总复习.docx

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总复习

项目一

1什么叫绝对压力、表压及真空度?

它们的相互关系是怎样的?

2试述弹簧管压力表的基本工作原理。

3什么是节流现象?

标准的节流原件有哪几种?

应用最广泛的是哪种?

4试述物位测量的意义及目的。

5差压式液位变送器的工作原理是什么?

当测量有压容器的液位时，差压变送器的负压室为什么一定要与容器的气相相连接?

6什么是液位测量时的零点迁移问题?

怎样进行迁移?

其实质是什么?

7怎样选用物位测量仪表?

通常需考虑哪些因素?

答:

物位包括液位、界位和料位。

在选用液位和界位测量仪表时，一般需考虑下列几种因素。

（1）液面范围和精度要求，仪表的显示方式及其控制功能。

（2）流体特性。

如温度、压力、密度、流体是否污浊、是否含固体、是否气化、是否有腐蚀性、结晶及粘附等。

（3）在测量范围内，流体是否受扰动。

（4）仪表安装场所。

如仪表的安装高度、防爆要求等。

对于大多数工艺对象的液面、界面测量，选用差压式仪表、浮力式仪表即可满足要求，当不满足时，则可选用电容式、核辐射式、称重式液罐、超声波式等液位仪表。

在选用料位测量仪表时，则需考虑物料的粒度、安息角及其导电性能、料仓的结构形式及测量要求等。

测量料位的仪表通常有电容式、核辐射式、阻旋式、重锤式等几种。

8热电偶温度计为什么可以用来测量温度?

它由哪几部分组成?

为什么要使用补偿导线?

并说明使用补偿导线时要注意哪几点?

9用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?

其冷端温度补偿的方法有哪几种?

10什么是仪表的精度和精度等级，怎样进行计算?

11一台精度等级为0.5级，量程范围为600--1200℃的电子电位差计，它的最大允许绝对误差是多少?

校验时，如其中的某一点最大绝对误差是4℃．问此表是否合格?

12一转子流量计用标准状态下的水进行标定,量程范围为100--1000L／h，转子材质为不锈钢（密度为7.90g／cm3），现用来测量密度为0.791g／cm3的甲醇,问

（1）体积流量密度校正系数K是多少?

（2）流量计测甲醇的量程范围是多少?

13用分度号为K的镍铬—镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500℃，而这时冷端温度为60℃。

试问：

实际温度应为多少?

如果热端温度不变、设法使冷端温度保持在20℃，此时显示仪表的指示值应为多少?

解:

显示仪表指示值为500℃时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mv。

由于这个电势是由热电偶产生的，即：

由23.076mV查表可得:

t=557℃。

即实际温度为557℃。

当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E（20，0）＝0.798mV，故有

E（t，t0）＝E（t，0）＝E（t0，o）

＝23.076-0.798＝22.278mV

由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。

14现用一支镍铬—铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表为动圈仪表（即XCZ-101），此仪表的机械零位为0℃，这时指示值为400℃，若认为换热器内的温度为430℃，对不对?

为什么？

正确值为多少?

解:

不对。

因为此时冷端温度为30℃，而仪表的指示值（400℃）是在仪表的机械位在0℃时的值。

所以，此时仪表指示值不是换热器的实际温度。

查表可得：

E（400，0）＝28.943mV。

此热电势即为E（t，30）

E（t，30）＝E（400，0）＝28.943mV

E（t，0）＝E（t，t0）+E（t0，0）

＝E（t，30）+E（30，0）

＝28.94+1.801＝30.744mV

查表可得：

t＝422℃。

由上面分析可看出，换热器的实际温度不是简单的仪表指示值与冷端温度之和。

而是热电势之和。

即仪表指示值所对应的热电势E（t，30）加上热端为30℃、冷端为0℃时的热电势，由此才能得到实际温度下的热电势E（t，o），这样查表即可得到实际温度t值。

项目二

1自动控制系统主要由哪些环节组成？

答：

自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器（测量变送装置）、控制器、执行器等，另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

