表法、2）電橋補(bǔ)償法、7 . 2-3 .熱電阻1 .對于500c以下的中、低溫，熱電偶輸出的熱電勢很小，容易受到干擾而測不準(zhǔn)。一般使用熱電阻溫度計來進(jìn) 行中低溫度的測量。2 .金屬熱電阻測溫精度高。大多數(shù)金屬電阻阻值隨溫度升高而增大。具有正溫度系數(shù)。3 .鉗材料容易提純，其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；測溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國際電工委員會規(guī)定為-259+630 C間的基準(zhǔn)器，但線性度稍差，常用于 -200+600 C溫度測量。4 .鉗電阻的電阻溫度關(guān)系：Rt R01 At Bt2 C(100 t)t3(-2000 C)Rt

21、 R1 At Bt2( 0850C)鉗電阻有兩種分度號：Pt10 , Pt1005 .銅電阻價格便宜，線性度好，但溫度稍高易氧化，常用于 -50+100 C溫度測量。銅電阻有兩種分度號：Cu50 ,Cu100 。電阻溫度關(guān)系：RtR1t(-50150 C)6 .熱電阻的三線制接法：電阻測溫信號通過電橋轉(zhuǎn)換成電壓時,熱電阻的接線如用兩線接法，垂線電阻隨溫度變 化會給電橋輸出帶來較大誤差，必須用三線接法。7 . 2-4 .集成溫度傳感器：1 .集成溫度傳感器將溫敏晶體管和外圍電路集成在一個芯片上構(gòu)成，相當(dāng)于一個測溫器件。特點：體積小、反應(yīng) 快、線性較好、價格便宜，測溫范圍為 -50150C。2 .

22、集成溫度傳感器按輸出量形式不同，可分為電壓型、電流型和數(shù)字型三類。3 . 2-6 .溫度變送器1.檢測信號要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須傳遞符合控制系統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將不標(biāo)準(zhǔn)的檢測信號，如熱 電偶、熱電阻的輸出信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。2,現(xiàn)代電控系統(tǒng)：模擬控制系統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)是：II 型：070mA 010V; III型：420mA 15V。數(shù)字控制系 統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)有：FF協(xié)議、HART協(xié)議等。補(bǔ)充習(xí)題、例題、典型題1.用分度號K的熱電偶測量某設(shè)備的溫度，在沒有采用冷端補(bǔ)償措施的情況下，顯示儀表的指示值為500 C,而這時冷端溫度為 60Co此時實際溫度為多少？如果熱端溫度保持不變，設(shè)法使冷

23、端溫度保持為20 C,此時顯示儀表的指示值為？解：E(t,t。)E(t0,0)E(t,0)t 550E(500,0) 20.640E(60,0) 2.436E(t,t0) E(t0,0) 20.640 2.436 23.07623.076 22.772 10 55723.198 22.772使冷端溫度保持為 20 CE(t,t。)E(t/ ,0)E(557,0)22.278E(20,0) 23.076 0.798 22.278t/53022.27822.346 21.91921.919 , 10 538.44.用Pt100鉗電阻測溫，在查表時錯用了Cu100的分度表，查得溫度為140 C,問：

24、實際溫度為多少?解：查Cu100的分度表:140 C- R 159.96 q查Pt100的分度表Rt 159.96 - t 157.1C。5.某溫度控制系統(tǒng)，最高溫度為700C,要求測量的絕對誤差不超過土10C,現(xiàn)有兩臺量程分別為01600C、01000 c的1.0級溫度檢測儀表，試問應(yīng)該選擇哪臺儀表更合適？如果兩臺量程均01000C,精度等級分別為 1.0級和0.5級，那么又應(yīng)該選擇哪臺儀表更合適?解：因為maxa Sfs100同為1.0級儀表，量程為01600 c的儀表， maxa Sfs100160016;量程為01000c的儀表，100a SfsmaxJ-100100010100同為量

