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控制仪表及装置复习要点及习题《自动控制仪表与装置》综合习题说明：选择题除了正确选择答案外还应给出选该答案的理由绪论、第一章概述1. 如何评价测量仪表性能，常用哪些指标来评价仪表性能？2. 名词解释：相对误差、精度、变差、灵敏度、量程、反应时间 3. 仪表的变差不能超出仪表的（）a、相对误差b、引用误差c、允许误差4. 测量某设备的温度, 温度为400℃, 要求误差不大于4℃，下列哪支温度计最合适?（）A 0～600℃ 1.5级 B. 0～1500℃ 0.5级 C. 0～800℃ 0.5级 D. 0～400℃ 0.2级 5. 仪表的精度级别指的是仪表的( )A 引用误差 B. 最大误差 C.允许误差 D. 引用误差的最大允许值 6. 下列说法正确的是（）A 回差在数值上等于不灵敏区B 灵敏度数值越大则仪表越灵敏C 灵敏限数值越大则仪表越灵敏7. 有一个变化范围为320――360kPa的压力，如果用A、B两台压力变送器进行测量，那么在正常情况下哪一台的测量准确度高些？压力变送器A：1级，0――600kPa。
压力变送器B：1级，250――500kPa。
8. 一台精度等级为0.5级的测量仪表，量程为0~1000℃。
在正常情况下进行校验，其最大绝对误差为6℃，求该仪表的最大引用误差、允许误差、仪表的精度是否合格。
9.某台差压计的最大差压为1600mmH2O，精度等级为1级，试问该表最大允许的误差是多少？若校验点为800mmH2O，那么该点差压允许变化的范围是多少？10. 测量范围 0～450℃的温度计,校验时某点上的绝对误差为3.5℃,变(回)差为5℃,其它各点均小于此值,问此表的实际精度应是多少?若原精度为1.0级,现在该仪表是否合格?11. 自动化仪表按能源分类及其信号形式。
12. 单元组合式仪表是什么？第二章压力测量及变送13. 简述弹簧管压力表原理和游丝的作用。
14. 简述电容式差压变送器工作原理，说明变送器的两线制工作机理。
内容总结一：仪表仪表的发展：DDZ, QDZ，DCS，FCS （等术语），检测变送的功能：转化为标准信号：24V DC电源供电，4~20 mA 电流信号（活零点），1~5V DC 电压信号，250欧姆转换；气动执行器20~100 Kpa仪表的指标（精度，特性曲线，零点，量程，测量范围，响应时间），精度和相对误差/绝对误差的关系p7 ~p111.检测变送仪表。
变送的原理温度：热电偶(原理，中间导体定律，补偿导线，冷端补偿的有关概念)，常用标准热电偶的热电特性图。
习题热电阻（原理，类型，测温范围，型号意义）压力：压力的定义（表压，绝压，差压各种表述之间的关系）p41,差压测液位（测压点位置不同引起的迁移）压力表3去。
测量范围的确定1/3~2/3流量：各种流量计测量特点、分类p56；差压（孔板）流量计p58，转子流量计的测量特点，差压（孔板）流量之间的计算（习题），涡街原理。
液位：差压测液位，迁移的判断。
P702．执行器：结构（执行机构+调节机构），调节阀气开气关选择原则p178调节阀的流量特性：定义（影响因素）；分类：固有+工作; 可调比串联管道工作时，分压比s 的变化，对流量特性的影响。
流量特性的选择：依据过程特性+配管情况+负荷情况 p181安全火花防爆系统: 两个条件 P1902. 控制仪表（调节器）：正反作用的定义，控制框图，控制分析调节器调节规律：调节器的调节规律就是输出量与偏差之间的函数关系。
二. 控制（调节）仪表：1．模拟：PID 调节器的数学表达式：)11()(s T s T K s G d i c ++= PID 调节器的阶跃响应特性重点：比例积分特性，图形特点，Kc Ti 的判断， 公式计算2、智能仪表数字PID ，位置式，增量式。
公式！！数字控制系统的改进：积分饱和产生的原因，防积分饱和措施 P228三、控制：控制系统的分类（定值 伺服 程序）。
(0)01()()[()()]tc Di de t u t K e t e t dt T u T dt =+++⎰01()[()()]t p iy t K e t e d y T ττ=++⎰1. 控制原理负反馈+稳定运行稳定运行：各环节增益之积保持不变2．控制指标各单项指标（习题）3．控制对象锅炉4．控制结构：反馈控制（经典PID），正反作用，调节机理叙述。
控制仪表及装置答案1. 简介控制仪表及装置是工业自动化系统中的重要组成部分，用于监测和控制工业过程中的各种参数。
本文档将回答关于控制仪表及装置的常见问题，并介绍其主要功能和应用领域。
2. 常见问题问题1：什么是控制仪表及装置？控制仪表及装置是用于测量、监测和控制工业过程中各种参数的设备。
