仪表自动化第五章习题：温度检测

第一章自动控制系统基本概念2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答.闭环控制系统具有负反馈到输入端的能力，它可以随时了解被控对象的情况，有针对地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于所希望的状态。

而开环控制系统，被控变量的情况是不反馈到输入端的。

4.自动控制系统主要由哪些环节组成？答:主要环节有，被控变量，测量元件和变送器，控制器，控制阀（执行器）。

12.什么是负反馈？负反馈在自定控制系统中有什么重要意义？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，并能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。

自动控制系统由于具备负反馈作用，可以随时了解被控对象的情况，有针对地根据被控变量的变化情况使反馈信号升高，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到给定值，这样就达到了控制的目的。

15.按给定值的不同，自动控制系统可分为哪几类？答：定值控制系统，随动控制系统（自动跟踪系统），程序控制系统（顺序控制系统）。

20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这些品质指标的因素是什么？答:衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(或频率)等。

影响因素:很大程度上决定于对象的性质，例如温控系统中，属于对象性质的主要素有，换热器的负荷大小，换热器的结构，尺寸，材质，换热器内的换热情况，散热情况及结垢程度等。

自动化装置的选择和调整不当，也会直接影响控制质量。

22.略，各自下去弄懂。

第二章过程特性及其数学模型1.什么是对象特性？为什么要研究对象特性？答对象特性是指被控对象及系统中的各类装备的特有性质规律。

研究对象特性是因为在自动化装置来模拟人工操作时，必须了解对象的特性，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的操作系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件和控制器。

化工仪表及自动化_第五版_课后习题答案完整版习题答案《化工仪表及自动化》第五版厉玉鸣主编化学工业出版社Ex1. 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。

习题(第一章)Ex2.化工生产过程自动化,一般包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。

习题(第一章)Ex3.闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。

从信号传递关系上看,构成了一个闭合回路。

开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制。

从信号传递关系上看, 未构成闭合回路。

Ex7.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。

Ex8.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。

习题(第一章)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:被控对象内要求保持给定值的工艺参数。

第5章 思考题与习题1．基本练习题（1）过程控制系统方案设计的主要内容有哪些？一般应怎样选择被控参数？答：1）主要内容有:熟悉控制系统的技术要求和性能指标；建立控制系统的数学模型；确定控制方案；根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；系统仿真与实验研究；工程设计；工程安装；控制器参数整定。

2）被控参数的选择：对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接进行测量的工艺参数作为被控参数。

当难以用直接参数作为被控参数时，应选取直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。

当采用间接参数时，该参数对产品质量应该具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。

被控参数的选择还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。

（2）控制通道0/T τ的大小是怎样反映控制难易程度的？举例说明控制参数的选择方法？答：1）一般认为，当/0.3o T τ≤时，系统比较容易控制；而当/0.5o T τ>时，则较难控制，需要采取特殊措施，如当τ难以减小时，可设法增加o T 以减小/oT τ的比值，否则很难收到良好的控制效果。

2）控制参数的选择方法：选择结果应使控制通道的静态增益o K 尽可能大，时间常数o T 选择适当。

控制通道的纯时延时间o τ应尽可能小，o τ与o T 的比值一般应小于03。

干扰通道的静态增益f K 应尽可能小；时间常数f T 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）。

当广义被控过程（包括被控过程、调节阀和测量变送环节）由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。

在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素。

（3）调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应怎样确定调节器的正反作用方式？1）定义：当被控过程的输入量增加（或减少）时，过程（即被控对象）的输出量也随之增加（或减少），则称为正作用被控过程；反之称为反作用被控过程。

1.自动电子电位差计是如何基于补偿测量法工作的？线路电阻值的变化，对电子电位差计的测量有无影响？为什么？答：自动电子电位差计的简单原理图，当热电势Er 与已知的支流压降相比较时，若Er ≠Ucb,其比较之后的差值经放大器放大后，输出足以驱动可逆电机的功率，使可逆电机又通过一套传动系统去带动滑动触点C 的移动，直到Et=Ucb 时为止。

