绪论
1.化工自动化：化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生
产的不同程度上自动的进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
2.自动化目的：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强
度，改善劳动条件。（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能根本上改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
第一章
1.化工生产过程自动化包括：自动检测、自动保护、自动操作、自动控制四个方面。
2.自动检测系统：利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示、记录。
3.自动控制系统：对化工生产中的某些关键性参数进行自动控制，是他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动的控制而回到规定的数值范围内。
4.自动控制系统的基本组成：被控对象、测量变送系统、控制器、执行器。
5.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，简称对象。
6.自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环系统。被控变量不是被控对象。
7.反馈：把系统（或环节）的输出信息直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。反馈的信号取负值就叫做负反馈。
8.自动控制系统按需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化分:定值控制、随动控制和程序控制系统。
9.控制系统静态：当一个自动控制系统的输入和输出据恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节入变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，他们的输出信号也都处于相对静止状态，即静态（被控变量不随时间而变化的平衡状态）。
10.控制系统动态：从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，即动态（被控变量随时间而变化的不平衡状态）。
11.系统的过渡过程：系统有一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。
12.自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程形式：非周期衰减过程、衰减震荡过程、等幅震荡过程、发散震荡过程。
13.控制系统的品质指标：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。前后相邻两个峰值之比称为衰减比。当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值遇给定值之间的偏差称为余差。从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间称为过渡时间。
13.输入包括：给定和干扰
第一节例题分析
1.在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。
图1-9是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要
求控制在(15±1.5)℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。
图1-9丙烯冷却器温度控制系统示意图
(1)指出系统中被控对象、被控变量和操纵变量各是什么？
(2)试画出该控制系统的组成方块图。
(3)试比较图1-9及它的方块图，说明操纵变量的信号流向与物料的实际流动方向不同。
解
(1)在丙烯冷却器温度控制系统中，被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操纵变量为气态丙烯的流量。
(2)该系统方块图如图1-10所示。
图1-10丙烯冷却器温度控制系统方块图
注：θ为乙烯裂解气的出口温度；θsp为乙烯裂解气的出口温度设定值
(3)在图1-9中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。而在方块图中，气态丙烯作为操纵变量，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。
2.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1-13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。
图1-13 过渡过程曲线
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。
第二节习题
2.锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图1-27是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：
(1)画出该控制系统方块图；
(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？
图1-27 锅炉汽包水位控制示意图
答：(1)锅炉汽包水位控制系统方块图如图1-36所示。
图1-36锅炉汽包水位控制系统方块图
注：h为锅炉汽包水位；h0为锅炉汽包水位设定值
(2)被控对象：锅炉汽包。
被控变量：锅炉汽包水位。
操纵变量：锅炉给水量。
扰动量：冷水温度、压力，蒸汽压力、流量，燃烧状况等。
6.图1-31为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
(1)指出每种过程曲线的名称；
(2)试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？
(a) (b) (c) (d)
图1-31 过渡过程曲线
答：
(1) (a)等幅振荡；(b)衰减振荡；(c)非振荡衰减；(d)发散振荡。
(2) (b)，(c)能基本满足控制要求，(a), (d)不能。因为(b), (c)对应的过渡过程是稳定的。
8.某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。为确保生产安全，控制中温度最高不
得超过850℃。现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-33所示。
(1)分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2％新稳态值即视为系统已
稳定来确定)和振荡周期。
(2)说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
图1-33 温度控制系统过渡过程曲线
答：最大偏差：A=45℃。
余差：C=5℃。
衰减比：n=4:1。
过渡时间：T s=25min。
振荡周期：T=13min。
该系统满足正艺要求。
第二章过程特性及其数学模型
一.问题解答
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。
2.什么是控制通道？什么是干扰通道？在反馈控制系统中它们是怎样影响被控变量的？
答:干扰变量与控制变量都是作用于被控对象的输人量，它们都会引起被控变量变化。由干扰变量影响被控变量变化的通道称干扰通道，由控制变量影响被控变量变化的通道称控制通道，如图2-1所示。
图2-1 干扰输人变量、控制输人变量与对象输出变量之间的关系
在反馈控制系统中，干扰变量总是通过干扰通道破坏系统的平衡状态，使被控变量离开设定值。为了对抗和抵消干扰变量的影响，就必须由自动化装置不断地施加控制作用(即操纵变量)通过控制通道，力图使被控变量始终保持在工艺生产所要求控制的技术指标(即设定值)上。
3.简述建立对象数学模型的主要方法。
答:一是机理分析法。二是实验测取法。以上两种方法又称机理建模和实验建模，将以上两种方法结合起来，称为混合建模。
4.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。
6.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。
7.何谓系统辨识和参数估计？
答:应用对象的输人输出的实测数据来确定其数学模型的结构和参数，通常称为系统辨识。在已知对象数学模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参数估计。
8.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。
二.
