化工仪表及自动化第四版答案(终极版).doc

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工仪表及自动化（自制课后答案终极版）

第一章自动控制系统基本概念

1.什么是化工仪表与自动化？

它有什么重要意义？

答：

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方法，称为化工自动化。

它的重要意义如下

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、改善劳动条件。

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，提高设备利用率、保障人身安全的目的。

生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。

2.化工自动化主要包括哪些内容？

答：

①自动检测系统，利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分

②自动信号和联锁保护系统，对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置

③自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。

自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。

④自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。

3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？

答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。

也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。

开环系统中，被控变量是不反馈到输入端的。

闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况，有针对性的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与所希望的状态。

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。

15.按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

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：

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

影响这些品质指标的因素是换热器的负荷大小，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。

最大偏差或超调量：

在过渡过程中，被控变量偏离给定值得最大数值。

衰减比：

前后两个峰值的比。

余差：

当过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。

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。

振荡周期或频率：

过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。

第二章过程特征及数学模型

1.什么是对象特性？

为什么要研究对象特性？

答：

对象特性是数字的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。

在自动控制系统中，当采用一些自动化装置来模拟人工操作时，首先必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和控纵变量。

选择合适的测量元件及控制器。

在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器系数，使系统正常地运行，特别是一些比较复杂的控制设计方案设计，例如前馈控制，计算机最优控制等离不开对象特性的研究。

4.建立对象打的数学模型有哪两类主要方法?

答：

①机理建模法：

根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，从而获取对象（或过程）的数学模型。

②实验测取：

实验测取法是在所研究的对象上加上一个人为的输入作用，然后用仪表测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线），然后对这些数据（或曲线）进行必要的数据处理，求得对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。

10.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？

对控制过程有什么影响？

答：

纯滞后的产生一般是由于介质的传送或热的传递需要一段时间引起的。

容量滞后一般是由于物料或能量得传递需要一定阻力而引起的。

滞后时间的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增长，控制质量下降。

第三章检测仪表与传感

1．什么是测量过程？

答：

测量过程是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

2.何谓测量误差？

测量误差的表示方法主要有哪两种？

各有什么意义？

答：

测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。

通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。

绝对误差在理论上指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。

相对误差等于某一点的绝对误差△与标准表在这一点的指示值之比。

3.何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差？

答：

相对百分误差是指绝对误差中的最大值Δmax与仪表量程的百分比。

允许的相对百分误差是仪表在规定的正常情况下允许的相对误差的最大值。

4.何谓仪表的精度等级？

答：

将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。

目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

27.压力计安装要注意什么问题？

答：

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测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触，对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐。

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。

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。

29.试述化工生产中测量流量的意义？

答：

在化工生产中，测量流量，以便为生产操作和控制提供依据，使产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。

41．椭圆齿轮流量计的特点是什么？

在使用中要注意什么问题？

答：

椭圆齿轮流量计的特点是：

测量精度高、对流体黏度变化不敏感，特别适用于测量高黏度的流体流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，一般不宜在高温或低温下使用。

使用椭圆齿轮流量计时，要特别注意被测介质的温度不能大于流量计的使用温度。

因为温度过高时，齿轮发生膨胀，有卡死的可能。

此外，也应注意被测介质中不应含有固体颗粒和夹杂机械物，以免引起齿轮磨损或损坏。

47.试述物位测量的意义？

答：

通过物位测量，可以正确获知容器中的所储物质的体积或质量；监视或控制容器内的介质物位，使他保持在一定的工艺要求的高度，或对他的上下极限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料的平衡。

52.用热电偶测温时，要进行冷端温度补偿，其冷端温度补偿的方法有哪几种？

答 冷端温度补偿的方法有以下几种：

（1）冷端温度保持为0℃的方法；

（2）冷端温度修正方法；（3）校正仪表零点法；（4）补偿电桥法；（5）补偿热电偶法。

56.试述电容式物位计的工作原理。

答：

在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量得大小也有所不同。

由两个同轴圆柱极板1,2组成的圆柱器，当圆筒内电极的外径和外电极的外径一定时，电容器的大小与极板的长度和介质的介电常数的乘积成比例。

这样，将电容传感器（探头）插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随物料位高低变化，必然引起其电容量的变化，从而可检测出物位。

59.试述温度检测仪表的种类有哪些？

各用在什么场合？

答：

按照测量方式不同，温度检测仪表可分为接触式和非接触式两类。

前者测量元件与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温介质进行充分的热交换而达到测温目的。

后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。

接触法测温时，有测温滞后现象，对运动状态固体测温困难较大；由于材料限制，也不能应用于很高的温度测量。

非接触法只能测被测物质的表征温度，精度较低，可测运动物体表温。

62.用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？

其冷端补偿的方法有哪几种？

答：

采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0℃。

而工业上常用的各种热电偶的温度-热电势关系曲线是冷端温度保持为0℃的情况下得到的，与它配套的使用的仪表也是根据这一曲线进行刻度的，由于操作室的温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。

因此，要进行冷端补偿。

补偿方法：

（1）冷端温度保持为0℃的方法

（2）冷端温度修正方法（3）校正仪表零点法（4）补偿电桥法（5）补偿热电偶法

第四章显示仪表

1.显示仪表分为几类？

各有什么特点？

答：

显示仪表分为模拟式显示仪表、数字显示仪表、屏幕显示仪表

模拟式：

测量速度较慢，精度较低，读数易造成多值性，但它结构简单，工作可靠，价廉且又能反映被测值变化趋势。

数字式：

测量速度快，精度高，读数直观，对所测参数便于进行数值控制和数字打印记录，便于和数字计算机或其它数字装置联用。

屏显式：

可同一瞬间在屏幕上显示出一连串的数据信息及其构成的曲线或图像。

2.自动电子电位差计时如何基于补偿测量法工作的？

线路电阻（即外阻）值的变化，对电子电位差计的测量有无影响？

为什么？

答：

自动电子电位差计是基于将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势有影响，线路电阻值变化，流向滑线电阻的电流值发生变化，故对电子电位差计的测量产生影响。

3．与热电偶配套的自动电子电位差计是如何进行冷端温度补偿的？

答：

如右图所示是电位差计的测量电桥，电阻R2用铜丝绕制，让R2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R2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

。

10.数字式显示仪表主要有哪几部分组成？

各部分由何作用？

答数字式显示仪表通常包括信号变换、前置放大、非线性校正或开方运算、模数（A／D）

转换、标度变换、数字显示、电压／电流转换及各种控制电路等部分组成。

信号变换电路是将产生过程中的工艺流量经过检测变换后的信号转换成相应的电压／电流值。

前置放大电路是将输入的微小信号放大至伏级电压信号：

非线信校正电路是为了校正检测元件的非线性特征：

开方运算电路是为了将差压信号转换成相应的流量值；A／D转换是将模拟量转换成断续变化的数学量；标变变换电路是进行比例尺的变更，使数显仪表的显示值和被测原始参数统一起来；数字显示部分是被测数据以数字形式显示出来；V／I转换电路是将电压信号转换成直流电流标准信号；控制电路可以根据控制规律进行运