化工仪表练习题2答案

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1、化工仪表练习题2答案一、 填空题1执行器按使用能源分为 气动执行器 、 电动执行器 、 液动执行器 2积分时间是指 PI控制器的输出达比例输出的两倍时所经历的时间 ，积分时间越大则 积分作用越弱 。3微分时间是指 在线性输入的作用下，达到同样的输出值，理想PD控制作用较P作用超前的一段时间 ，微分时间越小则 微分作用越弱 。4双位控制的特点是 结构简单、成本较低、易于实现，但运动部件易磨损 。5控制阀的理想流量特性有四个（1） 直线流量特性 （2）对数流量特性 （3） 抛物线流量特性 （4） 快开流量特性 。6控制器参数的工程整定常用方法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法 。7. 实现两个或两

2、个以上参数符合一定比例关系的控制系统称为比值控制系统。通常为流量比值控制。8.操纵变量的选择原则主要是工艺上允许控制的参数、对被控变量影响比较灵敏的变量、考虑工艺的合理性和生产的经济性。9串级控制系统具有 克服干扰快 、 调节品质高 的特点。10检测仪表的性能指标主要有四个（1） 测量误差 （2） 精度 （3） 灵敏度 （4） 指示变差 。11. 分程控制系统就是一台控制器的输出信号被送往 两个或多个控制阀，每个控制阀都只在控制器的某段信号内全程 工作。12. 自动选择控制系统类型有 开关型 、 连续选择型 、 混合型。13. 离心式压缩机产生“喘振”的主要原因是 负荷降低排气量小于极限值。1

3、4. 前馈控制的主要形式有两种 单纯前馈和前馈-反馈（根据对干扰补偿形式的特点又分为静态前馈和动态前馈控制） 。15. 多冲量控制系统的“冲量”含义为 参数 。二判断题（正确“”，错误“”。每小题2分共20分）1 实际微分控制只是一个近似的微分控制。 （ ）2 积分控制是按偏差变化速度进行控制的。 （ ）3 比例控制是按偏差的大小进行控制的。 （ ） 4 串级控制系统中主回路为定值控制副回路为随动控制。 （ ）5 比值控制系统中主从物料必须是定比值关系。 （ ）6 控制器参数的工程整定就是选择合适的控制规律。 （ ）7 多冲量控制系统多用于锅炉气汽包的液位控制。 （ ）8 取代控制系统是一种“

4、硬保护”系统。 （ ）9 往复泵的出口管路不允许安装控制阀。 （ ）分程控制系统中控制阀的R变小二简答题 1. 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？答：气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。2. 何谓比例度？它的大小对系统过渡过程或控制质量有什么影响？答：比例度是反映比例控制器的比例控制规律作用强弱的一个参数。在数值上比例度等与

5、输入偏差变化相对值与相应的输出变化相对值纸币的百分数，用式子表示为：比例度也可理解为使控制器的输出变化满刻度时，相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。比例度越大，表示比例控制作用越弱。减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应地减小余差，使系统的静态准确度提高。3. 什么是控制器积分饱和现象？其产生的原因、危害及防止措施有哪些？ 当一个具有积分作用的控制器处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，由于积分作用的存在，控制器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值为止，这种现象称为“积分饱和”。产生积分饱和的三个条件：一是控制器具有积分作用；二是控制器处于开环工作状

6、态，其输出没有被送往执行器；三是控制器的输入偏差信号长期存在。 积分饱和的后果：当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将达到最大或最小的极限值，该极限值已超出执行器的有效输入信号范围，它在某个时刻重新被选择器选中，取代另一个控制器对系统进行控制时，由于它的输出已到达饱和区，不在执行器的有效输入范围之内，所以它并不能立即发挥作用，使得控制作用不及时。 防止积分饱和的方法：(1)限幅法 这种方法是通过一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。(2)积分切除法 这种方法是当控制器处于开环工作状态时，将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出一直增大到

7、最大值或一直减小到最小值，不会产生积分饱和。 4. 何谓均匀控制系统？其目的和特点是什么？均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够相互兼顾和协调操作。均匀控制系统的特点是：（1）不同于常规的定值控制系统，而对被控变量与操纵变量都有平稳的要求；（2）为解决被控变量与操纵变量都希望平稳这一对矛盾，只能要求被控变量与操纵变量都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，被控变量在上下限内波动，而操纵变量应在一定范围内平缓渐变。（3）均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。因为就系统的结构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要识别控制方案是否起均匀控制作用，应从控制的目

8、的进行确定。5.自动控制系统中检测元件的选用、安装、维护要注意什么？检测元件要正确选用、合理安装、及时维护，以便经常保证检测元件有足够的测量精度、较小的时间常数，尽可能小的纯滞后和信号的传递滞后。四、计算题1用分度号Cu100铜电阻测温，但错用了Pt100的分度表，查得温度为147，问实际温度为多少？已知铜电阻和铂电阻温度关系式分别为：解：当温度为147，Pt100电阻值为即铜电阻值为156.8， 解得t=134,故实际温度为1342一台具有比例积分控制规律的DDZ-II型控制器，其比例度为80%，积分时间为1分钟。稳态时，输出为6mA。某瞬间，输入偏差突然增加了0.3mA，问其比例输出为多少