例题分析 1. 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。
解 该过程特性仍为一阶微分方程式，但由于存在纯滞后lmin ，故输出y (t)比输人x (t)在时间坐标上平移了lmin ，假定方程式中的时间量纲为min ，则微分方程式为
)(10)1(d )1(4t x t y t
t dy =+++ 2. 已知一个对象为具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2。
(1)试写出描述该对象的微分方程；
(2)求出描述该对象的传递函数。
解(1)与题6类似，该对象的微分方程式数学模型为
)(10)2(d )2(5t x t y t
t dy =+++ [1] 式中y 表示输出变量，x 表示输入变量。
(2)将式[1]在零初始条件下，两端都取拉普拉斯变换，则有
)(10)()(522s X e s Y e s sY s s =+
则对象的传递函数为
s e s s X s Y s G 21
510)()()(+==
第三章
测量过程在实质上就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。
1.由仪表读得的被测值与被测值真值之间，总是存在一定的差距，这一差距称为测量误差。测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差。
2.绝对误差：理论上是指仪表指示值与被测量的真值之间的差值。（通常说的是绝对误差中的最大值△max 。）
相对误差：某一点的绝对误差与标准仪表在该点的指示值的比值。
3. 相对百分误差ξ：ξ= △max /（测量范围上限值-测量范围下限值）*100%。
4.允许误差ξ允（在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值）：ξ允=±仪表允许的最
大绝对误差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）*100%
5.精确度：将允许误差的“±”和“%”去掉后的数值，便是用来确定仪表的精确度等级（35页）
灵敏度：仪表指针的线位移或者角位移，与引起这个位移的被测参数变化量值比值称为仪表的灵敏度。（在数值上等于单位被测参数变化量所引起得仪表指针移动的距离或转角） 仪表反应时间的长短，反映仪表动态特性的好坏。
压力：均匀垂直的作用在单位面积上的力。表压=绝对压力-大气压力；真空度=大气压力-绝对压力
压力计分类：液柱式压力计（原理：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量）、弹性式压力计（原理：将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量）、电气式压力计（原理：通过机械和电气元件将被测压力转换成电量进行测量）、活塞式压力计（原理：根据水压机液体传送压力原理）。
弹簧管压力计的测压原理：弹簧管是压力表的测量元件，他是一根弯成270度圆弧的椭圆形的空心金属管子，管子的自由端封闭，管子的另一端固定在封头上，当通入被测压力时，由于椭圆形截面在压力的作用下将趋于圆形，而弯成圆弧型的弹簧管也随之产生向外挺直得扩张变形，由于变形，是弹簧管的自由端产生位移，输入压力与自由端位移成正比，只要测得自由端位移，就能反映压力的大小，此即测量原理。
一次仪表：将压力转换成微弱电参数；
二次仪表：将微弱电参数转换成标准电信号。
电容式压力变送器，是先将压力的变化转换成电容量的变化，然后进行测量。特点：结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便。
测量流量的意义：在化工和石油炼制生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，需要测量生产过程中各介质的流量。以便为了生产操作和控制提供依据，同时，为了进行经济合算。
3. 瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小即瞬时流量。
4. 节流现象：流体在有节流装置的管道总流动时，在节流装置前后的管壁处。流体的静压力
差生差异的现象。
5. 压差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
流量测量的。影响因素：被测流体工作状态的改变、节流装置安装的不正确、孔板入口边缘的磨损、导压管安装不正确，或有堵塞，渗漏现象、压差计安装或者使用不正确。
6. 压差式流量计是在节流面积不变的条件下，以压差变化来反映流量的大小，而转子流量计，
却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的变化。
7. 节流装置差生压差的原因：由于节流装置造成流束的局部收缩，使流体的流速发生变化，
即动能发生变化，表征流体静压能的静压力也要变化（流体能量守恒原理）
8. 涡轮流量计原理：在流体流经的管道内，安装一个可以自由转动的叶轮，当流体经过叶轮
时，流体的动能使叶轮旋转，流体的流速越快，动能就越大，叶轮转速也就越快，在规定的流量范围和一定的流体黏度下，转速与流速成线性关系，因此，测出叶轮的转速或者转数，就可确定流过管道的流体流量或者总量。特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、
反应快、便于远传，不受干扰。
9. 在容器中液体介质的高低成为液位，
10. 容器中固体或者颗粒状物质的堆积高度成为料位
11. 测量液位的仪表称为液位计，测量料位的仪表称为料位计，测量两种不同密度的液体介
质的分界面的仪表称为界面计，上述三种仪表称为物位仪表。
12. 物位测量的意义：可以正确获知容器设备中所储物质的体积或质量；监视或控制容器内
的介质物位，使它保持在一定的工艺要求的高度，或对他的上、下限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料的平衡。
13. 物位仪表分为：直读式物位仪表、压差式物位仪表（容器内液位改变，由液柱产生的静
压也相应变化）、浮力式物位仪表、电磁式物位仪表、辐射式物位仪表、声波式物位仪表、光学式物位仪表。
14. 液位：容器中液体介质的高低。
15. 热电偶温度计（依靠热电现象）：热电偶、测量仪表、导线
16. 热电阻温度计（依靠热电阻阻值随温度变化）：热电阻，测量仪表、导线。
17. 现代传感器技术的发展显著特征：研究新材料、开发利用新功能、式传感器多功能化、
微型化、集成化、数字化、智能化。
三. 例题分析
1. 如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa ，经校验得出下列数据：
(2)问该压力表是否符合1. 0级精度？
解(1)首先计算出各点正、反行程标准表读数的差值，找出其中的最大差值(指绝对值)。本题的最大绝对差值发生在6MPa 处，其值为6.06-5.94=0.12(MPa)。
%2.1%10001012.0%100=?-=?=量程最大绝对差值变差 (2)由于该表的变差已超过1.0级表的允许误差，故不符合1.0级精度。
2. 某压力表的测量范围为0~1MPa ，精度等级为1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0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？
解 最大绝对误差)MPa (01.0%1)01(max =?-=?
在0.5MPa 处，校验得到的绝对误差为0.508-0.5=0.008(MPa)，此值小于该压力表的允许最大绝对误差，故在这一校验点符合1级精度。
3. 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，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，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。
解 测量范围为0~1.6MPa ，精度为1级的压力表的允许最大绝对误差为
)MPa (016.0%1)06.1(=?-
已经超出了工艺上允许的最大绝对误差，故不能符合工艺上的误差要求。若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1级的压力表，这时允许的最大绝对误差为
)MPa (01.0%1)00.1(=?-
故能符合工艺上的误差要求。
4. 某控制系统根据工艺设计要求，需要选择一个量程为0~100m 3/h 的流量计，流量检测误差小于±0.6m 3/h ，试问选择何种精度等级的流量计才能满足要求？
解 工艺上允许的相对百分误差为
%6.0%1000
1006.0±=?-±=δ 因此选择0.5级精度的流量计才能满足要求。
5. 某温度控制系统，最高温度为700℃，要求测量的绝对误差不超过±10℃，现有两台量程分别为0~1600℃和0~1000℃的1.0级温度检测仪表，试问应该选择哪台仪表更合适？如果有量程均为0~1000℃，精度等级分别为1. 0级和0.5级的两台温度变送器，那么又应该选择哪台仪表更合适？试说明理由。
解 对于量程为0~1600℃和0~1000℃的l.0级仪表，其允许的最大绝对误差分别为：
(1600-0)×1%=16(℃)和(1000-0) ×1%=10(℃)，因此。0~1600℃量程的仪表其绝对误差已经超出了工艺上允许的绝对误差(±10℃)，故不能选用。另外，对于最高温度仅为700℃的温度控制系统，其量程也没有必要选0~1600℃这么大量程的仪表。因此，本温度控制系统应该选择0~1000℃量程的1.0级温度检测仪表，这时其绝对误差也能满足要求(±10℃)。
如果有量程均为0~1000℃，精度等级分别为1.0级和0.5级的两台温度变送器，应该选择1.0级的更为合适。这时两台仪表都能满足工艺要求，应该选择其中精度较低的仪表，这样可以节省投资，日常维护也比较方便。
6. 某一标尺为0~500℃的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为
(2)确定仪表的允许误差及精度等级；
