给排水工程仪表与控制复习(全面).docx

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课后思考题答案：

   给水排水工程仪表复习

第一章

1.自动控制概念：

在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使整个生产过程或工作机械（被控对象）自动地按预定规律运行，或使其某个参数（被控量）按预定要求变化。

自动控制系统工作原理：

当被控量偏离给定要求值时，测量元件测得被测量或经物理量变换后由比较元件将其给定值比较得出偏差，根据偏差大小，经放大、调节、执行等元件后产生控制作用，控制作用使被控量回复到或趋近于要求值，从而使偏差消除或减小。

自动控制系统主要特点：

从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。

从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减少或消除偏差的方向运动。

——偏差控制

采用自动控制系统的目的：

（1）解放劳动力，变革生产力，提高生产效率；

（2）提高精度和质量。

1．自动控制系统有哪些基本组成部分?

答：

一个自动控制系统主要由以下基本部件构成：

（1）控制对象；

（2）传感器；变送（3）控制器；（4）执行装置。

一个自动控制系统只要由以下基本元件构成：

①整定文件：

也称给定文件，给出了被控量应取的值②测量元件：

检测被控量的大小③比较文件：

用来得到给定值与被控量之间的误差④放大元件：

用来将误差信号放大，用以驱动执行机构⑤执行元件：

用来执行控制命令，推动被控对象⑥校正元件：

用来改善系统的动静性能⑦能源元件：

用来提供控制系统所需的能量。

2．自动控制系统的分类？

答：

按系统的结构特点：

前馈控制系统（开环）、反馈控制系统（闭环）、复合控制系统。

按给定值的不同形式：

定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

闭环控制特点开环控制特点

3.传递函数的概念？

什么是阶跃函数

答：

传递函数：

一个环节或一个自动控制系统中，输出拉式变换和输入拉式变换之比。

4．方块图和传递函数有什么作用？

答：

方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。

通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。

典型的输入信号：

阶跃函数 斜坡函数 加速度函数 脉冲函数 正弦函数

6．评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标？

答：

评价自动控制系统的过渡过程基本指标有：

（1）最大偏差A；

（2）过渡时间ts;（3）余差C；（4）衰减比；（5））振荡周期Tp.

自动控制系统品质指标？

要求系统的动态过程“稳”、“快”、“准”

7有哪些常用控制方式，它们的表达式，特点？

答：

常用控制方式有：

（1）双位控制；

（2）比例控制；（3）比例积分控制；（4）比例积分微分控制。

；；；；

双位控制的特点：

控制器只有最大和最小两个输出值，执行器只有“开”和“关”两个极限位置。

被控对象中物料量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡，得不到比较平衡的控制过程。

比例控制的输出与被控量的偏差值成比例的调节方式称为比例控制，时间上没有任何迟延。

调节余差不为零，是有差系统。

比例积分控制既有比例控制又有积分控制，是比例粗调和积分细调作用的组合，粗调及时克服干扰，细调逐渐克服余差。

比例积分微分控制（PID）：

是比例、积分、微分三种控制规律组合。

以比例作为基本控制规律，以微分的超前作用克服容量滞后、测量滞后，以积分作用消除余差。

在容量滞后大而又要消除余差的场合广泛使用。

 8.比例、积分、微分控制有哪些作用？

如何应用？

比例控制的输出随输入成比例的变化，时间上没有任何迟延，适用于干扰幅度小，滞后较小，时间常数较长的对象。

积分控制的特性是当有输入信号存在时，其输出就会一直积累下去，直到极值，可以消除偏差，是无差控制。

微分控制规律是根据被调参数的变化趋势即变化速度而输出控制信号，具有明显的超前作用。

只要偏差的变化一露头，就立即动作，这样控制的效果将会更好

9．逻辑代数有哪些基本运算？

有哪些基本性质？

答：

逻辑代数基本运算有：

（1）单变量运算:

‘‘非’’函数，‘‘是’’函数；

（2）双变量（多变量）运算：

‘‘与’’函数，‘‘或’’函数。

基本性质为：

置换律、结合律、分配律、吸收律、反置关系。

11怎样由卡诺图建立或简化逻辑表发式？

答：

基本方法是：

化步伐逻辑关系式或真值表中的各项对应地填入图中，标为‘‘1’’，余下的空格填为‘‘0’’；当相应的偶数个格（对称的）皆为‘‘1’’时，就可将之合并简化为逻辑表达式的一项，其余变量之间为逻辑乘关系，其余‘‘0’’项不考虑。

