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化工仪表及自动化答案(总8页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章 自动控制系统基本概念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。
控变量的干扰是什么？Z被控对象：反应器 A 、B 的流量、温度。
13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。
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。
14.图1-18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？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。
国家开放大学《化工仪表及自动化》形考任务1-4参考答案形考任务11.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫作（）。
A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈2.下面（）符号代表调节阀。
A.FVB.FTC.FYD.FE3.在自动控制系统中，随动系统把（）的变化作为系统的输入信号。
A.测量值B.给定值C.偏差值D.干扰值4.过渡过程品质指标中，余差表示（）。
A.新稳态值与给定值之差B.测量值与给定值之差C.调节参数与被调参数之差D.超调量与给定值之差5.生产过程自动化的核心是（）装置。
A.自动检测B.自动保护C.自动执行D.自动调节6.下列压力计中，能测绝对压力且精度最高的是（）。
A.弹簧管压力计B.砝码、活塞式压力计C.电容式压力计D.电阻式压力计7.压力表在现场的安装需（）。
A.水平B.倾斜C.垂直D.任意角度8.测量氨气的压力表，其弹簧管应用（）材料。
A.不锈钢B.钢C.铜D.铁9.霍尔式压力传感器利用霍尔元件将压力所引起的弹性元件（）转换为霍尔电势实现压力测量。
A.变形B.弹力C.电势D.位移10.活塞式压力计上的砝码标的是（）。
A.质量B.压力值C.千克D.公斤11.仪表的精度级别是指仪表的（）。
A.基本误差B.最大误差C.最大引用误差D.基本误差和最大允许值12.若一块压力表量程为0～16MPa，要求测量值的绝对误差小于±0.2MPa，选用（）级的仪表。
A.1.0级B.1.5级C.2.0级D.0.5级13.评定仪表品质的主要质量指标是（）A.精度B.基本误差C.动态误差D.系统误差14.计算错误所造成的误差是（）。
A.随机误差B.系统误差C.疏忽误差D.附加误差15.由于仪表内部元件老化过程引起的误差称为（）。
A.疏忽误差B.缓变误差C.随机误差D.系统误差16.自动控制系统方块图由（）组成。
A.传递方块B.信号线C.比较点D.分支点17.下列过程中（）属于典型过渡过程的基本形式。
A.发散振荡过程B.等幅振荡过程C.随机振荡过程D.非周期衰减过程18.按误差产生的原因以及误差的性质，误差分为（）。
化工自动化及仪表第九章1. 引言本章主要介绍化工自动化及仪表的第九章内容。
在化工生产过程中，自动化技术的应用日益广泛。
仪表是自动化系统中的核心组成部分，负责对化工过程进行监测和控制。
本章将重点介绍化工自动化系统的组成、仪表的分类及其工作原理。
2. 化工自动化系统的组成化工自动化系统通常由以下几个部分组成：2.1 控制中心控制中心是化工自动化系统的核心，负责对整个系统进行监控和控制。
它通常由计算机和控制器等设备组成，能够实时获取和处理化工过程中的数据，并根据事先设定的控制策略进行相应的操作。
2.2 信号传输网络信号传输网络是将控制中心和仪表之间的信号进行传输的通道。
常用的信号传输方式包括有线传输和无线传输。
有线传输主要采用电缆，而无线传输主要采用无线电波传输。
2.3 仪表设备仪表设备是化工自动化系统中最关键的组成部分，用于对化工过程进行监测和控制。
常见的仪表设备包括压力传感器、温度传感器、流量计、液位计等。
这些仪表设备能够将经过转换的信号传输给控制中心，实现对化工过程的监控和控制。
2.4 执行机构执行机构是负责对化工过程进行实际操作的设备，如阀门、泵等。
它们接收来自控制中心的信号，根据信号的指令进行相应的动作，以实现对化工过程的控制。
3. 仪表的分类根据仪表的功能和特点，可以将仪表分为以下几类：测量仪表主要用于对化工过程中的各种参数进行测量，如温度、压力、流量等。
它们能够准确地获取并显示参数的数据，为控制中心提供有关化工过程的重要信息。
3.2 控制仪表控制仪表主要用于对化工过程进行控制，如调节温度、压力、流量等。
它们能够根据控制中心提供的信号，控制执行机构的运行，从而实现对化工过程的精确控制。
保护仪表用于对化工过程进行安全保护，如检测阀门是否正常、管道是否泄漏等。
它们能够及时发现潜在的风险并采取相应的措施，避免事故的发生。
3.4 记录仪表记录仪表主要用于对化工过程中的各种参数进行记录和保存。