9、？经过3min后，其输出将为多少？解：由于=80%，故比例放大倍数。输入变化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3mA，假定控制器为正作用式的，输出将在6mA的基础上增加0.375mA，故为6.375mA。由于积分时间为1min，故在积分作用下，每经过1min，输出将增加0.375mA。经过了3min后，在积分作用下，输出将增加的数值为。所以，经过3min后，在比例作用与积分作用共同作用的结果，使其输出共增加了0.375+1.125=1.5mA。由于稳态时为6mA，故经过3min后，输出将变为7.5mA（如果是反作用式控制器，输出将变为4.5mA）。五、分析题 1保持流体输送机械的输出流量

10、恒定，采用了下列控制方案。试问存在什么问题？如何改进？（1）往复泵的出口流量控制。（图a）；（2）离心泵的出口流量控制（图b）；(3)离心式压缩机出口流量控制。（图c）（a） (b) (c)解：（1）控制往复泵的流量，是不允许采用出口节流方法的，这是由往复泵的特性所决定的。对于一台往复泵，其流量的大小是由转速确定的。在一定转速下，往复泵活塞每往返一次，总得有一定体积的流体排出。如果在泵的出口管道上安装控制阀，增加出口阻力只会使压头H大幅度的增加，既达不到控制流量的目的，又极易导致泵体损坏。（2）离心泵控制流量时，控制阀不应安装在吸入管线上，而应当安装在出口管线上。（3）离心式压缩机要想通过改变

11、旁路流量控制输出流量，流量测量装置应安装在输出管线的旁路分叉点之后。 2如图为一液体贮槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分析控制阀的气开、气关形式及控制器的正反作用。（1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Q0为操纵变量；解：分两种情况：（1）当选择流入量Qi为操纵变量时，控制阀安装在流入管线上，这时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以控制阀选气开形式，为“+”作用方向。 这时，操纵变量即流入量Qi增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于控制阀与对象都是“+”作用方向，为使系统具

12、有负反馈作用，控制器应选“-”作用的，即反作用方向的。 （2）当选择流出量Q0为操纵变量时，控制阀安装在流出管线上，这时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以控制阀选气关形式，为“-”作用方向。 这时，操纵变量即流出量Q0增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于控制阀与对象都是“-”作用方向，为使系统具有负反馈作用，控制器应选“-”作用的，即反作用方向的。六、应用题 1.某加热炉系统如图所示，工艺要求介质出口物料的温度稳定、无余差。已知燃料入口的压力波动频繁，是该系统的主要干扰。（1）设计一个温度控制系统，画出控制系统原理图及方块图； （

13、2）选择合适的控制规律；确定控制器正、反作用。解：（1）由于主要干扰为燃料压力不稳定，为了及时克服这一干扰，可以选择燃料流量为副变量，出口物料温度为主变量，构成温度流量串级控制系统：加热炉控制方案图：方块图：（2）从安全角度考虑，控制阀应选气开式；由于对被控变量的控制要求较高，无余差，而且温度对象的滞后一般较大，故主控制器TC应选择比例、积分、微分三作用（PID）控制规律，副控制器FC一般选用比例控制规律就行了，这是因为副回路是个随动控制系统，对副变量（燃料流量）本身没有什么严格要求； 副回路中，由于流量对象是“”作用（阀开大，流量增加）的，控制阀也是“+”作用(气开式)的，故副控制器FC应是

14、反作用的，这样才能起到负反馈的控制作用，由于主变量温度升高时，需要关小蒸汽阀；副变量流量增大时，也需要关小蒸汽阀，它们对控制阀的动作要求是一致的。故主控制器TC应该选择反作用的。2. 某列管式蒸汽加热器，工艺要求出口物料温度稳定、无余差、超调量小。已知主要干扰为载热体压力不稳定。试确定控制方案，画出自动控制系统的原理图与方块图。假定介质温度不允许过高，否则易分解。试确定控制阀的气开气关形式；控制器的控制规律及正反作用。解：由于主要干扰为蒸汽压力不稳定，为了及时克服这一干扰，可以选择蒸汽流量为副变量，出口物料温度为主变量，构成温度流量串级控制系统，其原理图与方块图如图a、图b。 图a 原理图 f2 f1 由于对被控变量的控制要求较高，无余差，而且加热器的滞后一般较大。故主控制器TC应选择比例、积分、微分三作用（PID）控制规律。副控制器FC一般选用比例控制规律就行了。这是因为副回路是个随动控制系统，对副变量（整蒸汽流量）本身没有什么严格要求。 副回路中，由于流量对象是“”作用（阀开大，流量增加）的，控制阀也是“+”作用(气开式)的，故副控制器FC应是反作用的，这样才能起到负反馈的控制作用。 由于主变量温度升高时，需要关小蒸汽阀；副变量流量增大时，也需要关小蒸汽阀，它们对控制阀的动作要求是一致的。故主控制器TC应该选择反作用的。 5