(3)经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？
解(1)首先计算出各点的绝对误差，找出其中的最大绝对误差是在400℃这一点，其值为
6400406max =-=?(℃
)； (2) %2.1%1000
5006%100max =?-=??=量程允δ故该温度计的精度等级确定为1.5级； (3)当仪表最大绝对误差变为±8℃后，相对百分误差%6.1%10005008=?-=
δ，已经超过了1.5级仪表的最大允许相对百分误差1.5%，故已不符合仪表出厂时的精度要求。
7. 如何根据待测工艺变量的要求来选择仪表的量程和精度？现欲测往复泵出口压力(约
1.2MPa)，工艺要求±0.05MPa ，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0级，1.5级，
2.5级，4.0级，测量范围为0~1.6MPa ，0~2.5MPa ，0~4.0MPa 。试选择压力表的量程和精度。
解 量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。一般而言，仪表的上限应为被测工艺变量的4/3倍或3/2倍，若工艺变量波动较大，例如测量泵的出口压力，则相应取为3/2倍或2倍。为了保证测量值的准确度，通常被测工艺变量的值以不低于仪表全量程的1/3为宜。
仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。一般来说，所选用的仪表越精密，则测量结果越精确、可靠。但不能认为选用的仪表准确度越高越好，因为越精密的仪表，一般价格越贵，操作和维护越费事。因此，在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用准确度较低、价廉耐用的仪表。
当往复泵的出口压力为1.2MPa 时，由于往复泵的出口压力波动较大，可取仪表上限为正常压力的2倍，即2.4MPa ，所以应选择测量范围为0~2.5MPa 的弹簧管压力表。由于出口压力不低出2.5MPa 的1/3，故能保证测量值的准确度。
根据题意，允许的相对百分误差%2%1005
.205.0±=?±=δ，故应选择的精度等级为1.5级。 10.某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过0.4MPa ，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度级)。
解 由于合成塔内的压力比较平稳，故压力测量上限可选工作压力的3/2倍，即
14×3/2=21(MPa)，测量范围可选0~25MPa 。
根据所选量程和误差要求，算得允许相对百分误差
%6.1%1000
254.0=?-=δ，压力表的精度等级应选1.5级。 由于所测的介质是氨气，由产品目录可选氨用压力表YA-100。
11.有一台DDZ-III 型两线制差压变送器，已知其测量范围为20~100kPa ，当输人信号为40kPa 和70kPa 时，变送器的输出信号分别是多少？
解 当输入为40 kPa 时，其输出为
)mA (84)2040(20
1004200=+---=I 当输入为70kPa 时，其输出为
)mA (144)2070(20
1004200=+---=I 18.图3-15所示的液位测量系统中采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位。已知介质液位的变化范围h =0~950mm ，介质密度ρ=1200kg/m 3，两取压口之间的高度差H =1200mm ，变送器毛细管中填充的硅油密度为ρ1= 950kg/m 3，试确定变送器的量程和迁移量。
图3-15 液位测量系统
解 )Pa (4.1118381.9120095.0max max =??==?g h p ρ
因此变送器量程可选0~16kPa 。
负迁移量为)Pa (4.1118381.99502.11=??=g H ρ
19.用K 热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV ，冷端(室温)为25℃，求设备的温度？如果改用E 热电偶来测温时，在相同的条件下，E 热电偶测得的热电势为多少？
解((1)当热电势为20mV 时，此时冷端温度为25℃，即
mV 20),(0=t t E
查表可得 mV 1)0,25()0,(0==E t E
因为 mV 21120)0,(),()0,(00=+=+=t E t t E t E
由此电势，查表可得t =509℃，即设备温度为509℃。
(2)若改用E 热电偶来测温时，此时冷端温度仍为25℃。查表可得
mV 5.1)0,25()0,(0==E t E
设备温度为509℃，查表可得
mV 7.37)0,509()0,(==E t E
因为 mV 2.365.17.37)0,()0,(),(00=-=-=t E t E t t E
即E 热电偶测得的热电势为36.2mV 。
22.测温系统如图3-17所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶的分度号为K ，但错用与E 配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度t x 为多少度？(室温为25℃)
图3-17 测温系统图
解 这是工业上用的热电偶温度计。查分度号E ，可得160℃时的电势为10501μV ，这电势实际上是由K 热电偶产生的，即
V 10501)25,(μ=x t E
查分度号K ，可得V 1000)0,20(μ=E ，由此可见，
V 11501100010501)0,25()25,()0,(μ=+=+=E t E t E x x
由这个数值查分度号K ，可得实际温度t x =283℃。
第四章 显示仪表
1.按照现实的方式：模拟式、数字式和屏幕显示三种。
2.模拟式的特点：测量速度慢、精度较低、读数容易造成多值性，结构简单、工作可靠、价廉又能反映被测值的变化趋势。
3.数字式的特点：测量速度快、精度高，读数直观、对所测参数便于进行数值控制和数字打印记录，能将模拟信号转换为数字量。便于和数字计算机或其他数字装置联用。直接用数字来显示测量值或偏差值，清晰直观、读数方便、不会产生视差、线路简单、可靠性好、耐震性强。
4.屏幕显示的特点：能将图形、曲线、字符和数字等直接显示在屏幕上。
5.数字式仪表的组成：信号变换电路、前置放大、非线性校正或开方运算、A/D 转换、标度变换、数字显示、V/I 转换及各种控制电路。
6.信号变换电路：将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流值。
7.前置放大电路：输入信号往往很小，必须经前置放大电路放大到伏级电压幅度，才能供线性化电路或A/D 转换电路工作。
8. 非线性校正或开方运算电路：许多检测元件具有非线性关系，需将信号经过非线性校正或
开方运算电路处理成线性特性，以提高仪表测量精度。
9.数模转换电路：将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进行数字显
示。是数显仪表的核心。
10.标度变换电路：将数显仪表的显示值和被测原始参数值统一起来，使仪表能以工程量形式
显示被测参数的大小。
四.11.电压电流转换：将被测电压信号转换成直流电流标准信号例题分析
1.对于配有镍铬一镍硅热电偶，且标尺始端为0℃的电子电位差计，当热电偶的热端为0℃，
冷端为25℃时，问这时应指示多少度？输人信号为多少？若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应指示多少度？输人信号为多少？
解因为自动电子电位差计的冷端温度补偿是按冷端为25℃设计的，所以当热电偶的热端温度为0℃，冷端温度为25℃时，指示的应是热端温度0℃，这时放大器的输入信号为0。若热端和冷端均为0℃时，送到放大器的输人信号约为＋1000μV，这时应指在25℃。
2.图4-7所示为一自动平衡电桥的测量桥路示意图，请问在下列情况仪表的指针、起点温度、
量程会如何变化？为什么？(1)温度升高；(2)仪表停电；(3)加大R6; (4)减小R5；(5) A线断；
(6) B线断；(7) C线断。
图4-7 自动平衡电桥
解(1)当温度升高时，指针向M方向移动。因为温度升高，R t增加，只有减小与R t串联的电阻才能使电桥达到新的平衡。
(2)仪表停电时，指针随拨随停，因为此时U OD=0，放大器没有输出信号。
(3)加大R6，指针向M方向移动，因为R6与R t串联，当R6增加时，U OD增加，指针只
有左移电桥才能达到新的平衡。这样使得M点的起点温度降低。
(4)减小R5，流过R P的电流减小，量程也就减小。
(5)A线断开，相当于R t→∞，温度升高，这时指针指到N点。
(6) B线断开，U OD不能为零，而是正数，这样指针左移直到M点。
(7) C线断开，U OD永远为零，指针可停留在任何位置。
3.热电阻短路或断路时，电子自动平衡电桥指针分别指在何处？
解热电阻短路，相当于R t =0，指针会直指向始端，直到受到限位为止，相当于温度非常低。
热电阻断路，相当于R t→∞，指针会直指向终端，直到受限位为止，相当于温度非常高。
五.习题
1.一台与热电偶配套的自动平衡电子电位差计，其冷端温度补偿是按冷端为25℃设计的。
问在下列两种情况下，其温度指示值会偏低或偏高？
(1)实际冷端温度低于25℃；
(2)实际冷端温度高于25℃。
答：1. (1)偏高；(2)偏低。
3.在自动电子平衡电桥中，连接电源的线路电阻若发生变化，对测量的结果有否影响？
答：没有影响。
第三章自动控制仪表
一.问题解答
1.从控制仪表的发展及结构原理来看，主要有哪几种类
型？
答主要有三种类型：基地式控制仪表、单元组合式仪表和以微处理器为基础的控制装置。
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与输人偏差信号e之间的关系，即
f
p-
e
=
=
(
)
f
)
z
(x
式中，z为测量值信号；x为给定值信号；f为某种函数关系。
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。
3.什么是比例控制规律？
