过程控制系统与仪表课后习题答案完整版Word文档格式.docx

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A<

80

且n>

1（衰减振荡），所以系统满足工艺要求。

第2章思考题与习题

2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：

标准表读数/℃

200

400

600

800

1000

被校表读数/℃

201

402

604

806

1001

求：

1）该表最大绝对误差；

2）该表精度；

3）如果工艺允许最大测量误差为±

5℃，该表是否能用？

2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果：

标准表读数/MPa

2

4

6

8

10

被校表读数/MPa

正行程

1.98

3.96

5.94

7.97

9.99

反行程

2.02

4.03

6.06

8.03

10.01

1）变差；

2）基本误差；

3）该表是否符合1.0级精度？

2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0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5MPa时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？

1）基本误差

=

最大绝对误差∆max＝0.01×

10＝0.1MPa

2）校验点为5MPa时的基本误差：

0.8％<

1％，所以符合1.0级表。

2-4为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？

选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？

1）

2）

2-5有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为

1）1.0级，0～250mA

2）2.5级，0～75mA

现要测量50mA的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？

分析它们的最大误差：

1）∆max＝250×

1％＝2.5mA；

2）∆max＝75×

2.5％＝1.875mA；

选择2.5级，0～75mA的表。

2-11某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA。

当变送器输出电流为10mA时，对应的被测温度是多少？

T=500

。

2-12试简述弹簧管压力计的工作原理。

现有某工艺要求压力范围为1.2±

0.05MPa，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa、0～2.5MPa和0～4MPa。

请说明选用何种精度和量程（见附录E）的弹簧管压力计最合适？

1）工作原理：

2）根据题意：

压力范围为1.2＋0.5MPa，即允许的最大绝对误差∆max＝0.05

分析选用不同量程的表所需的精度等级：

0～1.6MPa量程：

，可选2.5级表；

0～2.5MPa量程：

，可选1.5或2.0级表；

0～4.0MPa量程：

，可选1.0级表。

量程选择：

被测最大压力＝1/3～2/3量程上限

0～1.6MPa量程：

综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5MPa量程的表最合适。

2-13如果某反应器最大压力为1.0MPa，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，问能否符合工艺要求？

若采用一台测量范围为0～1.0MPa，精度为1级的压力表，能符合要求吗？

试说明其理由。

工艺要求：

最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。

分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。

1）精度为1级，量程为0～1.6MPa的表，其最大绝对误差：

∆1.6max＝1.6×

1％＝0.016MPa，>

0.01MPa,所以不符合要求；

2）精度为1级，量程为0～1.0MPa的表，其最大绝对误差：

∆1.0max＝1.0×

1％＝0.01MPa，＝0.01MPa,所以最大误差符合要求，但是压力表的最大测量值应≤2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。

所以，该表也不符合要求。

2-14某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.0～1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±

5%。

试选择一块合适的压力表（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。

根据题意知：

压力范围1.0～1.6MPa，

允许最大误差：

∆max＝1.6×

（＋5％）＝＋0.08MPa

1）量程确定：

应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6MPa×

2/3＝2.4MPa

可以选量程为0～2.5MPa的弹簧压力表。

2）精度等级确定：

求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。

，允许的精度等级为2.5级。

综上分析，选择量程为0～2.5MPa，精度等级为2.5级的弹簧压力表。

该表的最大绝对误差：

∆max＝2.5×

（＋2.5％）＝＋0.0625MPa，<

0.08MPa

所以满足要求。

2-17什么叫标准节流装置？

试述差压式流量计测量流量的原理；

并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？

1）标准节流装置：

包括节流件和取压装置。

2）原理：

基于液体流动的节流原理，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。

3）影响因素：

P47

流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关；

流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；

流量系数的大小与流体流动状态有关。

2-19为什么说转子流量计是定压式流量计？

而差压式流量计是变压降式流量计？

1）转子流量计是定压式流量计（P47）

虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。

所以是定压式。

2）差压式流量计是变压降式流量计（P45）

是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。

所以是变压降式。

2-21椭圆齿轮流量计的特点是什么？

对被测介质有什么要求？

1）特点：

流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。

粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。

椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量。

2）对被测介质的要求：

不适用于含有固体颗粒的流体（固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量）。

如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。

2-22电磁流量计的工作原理是什么？

它对被测介质有什么要求？

P51

1）原理：

利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。

导电液体，被测液体的电导率应大于水的电导率（

cm），不能测量油类或气体的流量。

2-24超声波流量计的特点是什么？

超声波流量计的非接触式测量方式，不会影响被测流体的流动状况，被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害，因此适用范围广阔。

2-25用差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图2-75所示。

请导出变送器所测差压

与液位

之关系。

变送器零点需不需要迁移？

为什么？

2-26用法兰式差压变送器测液位的优点是什么？

P57

测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进入毛细管与变送器，以免堵塞。

可节省隔离罐。

2-27试述电容式物位计的工作原理。

利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位，可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。

2-28超声波液位计适用于什么场合？

P60

适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量。

第3章习题与思考题

3-1什么是控制器的控制规律？

控制器有哪些基本控制规律？

1）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。

2）基本控制规律：

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。

3-2双位控制规律是怎样的？

有何优缺点？

1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。

2）缺点：

在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。

这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。

3）优点：

偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。

3-3比例控制为什么会产生余差？

产生余差的原因：

比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：

为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

3-4试写出积分控制规律的数学表达式。

为什么积分控制能消除余差？

1）积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分：

2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。

当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。

3-5什么是积分时间？

试述积分时间对控制过程的影响。

积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。

只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

2）在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／Ki。

显然，Ti越小，Ki就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化为多少？

由比例积分公式：

分析：

依题意：

，即Kp=1,TI=2min,e＝＋0.2；

稳态时：

y0＝5mA，

5min后：

3-7比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？

调整比例度时要注意什么问题？

P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数

就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例