25、程為01000c的儀表，精度為1.0級的儀表 maxa SFS100100010010已經(jīng)能夠滿足要求；從經(jīng)濟(jì)角度考慮，不必選用 0.5級的儀表。6.現(xiàn)用一支饃銘一銅饃熱電偶測量某換熱器的溫度，其冷端溫度為30 C,顯示儀表為動圈儀表、機(jī)械零點為0 C,這時儀表顯示值為 400 C,若認(rèn)為換熱器的溫度為430 C,對不對？正確值是多少?解：不對！熱電偶的熱電勢是非線性的查表可知:顯示儀表測出的毫伏值E(t,t0)E(t,30)E(400,0) 28.943mV熱端溫度保持不變:冷端溫度為 30C, E(to，0)E(30,0) 1.801 mV熱電偶的熱電勢 E(t,0)E(t,30) E(3

26、0,0) 28.943 1.80130.744 mV查表得：t 422 c。7.用饃銘一饃硅熱電偶測量爐溫，其冷端溫度為30 C,測得熱電勢為 33.29mV,求被測爐子的實際溫度？解：查饃銘一饃硅熱電偶的分度號為K的分度表：E(30,0) 1.285mVE(t,30) 33.29mVE(t,0)E(t,30) E(30,0) 33.29 1.285 34.575 Mvt 831.55 c8.某臺動圈式儀表是與饃銘一饃硅熱電偶配套使用的，但錯接了鉗銬10鉗熱電偶，儀表指示為201 C,(冷端溫度為0C!)問實際溫度為多少？解：解饃銘一饃硅熱電偶的分度號為K的分度表：E(201,0) 8.177

27、 mV查鉗銬10鉗熱電偶的分度號為 S的分度表：E(t,0) 8.177; t 875.8 C2. 3.壓力檢測及儀表2. 3-1 .壓力檢測的方法1 .工程上習(xí)慣把垂直作用于作用單位面積上的力稱為“壓力”2 .工程中壓力的表示方式有：表壓、負(fù)壓(真空度)、差壓、絕對壓力。3 .國際單位制(SI”定義的壓力的單位是“帕斯卡” 一一1Pa =1N/m2、1MPa =106Pa;過去常用的壓力單位是：1工程大氣壓 =1kgf/cm 2 = 9.80665 x 104Pa=0.980665 x 105Pa= 0.1MPa4 . 3-2 .壓力表的選擇、安裝與校驗1 .為了合理、經(jīng)濟(jì)使用儀表，儀表的量

28、程不能選得太大，但為了保證測量精度，一般被測壓力的最小值不低于儀 表滿量程的1/3為宜:同時為了延長彈性元件的使用壽命，避免彈性元件因長期受力過大而永久變形，壓力計的上限值應(yīng)該高于被測量的最大值(量程的3/42/3 ),留有余量2 .儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測量誤差A(yù)max來確定的。不能認(rèn)為選用的儀表精度越高越好，應(yīng)在滿足工藝要求的前提下，盡可能選用精度較低、價廉耐用的儀表習(xí)題：1 .反應(yīng)器最大壓力為 1.0MPa,允許最大絕對誤差為0.01MPa。現(xiàn)用一臺測量范圍為 01.6MPa、精度為1級的壓力表進(jìn)行測量，能否滿足要求？若采用一臺測量范圍為01.0MPa、精度為1級的壓力表進(jìn)

29、行測量，能否滿足要求?解：測量范圍為01.6MPa、精度為1級的壓力表:maxa Sfs1.6 11001000.016 0.01 ;不能滿足要求測量范圍為01.0MPa、精度為1級的壓力表：滿度值等于被測量值，不能滿足要求2 .檢定一塊1.5級、亥儂為0100MPa的壓力表，發(fā)現(xiàn)在50MPa處的誤差最大，為1.4MPa,這塊壓力表是否合格?解：該表的最大引用誤差為1 4FSmm 100 % 100 %1.4% 1.5%SFS1000這塊壓力表合格3 .測量穩(wěn)定壓力時，儀表最大量程應(yīng)為測定值的1.5倍，測量波動壓力時，儀表最大量程應(yīng)為測定值的2倍。2. 4.流量檢測及儀表2. 4-1 .流量指

30、單位時間內(nèi)流過某一截面的流體數(shù)量?？梢允撬矔r流量或者是平均流量。1 .流量計的種類繁多，若按測量原理分，流量計可分為：“節(jié)流式流量計”、速度式流量計、容積式流量計、質(zhì)量 式流量計、電磁式流量計、2 .流量的基本概念：瞬時流量（單位時間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體數(shù)量）與累積流量（某段時間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體總量）；體積流量、重量流量與質(zhì)量流量。3 .流量的檢測方法（1）體積流量檢測方法：容積法（單位時間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)）和速度法（管道內(nèi)的平均流速乘以管道面積）；（2）質(zhì)量流量檢測法：間接法（體積流量乘以密度）和直接法（儀表直接測得）。4 . 4-2 .“差壓式流量計”1 .速度式流量

