自動化儀表與過程控制課后答案

自動化儀表與過程控制課后答案0-1自動化儀表是指哪一類儀表？什么叫單元組合式儀表？自動化儀表:是由若干自動化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動化技術(shù)工具單元組合式調(diào)節(jié)儀表:由具有不同功能的若干單元儀表按調(diào)節(jié)系統(tǒng)具體要求組合而成的自動調(diào)節(jié)儀表0-2DDZ-II型與DDZ-III型儀表的電壓，電流信號輸出標(biāo)準(zhǔn)是什么？在現(xiàn)場與控制室之間釆用直流電流傳輸信號有什么好處？P5第二段0-3什么叫兩線制變送器？它與傳統(tǒng)的四線制變送器相比有什么優(yōu)點？試舉例畫出兩線制變送器的基本結(jié)構(gòu),說明其必要的組成部分？P5~60-4什么是儀表的精確度？試問一臺量程為-100~100C,精確度為0?5級的測量儀表，在量程范圍內(nèi)的最大誤差為多少？一般選用相對誤差評定，看相對百分比，相對誤差越小精度越高x/（100+100）=0.5%x=1攝氏度1-1試述熱電偶的測溫原理,工業(yè)上常用的測溫?zé)犭娕加心膸追N？什么叫熱電偶的分度號？在什么情況下要使用補(bǔ)償導(dǎo)線？答：a、當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路時，若兩個接點溫度不同，回路中就會出現(xiàn)熱電動勢，并產(chǎn)生電流。b、 鉑極其合金，鎳鉻-鎳硅，鎳鉻-康銅，銅-康銅。c、 分度號是用來反應(yīng)溫度傳感器在測量溫度范圍內(nèi)溫度變化為傳感器電壓或電阻值變化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。d、 在電路中引入一個隨冷端溫度變化的附加電動勢時，自動補(bǔ)償冷端溫度變化，以保證測量精度，為了節(jié)約，作為熱偶絲在低溫區(qū)的替代品。1-2熱電阻測溫有什么特點？為什么熱電阻要用三線接法？答：a、在-200至到+500攝氏度范圍內(nèi)精度高，性能穩(wěn)定可靠，不需要冷端溫度補(bǔ)償,測溫范圍比熱電偶低，存在非線性。b、連接導(dǎo)線為銅線，環(huán)境溫度變化，則阻值變，若采用平衡電橋三線連接，連線R使橋路電阻變化相同，則橋路的輸出不變，即確保檢流計的輸出為被測溫度的輸出。1-3說明熱電偶溫度變送器的基本結(jié)構(gòu)，工作原理以及實現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?。在什么情況下要做零點遷移？答：a、結(jié)構(gòu)：其核心是一個直流低電平電壓-電流變換器，大體上都可分為輸入電路、放大電路及反饋電路三部分。b、 工作原理：應(yīng)用溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測其溫度傳感器通常為熱電阻，熱敏電阻集成溫度傳感器、半導(dǎo)體溫度傳感器等，然后通過轉(zhuǎn)換電路將溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)換為變準(zhǔn)電流信號或標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。c、 由銅絲繞制的電阻Rcu安裝在熱電偶的冷端接線處，當(dāng)冷端溫度變化時，利用銅絲電阻隨溫度變化的特性，向熱電偶補(bǔ)充一個有冷端溫度決定的電動勢作為補(bǔ)償。橋路左臂由穩(wěn)壓電壓電源Vz（約5v）和高電阻R1（約10K歐）建立的恒值電流I2流過銅電阻Rcu,在Rcu上產(chǎn)生一個電壓，此電壓與熱電動勢Et串聯(lián)相接。當(dāng)溫度補(bǔ)償升高時，熱電動勢Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu兩端的電壓增加，只要銅電阻的大小選擇適當(dāng)，便可得至滿意的補(bǔ)償。d、 當(dāng)變送器輸出信號Ymin下限值（即標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號下限值）與測量范圍的下限值不相對應(yīng)時要進(jìn)行零點遷移。