答比例控制规律(P)是指控制器的输出信号变化量p与输人偏差信号变化量e之间成比例关系，即
p
=
K
e
P
式中，K p为比例放大系数。
4. 什么是积分控制规律？什么是比例积分控制规律？
答 积分控制规律是指控制器的输出变量p 与输人偏差e 的积分成正比，即
?=edt K p I
式中，K I 为积分比例系数。
在比例控制的基础上，再加上积分控制作用，便构成比例积分控制规律，其输出p 与输入e 的关系为：
)(I P ?+=edt K e K p
5. 什么是微分控制与比例微分控制？
答 微分控制规律是指控制器的输出变化量p 与输人偏差e 的变化速度成正比，即
dt
de T p D = 式中，T D 为微分时间。
在比例控制的基础上，再加上微分控制作用，便构成比例微分控制规律，其输出p 与输入e 的关系为
)(D P dt
de T e K p += 14.试写出比例积分微分(PID)三作用控制规律的数学表达式。
答
)1(D I P dt
de T edt T e K p ++=? 二. 例题分析
1. 一台DDZ-III 型温度比例控制器，测量的全量程为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将变化多少？
解 根据比例度的定义
%100min max 0min max ????
? ??-?-?=I I I x x e δ 代人有关数据，得%10042001000100%800???
? ??-?-=I 可解得输出变化量△I 0=2(mA)
2. 某比例控制器输入信号为4~20mA ，输出信号为1~5V ，当比例度为60％时，输入变化6mA ，所引起的输出变化量是多少？
解 代人比例度的公式，有
%60%100154206%100min max min max =???? ??-?-=????
? ??-?-?=U U U U I I I δ 可解得△U=2.5V 。
3. 一台DDZ-III 型温度比例控制器，测温范围为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，并代人有关数据，可得比例度为 %20%10042012162001200800850%100min max min max =???
? ??----=????
? ??--?=p p p x x e δ
由于是单元组合式仪表，输人到温度控制器的信号是由温度变送器来的4~20mA DC 信号，与输出信号一样，都是统一的标准信号，所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系，故有
5%
2011
P ===δK 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，控制器的输人信号(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。
第四章
执行器
一.
问题解答 1. 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？
答 气动执行器由执行机构和控制机构（阀）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（由控制器来）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。
2. 气动执行机构主要有哪几种结构形式？各有什么特点？
答 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两种结构形式。
薄膜式执行机构的结构简单、价格便宜、维修方便、应用最为广泛。它可以用作一般控制阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜控制阀。
气动活塞式执行机构的特点是推力大，主要适用于大口径、高压降的控制阀或蝶阀的推动装置。
除薄膜式和活塞式执行机构外，还有长行程执行机构，它的行程长、转矩大，适用于输出转角（00~900）和力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推动装置。
3. 何谓正作用执行器？何谓反作用执行器？
答 当输人信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。
4. 控制阀的结构形式主要有哪些？各有什么特点？主要使用在什么场合？
答 简单列表说明如下：
5. 控制阀的流量特性是指什么？
答 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即
)(max L
l f Q Q
式中相对流量max
Q Q 是控制阀某一开度时的流量Q 与全开时的流量Q max 之比。相对开度L l 是控制阀某一开度时的阀杆行程l 与阀杆全行程L 之比。
10．为什么说等百分特性又叫对数特性？与线性特性比较起来有什么优点？
答 等百分比流量特性是指单位相对开度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，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增加，即
max max )()(Q Q K L
l d Q Q d = 将上式积分得
C L
l K Q Q +=max ln 由上式可以看出，等百分流量特性的相对流量的对数值与相位行程成正比，故又称对数特性。
由于等百分比流量特性的控制阀，其放大系数随相对流量的增加而增加，在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它比起线性特性的控制阀来说所具有的优点。
12．什么是串联管道中的阻力比s ？s 值的减少为什么会使理想流量特性发生畸变？
答 s 值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 值小于1时，系统的总压差一部分降在控制阀，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。具体来说，会使理想的直线流量特性畸变为快开特性，使理想的等百分比流量特性畸变为直线特性。
13．什么是并联管道中的分流比x?试说明x 值的变化对控制阀流量特性的影响。
答 x 值表示并联管道时，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，如果这时阀的流量为理想流量特性，那么，随着x 值的减少，说明流过旁路的流量增加。这时，控制阀即使关死，也有一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，使控制阀的可调范围减小，阀的流量特性发生畸变。
15．什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？
答随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。
18．试述电-气转换器的用途与工作原理。
答电-气转换器是将电信号转换为相应的气信号的一种装置。在控制系统中，如果所使用的控制器是电动控制器，其输出信号为0~10mA DC或4~20mA DC，但所选择的执行器为气动执行器，其输人信号一般为20~l00kPa。这时就需要采用电-气转换器，先将控制器的输出电信号转换为相应的气信号，才能为气动执行器所接受。
电-气转换器是接力矩平衡原理工作的。当由输入电流所产生的电磁力与由输出气压所产生的反馈力相平衡时，就建立了输出气压信号与输人电流信号的一一对应关系。
19．试述电-气阀门定位器的用途。
答电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
20．试述电一气阀门定位器的基本原理与工作过程。
答电-气阀门定位器的基本原理是力矩平衡原理。当由输人电流所产生的电磁力与由阀门位置所产生的反馈力在杠杆系统中建立力矩平衡时，就使一定的输人电流信号对应于一定的阀门位置。
23．什么是数字阀？它有哪些特点？
答数字阀是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。
数字阀的特点是分辨率高、精度高、反应速度快、关闭特性好、没有滞后、线性好、噪声小、可以与计算机相连。
但是数字阀结构复杂、部件多、价格贵。此外由于对控制信号过于敏感，容易造成误操作。
24．阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性，理想流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等几种。图2中的( )表示的是( )特性。
《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通 道的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。 二、综合题（54分）
1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。 答： 在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） 仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。
