化工仪表自动化课后答案集第最全.docx

1、化工仪表自动化课后答案集第最全P16 1. 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办法，称为化工自动化。 实现化工生产过程自动化的意义：1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。2）减轻劳动强度，改善劳动条件。3）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，提高设备利用能力的目的。4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括

2、自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由

3、于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。8.测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时

4、间被控温度进入新稳态值的1%即9001%）=9）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？题1-19图温度控制系统过渡过程曲线解最大偏差A=950-900=50）；超调量B=950-908=42）；由于B=918-908=10；过渡时间ts=47min。因为A=5080，C=8 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80提高到81，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差提示：该系统为随动控制系统，

5、新的给定值为81）。题1-20图蒸汽加热器温度控制解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。该系统的过渡过程品质指标：最大偏差A=81.5-81=0.5）；由于B=81.5-80.7=0.8），B=80.9-80.7=0.2），所以，衰减比n=B:B=0.8:0.2=4；余差C=80.7-81= -0.3）。P33 Ex1.对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。 各种对象千差万别，有

6、的操作很稳定，操作很容易；有的稍不小心可能就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有经验的操作人员需要很熟悉这些对象，才能使生产操作得心应手；设计自动化装置时，也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操纵变量，选用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参数，使系统正常地运行。Ex2.对象的数学模型指对象特性的数学描述。 静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。4.机理建模法、实验建模法。5.对象或生产过程

7、的内部机理。7.阶跃反应曲线法：特点是简易但精度较差。如果输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了一个阶跃干扰，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也大。但由于对象在阶跃信号作用下，从不稳定到稳定所需时间一般较长，这期间干扰因素较多，因而测试精度受到限制。为提高测试精度就必须加大输入量的幅度，这往往又是工艺上不允许的。 矩形脉冲法：特点是提高了精度，对工艺影响较小。采用时，由于加在对象上的干扰经过一段时间后即被除去，因此干扰的幅值可以取得较大，提高了实验精度。同时，对象的输出量又不会长时间偏离给定值，故对工艺生产影响较小。8、反

8、映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？解：放大系数K、时间常数T和滞后时间放大系数K在数值上等于对象重新）处于稳定状态时的输出变化量与求出该温度仪表的最大绝对误差值；(2确定该温度仪表的精度等级；(1 校验数据处理：标准表读数/02004006007008009001000被校表读数/02014026047068059031001绝对误差/0+1+2+4+6+5+3+1由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6；(2仪表误差：，仪表的精度等级应定为1.0级；6、如果有一台压力表，其测量范围为010MPa，经校验得出下列数据：标准表读数/MPa0246810被校表正行程读数/MPa0L 983.

9、965.947.979.99被校表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01(1求出该压力表的变差；(2问该压力表是否符合10级精度？解1）校验数据处理：标准表读数/MPa0246810被校表正行程读数/MPa01 983.965.947.979.99被校表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01压力表的变差/%00.40.71.20.60.2被校表正、行程读数平均值/MPa02.003.9956.008.0010.00仪表绝对误差/ MPa00.00-0.0050.000.000.00由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；1.0%，所以该压力

10、表不符合1.0级精度。Ex7.压力指垂直均匀地作用于单位面积上的力。 关系： p表压=p绝对压力p大气压力p真空度= p大气压力 p绝对压力8.通常，由于各种工艺设备和检测仪表本身就处于大气压力之下，因此工程上常采用表压和真空度来表示压力的大小，一般仪表所指的压力也是表压或真空度。9.测压仪表按其转换原理不同，主要分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的

11、。10.主要的弹性元件有： 弹簧管：可分为单圈弹簧管与多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000MPa的压力； 膜片：可分为平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器； 波纹管：这种弹性元件易变形，常用于微压与低压的测量。11.测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。 主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。 测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值。13.将霍尔元件与弹簧管配合，可组成霍尔片式弹簧管压力传

12、感器。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例，利用这一电势就可实现压力的测量。14.应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。15.工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。 特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。20、某压力表的测

13、量范围为01MPa，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0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？解：压力表允许的最大绝对误差为max=1.0MPa1.0%=0.01MPa在校验点0.5MPa处，绝对误差为=0.5-0.508=-0.008(MPa该校验点的测量误差为故该校验点不符合1.0级精度。21、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？解：1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异

14、常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。0.01MPa(允许值该表不符合工艺上的误差要求。用01.0MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差2max=1.0MPa1.0%=0.01MPa0.01MPa(允许值该表符合工艺上的误差要求。23、某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的5，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级，并说明其理由。解空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限pmin=1.1MPa，工作压力上限pmax=1

15、.6MPa。设所选压力表量程为p，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有根据压力表量程系列则所选压力表的最大引用误差应满足要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。24、某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级。解合成塔控制压力14MPa为高压，设所选压力表的量程为p，则根据压力表量程系列附表1），可选YX-150型、测量范围为025MPa的电接点压力表。根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。29.流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处

16、，流体的静压力产生差异的现象称为。 流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。30.流体流经节流装置时所产生的压差与流量之间有一定的对应关系，通过测量压差的大小，即可得知流量的大小。 由于流量基本方程式是在一定的条件下推导出的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件密度、温度、压力、雷诺数等），当以上这些条件改变时都会影响流量的测量。33.因为转子流量计在流量变化时，转子两端的压降是恒定的；而差压式流量计在流量变化时，节流装置两端的压差也是随之改变的。37、用转子流

17、量计来测气压为0.65MPa、温度为40的CO2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s，求CO2的真实流量；T0=293K，T1=273+40=313所以，苯的流量测量范围为011.1L/min。当转子材料改为铝时，r=2750kgm3，此时测水的流量的修正系数为Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min所以，此时测水的流量的测量范围为05L/min测苯的流量的修正系数为Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75L/min）所以，此时测苯的流量的测量范围为05.75L/min。39.椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。齿轮每转1周

18、排出定量流体，只要测了椭圆齿轮的转速，便可知被测流体的流量。41.电磁流量计的原理：是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的。42.漩涡流量计的原理：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。漩涡产生的频率和流体的流速成正比。通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。46.1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度

19、随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体中的浮子或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。4）电磁式物位仪表：把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出电量的变化测出物位。5）核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物体时，其强度随物质层的厚度而变化的原理来工作。目前射线应用最多。6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化即可测出物位。7）光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。47.差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 当测量有压容器的液位时，即容器是受压的，则需将差压变送器的负压室与容器的

20、气相相连接，以平衡气相压力p变化时对液位测量的影响。48.生产中欲连续测量液体的密度，根据已学的测量压力及液位的原理，试考虑一种利用差压原理来连续测量液体密度的方案。50、什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么?参考）答，此时正、负压室的压力分别为：正负压室间的压差为：当H=0时，此为“有迁移”情况。若采用的是DDZ型差压变送器，其输出范围为420mA的电流信号。“无迁移”时，H0，0，变送器输出4mA；。“有迁移”时，H0，为了使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对应，即在“有迁移”情况下，使得当H0时，。可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。这里迁移弹簧的作用，其实质就是改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。51.在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号p0，则为“正迁移”；反之如果被测