过程控制系统与仪表答案.docx
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过程控制系统与仪表答案
过程控制系统与仪表答案
【篇一：
过程控制系统与仪表课后答案】
表、装置及工艺对象、设备构成的一个整体。
②测量变送器、控制器、执行器和被控对象
给定值不变的反馈控制系统、
1-6静态特性—静态时系统各环节的输入输出关系。
动态特性—在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系。
第二章2-1①最大绝对误差=806-800=
6②基本误差=6/1000=0.6%；1.0级③不能用，只能用0.5级的仪表
2-4间接导致精度等级下降。
例如：
量程0~1000的1级仪表用在测量范围在0~100时，精度变成了10级！
2-5①最大误差250*1%=2.5②最大误差750*1%=1.875
2号表精度低，价格相对便宜，但2号仪表的最大误差小，而且被测参数的数值在2号表量程内，所以选择2号表。
2-6①将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。
此电势称为热电势。
②
③热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。
所以使用时，需保持热电偶冷端温度恒定。
但热电偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。
为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。
2-8①金属热电阻测温精度高。
②热电阻导线过长时，导线电阻过大，对测量带来较大误差，采用三线制接法，可有效消除线路电阻对测量的影响。
2-12①自由端b的位移与输入压力p成正比。
通过拉杆、齿轮的传递、放大，带动指针偏转。
②被测压力最大值应在仪表量程的2/3左右，不超过1/2，所以选仪表量程0~2.5的仪表，又因为，所以选择2级足够。
2-13①精度为1级，所以最大误差1.6*0.01=0.0160.01，不能符合要求②第二个仪表的量程太小，也不符合要求
2-15①电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，然后用电路测电容。
②特点：
灵敏度高，量程宽，过载能力强，测量精度高，可达0.2级。
2-19①流量测量中转子的平衡条件是：
压差力=重力，s?
6?
2p=（?
）gv，可知，?
6?
2p应为常数。
②差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量，流量与节流件前后压差的平方根成正比。
2-21安装时不需要有直管段，对流体的流动状态无要求，特别适用于高粘度介
2-22①在管道两侧安放磁铁，流动的液体当作切割磁力线的导体，产生的感应电动势与流体的流速成正比关系。
当磁感应强度b不变、管道直径一定时，流体切割磁力线而产生的感应电势e的大小仅与流体的流v速有关。
②可以测量各种导电液体的流量，如酸、碱、盐溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。
只能用来测量导电液体的流量，要求导电率不小于水的导电率。
不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。
2-24特点：
超声波流量计属非接触式测量，不会影响被测流体的流动状况。
测量液体流量精度可达0.2级，测量气体流量精度可达0.5级。
要求流体清洁，以避免对超声波束的干扰。
测量管前后要有足够长的直管段，以保证流速均匀。
2-27利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位。
2-28特别适合强腐蚀性、高压、有毒、高粘度液体，不能有气泡和悬浮物，液面不能又很大波浪，不易测高温
第三章
3-1①控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。
②断续控制——控制器输出接点信号，如双位控制、三位控制。
连续控制——控制器输出连续信号，如比例控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制。
3-2①双位控制器只有两个输出值，相应的执行机构只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。
②被控参数在给定值处上下振荡，无法稳定。
3-3公式y=kpe说明：
如果被调量偏差为零，调节器的输出也就为零，而实际调节器的输出不可能总为0，所以偏差必然存在。
3-4，由公式可知：
当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小）；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。
3-7①比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，是放大倍数kp的倒数。
②表明比例作用对偏差变化的有效区间，即偏差大于比例带时，比例输出仍然是100%（满量程）。
\
3-8①，：
微分时间②输出信号持续时间太短，实际微分时间可以惯性延迟。
3-10①比例：
控制及时、适当，结果存在静差；积分：
可以消除余差；
微分：
能超前控制，对静态偏差毫无控制能力②积分输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故不单独使用。
对静态偏差毫无控制能力，故不单独使用。
3-14①p：
是放大倍数kp的倒数，越小控制作用越强，残差愈小。
ti：
越小积分作用越强td：
越大微分作用越强②变成纯比例调节
第四章4-1执行机构：
推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。
调节机构：
阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小
4-2
（1）直通单座阀：
泄漏量小，流体对阀芯的不平衡作用力大。
一般用在小口径、低压差的场合。
（2）直通双座阀：
不平衡力小，泄漏量较大。
一般用在大口径、大压差的场合。
（其他了解）
4-4①在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。
实际使用时，阀前后压差也是变化的，这时流量特性会发生畸变叫实际流量特性。
直线阀变为快开阀，对数阀变为直线阀
②直线流量特性，等百分比（对数）流量特性，快开特性。
4-5单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系：
等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。
4-7阀权度s表示调节阀全开时，阀前后最小压差△ptmin与总压力△p之比。