31、計一一節(jié)流式一一（變差壓式）一一孔板、擋板、文丘里管一孔板流量計：2 .節(jié)流現(xiàn)象：流體在流過節(jié)流裝置時,在節(jié)流裝置前后的管壁處,流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置。3 . 4-3 .轉(zhuǎn)子流量計1 .差壓式流量計對管徑小于 50mm低雷諾數(shù)的流體的測量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量計則特別適宜于測量管徑50mm以下管道的流量，測量的流量可小到每小時幾升。2 .轉(zhuǎn)子流量計，是以壓降不變、利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小，即：轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變地 流面積的流量測量方法3 .生產(chǎn)廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20C, 0.10133MPa),用水或空氣進(jìn)行標(biāo)度。對液體測

32、量，儀表示值代表20c時水的流量值。對氣體測量，則是代表20C, 0.10133MPa壓力下空氣的流量值。實際使用時，須對指示值進(jìn)行修正例題與參考題1. 用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計，轉(zhuǎn)子由密度為7900kq/m3的不銹鋼制成，測量范圍為。10L/min ,用它來測量密度為 0.831kq/L的苯的流量，測量范圍為多少?解:Kj(zs)j(72901000) 83109(zj)s(7290831) 1000八 1八 1QjQ010 11.1 L/min。Kj 0.92. 5.物位檢測及儀表3. 5-1 .概述1 .物位的含義：包括液位：容器中液體介質(zhì)的高低料位：容器中固體物質(zhì)的堆積高度界面：兩種密度不

33、同液體介質(zhì)的分界面的高度2 .物位測量儀表可分為下列幾種類型。靜壓式物位測量：利用液體或物料對某定點產(chǎn)生的壓力隨液位高度而變化的原理而工作。浮力式物位測量：利用浮子所受的浮力隨液位高度而變化的原理工作。電氣式物位測量：利用敏感元件將物位的變化轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)的變化，而得知物位。核輻射式物位測量：利用核輻射線穿透物料時，核輻射線的透射強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理進(jìn)行測量。聲學(xué)式物位測量：測量超聲波在物質(zhì)中傳播時間的長短，據(jù)此可測出物位。光學(xué)式物位測量：利用光波在傳播中可被不同的物質(zhì)界面遮斷和反射的原理測量物位。p與液位高度H之3 . 5-2 .差壓式液位變送器1.用差壓變送器測量某儲罐的液體，差

34、壓變送器安裝位置如圖；導(dǎo)出變送器所測出的差壓值間的關(guān)系。變送器零點要不要遷移？如果遷移，遷移量?解: pPoigHighi；PPo2 gh2；pppigH g （ ihi2卜2）H0時，pg（ihi2hJ0需要零點遷移H。時，pg（八2hJ0需要零點正遷移H。時，pg（八2hJ0需要零點負(fù)遷移本題12； hi h2；需要負(fù)遷移，遷移量 p g （h2 h1）第三章過程控制儀表3. 0.概述1 .控制儀表又稱控制器或調(diào)節(jié)器。其作用是把被控變量的測量值和給定值進(jìn)行比較,得出偏差后，按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算,輸出控制信號，以推動執(zhí)行器動作，對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。2 .控制儀表按工作能源分類有：電動

35、儀表、氣動儀表、自力式儀表3 .控制儀表的發(fā)展基本上分為三個階段：基地式儀表：將檢測、控制、顯示功能設(shè)計在一個整體內(nèi)，安裝在現(xiàn)場設(shè)備上或控制室內(nèi)。單元式組合儀表：單元組合式儀表是將儀表按其功能的不同分成若干單元（例變送單元、給定單元、控制單元、顯 示單元等），每個單元只完成其中的一種功能；其中的控制單元是接受測量與給定信號，然后根據(jù)它們的偏差進(jìn)行控制 運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果作為控制信號輸出；各個單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號相互聯(lián)系。以微處理器為中心的控制儀表（裝置）：內(nèi)設(shè)微處理器，控制功能豐富，很容易構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的有：工業(yè)控制計算機(jī)（ DDS;集散控制裝置（DCS;單回