这是放大器输入信号为零，可逆电机不再转动，测量线路就达到了平衡，这样Ucb 就可以代表被测量的Er 值。

由此可知，电子电位差计是利用已知的电压Ucb 去补偿未知的热电势Et 的，故是基于补偿测量法工作的。

由于当Et=Ucb 时，热电阻回路是没有电流流过的，因此线路电阻值的变化，对电子电位差计的测量不会造成影响的。

2.电子电位差计是如何实现对热电偶冷端温度自动补偿的？答：如图4-2所示是电位差计的测量电桥，电位R 2用铜丝绕制，让R 2与热电偶冷端处于同一温度。

因为铜电阻的阻值随着温度升高而增加，则R 2上的电位差也增加。

而热电偶的热电势却随冷端温度的升高而降低，如配置得当，就可以达到温度补偿的目的。

3、对于配有配有镍铬-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？输入信号为多少？若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应该指示多少度？输入信号为多少？答案：因为电子电位差计的冷端补偿为25℃设计的，所以当热电偶的热端为0℃，冷端为25℃时，指示应为0℃。

若热端为0℃，冷端也为0℃时，送到放大器的输入信号约为+1000μv 这时应该指示25℃.4.某台电子电位差计的标尺范围是0～1100℃，热电偶参比端温度是20℃.如果不慎将热电偶短路，则电子电位差计的指示值多少？答案：当热电偶短路时，可以认为两热电极间的电势为零。

热电偶参比端温度是20℃，但电子电位差计的冷端补偿为25℃设计的，故仍为过补偿，放大器的输入信号为正值，仪表的指针应指在高于0℃（约5℃左右）5．普通电子电位差计是否可以用来测量温度差？并要注意哪些问题？答案：普通电子电位差计是可以用来测量温度差的。

第一章：作业：1.DDZ 和QDZ 的信号传输标准，DCS 和FCS的名词解释2.某压力表刻度0～100kPa，在50kPa处测量值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差？3.某台测温仪表的测温范围为－100～700℃，校验该表时测得全量程内最大绝对误差为＋5℃，试确定该仪表的精度等级。

4.某台测压仪表的测压范围为0～8MPa。

根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过±0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？5.某待测电流约为100mA,现有0.5级量程为0~400mA 和 1.5级量程为0~100mA的两个电流表，问用哪一个电流表测量比较好？6.某DDZ-Ⅲ型温度变送器测量范围是300-700℃,当温度由400℃变化到600℃时,变送器的输出如何变化？7.差压变送器的量程为0~100 KPa，现负迁移50%，仪表的量程和测量范围分别为？答案：1.QDZ信号标准：20kPa~100kPaDCS: 集散控制系统FCS：现场总线控制系统2.3.4.5.解：用0.5级量程为0~400mA 电流表测100mA 时，最大相对误差：用1.5级量程为0~100mA 的电流表测100mA 时，最大相对误差：说明选择合理的量程，即使用1.5级表也可以比0.5级表准确。

6. 8mA ~16mA7. 仪表的量程为100Kpa 仪表的测量范围为-50~50Kpa第二章：作业：课后2，4，5，6，7，8，9，11，19，202-2 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？2-5由K 分度号热电偶(包括补偿导线)、冷端温度补偿器和配K 分度号的动圈仪表组成一个温度检测系统，测量显示782℃，此时室温为32℃，后来发现所用的冷端补偿器型号为S ，与K 分度号热电偶不配套，则实际温度？2-6 用K 型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV ，冷端（室温）为25C ，求设备的温度？如果改用E 型热电偶来测温，在相同的条件下，E 热电偶测得的热电势为多少？1400%0.5%2%100m x X S x γ=⨯=⨯=2100% 1.5% 1.5%100m x X S x γ=⨯=⨯=2-12某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的 5％，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。

