化工仪表及自动化课后答案第5版厉玉鸣史上最全版本之欧阳地创编.docx

1、化工仪表及自动化课后答案第5版厉玉鸣史上最全版本之欧阳地创编P16 时间：2021.03.04创作：欧阳地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，取代操纵人员的部分直接劳动，使生产在不合水平上自动地进行，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，降低生产本钱，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度，改良劳动条件。（3）能够包管生产平安，避免事故产生或扩年夜，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能修改劳动方法，提高工人文化技术

2、水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的不同创作创造条件。2、化工自动化主要包含哪些内容？一般要包含自动检测、自动呵护、自动把持和自动控制等方面的内容。13 自动控制系统主要由哪些环节组成？解 自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。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丈量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。15 题15图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试辨别说明图中PI307、TRC303、FRC305所代表的意义。题15图 加热器控制流程图解 PI307暗示就地装置的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC30

3、3暗示集中仪表盘装置的，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；FRC305暗示集中仪表盘装置的，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。6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试辨别说明图中PI307、TRC303、FRC305所代表的意义。PI307暗示就地装置的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC303暗示集中仪表盘装置的，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；FRC305暗示集中仪表盘装置的，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。17 在自动控制系统中，丈量变送装置、控制器、执行器各起什么作用

4、？解 丈量变送装置的功能是丈量被控变量的年夜小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受丈量变送器送来的信号，与工艺上需要坚持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来修改阀门的开启度，从而修改把持变量的年夜小。7.方块图是用来暗示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块暗示，故称之为方块图。18试辨别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、把持变量、把持介质？解：被控对象（对象）自动控制系统中，工艺参数需要控

5、制的生产过程、生产设备或机器。被控变量被控对象内要求坚持设定值的工艺参数。控系统通经常使用该变量的名称来称号，如温度控制系统，压力制系统等。给定值（或设定值或期望值）人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按法度变更的。把持变量（调节变量）对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（把持）的变量。或实现控制作用的变量。把持介质(把持剂)用来实现控制作用的物料。8.丈量元件与变送器：用来感受被控变量的变更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：将丈量元件与变送器送来的丈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，根据偏差的年夜小及

6、变更趋势，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修改流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。Ex9.被控对象：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做。被控变量：被控对象内要求坚持给定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。把持变量：受控制阀把持的，用以克服干扰的影响，使被控变量坚持给定值的物料量或能量。11、图所示为一反响器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反响器进行反响，通过修改进入夹套的冷却水流量来控制反响器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统

7、中的被控对象、被控变量、把持变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反响器温度控制系统该温度控制系统的方块图反响器温度控制系统方块图其中，被控对象：反响器；被控变量：反响器内的温度；把持变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高高等。111 题l11图所示为一反响器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反响器进行反响，通过修改进入夹套的冷却水流量来控制反响器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、把持变量及可能影响被控变量的干扰是什么？并说明该温度控制系统是一个具有负反响的闭环系统。题11

8、1图 反响器温度控制系统解 该温度控制系统的方块图题解111图 反响器温度控制系统方块图其中，被控对象：反响器；被控变量：反响器内的温度；把持变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高高等。若当反响器内的被控温度在干扰作用下升高时，其丈量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增年夜，冷却水流量增年夜，这样使反响器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反响的闭环控制系统。112 题111图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反响器内的温度超出给定值，试说明此时该

9、控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的？解：当反响器内的温度超出给定值（即升高）时，温度丈量元件测出温度值与给定值比较，温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增年夜，从而增年夜冷却水流量，使反响器内的温度降下来，这样克服干扰作用对被控变量影响。113 按给定值形式不合，自动控制系统可分哪几类？解：按给定值形式不合，自动控制系统可以分为以下三类： 定值控制系统给定值恒定的控制系统。 随动控制系统（自动跟踪系统）给定值随机变更的系统。 法度控制系统给定值按一按时间法度变更的系统。15. 定值控制系统、随动控制系统、法度控制系统。

10、16. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变更的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变更的不服衡状态称为系统的静态。干扰是客观存在的，是不成避免的。一个自动控制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。这就需要通过自动化装置不竭施加控制作用去对立或抵消干扰作用的影响，使被控变量坚持在工艺所要求的技术指标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的静态过程中。了解系统静态更为重要。17. 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并坚持在这个幅度。采取阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最年夜。如果一个控

11、制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于阐发、实验和计算。19. 等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不克不及采取；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般也不采取；衰减振荡过程能够较快地使系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必定在两峰值之间，决不会呈现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成事故。所以119 某化学反响器工艺规定操纵温度为(900 10)。考虑平安因素，控制过程中温度偏离给定值最年夜不得超出80。现设计的温度定值控制系统，在最年夜阶跃干