2什么是反馈？

什么是正反馈和负反馈？

答：

把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。

反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。

3什么是控制系统的静态与动态？

答：

在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。

在这种状态下，自动控制系统的输人（设定值和干扰）及输出（被控变量）都保持不变，系统内各组成环节都不改变其原来的状态，它们输人、输出信号的变化率为零。

而此时生产仍在进行，物料和能量仍然有进有出。

因此，静态反映的是相对平衡状态。

4在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

答：

在自动控制系统中：

测量变送装置（检测元件及变送器）用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）。

控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

5在阶跃扰动作用下，自动控制系统的过渡过程有哪些基本形式？

哪些过渡过程能基本满足控制要求？

答：

过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。

在阶跃扰动作用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。

①发散振荡过程；②非振荡发散过程；③等幅振荡过程；④衰减振荡过程；⑤非振荡衰减过程。

在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满足控制要求。

但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离设定值，所以一般不采用。

只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。

6下图所示的温度控制系统是怎样的系统，原因何在？

7画出简单控制系统的方块图，并简要阐述各环节的作用。

8对下列液位控制对象，q作阶跃变化，试绘图说明被控变量的变化情况。

9图2所示是一反应器温度控制系统示意图，工艺要求反应器温度需要控制，通过冷却水流量的变化可以达到温度控制的目的。

试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能的干扰？

现因生产因素的变化，要求反应温度从开始的120℃提高到122℃，当给定值作阶跃变化后，被控变量的变化曲线如图所示，试求该系统的过渡过程的品质指标：

最大偏差、衰减比和余差。

解：

被控对象：

反应器；

被控变量：

反应器温度；

操作变量：

冷却水流量；

可能干扰：

冷却水温度变化和物料流量变化；

余差

衰减比第一个波峰

第二个波峰

10某化学反应器工艺规定的操作温度为（900±10）℃。

考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过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所示。

试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。

解：

由过渡过程曲线可知最大偏差A=950-900=50℃

衰减比第一个波峰值B=950-908=42℃

第二个波峰值B'=918-908=10℃

衰减比n=42:

10=4.2

振荡周期T=45-9=36min

余差C=908-900＝8℃

过渡时间为47min。

由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。

项目三

1什么是被控对象特性？

什么是被控对象的数学模型？

答：

被控对象特性是指被控对象输人与输出之间的关系。

即当被控对象的输人量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终变化的数值等。

对象的输人量有控制作用和扰动作用，输出量是被控变量。

因此，讨论对象特性就要分别讨论控制作用通过控制通道对被控变量的影响，和扰动作用通过扰动通道对被控变量的影响。

定量地表达对象输人输出关系的数学表达式，称为该对象的数学模型。

2稳态数学模型与动态数学模型有什么不同？

答：

稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输人量改变以后输出量的变化情况。

稳态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。

3为什么说放大系数K是对象的静态特性？

而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性？

答：

放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输人之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。

时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间,是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。

滞后时间τ是指对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化这种现象的参数。

因此它是反映对象动态特性的重要参数。

4对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？

对控制过程有什么影响？

答：

对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。

在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。

在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。

T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。

在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。

5已知一个具有纯滞后的一阶过程的时间常数为4min，放大系数为10，纯滞后时间为lmin，试写出描述该过程特性的一阶微分方程式。

1.试简述控制器在自动控制系统中的作用。

   答:

控制器是自动控制系统中的核心组成部分。

它的作用是将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制器根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。

   2.控制器的控制规律是指什么?

常用的控制规律有哪些?

   答:

所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号P与输入偏差信号e之间的关系，即：

   p=f（e）=f（z-x）

式中z:

测定值信号；

    x:

给定值信号；

    f:

是指某种函数关系。

   常用的控制规律有位式控制、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）以及它们的组合控制规律，例PI、PD、PID等。

   3.何为比例控制器的比例度?

它的大小对系统过渡过程或控制质量有什么影响?

   答:

比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的一个参数。

在数值上比例度等于输入偏差变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为:

式中δ:

比例度

   e:

输入（偏差）变化量；

   p:

相应的输出变化量；

   xmax-xmin:

输入的最大变化量，即仪表的量程； 

   pmax-pmin:

输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。

   比例度也可以理解为使控制器的输出变化满刻度（也就是使控制阀从全关到全开或相反）时，相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。

   比例度δ越大，表示比例控制作用越弱。

减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应的减小余差，使系统的静态准确度提高。

   4.试分别写出QDZ、DDZ-Ⅱ、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。

   答:

DDZ-Ⅱ型仪表的信号制采用0--10mADC作为现场传输信号，控制室内的联络信号为0--2VDC；DDZ-Ⅲ型仪表的信号制采用4--20mADC作为现场传输信号，控制室内的联络信号为1--5VDC。

   5.一台DDZ-Ⅲ型温度比例控制器，测量范围为200--1200℃，当温度给定值由800℃变动到850℃时，其输出由12mA变化到16mA。

试求该控制器的比例度及放大系数。

该控制器是高于正作用还是反作用控制器，为什么?