1-5力平衡式壓力變送器是怎樣工作的？為什么它能不受彈性元件剛度變化的影響？在測量差壓時，為什么它的靜壓誤差比較大？答：a、被測壓力P經(jīng)波紋管轉(zhuǎn)化為力Fi作用于杠桿左端A點，使杠桿繞支點O做逆時針旋轉(zhuǎn)，稍一偏轉(zhuǎn)，位于杠桿右端的位移檢測元件便有感覺，使電子放大器產(chǎn)生一定的輸出電流I。此電流通過反饋線圈和變送器的負(fù)載，并與永久磁鐵作用產(chǎn)生一定的電磁力，使杠桿B點受到反饋力Ff,形成一個使杠桿做順時針轉(zhuǎn)動的反力矩。由于位移檢測放大器極其靈敏，杠桿實際上只要產(chǎn)生極微小的位移，放大器便有足夠的輸出電流，形成反力矩與作用力矩平衡。b、因為這里的平衡狀態(tài)不是靠彈性元件的彈性反力來建立的，當(dāng)位移檢測放大器非常靈敏時，杠桿的位移量非常小，若整個彈性系統(tǒng)的剛度設(shè)計的很小，那么彈性反力在平衡狀態(tài)的建立中無足輕重，可以忽略不計。1-6試述差動電容式和硅膜片壓阻式壓力變送器的工作原理,他們與力平衡式壓力變送器相比有何優(yōu)點？硅：被測介質(zhì)的壓力直接作用與傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)與這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。差：電容式壓力變送器主要由完成壓力/電容轉(zhuǎn)換的容室敏感元件及將電容轉(zhuǎn)換成二線制4-20mA電子線路板構(gòu)成，當(dāng)進(jìn)程壓力從從測量容室的兩側(cè)（或一側(cè)）施加到隔離膜片后，經(jīng)硅油灌充液傳至容室的重心膜片上，重心膜片是個邊緣張緊的膜片，在壓力的作用下，發(fā)生對應(yīng)的位移，該位移構(gòu)成差動電容變化，并經(jīng)歷電子線路板的調(diào)理、震蕩和縮小，轉(zhuǎn)換成4-20mA信號輸入，輸入電流與進(jìn)程壓力成反比。優(yōu)點：他們不存在力平衡式變送器必須把杠桿穿出測壓室的問題1-7試述節(jié)流式,容積式,渦輪式,電磁式,漩渦式流量測量儀表的工作原理,精度范圍及使用特點？答：a、節(jié)流式工作原理：根據(jù)流體對節(jié)流元件的推力或在節(jié)流元件前后形成的壓差等可以測定流量的大小。差壓流量計：根據(jù)節(jié)流元件前后的壓差測流量。精度：正負(fù)0.5%到1%使用特點：保證節(jié)流元件前后有足夠長直管段靶式流量計：使用懸在管道中央的靶作為節(jié)流元件精度：2%到3%使用特點：可用于測量懸浮物，沉淀物的流體流量轉(zhuǎn)子流量計：以一個可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子作為節(jié)流元件使用特點：可從轉(zhuǎn)子的平衡位置高低，直接讀出流量數(shù)值b、 容積式工作原理:直接安裝固定的容積來計量流體。精度：可達(dá)2%較差時亦可保證0.5%~1%使用特點：適用于高黏度流體的測量c、 渦輪式工作原理：利用導(dǎo)流器保證流體沿軸向推動渦輪，并且根據(jù)磁阻變化產(chǎn)生脈沖的輸出。精度：0.25%~1%使用特點：只能在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)保證測量精度。由于有轉(zhuǎn)子，易被流體中的顆粒及污物堵住，只能用于清潔流體的流量測量。d、 電磁式工作原理：以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，在管道兩側(cè)安放磁鐵，以流動的液體當(dāng)作切割磁力線的導(dǎo)體，由產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢測管內(nèi)液體的流量。精度：0.5%~1%使用特點：只能測導(dǎo)電液體的流量e、 漩渦式工作原理：根據(jù)漩渦產(chǎn)生的頻率與流量的關(guān)系測定流量精度：正負(fù)0.2%~正負(fù)1%使用特點：量程比達(dá)到30:1，可測液體和氣體。