第一章 1.1 什么是化工自动化它有什么重要意义 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自 动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 实现化工生产过程自动化的意义： （1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 （4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 1.2、化工自动化主要包括哪些内容？ 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 1.4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 1.8 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？ 测量元件与变送器：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、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给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送住执行器。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）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。 1.9 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。 1.17 何谓阶跃作用为什么经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。 采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算 1.18 什么是自动控制系统的过渡过程它有哪几种基本形式？ 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。五种基本形式：非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程、
合肥学院化工仪表及自动化复习题（14——15年度） 1.如图所示为一受压容器，采用改变气体排出量以维持容器内压力恒定。试问控制阀应该选择气开式还是气关式？为啥？ 答：一般情况下，应选气关式。因为在这种情况下，控制阀处于全关时比较危险，容器内的压力会不断上升，严重时会超过受压容器的耐压范围，以致损坏设备，造成不应有的事故。选择气关式，可以保证在气源压力中断时，控制阀自动打开，以使容器内压力不至于过高而出事故。 2.当DDZ —Ⅲ型电动控制器的测量指针由50％变化到 25％，若控制器的纯比例输出信号由12mA 下降到8mA ，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制器的作用方向。 解： 又 ∵ 测量值减少时，控制器输出减少，∴ 是正作用方向。 答:控制器的实际比例度为100%，控制器是正作用方向。 3、题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？该系统的控制通道是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。 题1-20图蒸汽加热器温度控制 解：蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。 mA e 4)420(%)25%50(=-?-= mA p 4812=-=%100%10044%100%1001=?=?=?=p e K p δ
被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。 可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。 控制通道是指由加热蒸汽流量变化到热物料的温度变化的通道。 该系统的过渡过程品质指标： 最大偏差A =81.5-81=0.5（℃）； 由于B =81.5-80.7=0.8（℃），B '=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n =B :B '=0.8:0.2=4； 余差C =80.7-81= -0.3（℃）。 4、下图为一自动式贮槽水位控系 统。试指出系统中被控对象、 被控变量、 操纵变量是什么？试画出该系统的方块图。试分析当出水量突然增大时，该 系统如何实现水位控制？ 解：①该系统中贮槽为被控对象；贮槽中水的液位为被控变量；进水流量为操纵变量。②贮槽水位控制方块图如图所示。 ③当贮槽的出水量突然增大，出水量大于进水量，使水位下降，浮球随之下移，通过杠杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与进水量之差随之减小，水位下降变缓，直到进水量与出水量又相等，水位停止下降，重新稳定，实现了水位控制。 5、如果某反应器最大压力为0.6MPa ，允许最大绝对误差为±0.02MPa 。现用一台测量范围为0～1.6MPa ，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0～1.0MPa ，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：对于测量范围为0～1.6MPa ，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对进水 贮槽 杠杆 针形阀浮球 贮槽水位控制系统 出水
1、方框图四要素：控制器、执行器、检测变送器、被控对象。 2、自动控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 3、控制系统的五个品质指标：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。 4、建立对象的数学模型的两类方法：机理建模、实验建模。 5、操纵变量：具体实现控制作用的变量。 6、给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值。 7、被控变量：在生产过程中所要保持恒定的变量。 8、被控对象：承载被控变量的物理对象。 9、比例度：是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即100%/min max min max ?--=）（p p p x x e δ。 10、精确度（精度）：数值上等于允许相对百分误差去掉“±”号及“%”号。 允许相对误差100%-?±=测量范围下限值 测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ 11、变差：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。 12、灵敏度：在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。 13、灵敏限：是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。 14、表压＝绝对压力－大气压力； 真空度＝大气压力－绝对压力。 15、压力计的选用及安装： （1）压力计的选用：①仪表类型的选用：仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求；②仪表测量范围的确定：仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。③仪表精度级的选取：仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。 （2）压力计的安装：①测压点的选择；②导压管的铺设；③压力计的安装。 16、差压式流量计和转子流量计的区别：差压式流量计是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小（恒节流面积，变压降）；而转子式流量计却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小（恒压降，变节流面积）。
（）1、压力计及温度传感器的安装均可选在管道拐弯处。 （）2、精确度高的仪表灵敏度一定高。 （）3、采用镍铬-镍硅热电偶测量温度，将仪表的机械零点调整至25℃，但实际上室温（冷端温度为10℃），这时仪表指示值偏高。 （）4、当仪表空气中断时，气开调节阀的开度为全开。 （）5、要就地测量一往复泵出口的压力，其平均工作压力为5Mpa，则可选用量程为0~10Mpa 的压力表。 （）6、用压力法测量一开口容器的液位，其液位的高低取决于取压点位置、介质密度和容器横截面。 （）7、在自动控制规律的调整中的比例度越大，控制作用越强，余差越大。 （）8、热电阻断路时，温度计输出显示温度值为量程的上限值。 （）9、在流量测量中，一般来说标准喷嘴造成的压力损失小于标准孔板造成的压力损失。（）10、在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，但降低了系统的稳定性。（）11、压力传感器计的安装可选在管道拐弯处。 （）12、当气源突然消失时，气关阀的开度为全关。 （）13、用差压流量计测量流量，流量与测量得的差压成正比。 （）14、在自动控制规律的调整中比例度越小，控制作用越强，余差越大。 （）15、灵敏度高的仪表精确度一定高。 （）16、一般来说直能单座阀比直能双座阀泄漏量要少。 （）17、补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用，热电偶与补偿导线连接片温度不受限制。（）18、在控制系统中引入微分作用的优点是能够消除余差，同时提高了系统的稳定性。（）19、涡轮流量计其入口直管段的长度一般取管道内径的10倍以上。 （）20、热电阻温度变送器输入桥路的主要作用为冷端温度补偿。 二填空题 1、Ⅲ型控制器接收变送器送过来来的标准测量信号 mA或 VDC。 2、由导压管接至差压计（或变送器）前，必须安装切断阀和平衡阀，构成三阀组。在启用差压计时，应先开使、导通，再开 最后再关闭。 3、一般来说自控系统在干扰作用下，它的过渡过程有、、、，以最稳定，一般可以通过调整参数来实现。