它们能够将参数的变化情况记录下来，并以图表或曲线的形式展示，为分析和评估化工过程提供依据。
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）。
《化工仪表与自动化》教学大纲课程编号：B037130622课程名称：化工仪表与自动化课程类型：学科基础课英文名称：Chemical Instrument and Automation适用专业：化学工程与工艺总学时：30学分：2一、课程的性质、目的和任务本课程是化学工程与工艺专业一门学科基础课。
通过本课程的学习，使学生了解和初步掌握仪表和自动控制系统的基础知识、构成自动控制系统的各个基本环节以及简单控制系统，并对复杂控制系统与计算机控制系统有所了解。
在教学过程中注意培养学生的查阅资料能力、归纳总结能力、分析和解决问题的能力，为学生将来工作打下基础。
二、课程教学的基本要求掌握各种化工测量仪表的原理、结构、功能，进而会选用仪表。
掌握自动控制系统的基本知识，包括系统的组成、控制规律、对象特性及简单控制系统，能读懂简单控制系统图纸。
掌握实现自动控制系统的控制仪表及装置的原理。
了解自控技术的新发展及新型控制装置。
三、课程教学内容第一章绪论⑴教学内容和基本要求了解化工自动化的意义、组成以及化工仪表与自动化的发展过程。
⑵教学的重点和难点重点：化工自动化的组成。
难点：化工自动化的组成。
第二章化工测量仪表⑴教学内容和基本要求理解测量仪表及变送器的基础知识，理解压力测量仪表、流量测量仪表、液位测量仪表以及温度测量仪表的原理和结构，掌握选用测量仪表方法。
⑵教学的重点和难点重点：测量仪表方法的选用方法。
难点：变送器的原理。
第三章控制器⑴教学内容和基本要求理解单元组合仪表的基本知识，掌握控制器原理及控制规律。
⑵教学的重点和难点重点：控制规律。
难点：控制规律。
第四章执行器⑴教学内容和基本要求理解执行器原理、结构和类型，理解调节阀的流量特性，掌握执行器及调节阀选用方法。
⑵教学的重点和难点重点：执行器结构形式和调节阀流量特性的选择。
难点：执行器的选择。
第五章简单控制系统⑴教学内容和基本要求理解简单控制系统的基本结构、控制质量的影响因素、控制器正反作用，掌握控制器参数的工程整定方法。
化工仪表及自动化习题（2014）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（中心环节）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：①非周期衰减过程；②衰减振荡过程；③等幅振动过程；④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、抛物线流量特性、对数流量特性、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参量模型和非参量模型两大类。
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 0.02~0.1MPa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、文丘里管等。
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.为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、自动控制和自动操纵等方面的内容。
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 0.02MPa 的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为 0.1MPa 。
15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变片式压力传感器、压阻式压力传感器、力矩平衡式压力变送器、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。
《化工仪表及自动化》教案教学过程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学容液位的比例控制操作一．实训设备二．实训步骤1．手动控制液位至稳定值2．给一合适比例度，自动控制，观察曲线3．重复以上过程，改变比例度，观察曲线观摩操作25分种理论教学（讲解）重点：控制规律概念概论1．控制规律控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系即()xzee fp-==在研究控制器的控制规律时经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。
2．控制器的基本控制规律位式控制（其中以双位控制比较常用）、50分钟重点：双位控制控制器输出只有最大值和最小值比例控制（P）积分控制（I）微分控制（D）第一节位式控制一、双位控制理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为()⎩⎨⎧><<>=,)0(0,minmaxeepeepp或或图9-1 理想双位控制特性图9-2 双位控制示例二、具有中间区的双位控制将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。