1-8簡述液位的測量方法答:有壓差液位計、超聲波液位計、激光液位計、雷達(dá)料位計、浮球液位計和音叉料位計等，后兩種只能輸出開關(guān)量，其他的可以輸出模擬量也可以輸出開關(guān)量。2-3PID調(diào)節(jié)器中，比例度p,積分時間常數(shù)Ti,微分時間常數(shù)Td積分增益Ki,微分增益Kd分別有什么含義？在調(diào)節(jié)器動作過程中分別產(chǎn)生什么影響？若令Ti取Td取0分別代表調(diào)節(jié)器處于什么狀態(tài)？答：1在比例積分運(yùn)算電路中，RI,CI組成輸入電路，CM為反饋元件1） 比例度P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情況下，能使輸出量做滿量程變化的輸入量變化的百分?jǐn)?shù)。2） 積分時間Ti=RICITi愈小，由積分作用產(chǎn)生一個比例調(diào)節(jié)效果的時間愈短，積分作用愈強(qiáng)。Ti越大，積分作用越弱。3）積分增益Ki=CM/CIXAA為放大器增益，Ki越大，調(diào)節(jié)靜差越小。 比例微分運(yùn)算電路中，由RdCd及分壓器構(gòu)成無源比例微分電路4） kd為比例微分調(diào)節(jié)器輸出地最大跳變值與單純由比例作用產(chǎn)生的輸出變化值之比。5） 微分時間Td=KdRdCd2,Ti取無窮時，調(diào)節(jié)器處于PD狀態(tài)。Td取零時調(diào)節(jié)器處于PI狀態(tài)。2-4什么是PID調(diào)節(jié)器的干擾系數(shù)？答：用PI，PD串聯(lián)運(yùn)算獲得PID調(diào)節(jié)規(guī)律時，在整定參數(shù)上存在相互干擾的現(xiàn)象，常用干擾系數(shù)F=1+Td/Ti表示2-5調(diào)節(jié)器為什么必須有自動/手動切換電路？怎樣才能做到自動/手動雙向無擾切換？為了適應(yīng)工藝過程啟動、停車或發(fā)生事故等情況，調(diào)節(jié)器除需要“自動調(diào)節(jié)”的工作狀態(tài)外，還需要在特殊情況時能由操作人員切除PID運(yùn)算電路，直接根據(jù)儀表指示做出判斷，操縱調(diào)節(jié)器輸出的“手動”工作狀態(tài)。在DDZ-III型調(diào)節(jié)器中，自動和手動之間的平滑無擾切換是由比例積分運(yùn)算器上的開關(guān)S1實現(xiàn)的，如下圖所示匚S1Itn匚S1Itn其中開關(guān)接點“A”為自動調(diào)節(jié)；“M”為軟手動操作；“H”為硬手動操作。切換分析：“A”一“M”為保持，無擾切換。“M”一“A”：S1、2在M,S2把CI接VB,VO2以10V起對CI充電，但CI右端電位被鉗位不變（10V）,A3的V-~V+=10V，當(dāng)“M”一“A”，兩點電位幾乎相等，所以為無擾切換?！癕”一“H”：斷開前，必然先斷開S4，M為保持。切換后，接入“H”，V-與RH的電位相同時，則為無擾切換，所以切換前應(yīng)平衡RPH，有條件無擾切換?！癏“一”M“：切換后，S41~S44瞬間是斷開的，CM和V-為保持狀態(tài)，所以為無擾切換。

2-7什么是調(diào)節(jié)器的正/反作用？調(diào)節(jié)器的輸入電路為什么要采取差動輸入方式？輸出電路是怎樣將輸出電壓轉(zhuǎn)換乘4-20mA電流的？（1）測量值增加（偏差信號e減少），調(diào)節(jié)器輸出增加，則調(diào)節(jié)器靜態(tài)放大放大系數(shù)為負(fù)，KC為負(fù)值，稱正作用調(diào)節(jié)器；反之，測量值增加（偏差減小），調(diào)節(jié)器輸出減小，則調(diào)節(jié)器靜態(tài)放大系數(shù)為正，KC為正值，稱反作用調(diào)節(jié)器。（2）由于所有的儀表都用同一個電源供電，在公共電源地線上難免出現(xiàn)電壓降，為了避免這些壓降帶來誤差，輸入電路需要采用差動輸入方式。