s=1，管道压力为0，此时调节阀为固有流量特性，s1，随着阀门开大，阀前后压差变小，使流量发生畸变。
4-8①压力信号时阀全开，随着信号增大，阀门逐渐关小的称为气关式。
反之，无压力信号时阀全闭，随着信号增大，阀门逐渐开大称的为气开式。
②当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态。
4-9气开式，保证控制信号中断时，切断蒸汽源。
4-11电气转换器：
将4～20ma的电流信号转换成20～100kpa的标准气压信号。
阀门定位器：
引入阀杆位移负反馈。
使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。
4-13电动调节阀接受来自调节器的电流信号，阀门开度连续可调。
电磁阀也接受来自调节器的电流信号，阀门位式调节，只有开和关两个位置。
4-15①从电路设计就开始考虑防爆，把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆仪表。
②构成安全火花防爆系统的二要素：
在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。
现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。
4-16用晶体管构成限流电路。
vt3（耗尽型）工作于零偏压，作为恒流源向vt1提供足够的基极电流，保证信号在4～20ma范围内vt1处于饱和状态。
由vd1~vd4和f1~f’2组成限压电路。
背靠背的齐纳管中点接地，改直接接地为保护时接地。
4-17不能，在与其它仪表的电路连线之间设置安全栅，防止危险能量进入，则
【篇二：
过程控制系统与仪表习题答案第一章】
数控制解答1控制对象复杂、控制要求多样2.控制方案丰富3控制多属慢过程参数控制4定值控制是过程控制的一种主要控制形式5过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答过程控制系统一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成参照图1-1。
1-4说明过程控制系统的分类方法通常过程控制系统可分为哪几类解答分类方法说明按所控制的参数来分有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等按控制系统所处理的信号方式来分有模拟控制系统与数字控制系统按控制器类型来分有常规仪表控制系统与计算机控制系统按控制系统的结构和所完成的功能来分有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等按其动作规律来分有比例p控制、比例积分pi控制比例、积分、微分pid控制系统等按控制系统组成回路的情况来分有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类1按设定值的形式不同划分1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统2按系统的结构特点分类1反馈控制系统2前馈控制系统3前馈—反馈复合控制系统1-5什么是定值控制系统解答在定值控制系统中设定值是恒定
不变的引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答被控对象的静态特性稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性。
系统在动态过程中被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系1-7试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答稳态对于定值控制当控制系统输入设定值和扰动不变时整个系统若能达到一种平衡状态系统中各个组成环节暂不动作它们的输出信号都处于相对静止状态这种状态称为稳态或静态。
动态从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作到整个系统又建立新的稳态达到新的平衡、调节过程结束的这一段时间整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中这种状态称为动态。
在实际的生产过程中被控过程常常受到各种振动的影响不可能一直工作在稳态。
只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性才能设计出良好的控制系统。
1-8评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么解答单项性能指标主要有衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
衰减比等于两个相邻的同向波峰值之比n过渡过程的最大动态偏差对于定值控制
系统是指被控参数偏离设定值的最大值a超调量第一个波峰值1y与最终稳态值y之比的百分数1100yy残余偏差c过渡过程结束后被控参数所达到的新稳态值y与设定值之间的偏差c称为残余偏差简称残差调节时间从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间振荡频率过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期其倒数称为振荡频率峰值时间过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
1-10某被控过程工艺设定温度为900℃要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。
现设计的温度定值控制系统在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。
试求该系统过渡过程的单项性能指标最大动态偏差、衰减比、振荡周期该系统能否满足工艺要求解答○1最大动态偏差accca50900950○2衰减比n1:
5900910900950n○3振荡周期tmin36945ta1衰减振荡所以系统满足工艺要求。
【篇三：
过程控制系统与仪表习题答案自制】
程参数控制？
解答：
1．控制对象复杂、控制要求多样2.控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要
控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成原因：
被控过程大多具有大惯性、大滞后的特点。
1-2什么是过程控制系统？
典型过程控制系统由哪几部分组成？
一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：
调节器。
执行器。
被控过程（对象）。
检测变送器
1-4说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？
分类方法说明：