《化工仪表及自动化》期末复习题 班级：姓名：学号： 试题： 一．填空（每空1分） 1．工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，即之差。 2．差压式液位计在使用中会出现、和三种零点迁移问题。 3．差压式流量计通常由、以及组成。 4．温度计是把温度的变化通过测温元件转化为热电势的变化来测量温度的，而温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。 5．用来评价控制系统性能优劣的衰减振荡过程的品质指标分别是最大偏差（或超调量）、、、和振荡周期（或频率）等。 6．描述简单对象特性的参数分别有、和。7．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 8．前馈控制的主要形式有和两种。 9．衰减振荡过程的品质指标主要有、、、、振荡周期等。 10．对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越大则积分作用越；微分时间越大，则微分作用越。 11．根据滞后性质的不同，滞后可以分为和两类。 12．测量仪表的量程是指与之差。
13．按照使用能源的不同，工业仪表可以分为、两类。 14．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 15．按照测量原理的不同，压力检测仪表可以分为、、、等。 16．用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 17、气动仪表的信号传输，国际上统一使用的模拟气压信号；DDZIII型电动仪表国际上规定的统一标准信号制是。 18．化工自动化的主要内容有、、自动操纵和开停车系统、。 19．选择性控制系统可分为、和混合型选择性控制系统，对于选择性控制系统要注意防止现象的发生。 20、常见的传热设备有、、等。 21．两种常用的均匀控制方案包括、。 22．速度式流量计中，应用原理测量流体流量的仪表为电磁流量计，根据“卡曼涡街”现象测量流体流量的仪表为，而差压式流量计体积流量大小与其所测得差压的（平方/平方根）成比例关系。 23．比例度对过渡过程的影响规律是比例度越，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大，比例度越，余差减小，但过渡过程曲线越振荡 24、工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用或真空度表示。 25．某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1所示，温度给定值为200℃，该控制系统的最大偏差为，余差为，衰减比为。
1. 化工仪表按功能不同，检测仪表（包括各种参数的测量和变送）；显示仪表（包括模拟量显示和数字量显示）；控制仪表（包括气动、电动控制仪表及数字式控制器）；执行器（包括气动、电动、液动等执行器） 2. 自动化系统。自动检测系统；自动信号和联锁保护系统； 自动操纵及自动开停车系统；自动控制系统 3?传感器：对被测变量作出响应，把它转换成可用输出信号 变送器传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置 4. 自动控制系统的组成：测量变送仪表、控制器、执行机构、被控对象 5. 自动控制系统的方块图： 6. 自动控制系统过渡过程的品质指标 （1）最大偏差A:第一个波峰值（2）超调量B:第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C （3）衰减比：前后两个峰值的比（4）过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所建立的时间（5）振荡周期：过渡过程同向两波峰（或波谷） 之间的间隔时间叫振荡周期 7. 自动控制系统的反馈原理（1）反馈：把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回 到输入端的做法叫反馈（2 ）负反馈：反馈信号使原来的信号减弱 为了使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的，所以要采用负反馈 8. 自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统第二章过程特性及其数学模型 1控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系 2. 机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学 反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型。 3. 实验建模系统辨识：应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数 方法：（1）阶跃反应曲线法（2）矩形脉冲法 第三章检测仪表与传感器 1. 绝对误差？：指仪表指示值X i和被测变量的真值x t之间的差值，一般都指绝对误差中的最大彳直？max 仪表允许的最大绝对误差值 标尺上限值标尺下限值 4. 弹性式压力计中的弹性元件 （1）弹簧管式弹性元件（2）薄膜式弹性元件（3）波纹管式弹性元件 弹性式压力计量程及准确度等级的选取与计算，应遵守相关规定以保证弹性式 2.相对百分误差 m ax 标尺上限值标尺下限值 100 % 允 3.允许误差 100 %
化工仪表及自动化习题（2014）（含答案） 此版为终极版，严格按照《化工仪表及自动化习题（2014）》题序给出答案，包括计算题！画图题！此答案和在3份答案（网传电子版答案+复印手写版答案+王建奇整理版本答案）+课本+百度下进行了校对，精简了部分答案繁琐无用的答题点，精益求精，只方便同学们更好的理解记忆。时间匆忙，整理难免有疏漏，如有疏漏，不服SOLO。 一、填空题 1.自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。 2.自动控制在阶越干扰作用下的过渡过程有：非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程几种基本形式。 3.描述对象特性的参数有：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。 4.自动控制系统与自动检测、自动操纵等系统相比较最本质的区别为自动控制系统有负反馈。 5.控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性、快开特性等几种。 6.研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学模型主要有静态数学模型和动态数学模型两大类。 7.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如，直流电流4~20mA空气压力~都是当前通用的标准信号。 8.弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计和膜式压力计。 9.热电阻温度计主要是测量500℃以下的中、低温，目前应用最广泛的热电阻是铂电阻和铜电阻。 10.节流件应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。 11.化工自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论和技术服务于化学工程学科。 12.了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 13.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，差压式流量计也称为节流式流量计。 14.气动差压变送器中，当液位高度H为0时，变送器输出信号为的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为。 15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力变送器，霍尔片式弹簧管压力表的核心是：霍尔元件，它是利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的间接测量。其实质是将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 16.转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。它又称恒压式流量计、变面积式流量计，适用于测量管径50mm以下管道的测量。据指示形式与传送信号不同分指示式、电远传式、气远传式转子流量计三种。通过转子流量计介质的流量与转子在锥形管中平衡时的高度成正比。转子流量计的标定：在工业基准状态（20℃，）下用水或空气标定。 二、名词解释 1.霍尔效应：电子在霍尔片中运动（电子逆Y轴方向运动）时，由于受电磁力的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个端面上正电荷过剩，于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差，这一点位差称为霍尔电势，这一种物理现象就称为“霍尔效应”。