（3）調(diào)節(jié)器的輸出電路是一個電壓-電流轉(zhuǎn)換器，它將PID電路在1-5V間變化的輸出電壓轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流，輸出電路實際就是一個比例運(yùn)算器，通過強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋使輸出電流保持在4-20mA，輸出電路的電路圖如下：其中經(jīng)過運(yùn)算得出取Rf=62.5，則當(dāng)V03=l-5V時,輸出電流為取Rf=62.5，則當(dāng)V03=l-5V時,輸出電流為4-20mA。4-20血2-9給出使用的PID數(shù)字表達(dá)式,數(shù)字儀表中常有哪些改進(jìn)型PID算法？答：1）P672）P68-704-1執(zhí)行器在控制系統(tǒng)處于什么地位？其性能對控制系統(tǒng)的運(yùn)行有什么影響？執(zhí)行器是安全測控中不可缺少的重要部分，它在系統(tǒng)中的作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的命令，直接控制被測物體的狀態(tài)和參數(shù)。4-2調(diào)節(jié)有哪些結(jié)構(gòu)形式？分別適用于什么場合？執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指執(zhí)行器中的哪一部分？執(zhí)行器選用氣開，氣關(guān)的原則是什么？調(diào)節(jié)閥根據(jù)結(jié)構(gòu)分為九個大類：（1）單座調(diào)節(jié)閥；適用于泄漏要求嚴(yán)、工作壓差小的干凈介質(zhì)場合（2）雙座調(diào)節(jié)閥;適用于泄漏要求不嚴(yán)、工作壓差大的干凈介質(zhì)場合（3）套筒調(diào)節(jié)閥；適用于單座閥場合（4）角形調(diào)節(jié)閥;適用于泄漏要求些壓差不大的干凈介質(zhì)場合及要求直角配管的場合（5）三通調(diào)節(jié)閥；用于分流和合流及兩相流、溫度差不大于150°C的場合（6）隔膜閥；適用于不干凈介質(zhì)、弱腐蝕介質(zhì)的兩位切斷場合（7）蝶閥；適用于不干凈介質(zhì)和大口徑、大流量、大壓差的場合（8）球閥；適用于不干凈、含纖維介質(zhì)、可調(diào)比較大的控制場合（9）偏心旋轉(zhuǎn)閥。故適用于不干凈介質(zhì)、泄漏要求小的調(diào)節(jié)場合執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動部分規(guī)則P178最頂上一段（氣開，氣閉的選擇主要從生產(chǎn)安全角度考慮）4-3什么是調(diào)節(jié)閥的固有流量特性和工作流量特性？為什么流量特性的選擇對控制系統(tǒng)的工作至關(guān)重要？答：①在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性，也叫理想流量特性。在各種具體的使用條件下，閥芯位移對流量的控制特性，稱為工作流量特性。②從自動控制的角度看，調(diào)節(jié)閥一個最重要的特性是他的流量特性，即調(diào)節(jié)閥閥芯位移與流量之間的關(guān)系，值得指出調(diào)節(jié)閥的特性對整個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大的影響4-4為什么合理選擇調(diào)節(jié)閥的口徑，也就是合理確定調(diào)節(jié)閥的流通能力C非常重要？答：在控制系統(tǒng)中，為保證工藝操作的正常進(jìn)行，必須根據(jù)工藝要求，準(zhǔn)確計算閥門的流通能力，合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選的太大，將是閥門經(jīng)常工作在小開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選的太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。4-5電-氣閥門定位器（含電-氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器）是怎樣工作的？它們起什么作用？答:①由電動調(diào)節(jié)器送來的電流I通入線圈，該線圈能在永久磁鐵的氣隙中自由地上下運(yùn)動，