它们通过传感器收集数据，然后将数据转换为可读的或可处理的形式，最终控制工业过程的运行。
问题2：控制仪表及装置的主要功能是什么？控制仪表及装置的主要功能包括测量、监测、控制和保护。
它们可以测量温度、压力、液位、流量等参数，监测工业过程中的各种状态，通过反馈控制系统实现自动控制，并保护工业过程免受损坏或事故的影响。
问题3：控制仪表及装置的应用领域有哪些？控制仪表及装置广泛应用于工业自动化领域，包括石油化工、电力、钢铁、水处理、制药、食品加工等行业。
它们可以用于监测和控制各种工业过程，如温度控制、压力控制、液位控制、流量控制等。
问题4：控制仪表及装置有哪些常见的分类？控制仪表及装置可以按照功能来分类，常见的分类包括测量仪表、控制仪表、显示仪表和记录仪表。
测量仪表用于测量各种参数，如温度计、压力计等；控制仪表用于控制工业过程，如温度控制器、液位控制器等；显示仪表用于显示工艺参数，如数字显示器、图形显示器等；记录仪表用于记录工艺参数的变化。
3. 主要功能控制仪表及装置具有以下主要功能：3.1 测量控制仪表及装置可以测量各种参数，如温度、压力、液位、流量等。
通过传感器收集到的数据，可以实时监测工业过程中的各种状态，为后续的控制提供准确的参考。
3.2 监测控制仪表及装置可以监测工业过程中的各种状态，如温度过高、压力过低等。
一旦监测到异常状态，它们可以向控制系统发送信号，触发相关的控制操作，保证工业过程的稳定和安全运行。
3.3 控制控制仪表及装置可以通过反馈控制系统实现自动控制。
在监测到工业过程中的偏差时，它们可以通过调整控制参数，如阀门的开度、电机的转速等，来实现对工艺参数的控制，保持工业过程在预定的范围内。
第一章1.过程控制系统的组成调节器、调节阀、被控过程、检测变送2.过程控制系统的分类1）按系统的结构特点分类反馈控制系统(闭环)、前馈控制系统(开环)、前馈—反馈控制系统2)按给定值信号的特点分类定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统系统是衰减震荡的过程.衰减比和衰减率(动态质量指标)、余差(静态)、最大偏差和超调量(偏离给定值的程度)，峰值时间Tp(系统灵敏度)，过渡时间（过渡过程快慢）振荡频率一样，衰减比n越大，调节时间相对较短；衰减比n相同，振荡频率越高，振荡周期（调节时间）就越短第二章被控过程的数学模型-----指被控过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
1.解析法：根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡关系，用数学推理建立数学模型的方法。
解析法建模：通过静态与动态物料平衡关系，用数学推导法建立过程的数学模型。
无自衡过程-----指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身不能重新恢复平衡的过程。
2.实验辨识法：根据过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计建立过程的数学模型。
3.混合法测定阶跃响应曲线的原理：在过程的输入量作阶跃变化时测定其输出量随时间而变化的曲线。
用阶跃响应曲线的原因：a能形象直观和完全描述被控过程的动态特性b容易添加信号a.阶跃响应法，试验时需要注意的问题;b.矩形响应法1)试验测定前，被控过程应处于相对稳定的工作状态2)输入阶跃信号的幅值不能过大，也不能过小3)分别输入正负阶跃信号，并测取其响应曲线作对比4)在相同的条件下重复测试几次第三章1.在过程控制系统中，变送器常和传感器组合使用，共同完成对温度、压力、物位、流量、成分等被控参数的检测并转换为统一标准的输出信号。
变送器的类型和特点差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器温度变送器的分类是直流毫伏变送器、热电隅温度变送器（热电效应、高温）、热电阻温（中低温度）温度变送器的特点：（1）采用低漂移，高增益的运算放大器作为主要放大器，具有线路简单和良好的可靠性，稳定性及各项技术性能。
电气仪表知识点总结本文将对电气仪表的一些重要知识点进行总结，包括它们的分类、原理、应用以及在工业中的重要性。
一、电气仪表的分类电气仪表根据其功能和用途的不同，通常可以分为以下几类：1. 检测仪表：主要用于检测和测量一些物理量，如温度、压力、流量、液位等。
它们一般采用传感器和变送器来获取信号，并通过电路转换成相应的电信号输出。
2. 显示仪表：主要用于显示被测物理量的数值或图形。
常见的显示仪表有数显表、指示仪表、图形仪表等。
