化工仪表及自动化课堂例题.docx

化工仪表及自动化课堂例题.docx

《化工仪表及自动化课堂例题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工仪表及自动化课堂例题.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工仪表及自动化课堂例题

教材外课堂例题（注：

部分例题不需要掌握，所以未列出）

1.某台往复式压缩机的出口压力范围为25～28MPa，测量误差不得大于1MPa。

工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。

解　由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为

根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa。

由于，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。

另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为

所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。

至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa，精度等级为1.5级。

2.如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为±0.02MPa。

现用一台测量范围为0～1.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？

若采用一台测量范围为0～1.0MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？

试说明其理由。

解：

对于测量范围为0～1.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为

1.6×1.5%=0.024（MPa）

因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。

对于测量范围为0～1.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为

1.0×1.5%=0.015（MPa）

因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。

1.某差压式流量计的流量刻度上限为320m3/h,差压上限2500Pa。

当仪表指针指在160m3/h时,求相应的差压是多少（流量计不带开方器）?

解：

由流量基本方程式可知

流量是与差压的平方根成正比的。

当测量的所有条件都不变时,可以认为式中的α、ε、F0、ρ1均为不变的数。

如果假定上题中的Q1=320m3/h;Δp1=2500Pa;Q2=160m3/h;所求的差压为Δp2,则存在下述关系

2.通常认为差压式流量计是属于定节流面积变压降式流量计,而转子流量计是属于变节流面积定压降式流量计,为什么?

解：

差压式流量计在工作过程中,只要节流元件结构已定,则其尺寸是不变的,因此它是属于定节流面积的。

当流量变化时,在节流元件两侧的压降也随之而改变,差压式流量计就是根据这个压降的变化来测量流量的,因此是属于变压降式的。

转子流量计在工作过程中转子是随着流量变化而上下移动的,由于锥形管上部的直径较下部的大,所以转子在锥形管内上下移动时,转子与锥形管间的环隙是变化的,即流体流通面积是变化的,因此它是属于变节流面积的。

由于转子在工作过程中截面积不变,重力也不变,而转子两端的静压差作用于转子上的力恒等于转子的重力,转子才能平衡在一定的高度上,所以在工作过程中,尽管转子随着流量的变化上下移动,但作用在转子两侧的静压差却是恒定不变的,所以它是属于定压降式流量计。

1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图所示。

已知被测液位的变化范围为0~3m,被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。

变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m。

求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响?

解：

当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。

液位为3m时,其压差为

所以液柱压力用Hρg计算时,只要H用m,ρ用kg/m3，g用m/s2为单位时,相乘结果的单位就是Pa。

上述计算结果Δpmax为26.487kPa,经过圆整后,测量范围可选0～30kPa。

根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为

负压室所受的压力p2为

因此，差压变送器所受的压差为

由上式可知,该差压变送器应进行负迁移,其迁移量为h2ρ0g。

当差压变送器安装的高度改变时,只要两个取压法兰间的尺寸h2不变,其迁移量不变。

3.如果用两支铂铑10-铂热电偶串联来测量炉温,连接方式分别如图（a）、（b）、（c）所示。

已知炉内温度均匀,最高温度为1000℃,试分别计算测量仪表的测量范围（以最大毫伏数表示）。

解:

（a）由于这时热电偶的冷端均为0℃,每支热电偶对应于1000℃时的热电势可以查得

E（1000,0℃）=9.585（mV）

两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为

Emax=2×9.585=19.17（mV）

根据这个数值可以确定仪表的测量范围。

（b）由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度（30℃）,而且要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度（100℃）对热电势的影响。

假定补偿导线C、D与热电偶A、B本身在100℃以下的热电特性是相同的,所以在冷端处形成的热电势为

E（30,0℃）=0.173（mV）

在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认为不产生热电势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶相当于热电偶在100℃时形成的热电势,即

E（100,0℃）=0.645（mV）

由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的,所以这时总的热电势为

Emax=2E（1000,0℃）-E（100,0℃）-E（30,0℃）

=2×9.585-0.645-0.173=18.352（mV）

根据这个数值可以确定仪表的测量范围。

（c）由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷端温度为30℃,故总的热电势为

Emax=2E（1000,0℃）-2E（30,0℃）

=2×9.585-2×0.173=18.824（mV）

4.在上题所述三种情况时,如果由测量仪表得到的信号都是15mV,试分别计算这时炉子的实际温度。

解：

在（a）情况时,由于2E（t,0）=15mV,即E（t,0）=7.5mV,查表可得实际温度约为814.3℃。

在（b）情况时,由于

2E（t,0）=15+E（30,0）+E（100,0）

=15+0.173+0.645=15.818（mV）

E（t,0）=7.909（mV）

查表可得实际温度约为851.2℃。

在（c）情况时,由于

2E（t,0）=15+2E（30,0）=15+2×0.173=15.346（mV）

即E（t,0）=7.673（mV）

查表可得实际温度约为830℃。

2.图4-7是自动平衡电桥的工作原理图。

请问在下列情况时,仪表的指针（即滑动触点的位置）、起点温度、仪表量程会如何变化?