1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自 动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 ?? 实现化工生产过程自动化的意义： （1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、化工自动化主要包括哪些内容？ 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？ 解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 题1-5图加热器控制流程图 解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-30 7、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 1-7 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？ 解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器； 控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去 执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？ 解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。 被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 8.测量元件与变送器：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、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保 持的给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送住执行器。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）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。 Ex9.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~。被控变量：被控对象
化工仪表及自动化复习练习题（含答案） 1.电路一般由_____、_____及中间环节三部分组成.(电源;负载) 2.在一段电路中，流过电路的电流与电路两端的电压成_____,与该段电路的电阻成_____.(正比;反比) 3.晶体二极管的主要特性是_____导电性.(单向) 4.从晶体三极管三个区引出的三个极分别是______极、______极和______极. (基;发射;集电) 5.仪表的测量范围是从测量_____值到测量_____值;量程是测量上限与测量下限值之_____.(下限;上限;差) 6.按能源来分,仪表可分为_____仪表、_____仪表和_____仪表. (气动;电动;液动) 7.按被测参数来分,仪表可分为_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表和成分_____仪表.(压力;流量;温度;物位;分析) 8.玻璃液体温度计是由__________、________和刻度标尺三部分组成. (玻璃温包;毛细管) 9.电阻箱可以看作是一个具有__________的标准电阻.(可变电阻值) 10.测量一个电路的电流,电流表必须和这个电路_____,且电流表的内阻抗要尽量_____.(串联;小) 11.兆欧表又称作_____、_____和___________.(摇表;高阻表;绝缘电阻测试器) 12.U型压力表必须_____安装.(垂直) 13.玻璃管水位计是利用_______的原理制成的.(连通器) 14.整流电路的作用是将_______变成____________.(交流电;脉动直流电) 15.温度测量仪表可分为_______测温仪表和__________测温仪表两大类. (接触式;非接触式) 16.自动化仪表具有__________、___________、__________、__________功能. (自动检测;自动信号联锁;自动操纵;自动调节) 17.直流单臂电桥又称________电桥.(惠斯登) 18.安装取源部件不宜在焊缝及其边缘上_____及_____.(开孔;焊接) 19.压力取源部件的安装位置应选在介质流束_____的地方.(稳定) 20.就地安装的显示仪表应安装在手动操作阀门时便于_____仪表示值的位置. (观察) 21.双金属温度计是由____________金属片叠焊在一起而制成的.(两种不同的) 22.直流电位差计由__________回路_____________回路和__________回路组成. (工作电流;校准工作电流;测量) 23.吹气式液位计是基于_____原理测量液位的.(静压) 24.测量的手段及方式可分为_____测量、_____测量、_____测量. (直接;间接;组合) 25.运算单元有_______、_______和_______.(加减器;乘除器;开方器) 26.安装孔板时,孔板的中心和管道中心_____.(重合) 27.兆欧表由____________和______________组成.(手摇发电机;磁电系比率计) 28.交流电压表的示值是指交流电压的________值.(有效值) 29.电桥平衡时,两相对臂上的电阻_____等于另外两相对臂上电阻的_____. (乘积;乘积) 30.差压变送器的测量元件_____的作用是将______________转换________.
1、过程控制系统是由_控制器_、_执行器_、—测量变送_和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有—压力__、—流量—、—温度_、—液位—等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是?；电动型标准信号范围是_ 4~20mA 。 5、常用的标准节流件有孔板和______ 。 6、？?检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、？?按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8、常用的热电阻材料是___ 铜、铂_____，分度号是_Cu50 Cu100_、Pt50 Pt100 _线性 好的是—铜_热电阻，它适于测量__低—温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为—定值控制系统_、_随动控制系统_________、__ 程序 控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有—分程控制、串级控制和比值控制__。 12、液位控制一般采用—比例调节规律，温度控制一般采用比例积分微分调 节规律。 1、DCS控制系统是_______________________ ■勺简称。 2、DCS控制系统基本是由____________ , _____________ 及 ______________ 成。 1、某压力仪表的测量范围是100?1100Pa,其精度为级，贝U这台表的量程是多少最大 绝对误差是多少 答：① 1000Pa ②土5Pa 2、某化学反应器工艺规定的操作温度为(900 ±0)C。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最
化工仪表及自动化总复习 第一章自动控制系统基本概念 一、基本要求 1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系； 2. 掌握自动控制系统中常用术语，方块图的意义及画法； 3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义和表示方法； 4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义； 5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。 二、常用名词术语 1. 控制对象： 2. 被控变量： 3. 操纵变量： 4. 干扰：除操纵变量外，作用于被控变量并使其发生变化的因素。 5. 设定值（给定）： 6. 偏差： 7. 控制系统的过渡过程： 8. 反馈：把系统或环节的输出信号直接或（经过一些环节）间接引入到输入端的方法称为反馈。 9. 负反馈：反馈信号的作用方向与设定（给定）信号相反，给定值
取正，反馈信号取负，即偏差信号为两者之差，反馈信号能使原来的信号减弱，这种反馈称为负反馈。（在控制系统中的重要意义） 10.正反馈： 三、问答题 1. 控制系统按被控变量的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。 开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。 闭环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。 定值控制系统：给定值为常数； 随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。 2. 自动控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 被控对象： 检测仪表（检测元件及变送器）： 控制仪表： 执行器（控制阀）： 3. 在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？ 发散振荡过程：
一是非题 （）1、压力计及温度传感器的安装均可选在管道拐弯处。 （）2、精确度高的仪表灵敏度一定高。 （）3、采用镍铬-镍硅热电偶测量温度，将仪表的机械零点调整至25℃，但实际上室温（冷端温度为10℃），这时仪表指示值偏高。 （）4、当仪表空气中断时，气开调节阀的开度为全开。 （）5、要就地测量一往复泵出口的压力，其平均工作压力为5Mpa，则可选用量程为0~10Mpa 的压力表。 （）6、用压力法测量一开口容器的液位，其液位的高低取决于取压点位置、介质密度和容器横截面。 （）7、在自动控制规律的调整中的比例度越大，控制作用越强，余差越大。 （）8、热电阻断路时，温度计输出显示温度值为量程的上限值。 （）9、在流量测量中，一般来说标准喷嘴造成的压力损失小于标准孔板造成的压力损失。（）10、在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，但降低了系统的稳定性。（）11、压力传感器计的安装可选在管道拐弯处。 （）12、当气源突然消失时，气关阀的开度为全关。 （）13、用差压流量计测量流量，流量与测量得的差压成正比。 （）14、在自动控制规律的调整中比例度越小，控制作用越强，余差越大。 （）15、灵敏度高的仪表精确度一定高。 （）16、一般来说直能单座阀比直能双座阀泄漏量要少。 （）17、补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用，热电偶与补偿导线连接片温度不受限制。（）18、在控制系统中引入微分作用的优点是能够消除余差，同时提高了系统的稳定性。（）19、涡轮流量计其入口直管段的长度一般取管道内径的10倍以上。 （）20、热电阻温度变送器输入桥路的主要作用为冷端温度补偿。 二填空题