由于设置了听课中间区，当偏差在中间区变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。
图9-3 实际的双位控制规律图9-4 具有中间区的双位控制过程结论：双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标，被控变量波动的上、下限在允许围，使周期长些比较有利。
双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。
三、多位控制对系统的控制效果较好，但会使控制装置的复杂程度增加。
图9-5 三位控制器特性图第二节 比例控制在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。
图9-6 水槽液位控制一、比例控制规律及其特点e K p C =∆ （9-4）重点：比例控制规律图9-7 比例控制器比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量图9-8 简单比例控制系统示意图如上图，根据相似三角形原理pbea∆=所以，对于具有比例控制的控制器eKeabpC==∆（9-5）二、比例度及其对控制过程的影响1．比例度（1）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。
%100/minmaxminmax⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=pppxxeδ（9-7）重点：什么是比例度（2）例一只比例作用的电动温度控制器,它的量程是100～200℃,电动控制器的输出是0～10mA ,假如当指示值从140℃变化到160℃时,相应的控制器输出从3mA变化到8mA ,这时的比例度为()()()()%40%10010/38100200/140160=⨯----=δ说明当温度变化全量程的40%时,控制器的输出从0mA 变化到10mA。
在这个围,温度的变化和控制器的输出变化Δp是成比例的。
但是当温度变化超过全量程的40%时(在上例中即温度变化超过40℃时) ,控制器的输出就不能再跟着变化了。
这是因为控制器的输出最多只能变化100%。
所以,比例度实际上就是使控制器输出变化全围时,输入偏差改变量占满量程的百分数。
（3）δ与KC关系将式（9-7）改写后得%100)(minmaxminmax⨯--⨯∆=xxpppeδ即%100)(1minmaxminmax⨯--⨯=xxppKCδ（9-8）对于一只具体的比例控制器，仪表的量程和控制器的输出围都是固定的,令minmaxminmaxxxppK--=（9-9）重点：比例控制是有差控制重点：比例度对过渡过程的影响重点：比例控制适用场合图9-10 简单水槽的比例控制过程3．比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程影响如图9-11所示。
图9-11 比例度对过渡过程的影响比例度对余差的影响是：比例度越小，余差越小；比例度对过渡过程的影响是：比例度越大，过渡过程曲线越平稳；比例度越小，过渡过程越振荡。
所以一般要求衰减比为：《化工仪表及自动化》教案教学过程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学容理论教学（讲解）重点：积分规律重点：积第三节积分控制一、积分控制规律及其特点对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。
1．积分控制出变化量Δp与输入偏差e的积分成正比，即⎰=∆edtTpi1（9-12）当输入偏差是常数A时⎰=∆edtTpi1=ATti（9-13）图9-12 积分控制规律2．积分控制特点积分控制规律特点：（1）e<>0时，p∆变化，E=0时，p∆不变化，保持。
注意：积分控制作用输出信号的大小不仅取决于偏差信号的大小,而且主要取决于偏差存在的时间长短。
听课75分钟分控制特点3．积分控制过程下图是一液位控制系统，控制器具有积分控制规律，其在阶跃干扰下的控制过程如图9-14。
图9-13 液位控制系统图9-14 积分控制过程二、比例积分控制规律与积分时间1．比例积分控制规律可用下式表示()⎰+=∆edtKeKpIC（9-15）2．积分时间求法输入为阶跃信号，幅度为A。
积分时间与比例度求法如图重点：积分时间求法图9-15 比例积分控制规律当有输入A时，记下控制器输出：K C A；当输出为K C A ~2 K C A经过时间为T I，理由：IKT1=（9-16）则⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∆⎰edtTeKpIC1（9-17）AtTKAKpppICCIP⋅+=∆+∆=∆（9-18）在时间t = T I时，有PCCCIPpAKAKAKppp∆==+=∆+∆=∆2三、积分时间对系统过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响具有两重性当缩短积分时间T I,积分控制作用加强。