12、扰作用下的过度过程曲线如题119图所示。试求该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的 1%（即900 （ 1%）= 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119图 温度控制系统过度过程曲线解 最年夜偏差A=950 900=50（）；超调量B=950 908=42（）；由于B =918 908=10（），所以，衰减比n=B:B =42:10=4.2；余差C=908 900=8；振荡周期T=45 9=36(min)；过渡时间ts=47min。因为A=5080，C=810，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。1

13、20 题l20(a) 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、把持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更后，被控变量的变更曲线如题120(b) 图所示。试求该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81）。题120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120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；把持变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变更；加热蒸汽

14、的压力、温度的变更；环境温度的变更等。该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差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（）。21、某化学反响器工艺规定操纵温度为(900 10)。考虑平安因素，控制过程中温度偏离给定值最年夜不得超出80。现设计的温度定值控制系统，在最年夜阶跃干扰作用下的过度过程曲线如题119图所示。试求该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的 1%（即900 （ 1%）= 9

15、）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119图温度控制系统过度过程曲线解最年夜偏差A=950 900=50（）；超调量B=950 908=42（）；由于B =918 908=10（），所以，衰减比n=B:B =42:10=4.2；余差C=908 900=8；振荡周期T=45 9=36(min)；过渡时间ts=47min。因为A=5080，C=810，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。22、题l20(a) 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、把持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

16、表给定值阶跃变更后，被控变量的变更曲线如题120(b) 图所示。试求该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81）。题120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120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；把持变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变更；加热蒸汽的压力、温度的变更；环境温度的变更等。该系统的过度过程品质指标：最年夜偏差A=81.5 81=0.5（）；由于B=81.5 80.7=0.8（），B =80.9 80.7=0.2（），所以，

17、衰减比n=B:B =0.8:0.2=4；余差C=80.7 81= 0.3（）。第2章 被控对象的数学模型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，有的操纵很稳定，操纵很容易；有的稍不小心可能就会超出正常工艺条件，甚至造成事故。有经验的操纵人员需要很熟悉这些对象，才干使生产操纵得心应手；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，才干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把持变量，选用合适的丈量元件及控制器。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。21什么是对

18、象特性？为什么要研究对象特性？解对象特性就是的对象的输出 输入关系。研究对象的特性，就是用数学的办法来描述对象输入量与输出量之间的关系。当采取自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才干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把持变量，选用合适的丈量元件及控制器。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(也称控制器参数的工程整定)，使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很年夜，所以必须对其深入研究。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

19、在静态时的输入量与输出量之间的关系；静态数学模型：描述的是对象在输入量修改以后输出量的变更情况。22 何为对象的数学模型？静态数学模型与静态数学模型有什么区别？解 对象特性的数学描述（方程、曲线、表格等）称为对象的数学模型。稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系；静态数学模型描述的是对象在输入量修改以后输出量的变更情况。稳态与静态是事物特性的两个正面，可以这样说，静态数学模型是在稳态数学模型基础上的成长，稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的静态数学模型的一个特例。4.机理建模法、实验建模法。5.对象或生产过程的内部机理。7.阶跃反响曲线法：特点是简易但精度较差。如果输入量是

20、流量，只要将阀门的开度作突然的修改，即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更记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也年夜。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年夜输入量的幅度，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。采取时，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年夜，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、反应对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？解：放年夜系数K、

21、时间常数T和滞后时间 放年夜系数K在数值上即是对象（重新）处于稳定状态时的输出变更量与（引起输出变更的）输入变更量之比，即对象的放年夜系数K越年夜，就暗示对象的输入量有一定变更时，对输出量的影响越年夜，或被控变量对这个量的变更就越灵敏，所以，K实质上是对象的灵敏度。时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果坚持初始变更速度变更，达到新的稳态值的时间。时间常数越年夜，被控变量的变更也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越年夜对象在受到输入作用后，被控变量却不克不及立即而迅速地变更的现象称为滞后现象；或输出变量的变更落后

22、于输入变量的变更的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间 暗示。对象的滞后时间 ，使对象的被控变量对输入的变更响应滞后，控制不及时。28反应对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？解：放年夜系数K、时间常数T和滞后时间 放年夜系数K在数值上即是对象（重新）处于稳定状态时的输出变更量与（引起输出变更的）输入变更量之比，即对象的放年夜系数K越年夜，就暗示对象的输入量有一定变更时，对输出量的影响越年夜，或被控变量对这个量的变更就越灵敏，所以，K实质上是对象的灵敏度。时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果坚持初始变更速

23、度变更，达到新的稳态值的时间。时间常数越年夜，被控变量的变更也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越年夜对象在受到输入作用后，被控变量却不克不及立即而迅速地变更的现象称为滞后现象；或输出变量的变更落后于输入变量的变更的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间 暗示。对象的滞后时间 ，使对象的被控变量对输入的变更响应滞后，控制不及时。10.纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间而引起的，而丈量点选择不当，丈量元件装置不合适等原因也会造成纯滞后。容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。控制通道若存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最年夜偏差增加，控制质量下降，稳定性