绪论 一、目的要求 1. 使学生对本课程的研究内容有比较全面地了解。 2. 使学生掌握本课程的正确学习方法。 3. 使学生了解本课程学习的重要性，以为以后的专业课学习打下良好的基础。 二、主要讲解内容及时间安排 2 学时 1. 主要讲解内容 （1）所用教材及主要参考书； （2）课程内容介绍； （3）本课程的学习方法及学习要求。 2. 时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 本课程的研究对象及主要内容；本课程的重点及学习方法和要求。 四、教学法 以课堂讲授为主，学生课后阅读相关的参考资料为辅。 五、参考书 （1）杜效荣主编. 化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994 （2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）. 北京：化学工业出版社， 1999 （3）汪基寿主编. 化工自动化及仪表. 北京：中央广播电视大学出版社， 1993 （4）曹克民主编. 自动控制概论. 西安：西安建筑科技大学出版社，1995 第三章检测仪表及传感器 一、目的要求 1. 使学生了解仪表的性能指标。 2. 使学生掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。 3. 使学生初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4. 了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5. 了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 6. 掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的
冷端温度补偿的作用及方法。 二、主要讲解内容及时间安排15 学时 1. 主要讲解内容： （1）检测仪表及传感器的概念，工业检测仪表的性能指标； （2）压力检测及仪表； （3）流量检测及仪表； （4）物位检测及仪表； （5）温度检测及仪表。 2.时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 1 仪表等级的确定及鉴定和选择； 2 转子流量计的指示值修正，转子流量计与差压式流量计的工作原理的异同； 3 差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 四、讲授难点 1 各种压力仪表的工作原理； 2 转子流量计的指示值修正； 3 差压式液位变送器的零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点 为辅。 六、讲课思路 ▲本章的基本概念： 1 检测仪表 2 传感器 3 变送器 §1 工业检测仪表性能指标 1 有关测量误差的基本概念 （1）测量 （2）测量误差
一、填空题 1、当用仪表对被测参数进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来。这段时间称为仪表的（）。如果仪表不能反映被测参数，便要造成误差，这种误差称为（）。 反应时间动态误差 2、杠杆式差压变送器的测量范围不同，主要是由于其测时膜盒的（）不同。直径 3、FC变送器的零点调整的方法是，先调（），再调（）。 细调螺钉，当细调螺钉不起作用时，粗调螺钉 4、在各公司的智能烃送器中存着两种不同的通信协议，一种是（）通信协议，一种是（）通信协议。 HART DE 5、FCX-A/C系列中的智能变送器的量程调整只能在（）上进行。 手持终端 6、模拟通信协议时在两根线上传送（）个信号，现场总线通信传送（）个信号。 1 多 7、法兰变送器的温度性能主要由法兰膜盒上隔离膜片的刚度和法兰膜盒内的填充液性质决定，所以如隔离膜片刚度越（），则膜片的压力—位移性能越（），因而变送的温度性能越（）。 大差不好 8、氧气压力表校验器常用（），用水将油（），达到校验氧气表的目的。油水隔离装置分隔开 9、活塞式压力计是基于（）原理工作的，一般可分为（）、（）两种。静压平衡、单活塞、双活塞 10、当测量稳定压力时，正常操用压力应为量程的（），最高不得超过测量上限的（）。 1/3~2/3 11、压力开关是一种简单的（）。当被测压力达到额定值时，压力开关可以出（）信号。 压力控制装置、警报或控制 12、管道内的流体速度，一般情况下，在（）处的流速最大，在（）处的流速等于零。 管道中心线、管壁 13、在孔板加工的技术要求中，上游平面应和孔板中心线（），不应有（），上游面和下游面应（），上游入口边缘应（）。 垂直、可见伤痕、平行、锐利、无毛刺和伤痕。 14、转子流量计的流量标尺上的刻度值，对于测量液体的是代表（）的流量值，对于气体的是代表（）的流量值。 20℃水、20℃，1.01325ⅹ105Pa空气 15、转子流量计中流体的流动方向是（）。 垂直 16、涡轮流量计量一种（）式流量计。 速度
1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是0.02~0.1MPa；电动型标准信号范围 是4~20mA。 5、常用的标准节流件有孔板和喷嘴。 6、检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8．常用的热电阻材料是____铜、铂_______，分度号是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100 _，线 性好的是__铜_热电阻，它适于测量__低___温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为__定值控制系统__、_随动控制系统_____、__ 程序控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有＿＿分程控制＿、串级控制＿和＿比值控制＿＿。 12、液位控制一般采用＿比例＿＿调节规律，温度控制一般采用＿比例积分微分调节规律。 1、D CS控制系统是______________________的简称。 2、D CS控制系统基本是由____________,____________以及____________组成。 1、某压力仪表的测量范围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？最 大绝对误差是多少？ 答：①1000Pa ②±5Pa
2、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A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。 图A 过渡过程曲线 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。 2.锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图B是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： (1)画出该控制系统方块图； (2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？
工仪表及自动化（自制课后答案终极版） 第一章自动控制系统基本概念 1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？ 答：化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。 它的重要意义如下 加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。 2.化工自动化主要包括哪些内容？ 答：①自动检测系统，利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分②自动信号和联锁保护系统，对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置 ③自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。 ④自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。 3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。开环系统中，被控变量是不反馈到输入端的。闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近与所希望的状态。 4.自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。 9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：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被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。 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：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。 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。