后果是：（1）克服余差的能力增加。
（2）会使过程振荡加剧,稳定性降低。
注：积分时间越短,振荡倾向越强烈,甚至会成为不稳重点：积分时间对过渡过程的影响定的发散振荡。
图9-16 积分时间对过渡过程的影响第四节微分控制比例积分控制器对于多数系统都可采用，比例度和积分时间两个参数均可调整。
当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用。
一、微分控制规律及其特点具有微分控制规律的控制器dtdeTpD=∆（9-20）重点：微分控制特点（a）微分输入（b）理想微分输出（c）实际微分输出图9-17 微分控制的动态特性（1）微分控制特点偏差e不变，△p=0; 偏差变化，△p与偏差变化率成正比。
（2）优点：具有超前控制功能二、实际的微分控制规律及微分时微分作用的特点—在偏差存在但不变化时,微分作用都没有输出。
实际微分控制规律是由两部分组成：比例作用与近似微分作用，其比例度是固定不变的，δ恒等于100%，所以认为：实际的微分控制器是一个比例度为100%的比例微分控制器。
重点：求微分时间的方法微分作用图9-18 实际微分器输出变化曲线当输入是一幅值为 A 的阶跃信号时，其微分输出最大值（K D -1）A ，其微分输出慢慢下降。
经过T 时，下降为36.8%，此时T 为微分时间T D当输入是一幅值为 A 的阶跃信号时()t T K D D P DDeK A A p p p --+=∆+∆=∆1(9-21)可见，t =0时, Δp=KDA ；t =∞时,Δp =A 。
微分控制器在阶跃信号的作用下,输出Δp 一开始就立即升高到输入幅值A 的KD 倍,然后再逐渐下降,到最后就只有比例作用A 了。
微分放大倍数KD 决定了微分控制器在阶跃作用瞬间的最大输出幅度。
重点：比例微分控制系统过渡过程微分时间TD是表征微分作用强弱的一个重要参数，它决定了微分作用的衰减快慢，且它是可以调整的。
()t T KDDDDeKAp--=∆1(9-22)假定DDKTT=(9-24)则()()1368.011-=-=∆-DDDKAeKAp(9-23)在t = T时,整个微分控制器的输出为()1368.0-+=∆DTKAAp(9-25)三、比例微分控制系统的过渡过程当比例作用和微分作用结合时,构成比例微分控制规律⎪⎭⎫⎝⎛+=∆+∆=∆dtdeTeKpppDCDP（9-27）说明：比例微分控制器的输出Δp等于比例作用的输出Δp P与微分作用的输出Δp D之和。
改变比例度δ(或K C)和微分时间T D分别可以改变比例作用的强弱和微分作用的强弱。
图9-20 PID控制器输出特性例题分析1．目前,在化工生产过程中的自动控制系统,常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
试综述它们的特点及使用场合。
解：列表分析如下:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆⎰edt T e K p I C 1(9-11)⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆dt de T e K p D C （9-27） ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∆⎰dt de T edt T e K p D I C 1（9-28） 2．对一台比例积分控制器作开环试验。
已知KC=2，TI= 0.5min 。
若输入偏差如图9-21所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。
图9-21 输入偏差信号变化曲线当K C = 2时,输出波形如图9-22(a)所示。
解：对于PI 控制器,其输入输出的关系式为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆⎰edt T e K p I C 1将输出分为比例和积分两部分,分别画出后再叠加就得到PI 控制器的输出波形。
比例部分的输出为 e K p C p =∆故ΔpI 输出波形如图9-22 (b)所示积分部分的输出为 ⎰=∆edt T K p IC I 当K C = 2 , T I = 0. 5min 时⎰=∆edt p I 4在t =0～1min 期间,由于e =0 ,故输出为0。
在t =1～3min 期间,由于e =1,所以t =3min 时,其输出 ⎰⎰=-=∆31430244dt dt p I 故Δp I 输出波形如图9-22 (b)所示。
图9-22 输出曲线图将图9-22(a)、(b)曲线叠加,便可得到PI控制器的输出,如图9-22 (c)所示。
互动教学总结（提问）1．积分微分控制特点是什么？2．PI、PD、PID对过渡过程的影响？回答10分种布置作业作业（P143）9、10、11、12、13、15、16、205分钟。
