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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。
专业资料精心整理P161. 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-307、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。
P161. 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，取代把持人员的部分直接劳动，使生产在分歧水平上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的法子，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，改良劳动条件。
（3）能够包管生产平安，防止事故发生或扩年夜，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能修改劳动方法，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分歧创作创造条件。
2、化工自动化主要包含哪些内容？一般要包含自动检测、自动呵护、自动把持和自动控制等方面的内容。
13 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丈量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
15 题15图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分辨说明图中PI307、TRC303、FRC305所代表的意义。
题15图加热器控制流程图解PI307暗示就地装置的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC303暗示集中仪表盘装置的，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；FRC305暗示集中仪表盘装置的，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。
试分辨说明图中PI307、TRC303、FRC305所代表的意义。
PI307暗示就地装置的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC303暗示集中仪表盘装置的，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；FRC305暗示集中仪表盘装置的，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。
17 在自动控制系统中，丈量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解丈量变送装置的功能是丈量被控变量的年夜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；控制器接受丈量变送器送来的信号，与工艺上需要坚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修改阀门的开启度，从而修改把持变量的年夜小。
《化工仪表及自动化》第五版厉玉鸣主编习题与思考题答案山东轻工业学院化学与制药过程学院应用化工技术专业叶宝庆第一章自动控制系统基本概念1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答: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。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，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？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：自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制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。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
从图1-1, (b)所示的控制系统方块图可以清楚看出，操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路（a）（b）图1-1 闭环自动控制基本结构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系统。
即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统分为两种，一种按设定值进行控制，如图1-2 (a)所示。
这种控制方式的操纵变量(蒸汽流量)与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化时，操纵变量随其变化进而改变被控变量。
另一种是按扰动进行控制，即所谓前馈控制系统，如图1-2 (b)所示。
答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。
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者机器叫被控对象。
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。
工艺上希翼保持的被控变量即给定值。
具体实现控制作用的变量叫做控制变量。
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，惟独负反馈才干使反馈信号升高，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。
Tsp - 干扰 T控制器执行器反应器x e p qZ温度测量变送被控对象：反应器被控变量：反应温度控制变量：冷却水流量：干扰变量 A、B 的流量、温度。
当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号 e 降低。
此时，控制器将发出信号而使控制阀的开度变大，加大冷却水流量，从而使被控变量下降到 S.P。
所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。
当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。
这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。
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。
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。
答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或者频率。
影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。
描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数 T、滞后时间г物理意义： K：反应的是对象处于稳定状态下的输出变化量和输入变化量之间的关系。
T：系统在受到阶跃输入作用后输出达到稳定值的 63.2%所需时间系统受到输入作用后，输出保持初始速度变化，达到稳定值所需时间。
P161. 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-307、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。
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”。