简述其原因?

（1）温度升高；

（2）仪表停电;（3）加大R6；（4）减小R5；（5）电阻体被烧断。

解：

（1）当温度升高时,滑动触点将向右移动,这是因为当温度升高后,Rt增加,只有滑动触点向右移,使与Rt串联的这个桥臂的电阻值减小,才能使电桥达到新的平衡。

（2）仪表停电时,指针随拨随停,因为此时放大器的输入与输出均没有信号,可逆电机不可能自行转动。

（3）加大R6,滑动触点将向右移动,这是因为R6增加,会使与Rt串联的这个桥臂的电阻值增加,只有滑动触点右移,才能使这个桥臂的电阻值恢复到原来的数值,电桥恢复平衡。

若其他电阻值都不变,增加R6会使起点温度降低,这是因为滑动触点移至最左端时,代表的是起始温度,这时要使电桥平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6对整个桥臂电阻值的影响。

Rt小,就表示这时的起点温度降低。

（4）减小R5,量程会降低,这是因为R5减小,滑线电阻组件的等效电阻值减小,使滑动触点由最左端移到最右端的电位差变小,故量程减小。

（5）电阻体被烧断,滑动触点将移向最右端,这是因为电阻体烧断后,Rt趋于无穷大,放大器始终有一个正的电位输入,可逆电机转动,直至滑向最右端指针被挡住为止。

1.

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？

2.对一台比例积分控制器作开环试验。

已知KC=2，TI=0.5min。

若输入偏差如图所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。

图1输入偏差信号变化曲线

解：

对于PI控制器,其输入输出的关系式为

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

当KC=2时,输出波形如图2（a）所示。

积分部分的输出为

当KC=2,TI=0.5min时

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

在t=3～4min期间,由于e=-2,故t=4min时,其积分总输出

故ΔpI输出波形如图2（b）所示。

将图2（a）、（b）曲线叠加,便可得到PI控制器的输出,如图2（c）所示。

图2输出曲线图

1.在生产实际中,由于生产负荷的变动,使原设计的控制阀尺寸不能相适应,会有什么后果?

为什么?

解：

当生产中由于负荷增加,使原设计的控制阀尺寸显得太小时,会使控制阀经常工作在大开度,调节效果不好。

此时若开启旁路阀,会使控制阀特性发生畸变,可调范围大大降低;

当生产中由于负荷减少,使原设计的控制阀尺寸显得太大时,会使控制阀经常工作在小开度,调节显得过于灵敏（特别是对于直线流量特性的控制阀）,控制阀有时会振动,产生噪声,严重时发出尖叫声。

此时，为了增加管路阻力,有时会适当关小与控制阀串联的工艺阀门,但这样做的结果会使控制阀的特性发生严重畸变,严重时会使控制阀失去调节作用。

所以当生产中负荷有较大改动时,在可能的条件下,应相应地更换控制阀,或采用其他控制方案。

1.如图所示为一水箱的液位控制系统。

试画出其方块图,指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量各是什么?

简要叙述其工作过程,说明带有浮球及塞子的杠杆装置在系统中的功能。

图水箱液位控制系统

解：

系统中水箱里水的液位为被控变量;进水流量为操纵变量;水箱为被控对象。

带有浮球及塞子的杠杆装置在系统中起着测量与调节的功能。

其工作过程如下：

当水箱中的液位受到扰动变化后,使浮球上下移动,通过杠杆装置带动塞子移动,使进水量发生变化,从而克服扰动对液位的影响。

例如由于扰动使液位上升时,浮球上升,带动塞子上移,减少了进水量,从而使液位下降。

2.某一电压表在稳定时能够准确显示被测电压值。

在被测电压突然变化时,指针来回摆动,最后能够稳定在被测数值上。

假定指示系统的衰减比为4:

1。

当电压突然由0上升到220V后,指针最高能摆到252V。

问经三次摆动,指针能到多少伏（即第三个波峰值）。

解：

由于第一个波峰离开稳态值为

252-220=32（V）

第二个波峰值为第一个波峰值的1/4，故为

32×1/4=8（V）

第三个波峰值为第二个波峰值的1/4，故为

8×1/4=2（V）

所以指针第三次摆动的最高峰值为222V。

1.某温度计是一静态放大系数为1的一阶环节。

当温度计由温度为0℃的地方突然插入温度为100℃的沸水中，经1min后,温度指示值达到98.5℃。

试确定该温度计的时间常数T,并写出其相应的微分方程式。

解：

参照式（2-33），已知K=1，输入阶跃幅值为100℃，t=60s时，其温度值y=98.5℃，则有

由上式可以解得

T=14.3（s）

由此可写出描述该温度计的微分方程为

式中，y表示输出量（温度值）；x表示输入变化量，式中的时间量纲为s。

WelcomeTo

Download!

!

!

欢迎您的下载，资料仅供参考！