36、路數(shù)字控制器（SLPC;可編程數(shù)字控制 器（PL。；現(xiàn)場總線控制裝置（FCS）4 . i.基本控制規(guī)律及特點1 .所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關(guān)系。2 .控制器的輸入信號是變送器送來的測量信號和內(nèi)部人工設(shè)定的或外部輸入的設(shè)定信號。設(shè)定信號和測量信號經(jīng) 比較環(huán)節(jié)比較后得到偏差信號e ,它是設(shè)定值信號r與測量信號x之差。3 .控制規(guī)律有斷續(xù)控制和連續(xù)控制兩類3. 1-1 ,雙位控制1 .雙位控制器只有兩個輸出值,相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個極限位置，因此又稱開關(guān)控制。如果控制溫度, 被控溫度在to上下振蕩，無法穩(wěn)定。2 .三位控制：控制器有三集俞出位值，可以控制兩個2世里器

37、。溫度三位控制效果：溫度偏差大時，升溫速度快;溫度偏差小時，小幅調(diào)整。3 . 1-2 .比例控制（P）1 .控制器輸出y（t）和偏差信號e（t）成比例關(guān)系；比例控制（P）的傳遞函數(shù)為：Gc （s）水2 .比例控制的特點：控制及時、適當(dāng)。只要有偏差,輸出立刻成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)； 控制結(jié)果存在靜差3 .在實際的比例控制器中，習(xí)慣上使用比例度P來表示比例控制作用的強(qiáng)弱。4 .所謂比例度就是指控制器輸入偏差的相對變化值與相應(yīng)的輸出相對變化值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。3. 1-3 .比例積分控制（PI）1 .當(dāng)要求控制結(jié)果無余差時，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，加積分控制作用。2 .積分（

38、I）控制：輸出變化量 y與輸入偏差e的積分成正比3 .積分控制的特點當(dāng)有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或減小）；當(dāng)偏差消失時，輸出能保持在某 一值上。積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除余差。輸出信號隨著時間逐漸增強(qiáng)，控制動作緩慢，故積分作用不單獨(dú)使用4 .若將比例與積分組合起來，既能控制及時，又能消除余差11.一 -1 t . c /。、 izT I s5.比例積分（PI）控制：時域方程 _u（t） 二oedt ，傳遞函數(shù)：G c （s） K c K iT I s1113. 1-4 .比例微分控制（PDI I1 .對于慣性較大的對象,常常希望能加快控制速度，此時可增加微分作用。2 .

39、理想微分P或PI結(jié)微分作用能超前控制。 在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之微分對靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。必須和 合，組成PD控制或PID控制。3 .理想的比例微分控制4 .理想微分作用持續(xù)時間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實際的比例微分作用。de5 .理想微分：y TD ；實際微分：在單位階躍信號作用下dt生ty 1 (Kd 1)e Td習(xí)題:6 . DDZ-ni控制器，比例度=50%積分時間TI=0.2min ,微分時間TD=2min,微分放大倍數(shù) KD=10。假定輸出初始值為4mA在t 0

40、時施加0.5mA的階躍信號，試寫出在該階躍信號作用下比例、 積分、微分輸出的表達(dá)式；計算t 12s時控制器的輸出信號值。比例輸出:Ii0.5 1mA積分輸出:IlTiIi微分輸出:1(Kd0.5dt10.51)e (KD/TD)t10.2Ii12,0.5 1 mA60(10 i)e (10/2)(12/60) 0.5 9e 1 3.3 mA 0.5t 12 s時控制器的輸出信號值IO I0 IP IT I D 9.3mA7. DDZ-ni控制器，比例度=80%積分時間=0.4min ,微分時間Td =2.4min ,微分放大倍數(shù) a=10。假定輸出初始值為6mA在t 0時施加0.4mA的階躍信