   解:

根据比例度的定义，并代入有关数据，可得比例度为:

   =20%

   由于是单元组合式仪表，输入到温度控制器的信号是由温度变送器来的4--20mADC信号，与输出信号一样，都是同一的标准信号，所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系，故有:

Kp=1/δ=1/20%=5

   该控制器当给定信号增加时，其输出信号也是增加的。

由于给定信号与测量信号在进行比较时，是相减的运算，控制器的输入信号（偏差）等于测量信号减去给定信号，所以当给定信号增加时，控制器的偏差信号是减小的，而这时输出信号反而增加，故该控制器属于反作用式控制器。

   6.一台DDZ-Ⅱ型液位比例式控制器，其液位的控制范围为0.5m--1.2m，比例度为40%。

当液位为0.9m时，控制器的输出为5mA。

问液位变化到1.0m时，控制器的输出为多少?

   解:

由比例度的定义可求出相应的输出的变化数值为:

   Δp=［（pmax-pmin）/（xmax-xmin）］·e·（1/δ）=［（10-0）/（1.2-0.5）］·（1.0-0.9）·（100/40）=306mA

   假定该控制器为正作用式控制器，那么当测量值增加时，其输出应该是增加的，故液位为1.0m时，相应的输出信号应为8.6mA。

若是反作用式控制器，则相应的输出信号应为4.8mA。

   7.一台具有比例积分控制规律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比例度为80%，积分时间T1为1min。

稳态时，输出为6mA。

某瞬间，输入偏差突然增加了0.3mA，问其比例输出为多少?

经过3min后，其输出将为多少?

   解:

由于比例度为80%，故比例放大系数Kp=1/δ=1.25。

   输入变化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3mA×1.25=0.375mA。

假定控制器为正作用式的，输出将在6mA的基础上增加0.375mA，故为6.375mA。

   由于积分时间为1min，故在积分作用下，每经过1min，输出将增加0.375mA。

经过了3min后，在积分作用下，输出将增加的数值为3×0.375=1.125mA。

所以，在经过3min后，由于比例作用与积分作用共同作用的结果，使输出共增加了0.375+1.125=1.5mA。

由于稳态时为6mA，故经过3min后，输出将变为7.5mA（如果是反作用控制器，输出将变为4.5mA）。

   8.一台DDZ-Ⅲ型温度比例控制器，测量的全过程为0--1000℃，当指示值变化100℃，控制器比例度为80%，求相应的控制器输出变化多少?

   解:

δ=｛［100/（1000-0）］/［Δp/（20-4）］｝×100%=80%

   所以Δp=2mA。

   9.一台具有比例积分控制规律的DDZ-Ⅱ控制器,其比例度δ为200%,稳态时输出为5mA。

在某瞬间，输出突然变化了0.5mA，经过30s后，输出由5mA变为6mA，试问该控制器的积分时间T1为多少?

   解:

由于比例度为200%，故比例放大系数为Kp=1/δ=0.5，输入变化了0.5mA，输出在比例作用下将变化0.5mA×0.5=0.25mA，假设控制器为正作用式的，输出将在5mA的基础上增加0.25mA，故为5.25mA。

   设积分时间为xs，故在积分作用下，每经过xs，输出将增加0.25mA，经过30s后，在积分作用下，输出将增加的数值为（30/x）×0.25=7.5/xmA，所以经过30s后，由于比例作用和积分作用共同作用的结果，使输出共增加了0.25+（7.5/x）mA，经过30s后输出为6mA，故0.25+（7.5/x）=6-5=1，所以x=10s，所以控制器的积分时间t=10s。

   10.台DDZ-Ⅲ型比例积分控制器，比例度为100%，积分时间为2分。

稳态时，输出为5mA。

某瞬间输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？

解:

由题意得Kp=1/δ=1/1=1，输入变化了0.2mA，输出在比例作用下将变化0.2mA×1=0.2mA，输出将在5mA基础上增加0.2mA，故为5.2mA，由于积分时间为2min，故每经过2min输出结果将增加0.2mA，经过5min后，在积分作用下，输出将增加的数值为（5/2）×0.2=0.5mA，所以在经过5min后，由于比例作用与积分作用共同作用下的结果，使输出共增加了0.2+0.5=0.7mA，由于稳态时为5mA，故经过5min，输出将变为5.7mA。