；；

【例1】双控开关

有一房间，设房灯L，希望在门1及门2处分别设开关，任意控制灯的开闭。

【例2】水泵的开停控制

水泵开停控制工作过程的分析，是一种有记忆的逻辑控制系统。

增加一个描述系统在t-1时刻状态的变量Mt-1。

于是有3个变量m、a、Mt-1共同决定水泵的工作状态，即输出M。

第二章

1、给水排水自动化常用仪表？

答：

过程参数检测仪表、过程控制仪表、调节控制的执行设备。

检测过程的三要素：

检测单位，检测方法 ，检测仪器与设备。

2、检测仪器有哪些基本部分组成？

各有什么作用？

   答：

检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。

   传感器的作用：

感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。

   变换器的作用：

将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化转变成统一的信号，供给显示器等。

显示器的作用：

向观察者显示被检测数值的大小。

传输通道的作用：

连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。

性能

3、检测仪表的性能指标是什么？

简述重要性能指标。

重要性能指标：

仪表的量程  绝对误差  相对误差引用误差精度等级灵敏度分辨率有效度响应时间

 答：

仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。

重要性能指标仪表技术方面指标：

基本误差、精度等级、分辨率、变差、灵敏度、量程、响应时间、漂移。

仪表经济方面指标：

功能、价格、使用寿命等。

仪表使用方面的指标：

操作维修是否方便，能否可靠运行以及抗干扰与防护能力的强弱、重量体积的大小、自动化的程度高低等

4、pH测量的基本方法和原理是什么？

答：

pH测量的基本方法：

电极电位法。

原理是：

PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。

酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。

电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。

1、水质自动监测站点如何选择？

   答在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。

水质自动监测系统组成：

中心站是指挥中心，由功能齐全的微型计算机系统和联络用的无线电台组成。

任务：

向子站发布各种工作指令，管理子站的工作；按规定的时间收集各子站的监测数据，并将其处理。

子站由水样采集装置、检测仪表、微型计算机和本站电台组成。

任务：

接受总站的工作指令，对各种监测项目自动进行检测；将测得的监测数据作必要处理、短暂的存贮，并传输给中心站。

自动站水样的采集   瞬时采样：

在规定的时间、地点取瞬时样   周期采样：

定时周期采样  定流量周期采样   连续采样：

定速连续采样   变速连续采样  水样量：

一般10~20L/min。

5、溶解氧测量的基本方法和原理是什么？

   答：

碘量法：

在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，

并生成氢氧化物沉淀。

加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。

以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。

     高锰酸钾法：

用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。

     叠氮化钠修正法：

叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。

     氧化膜电极法：

氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。

氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。

透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。

溶解氧监测仪水质连续自动监测系统中，多采用隔膜电极法。

测定迅速、及时

隔膜电极分原电池式隔膜电极和极谱式隔膜电极

色度测量的基本方法和原理是什么？

电导测定法：

由于电解质在水溶液中以带电离于的形式存在，因此溶液具有导电的性质，其导电能力的强弱称为电导度，简称为电导。

水的电导率：

电流通过横截面积各为1cm2相距1cm的两电极之间水样的电导。

作用：

测定水和溶液的电导，可以了解水被杂质污染的程度和溶液中所含盐分或其它离子的量。

 仪器：

平衡电桥式电导仪  电阻分压式电导仪   电流测量式电导率仪

6、色度测量的基本方法和原理是什么？

   色度测量主要有两种。

第一种方法是利用光电色度计测色的方法，光电色度计在原理上非常类似于密度计，其外观、操作方法甚至是购买价格都相当接近。

光电色度计直接显示三刺激值x（—）（λ）、　　y（—）（λ）、z（—）（λ），大多数还把三刺激值转换为色空间标度。

  第二种方法是利用分光光度计测量色彩的方法。

正像三滤色片光电色度计可看成是一个专门的反射率测量仪器一样，分光光度计也可以这样看，但它与光电色度计不同，分光光度计测量的是一个物体的整个可见反射光谱，分光光度计是在可见光谱域逐点测量

7、浊度测量的基本方法和原理是什么？

按照浊度测定方法来分类，可以分为：

（1）透射光测定法，

（2）散射光测定法；（3）透射光和散射光比较测定法；（4）表面散射光法。

意义：

给水排水工程中，在评价水源、选择处理方法、生产过程控制和水质检验等各方面都需要对浊度做严格和精密的测量。

浊度的高低直接关系到供水水质，据有关医学数据统计表明，出厂水的浊度降低，水中的细菌也按比例下降，特别是需要高余氯才能灭活的病毒在相当程度上是随着浊度的降低而降低的。

8、生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？

   答：

生化需氧量（BOD）测量的基本方法：

五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。

五天培养法：

水样经过稀释后，在（20±1℃）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值记为BOD5。

如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。

检压法：

将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。

库仑法：

原理与检压法相同。

库仑法中微生物氧化分解有机物所消耗的氧由电解产生的氧气来供给和补充，电解槽通过密闭气路的压差由导电溶液的继电回路自动控制，测定更准确

9、化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？

答：

基本方法有：

重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法

重铬酸钾法：

水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。

酸性高锰酸钾法：

水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，