24、降低；干扰通道若存在纯滞后，相当于将干扰推迟一段时间才进入系统，其实不影响控制系统的控制品质。􀂄 容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。在控制通道，T增年夜，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低；T减小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统控制质量提高。但T不克不及太年夜或太小，且各环节时间常数要适当匹配，不然城市影响控制质量。在干扰通道，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响比较平稳，一般有利于控制。211 已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5min，放年夜系数为10，纯滞后时间为2min，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。解

25、该对象特性的一阶微分方程为12.212 如题212图所示的RC电路中，已知R5k ，C2000 F。试画出ei突然由0阶跃变更到5V时的eo变更曲线，并计算出tT、t2T、t3T时的eo值。题212图 RC电路解RC电路的微分方程为当ei=5V时，微分方程的解为eo=5(1 e t/T) = 5(1 e t/10) (V)（该系统的时间常数T=RC=5 103 2000 10 6=10s）当t=T时， eo=5(1 e T/T)= 5(1 e 1)=3.16V；当t=2T时，eo=5(1 e 2T/T)= 5(1 e 2)=4.32V；当t=3T时，eo=5(1 e 3T/T)= 5(1 e

26、3)=4.75V。题解212图RC电路的阶跃响应曲线213 已知一个简单水槽，其截面积为0.5m2，水槽中的液体由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在稳定的情况下，输入流量突然在原来的基础上增加了0.1m3/h，试画出水槽液位 h的变更曲线。解 这是一个积分对象，则(m)题解213图 水槽液位 h的变更曲线14.214 为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为t0=0）突然将燃料气流量从2.5t/h增加到3.0t/h，重油出口温度记录仪获得的阶跃反响曲线如题214图所示。假定该对象为一阶对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（辨别以温度变更量与燃料量变更量为输出量与输入量），

27、并解出燃料量变更量为单位阶跃变更量时温度变更量的函数表达式。题214图 重油预热炉的解 （输入）燃料变更量由题图知,该系统属于一阶系统，输出量(温度)的变更量y(t)相对输入(燃料)变更量x(t)的关系(方程)为 当x(t)=A=50/6(kg/min)=const.时，方程的解为y(t)=KA(1 e t/T)由题图知，y( )=KA=150 120=30,则K=30/A=30/(50/6)=3.6(/(kg/min)首先不考虑延迟，y(t)的变更从t0=2min开始，到t1=8min时，实际变更时间t=6min，由题图知y(t)=y(6)=30(1 e 6/T)=145 120=25（）由

28、此解出 T=3.35(min)所以y(t)=30(1 e t/3.35)若考虑滞后时间 =2min，则微分方程为系统的特性参数是系统的固有特性，不会随输入信号的变更而变更，因此，前面求解过程中所确定的K和T的值是不变的。所以，当燃料变更量x(t)=A=1时，温度变更量的函数表达式为y (t)=y(t )=3.6(1 e (t 2)/3.35)第3章 检测仪表与传感器P1011.丈量过程在实质上是将被测参数与其相应的丈量单位进行比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，将被测参数经过一次或屡次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于丈量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。31 什么叫丈

29、量过程？ 解 丈量过程就是将被测参数与其相应的丈量单位进行比较的过程2.由仪表读得的被测值与被丈量真值之间会存在一定的差距，这一差距称为。􀂄 暗示办法有：绝对误差和相对误差。􀂄 绝对误差：= xx0 相对误差：4.仪表的精确度品级是将仪表允许的相对百分误差的“”号及“%”去失落后的数值，以一定的符号形式暗示在仪表标尺板上。精确度品级目前是按国家统一规定的允许误差年夜小来划分红若干品级的。5、某一标尺为01000的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点丈量结果辨别为：标准表读数/02004006007008009001000被校表读数/02014026047

30、068059031001(1)求出该温度仪表的最年夜绝对误差值；(2)确定该温度仪表的精度品级；(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，最年夜绝对误差：+6；(2)仪表误差：，仪表的精度品级应定为1.0级；35 某一标尺为01000的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点丈量结果辨别为：标准表读数/02004006007008009001000被校表读数/02014026047068059031001(1)求出该温度仪表的最年夜绝对误差值；(2)确定该温度仪表的精度品级；(3)如果工艺上允许的最年夜绝对误差为 8C，问该温度仪表是否合适要求？解(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，最年夜绝对误差：+6；(2)仪表误差：，仪表的精度品级应定为1.0级；(3)仪表的基本误差： m=1000 ( 1.0%)= 10,该温度仪表不合适工艺上的误差要求。6、如果有一台压力表，其丈量规模为010