41、號，試寫出在該階躍信號作用下比例、積分、微分輸出的表達(dá)式；計算t 24s時控制器的輸出信號值。解:比例輸出:Ii0.4 0.5 mA積分輸出:IITiIi微分輸出:1 (Kd0.8dt0.80.4240 4 0.5 mA601)e(KD/TD)tIi(10 i)e(10/0.4)(24/60) 0.4 4.5e11.65mA0.8解:-23 - / 39t 12s時控制器的輸出信號值I o I 0 I p I t I d 7.85 mA9.某比例積分控制器輸入、輸出均為420mA若將比例度設(shè)為100%積分時間TI =2min ,穩(wěn)態(tài)時輸出為5mA某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA,試問經(jīng)過5m

42、in后，輸出將由5mA變化到多少?解：，對于比例輸入：控制器輸入、輸出均為420mA比例度某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA,輸出增量KpTiIi tKp1IO KP Ii P Ii t 1 0.2 0.2 5 0.7mATi2則經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到IO 5 0.7 5.7mA3. 2.模擬式控制器1 .模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)控制功能。2 .單元組合儀表的發(fā)展經(jīng)歷了 I型（用電子管） 、n型（用晶體管）和出型（用集成電路）。3 . 2-1 . DDZ-ni型儀表的特點1 .采用統(tǒng)一信號標(biāo)準(zhǔn)：420mADC和15V DC這種信號制的主要優(yōu)點是電氣零點不是從零開始，容易識別斷電

43、、 斷線等故障。同樣，因為最小信號電流不為零，可以使現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制。2 .廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少。3 .可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險現(xiàn)場。4 . 3.數(shù)字PID控制器1 .數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、計算一次。必須把連續(xù)方程用離散方程表示。第n次采樣時:1ynenPTi inei T0enen 1 .TD綜合實用簡答題2 .位式控制是怎樣的？答：位式控制是斷續(xù)控制一一控制器輸出接點信號，如雙位控制、三位控制。雙位控制器只有兩個輸出值，相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個極限位置，因此又稱開關(guān)控制。被控溫度在T）上下振蕩，無法穩(wěn)定。三位控制控制

44、器有三個輸出位值，可以控制兩個繼電器。溫度三位控制效果：溫度偏差大時，升溫速度快；溫度偏 差小時，小幅調(diào)整。3 . DDZ-ni基型調(diào)節(jié)器有哪幾部分組成？答：DDZ-ni基型調(diào)節(jié)器的主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動與手動（硬手動和軟手動）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。4 . DDZ-ni基型調(diào)節(jié)器的軟手動與硬手動有什么區(qū)別？各用在什么場合？答：軟手動時：調(diào)節(jié)器的輸出是隨著時間按一定的速度增加或減少；硬手動時：調(diào)節(jié)器的輸出數(shù)值完全由硬手動操 作桿的位置所決定。通常情況下，都是用軟手動操作扳鍵進(jìn)行手動操作的，這樣的控制比較平穩(wěn)、精細(xì)；只有當(dāng)要求給出恒定不變的操作信號，或者在緊急

45、時刻要一下子就控制到“安全開度”等情況下，才使用軟手動。5 .什么叫控制器的無擾動切換？答：基型模擬調(diào)節(jié)器一般都具備自動與手動兩種功能；在進(jìn)行自動與手動兩種功能切換時，在切換瞬間，應(yīng)保持控 制器的輸出不變，這樣保證執(zhí)行器的位置在切換過程中不至于突變、不會對生產(chǎn)過程引起附加的擾動，著稱為“無擾 動切換”。6 .什么是調(diào)節(jié)器的正作用、反作用？答：工程上，通常將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時，稱為正作用調(diào)節(jié)器；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時，稱為反作用調(diào)節(jié)器。7 .從控制器的發(fā)展及結(jié)構(gòu)原理來看，主要有哪幾種類型？答：.基地式儀表：將檢測、顯示、控制、乃至記錄功能設(shè)計在一個整體內(nèi)。安裝

46、簡單、使用方便。但一般通用性差，只適用于小規(guī)模、簡單控制系統(tǒng)。.單元式組合儀表：單元組合式儀表是將儀表按其功能的不同分成若干單元(例如變送單元、給定單元、控制單元、顯示單元等)，每個單元只完成其中的一種功能。其中的控制單元是接受測量與給定信號，然后根據(jù)它們的偏差進(jìn)行控制運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果作為控制信號輸出。各個單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號相互聯(lián)系。.以微處理器為中心的控制儀表(裝置)：內(nèi)設(shè)微處理器，控制功能豐富，很容易構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。DDZ-m型組合儀表習(xí)題擇選1. . DDZ-ni基型調(diào)節(jié)器，輸入彳t號階躍變化了0。5mAM,其輸出信號由6mA變化到7mA試求調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)Kp與比例度