3. 控制仪表：主要用于对控制系统的参数进行调整和控制。
它们一般采用PID控制算法，并能够通过电气或电子装置实现对被控对象的控制。
4. 计量仪表：主要用于对电气参数（如电压、电流、功率等）进行测量和计量。
常见的计量仪表有电压表、电流表、功率表等。
5. 分析仪表：主要用于分析被测对象的成分、结构和性质。
常见的分析仪表有气体分析仪、液体分析仪、固体分析仪等。
6. 记录仪表：主要用于记录被测物理量的变化情况。
它们一般采用纸带记录仪、磁带记录仪、数字记录仪等形式。
二、电气仪表的原理电气仪表的工作原理通常包括以下几个方面：1. 传感器原理：传感器是用于感知被测对象的物理量，并将其转化为电信号的装置。
传感器的种类繁多，包括压力传感器、温度传感器、液位传感器、流量传感器等。
传感器的原理通常包括电阻、电容、电感、霍尔效应等。
2. 信号处理原理：传感器采集到的信号一般是微弱的模拟电信号，需要经过信号处理装置进行放大、滤波、转换和处理，以提高其灵敏度和稳定性，并将其转化为标准的电信号输出。
3. 控制原理：在控制系统中，常常需要对被控对象进行调节和控制。
这就需要使用控制原理，包括PID控制、开环控制、闭环控制等。
通过控制仪表对被控对象进行控制，从而实现系统的稳定运行。
4. 显示原理：不同类型的显示仪表采用的显示原理也不同。
例如，数显表采用数字显示原理，指示仪表采用指针指示原理，图形仪表采用图形显示原理。
绪论1． 控制系统的组成：调节器、执行器、变送器2． 联络信号和传输方式：控制仪表及装置采用统一信号传输气动单元组合仪表：kPa 100~20气压信号电动单元组合仪表：DDZ-II 型 mA 100-直流电流DDZ-III 型 mA 204-直流电流或者V 51-直流电压注：国际标准信号：电流mA 204-，电压V 51- 3． 电流信号传输和电压信号传输电流信号：仪表之间相互串接，一台仪表发生故障影响其它仪表的使用，适合远距离传送；电压信号：仪表之间相互并联，增加或取消某个仪表不影响其他仪表的工作，容易引入误差，不适合远距离传送 4. 变送器的信号传输：四线制传输：供电电源和输出信号各用两根线；电源与信号分别传送，对电流信号零点及元器件功耗无严格要求两线制传输：两根传输导线既是电源线，又是信号线；节省电缆线和安装费用，有利于安全防爆；采用这种方式，电流信号下限不能为零，DDZ-II 仪表只能用四线制 5. 本质安全防爆两个必要条件：自身不产生非安全火花；安全场所的非安全火花不能窜入危险场所 实现方法：在现场使用本质安全型防爆仪表，在控制室和危险场所仪表之间设置安全栅注意：除了上述之外，还需注意系统的安全和布线调节器 1. 调节器的正作用和反作用偏差：s i x x -=ε （i x —变送器输出，s x —给定值） 正偏差0>ε 反偏差0<ε正作用调节器：如果偏差0>ε，调节器输出变化量0>∆y 反作用调节器：如果偏差0<ε，调节器输出变化量0>∆y 2. 调节器的运算规律调节器的输出信号通常是指其变化量y ∆，其实际输出为'y y y +∆= ①比例运算（P ）数学表达式：ε⋅=∆p K y （p K 为比例增益） 传递函数：P K s E s Y s W =∆=)()()(特点：响应非常及时，没有丝毫滞后，系统有余差比例度δ：δ%1001⨯=PK②比例积分运算（PI ）理想的数学表达式：)1(⎰⋅+=∆dt T K y IP εε（I T —积分时间）传递函数：)11()(sT K s W I P +=实际数学表达式：)]1)(1(1[Ii T K t I P eK K y ---+=∆ε传递函数：sT K sT K s W I I I P1111)(++=，积分增益)0()(y y K I ∆∞∆=实际PI 调节特性接近于理想PI 调节器的特性积分时间：当偏差为阶跃信号时，调节器的积分输出增大到与比例输出相等所需的时间积分时间越短，积分速度越快，积分作用越强特点：能消除余差，积分作用控制动作缓慢，与比例作用组合使用调节精度∆：控制点最大偏差的相对变化量，表征调节器消除余差的能力∆%1001⨯=IP K K （值越低，调节精度越高，消除余差能力越强）③比例微分运算规律（PD ） 理想数学表达式：)(dtd T K y DP εε+=∆（P K —微分时间） 传递函数：)1()(s T K s W D P += 实际数学表达式：])1(1[t T K D P DDeK K y --+⋅=∆ε（微分增益—D K ） 传递函数：()sK Ts T s W DD D +⋅+=111K )(P理想与实际偏差较大，一般以实际为准 微分时间：衡量微分作用的强弱微分时间越长，微分输入衰减越慢，微分作用越强特点：根据偏差变化速度调节，超前调节，微分作用在偏差输出恒定不变时输出为零，与比例作用组合使用④比例积分微分运算规律理想数学表达式：⎰+⋅+=∆)1(dtd T dt T K y DIP εεε 传递函数：)11()(s T s T K s W D I P ++=实际传递函数：sK T s T K sFT s FT s W DD I I DI ++++=1111)(（F —相互干扰系数）各输出波形请自行参考课本3. 