按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（p）控制、比例积分（pi）控制，比例、积分、微分（pid）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：
1．按设定值的形式不同划分：
（1）定值控制系统
（2）随动控制系统（3）程序控制系统
2．按系统的结构特点分类：
（1）反馈控制系统
（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统
3-9试写出比例、积分、微分（pid）三作用控制规律的数学表达式。
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3-10试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？
1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。
2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制
不及时，不单独使用。
3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。
3-14pid调节器中，比例度p、积分时间常数ti、微分时间常数td分别具有什么含义？
在调节器动作过程中分别产生什么影响？
若将ti取∞、td取0，分别代表调节器处于什么状态？
比例度p含义：
使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量
程的百分比。
比例作用的强弱取决于比例度的大小。
积分时间常数ti含义：
ti越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将ti取∞，则积分作用消失。
7-1与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？
串级控制系统由于引入副回路，使系统控制品质相对于单回路控制系统显著提高。
在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：
主回路和副回路，主、副调节器串联工作；主调节器输出作为副调节器的设定值，系统通过副调节器输出控制执行器动作，实现对主参数的定制控制。
串级系统的主回路是定制控制系统，副回路是随动控制系统。
4-9如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。
为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道
上调节阀的气开、气关形式。
解答：
气开式调节阀。
从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断
时，调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。
如果控制信号中图
断时，阀处于打开位置时危险性小，则应选用气关式调节阀；反之，若阀处于
关闭位置时危险性小，则应选用气开阀。
7-9简述前馈控制的工作原理，与反馈控制相比，它有什么优点和局限？
1）当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的影响。
2）优点：
前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。
局限：
1.实际工业过程中的干扰很多，不可能对每个干扰设计一个独立的监测装置和前馈控制器。
2.决定前馈控制器规律的gf（s）,go1（s）和gv（s）的精确表达式很难得到，即使得到了，也很难在物理上计算出gb（s）。
7-18什么是比值控制系统？
常用比值控制系统方案有哪些？
比较其优点。
实现两个活两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，成为比值系统。
开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环
比值控制系统、变比值控制系统。
7-23什么是均值控制？
要求和目的。
均值控制是连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特殊控制。
目的和要求：
均值控制通过对液体和流量两个变量同时兼顾的控制策略，是两个相互矛盾的变量相互协调，满足二者均在小
范围内缓慢变化的要求。
7-25什么是分程控制？
简述分程控制的特点。
怎样实现分程控制？
在工业生产过程中，有事会遇到一个控制器去操控几个阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统就
是分程控制系统。
特点：
调节器输出信号分程，调节阀多。
通过阀门定位器来实现。
7-29什么是选择性控制？
通过实例简述选择性控制的基本原理。
凡是在控制回路中引入选择器的系统成为选择性控制。
选择器位于调节器的输出端，对调节器的输出信号进行选择的系统：
两个调节器共用一个调节阀。
选择器位于调节器之前，对变送器的输出信号进行选择的系统：
几个变送器合用一个调节器。
9-2什么是直接数字控制（ddc）系统？
它主要包括哪些部分？
概念：
用一台工业计算机配以适当的输入、输出设备，从输入通道获取生产过程的信息。
按照预先规定的控制算法计算出控
制量，并通过输出通道直接作用于执行器，实现对整个生产过程的控制。
组成：
被控过程、检测仪表、执行器、计算机系统（软件、硬件）。
9-6集散控制系统（dcs）最主要的特点是什么？
与传统的仪表控制系统和集中控制系统相比，有什么优点？
特点：
集中管理和分散控制。
优点：
采用危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想以及分层、分级和合作
自治的结构形式，因此，集散控制系统不仅具有极高的可靠性、多功能性；而且人机联系便利，能够完成各类的数据采集和处理，实现各种复杂的高级控制。
5-3建立被控过程数学模型的方法有哪些？
各有什么要求和局限性？
1）方法：
机理法和测试法。
2）机理法：
要求;要根据生产过程中实际发生的变化机理，写出相关平衡方程式。
局限：
对生产过程的机理有充分的了解，
能用比较准确的数学语言加以描述，需要充分而可靠的先验知识。
测试法：
要求：
通过对被控过程输入、输出的实测数据进行数学处理后求得其数学模型。
局限：
对被控过程内部机理有
一定了解，首先需要设计一个合理的设计方案。
5-9对图5-40所示的液位过程，输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，水箱截面为a，并设r2、r3为线性液阻。
（1）列写液位过程的微分方程组；
（2）画出液位过程的框图；（3）求出传递函数h（s）q1（s），并写出放大倍数k和时间常数t的表达式。
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q1?