2.显示仪表：在生产过程中对各种参数进行指示、记录或累积的仪表。
3.卡曼涡街：把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，称为卡曼涡街。
4.工艺管道及控制流程图：在控制方案确定后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便成了工艺管道及控制流程图（PID 图）。
5.过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
6.节流效应：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。
7.测量过程：将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。
一般利用专门的技术工具（即测量仪表），将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
8.热电势：热电偶是由两种不同材料的导体A 和B 焊接而成，当组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这个电动势叫热电势。
9.控制对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
10.被控变量：生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量。
11.操纵变量：在自动控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
12.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，过渡过程所经历的时间。
13.滞后时间：在容量滞后与纯滞后同时存在时，常常把两者合起来统称滞后时间。
14.系统的动态特性：系统输入输出随时间变动的关系称为系统的动态特性。
15.仪表的准确度：仪表的测量结果与实际值得接近程度。
16.精密度：仪表检测微小参数变化的能力。
17.精确度：仪表的精确度简称精度，是用来表示仪表测量结果的可靠程度。
反应误差大小的术语，精确度越高，误差越小。
18.灵敏度：仪表在稳定状态下输出的变化量与最小输入的变化量之比值。
19.灵敏限：仪表能响应的输入信号的最小变量。
20.指示变差：在外界条件不变的情况下，用同一仪器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差。
21.允许相对误差：某一台仪器在规定正常情况下，允许的相对百分误差的最大值。
δ允=±仪表允许的最大绝对误差/（上限-下限）×100%。
22.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。
工业上常用的有控制器主要有三种控制规律：比例控制规律、比例积分控制规律和比例积分微分控制规律。
三、简答题1.图1-1所示为某化工厂超细碳酸钙生产中碳化部分简化的工艺管道及控制流程图，试指图中中所示符号的含义。
答：①仪表位号FICQ-101表示第一工序第01个流量控制回路（带累积指示），累积指示仪及控制器安装在仪表室仪表盘正面上。
②仪表位号TI-101表示第一工序第01个温度显示仪表。
仪表安装在现场。
③仪表位号PI-101表示第一工序第01个压力显示仪表。
仪表安装在现场。
④仪表位号TI-102表示第一工序第02个温度显示仪表。
仪表安装在现场。
⑤仪表位号PI-102表示第一工序第02个压力显示仪表。
仪表安装在现场。
⑥仪表位号LIC-101表示第一工序第01个具有指示功能的物位控制器。
安装在集中仪表盘上。
⑦仪表位号HIC -101表示第一工序第01个具有指示功能的高限报警控制器。
安装在集中仪表盘上。
2.何谓控制系统的过渡过程；根据过渡过程自动控制系统的工作品质用什么指标来衡量答：系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。
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。
3.什么是漩涡流量计简述其工作原理。
答：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。
原理：当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。
漩涡产生的频率和流体的流速成正比。
通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。
4.请简述控制器在自动控制系统中的作用。
答：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。
5.热电阻温度计为什么可以用来测量温度它由哪几部分组成各部分有何作用答：因为热电阻温度计的金属导体电阻值随温度变化而变化，通过测量金属导体的电阻就可以测量出温度。
它由热电阻、显示仪表、连接导线组成。
热电阻：感温元件，由于温度变化导致电阻变化显示仪表：显示测量的电阻连接导线：形成闭合回路6.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各部分有何作用答：因为热电偶温度计是由两种不同材料A、B焊接而成，由于A、B金属自由电子密度不同，于是会在AB接触面上产生热电势，由于温度不同产生热电势不同，根据两端捅的热电势可得出闭合回路总热电势，然后查表，查出对应温度。
它由热电偶、测量仪表、连接导线组成。
热电偶：测量热端热电势显示仪表：将总热电势转换成温度显示出来连接导线：形成闭合回路7.霍尔效应及霍尔片式压力计工作原理。
答：霍尔效应见名词解释。
霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即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，从而实现压力的测量。
8.简述压力计的选用和安装时需要注意的要点。
答：压力计的选用：（1）仪表类型的选用（2）仪表测量范围的确定（3）仪表精度级的选取压力计的安装：（1）压力计应安装在易观察和检修的地方；（2）安装地点应力求避免振动和高温影响；（3）针对被测介质的不同性质，要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施；（4）压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏；（5）当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Δp = ±Hρg 进行修正（式中ρ为导压管中介质的密度，g 为重力加速度，H 为高度差）；（6）为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。
9.什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：在使用差压变送器测量液位时，一般压差?p与液位高度H之间的关系为?p=ρgH。
这就是一般的“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，当被测液位H=0时，差压变送器正、负压室的压力并不相等，即?p≠0，这就是液位测量时的零点迁移问题。
为了进行零点迁移，可调节仪表上的迁移弹簧，以使液位H=0时，尽管差压变送器的输入信号?p不等于0，但变送器的输出为最小值，抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。
零点迁移实质就是变送器零点的大范围调整，改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。
10.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的答：被控对象的正、反作用方向规定为：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。
执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。
气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。