基型控制器：对来自变送器的V 51-直流电压信号与给定值相比较，所产生的偏差信号进行PID 运算，输出mA 204-的控制信号组成：输入电路、PD 电路、PI 电路、输出电路、软手操电路和硬手操电路 4. 输入电路：采用偏差差动电平移动电路（特点）输入电路的作用：①将偏差信号放大两倍后输出 ②电平移动，将以0V 为基准的信号转换成以电平B V （10v ）为基准的输出信号采用偏差差动输入的作用：使导线上压降陈伟共模信号，消除导线上压降引起的误差进行电平移动的作用：使运算放大器工作在允许的共模电压输入范围以内5. PD 电路增益6. PI 电路I C 与M CM C 与I R简化电路：积分饱和问题：只要2o V ∆存在，就不 断对电容M C充放电，是电容电压不断增加积分饱和的后果：当输入电压极性相反，输出电压不能及时跟上输入电压的变化，从而使控制品质变坏。
第一章控制装置与仪表使生产过程自动化的重要工具，是实现自动控制理论的中各种各种控制原则和控制规律的手段，是实现工业过程自动化的基础平台按能源分：电动、气动、液动和混合式按功能实现原理：模拟控制装置与仪表和数字装置与仪表。
控制装置与仪表按结构形式分基地式，单元组合式，组件组装式三大类基地式：以指示仪表记录仪表为中心，附加一些线路或器件完成控制任务，结构简单，具有控制，指示，记录功能缺点：专用性，不通用，不能互操作。
单元组合式：整套仪表划分为具备一定功能的若干单元，单元间采用统一标准信号，应用灵活，通用性强。
组件组装式：单元组合式发展而来，由功能分离的组件组成，结构上分为控制柜和显示操作盘两大部分。
控制三要素：传感器，控制器，执行器分散控制系统：DCS系统开放性不够I/O信号传输方式为非数字是控制功能分散程度不够现场总线控制系统:FCS开放性和可互操作性采用全数字式的信号传输方式彻底的功能分散性信号制：在成套系列仪表中，各仪表输入输出信号采用何种统一的联络信号问题。
电信号种类：模拟信号，数字信号。
频率信号。
脉宽信号电模拟信号：直流电流信号，直流电压信号，交流电流信号，交流电压信号国际统一信号：DC4——20mA DC1-5V四线制传输：供电，信号各两根，对电流信号的零点及元件的功耗没有严格要求，可以是活零点或真零点二线制传输：单电源供电，信号电源公用传输线，因此，必须采用有活零点的电流信号，必须是以零电位为起始点的单电源供电,变送器正常工作的电流I小于等于信号电流最小值二线制和四线制的区别：两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。
因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。
活零点的优点意义：便于检验信号传输线有无断线及仪表是否断电；使半导体器件工作在较好的工作段；使制作具有本质安全防爆性能和节约传输线的两线制变送器成为可能。
控制仪表及装置复习要点及习题概论思考题与习题0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。
0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？第一章思考题与习题1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。
1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。
在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。
如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。
1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。
它们的大小对调节器的输出有什么影响？1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。
在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。
1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。