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（1）d?
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（2）框图如图：
（3）h（s）r2r3?
q1（s）ar2r3s?
r2?
r3
2-3某压力表的测量范围为0～10mpa，精度等级为1.0级。
试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？
若用标准压力计来校验
该压力表，在校验点为5mpa时，标准压力计上读数为5.08mpa，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？
2）校验点为5mpa时的基本误差：
?
?
5.08?
5?
100%?
0.8%0.8％1％，所以符合1.0级表。
10
2-7用一支k型热电偶测某设备的温度，测得热电动势为20.3mv，冷端温度为30度，求设备温度？
如果改用s型热电偶来测，相同条件下，s型测得热电动势应为多少？
e（t,0）=e（t,to）+e（to,0）=20.3+1.203=21.503（mv）e（t,to）=e（t,0）-e（to,0）=4.432-0.173=4.295（mv）so设备温度为520度。
（书后查表）
5-10以q1为输入、h2为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组，并求出传递函数h2（s）q1（s）。
解答：
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q1?
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a1d?
h1dt
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h?
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2
r2r21）方程组：
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?
h?
q3?
2
r3
2）传递函数：
式中：
t1?
a1r2,
3）过程框图：
h2（s）r3?
q11（s）t1t2s2?
（t1?
t2?
t12）s?
13t2?
a2r3,t12?
a1r3
6-22如图6-30所示热交换器，将进入其中的冷却物料加热到设定温度。
工艺要求热物料温度的?
t?
?
1?
c，而且不能发生过热情况，以免造成生产事故。
试设计一个简单控制系统，实现热物料的温度控制，并确定调节阀的气开、气关方式，调节器的正反作用方式，以及调节器的调节规律。
解答：
1）被控参数选择：
热交换器出口温度。
2）控制参数选择：
载热介质流量。
3）检测仪表选择：
温度传感器与温度变送器。
4）调节阀选择：
1流量特性选择：
对数流量特性。
○
2气开、气关方式选择：
气开。
○
5）调节器选择：
1调节规律选择：
pi或pid。
○
2正反作用方式选择：
反作用方式。
○
系统各环节正、负符号判别：
被控过程：
＋；变送器：
＋；调节阀：
＋；
根据系统构成负反馈条件：
各环节符号之积必为“－”，则调节器为“－”。
6）画出控制系统流程图：
如图所示。
7）画出控制系统方框图：
如图所示。
8）简述控制系统工作原理：
2-13如果某反应器最大压力为1.0mpa，允许最大绝对误差为0.01mpa。
现用一台测量范围为0～1.6mpa，精度为1级的压力表来进行测量，问能否符合工艺要求？
若采用一台测量范围为0～1.0mpa，精度为1级的压力表，能符合要求吗？
试说明其理由。
工艺要求：
最大压力为1.0mpa，允许最大绝对误差为0.01mpa。
分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。
要求，但是压力表的最大测量值应≤2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。
所以，该表也不符合要求。
6-16已知被控过程传递函数g（s）=10/（5s+1）（s+2）（2s+1）,试用临界比例度法整定pi调节器参数。
6-20
升级会员 