1． 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 电热偶来测量温时，在相同的条件下。

E 热电偶测得的热电势为多少？解：⑴ 当热电势为20ｍＶ时，此时冷端温度为25℃，即E(t,t 0)=20ｍＶ查表可得 E(t 0,0）=E(25，0）=1ｍＶ因为 E(t,0)= E(t,t0)+E(t0,0)=20+1=21ｍＶ℃由此电势，查表可得t=509℃，即设备温度为509℃.⑵ 若改用E 热电偶来测温度时，此时冷端温度仍为25℃。

查表可得E(t0，0)=E(25，0)=1.05ｍＶ 当509℃，查表可得 E(t,0)=E （509，0）=37.7ｍＶ因为E(t,t0)= E(t,t0)-E(t0,0)=37.7-1.5=36.2ｍＶ即E 热电偶测得的热电势为36.2ｍＶ。

2． 现用一只镍铬-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？正确值是多少？解：不对。

因为此时冷端度为30℃.而仪表的指示值（400℃）是在仪表的机械零位在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),即E(t,30)=E(400,0)=28.943ｍＶ因为 E(t,t0)=E(t,t 0)+E(t 0,0)=E(t,30)+E(30,0)=28.943+1.801=30.744ｍv查表可得：t=422°C.有上面分析可看出，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值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 ，0），这样查表即可得到实际温度t 的值。

.热电偶的热电特征由电极资料的化学成分和物理性质决定，热电势的大小与构成热偶的资料和两头温度相关，与热电偶的粗修长短没关。

（√）答热电偶工作原理：取两根不一样资料的金属导线A和B，将其焊接而成，焊接的一端插入被测介质中，感觉被温度，称为工作端（热端），另一端与导线相连，称为自由端（冷端）。

则回路热电势两种导体资料都能够配制成热电偶。

(√)热电偶的热电特征是由其丈量端和参比端的温差决定的。

(×）答：是由热电偶电极资料决定的热电偶的热电势是由接触电势和温差电势构成的。

(√)热电偶丝越细，热端接合点越小，则热惯性越大。

(×）答：和粗细没关系，只与资料相关热电偶温度变送器的输出信号随热电偶冷端温度变化。

(×)答：当冷端温度固定，热电偶温度变送器的输出信号随热电偶热端温度变化热电偶温度变送器的输入信号是热电势，因为热电势和温度不可线性，所以该仪表输出信号和温度不可线性关系。

（×）答：热电偶温度变送器的输入信号是热电势，热电势和温度不可线性。

经温度变送器线性化后该仪表输出信号和温度成线性关系8. 热电偶的热电势E(200℃，100℃)等于E（100℃、0℃)。

(×)答：热电偶热电势和温度不是正比率，所以错。

9.在热电偶回路中接入第三种资料的导线后，即便第三种导线的两头温度同样，则第三..种导线的引入也影响热电偶的热电势。

（×）答：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并没有影响。

可是一定保证引入线两头的温度同样。

热电偶正、负极时，可依据亲磁状况辨别。

不亲磁为正极，稍亲磁为负极。

(√)为分辨S型热电偶的正负极，可依据偶丝的软硬程度来判断，较硬着是铂铑丝，为正极。

(√)于赔偿导线是热电偶的延长，所以热电偶的热电势只和热端、冷端的温度相关，和补偿导线与热电偶连结处的温度没关。

(×)答：赔偿导线：它也是由两种不一样性质的金属资料制成，在必定温度范围内（0～100℃）与所连接的热电偶拥有同样的热电特征，其资料又是低价金属。

仪表⾃动化部分习题答案第⼀章⾃动控制系统基本概念 (1)第⼆章过程特性及其数学模型 (2)第三章检测仪表与传感器 (2)第四章⾃动控制仪表 (3)第五章执⾏器 (3)第六章简单控制系统 (3)第七章复杂控制系统 (3)第⼀章⾃动控制系统基本概念2、化⼯⾃动化⼀般包括⾃动检测、⾃动保护、⾃动操纵和⾃动控制等⽅⾯的内容。

