化工仪表及自动化

第一章自动控制系统基本概念9、试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对 象。被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。 给定值：被控变量的预定值。操纵变量：受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给 定值的物料量或能量。12、什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：（1）系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系 统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。（2）负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高 时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时 控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下 降回到给定值，这样就达到了控制的目的。16、什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究控制系统的动态比研究其静态更为 重要？答：（1）在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态， 把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。（2）因为干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投入运行时，时 时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。这就需要通过自动化装置不断施 加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标 上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的动态过程 中。所以了解系统动态更为重要。 第二章过程特性及其数学模型9、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T是对象的动 态特征？答：在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出。这种特性称为对象的静态 特征，而K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，所以放大 系数是对象静态特性。时间常数T和滞后时间T都描述的是达到稳态值前的过程，故 是对象的动态特性。第三章检测仪表与传感器11、弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 答：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应 的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力P的大小。（2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件,）放大机构，游丝，指针， 表盘。（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生 很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前 的压力值。29、什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？ 答：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的（1）流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。（2）节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。根据能量守恒定律， 动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。33、为什么说转子流量计是定压降式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？ 答：（1）虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流 体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。所以是定压式。（2）是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差来实现流 量测量的，所以是变压降式46、按工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型？它们的工作原理各是什么？ 答：（1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。（2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。（3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体 中的浮子或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。（4）电磁式物位仪表：把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出电量的变 化测出物位。（5）核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物体时，其强度随物质层的厚度而变化 的原理来工作。目前Y射线应用最多。（6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反 射距离的不同，测出这些变化即可测出物位。（7）光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。50、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？答：（1）使 用差压变送器位时，一般差压 p与液位高度H之间的关系为： p=Hp g。这就是“无 迁移”的情况。当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。实际应用中，由于安装 有隔离罐、凝液罐、或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当H=0 时，正、负压室的压力并不相等，即 pHO,这就是液位测量时的零点迁移问题。（2）差压变送器上的迁移弹簧，以使当H=0时，尽管差压变送器的输入信号 pHO，但变送器的输出为标准最小值。（3）移实质上是变送器零点的大范围调整，它改变了测量范围的上、下限，相当 于测量范围的平移，而不改变量程的大小。51、正迁移和负迁移有什么不同？如何判断？答：在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号 p>0,则为“正 迁移”；反之如果被测液位H=0时，差压变送器的输入信号 pV0,则为“负迁移”。60、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？其冷端补偿的方法有哪几种？ 答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低 和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0°C。而工业上常用的各种热电偶的温度- 热电势关系曲线是冷端温度保持为0°c的情况下得到的，与它配套的使用的仪表也是根 据这一曲线进行刻度的，由于操作室的温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。 因此，要进行冷端补偿。补偿方法：（1）冷端温度保持为0C的方法（2）冷端温度修正方法（3）校正仪表零点法（4）补偿电桥法（5）补偿热电偶法第四章自动控制仪表5、9作业上的原题，详情请看作业本12试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。答：比例控制规律：反应快，控制及时；当系统的负荷改变时，控制结果有余差；积分控制规律：控制缓慢，但能消除余差；微分控制规律：有一定的超前控制作用，能抑制系统的振荡，增强稳定性。 第五章执行器I、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？气动执行器由执行结构和控制机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根 据控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的 大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接 与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装 置。4、，常用的控制阀理想流量特性有哪些？答：（1）等百分比流量特性等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化 所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优 点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有 相同的调节精度。（2）直线流量特性线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不 变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。（3）抛物线流量特性流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。（4）快开特性这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，故 称为快开特性。8、什么是串联管道中的阻力比s? s值的变化为什么会使理想流量发生畸变？ 答：阻力比s表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。当s=1时，说明系统总压差全部降在控制阀上，所以控制阀在工作过程中，随着阀 开度的变化，阀两端的压差是不变的，故工作流量特性与理想流量特性是一致的。当s<1时，系统的总压差一部分降在控制阀上，另一部分降在与控制阀串联的管道 上。随着阀的开度增大，流量增加，降在串联管道上的压差增加，从而使降在控制阀 上的压差减少，因而流过控制阀的流量也减少。所以随着s值减小，会使理想流量特性 发生畸变。阀的开度越大，使实际流量值离开理想值越大。9、什么是并联管道中的分流比x?试说明x值对控制阀流量特性的影响。答：分流比x表示并联管道时，控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比。当x=1时，说明流过控制阀的流量等于总管的流量，即旁路流量为零，控制阀的工 作流量特性与它的理想流量特性相同。当x<1时，即旁路阀逐渐打开，流过旁路阀的流量会增加。这时，控制阀即使关死, 也有部分流体从旁路通过，所以控制阀所能控制的最小流量比原先的大大增加，使控 制阀实际可调范围减小，阀的流量特性发生畸变。II、什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？ 答：气开式：输入气压越高时开度越大，气源断开时则全关；气关式：输入气压越高时开度越小，气源断开时则全开。 原则：无信号压力时，阀的状态不会损坏设备和人身的安全第六章简单控制系统2、图6-24是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方框图，指出各方框具体代表什么？/I Flat1 卜题秤7-2图 反应器溫度控制系统方块圏其中弋被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度七操纵亜蜃是蒸汽流最；控制器是温度 控制器TC.5被控变量选择原则是什么？答：(1)被控变量应代表一定化工工艺操作指示。(2)是工艺生产过程中经常变化，要因而频繁控制的变量(3) 考虑和理性，常选择温度作为被控变量。(4) 被控变量应可测量，具有较大灵敏度(5) 被控变量是单独控制的(6) 应考虑工艺的合理性与经济性7.操纵变量的选择原则是什么？答：(1)操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。(2) 操纵变量能克服其他干扰来平衡被控变量。(3) 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏，为此应通过合理选 择操纵变量，使控制通道的放大系统适当大，时间常数适当小(不宜过小，否则引起 振荡)纯滞后时间尽量小，为使其他干扰对被控变量的影响减小，并使干扰通道的 放大系数尽可能小，时间常数尽可能大。(4) 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性和经 济性。10、为什么要考虑控制器的作用方向？如何选择？答：在控制系统中，要正确选择控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。选择控制 器的正、反作用的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系 统中起负反馈的作用。选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对 象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、 执行器、控制器；个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。11被控对象、执行器、控制器的正反作用各是怎样规定？答：被控对象的正反作用随具体对象的不同而各不相同。当操纵变量增加时，被控变 量也增加的对象属于“正作用”的。反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象 属于 “反作用”的。执行器的作用方向取决于是气开阀还是气关阀。当控制器输出 信号增加时，气开阀的开度增加，因而流过阀的流体流量也增加，故气开阀的开度“正”方向。反之，由于当气关阀接受的信号增加时，流过阀的流体流量反而减少， 所以是“反”方向。控制器的作用方向是这样规定的：当给定值不变，被控变量测定值增加时，控制器的 输出也增加，称为“正作用”。或者当测量值不变，给定值减少时，控制器的输出增加 的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加(或给定值减小)时，控制器的输出 减少的称为“反作用”。12、假定在图6-24所示的反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温