47、。解：DDZ-ni基型調(diào)節(jié)器的輸入、輸出均為420mA所以：100%0.5100% 50%；0。502. 一臺DDZ-ni型溫度控制器，測量的全量程為0800C,當(dāng)溫度階躍變化了 40c時，控制器的輸出由 6mA變化到8mA試求控制器的比例度 。e/(Xmax Xmin)40/8001/200.440%p/(Pmax Pmin)(8 6)/(20 4)2/163. 一臺DDZ-ni型溫度控制器，測量的全量程為 01000C,當(dāng)溫度階躍變化了40c時，控制器的比例度=50%試求控制器的輸出變化。e/(xmax x min ) . p /( p m ax p m in )50 %, e 40e/(

48、xmaxxm in )/(pmaxpm in)40 /10001。28 mA 0。5/165. DDZ-m比例積分控制器，若將比例度設(shè)為200%,穩(wěn)態(tài)時輸出為5mA,某瞬間，輸入突然增加了0.5mA,試問經(jīng)過30s后，輸出將由5mA變化到6mA,試問積分時間TI =多少?解：，Kr輸出增量IO KP IiKPIi tTiTIKP Ii t/( IO KP Ii)0.5 0.5 30/(1 0.5 0.5) 7.5/0.75 10s6. 一臺DDZ-ni型溫度控制器，測量的全量程為2001200C,當(dāng)溫度給定值由 800c階躍變化到了 850c時，控制器的輸出由12mA變化到16mA試求控制器的

49、比例度及放大倍數(shù)；該控制器屬于正作用還是反作用？e/( xmax xmin ).p /( p maxp min )(850 800)/(1200 200)100%(16 12)/(20 4)50/10004/16100%20%由于DDZ-ni型溫度控制器的輸入與輸出都是420mA勺統(tǒng)一信號，所以:解:20%KP,故該控制器為反作用!因為：“調(diào)節(jié)器的反作用：（偏差=給定值一測量值）增加、調(diào)節(jié)器輸出增加”執(zhí)行器與安全柵4. 1.執(zhí)行器1 .執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進(jìn)入設(shè)備的 能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。2 .執(zhí)行

50、器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機(jī)等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是（石油、化工、熱工系統(tǒng)）最常見的執(zhí)行器，種類繁多。3 .自動調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。4 . 1-1 .氣動調(diào)節(jié)閥1 .氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。氣動調(diào)節(jié)閥由執(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)是推動裝置，它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積

51、的大小。2 .直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩類。薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：信號壓力增大時，閥桿向下移動3 .調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門的結(jié)構(gòu)型式很多。直通單座閥：流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。直通雙座閥：閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反且大小相近，可以 互相抵消，所以不平衡力小。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。正裝：閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小4 .調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的

52、關(guān)系，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。固有（理想）流量特性：在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有四種：（1）直線特性、（2）等百分比（對數(shù)）特性、（3）快開特性、（4）拋物線特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性：實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前 后壓差也是變化的，這時流量特性會發(fā)生畸變。為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差的變化范圍，以閥權(quán)度 s表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差Rmin與總壓力 P之比。5 .

53、調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)C值表示。流量系數(shù)C的定義：在閥兩端壓差 100kPa,流體為水（103Kg/m）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（m3 /h ）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時，流經(jīng)閥的水流量為 20 m3 /h ,則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：C=20。在調(diào)節(jié)閥技術(shù)手冊上，給出了各種閥門的口徑和流通能力C ,供用戶查閱。實際應(yīng)用中閥門兩端壓差不一定是100kPa,流經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。液體流量系數(shù) C值的計算：C QJ-,10 p4. 2.安全柵4. 2-1 .安全防爆的基本概念1 .安全柵（又稱防爆柵）是防止危險電能從控制系統(tǒng)信號線進(jìn)入現(xiàn)場儀表的安全保護(hù)器。2 .不同的危險等級對電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬I類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬n類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬m類設(shè)備。對于H類電氣設(shè)備，電路電壓限