或：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。

4、⾃动控制系统由被控对象、测量元件变送器、控制器、执⾏器组成。

6、 FRC/305：流量记录控制仪表，集中仪表盘⾯安装，⼯段号为3，仪表序号为05PI 307：压⼒指⽰仪表，就地安装，⼯段号为3，仪表序号为07TRC/303：温度记录控制仪表，集中仪表盘⾯安装，⼯段号为3，仪表序号为0311被控对象：反应器；被控变量：反应器内温度；操纵变量：冷却⽔流量⼲扰：冷却⽔温度、压⼒，AB物料温度、流量、组成、纯度，搅拌速率等。

20、⾃动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最⼤偏差、超调量、衰减⽐、振荡周期或频率、过渡时间。

对于⼀个⾃动控制系统，过渡过程品质的好坏很⼤程度上决定于对象的性质，⾃动化装置的选择和调整不当也会直接影响控制质量，此外，在控制系统运⾏过程中，⾃动化装置的性能变化也会影响控制质量。

第⼆章过程特性及其数学模型8、反应对象特性的参数有放⼤系数K、时间常数T、滞后时间τ放⼤系数K：在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输⼊的变化量之⽐；放⼤系数越⼤，被控变量对这个量的变化就越灵敏。

时间常数T：指当对象受到阶跃输⼊作⽤后，被控变量如果保持在初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间；时间常数越⼤，对象受到⼲扰作⽤后被控变量变化得越慢，达到新的稳定值的时间就越长。

滞后时间τ：是纯滞后时间和容量滞后时间的总称，它反映对象受到输⼊作⽤后，输出不能⽴即、迅速变化的现象；系统受到⼲扰后，由于滞后作⽤存在，被控变量不能⽴即反就出来，也就不能及时产⽣控制作⽤，整个系统的控制质量会受到严重的影响。

第五章温度测量及变送第六章显示仪表45.简述热电偶测量原理和补偿导线的作用。

46.简述热电阻测量原理和三线制连接的作用。

47.简述需要进行热电偶冷端温度处理的原因及其方法。

48.名词解释：热电效应。

49.当热电阻短路时，自动平衡电桥应指示（）a、0℃b、最上限温度c、最下限温度50.与热电偶配用的自动电位差计，当输入端短路时，应显示（）a、下限值b、环境温度（室温）c、上限值51.热电偶测温时，采用补偿导线是为了（）。

A 冷端补偿B 消除导线电阻的影响C 将冷端延伸至其他地方D 降低费用52.补偿导线的正确敷设，应该从热电偶起敷到（）为止？A 就地接线盒B 仪表盘端子板C 二次仪表D 与冷端温度补偿装置同温的地方53.用电子电位差计测热电偶温度，如果热端温度升高2℃，室温（冷端温度）下降2℃，则仪表的指示（）A 升高2℃B 下降2℃C 不变D 升高4℃54.在用热电阻测量温度时若出现热电阻断路时，与之配套的显示仪表如何变化（）A 指示值最小B 指示值最大C 指示值不变D 指示室温55.用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。

但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（）A.偏大、B.偏小、C.可能大,也可能小,要视具体情况而定。

56.某人将镍铬-镍硅补偿导线极性接反，当电炉温度控制于800℃时，若热电偶接线盒处温度为50℃，仪表接线板处温度为40℃，问测量结果和实际相差多少？已知：E(800℃, 0)=33.29mv E(40℃, 0)=1.61 mV E(761℃, 0)= 31.68 mV E(841℃, 0)=34. 9mv E(50℃, 0)=2.02 mV E(741℃, 0)=30.82 mV E(742℃, 0)=30.90mv57.用K型热电偶测温。

已知回路热电势为15.000mV，冷端温度20℃，试求热端温度。

下列分度表数据可供选用：E(20)=0.798mV，E（347）=14.167mV，E(348)=14.208，E(385)=15.763mV，E(386)=15.805mV。