实验一
热电偶温度计的使用
一．实验目的：
1．掌握热电偶与动圈仪的配套连接，测温方法及外阻影响。
2．掌握热电偶配手动电位计的测温方法。
3．掌握热电偶冷端温度影响及补偿方法。
二．实验仪器：
1．管状电炉
2．自耦变压器（带电流表）
3．广口保温瓶
4．动圈仪
5．热电偶
6．接线板（带调整电阻）
7．手动电位差计
8．30cm不锈钢直尺
三．实验内容
（一）热电偶配手动电位差计测温：
1．按图1-1接线，注意极性是否接对，接点是否牢固等。为保持热电偶冷端温度为零度，将热电偶冷端放置保温瓶中内冰水混合物中。
图1-1 热电偶温度计接线图
2．把双向开关打向手动电位差计进行测温。
3．手动电位差计使用方法：首先调整检流计的机械零点，其次把手动电位差
计的双向开关打向并按住在“校正”位置，调整“工作电流”电位器，使检流计电流为零，然后把双向开关打向“测量（或未知）”位置，即可进行测量。注意：手动电位差计的双向开关在每一次测量完后，应置于中间位置，以减少干电池的耗电量。
4．短接调整电阻，再测一次炉温，以考察外阻对手动电位差计测温的影响。（二）热电偶配动圈仪测温：
1．把双向开关打向动圈仪进行测温。
2．调整仪表零点为零度，由于本实验中热电偶的冷端温度也为零度，这样动圈仪指示的温度就是电炉温度。
3．短接调整电阻，再测一次炉温，以考察外阻对动圈仪测温的影响。
（三）在测温点相同的条件下，同时用手动电位差计和动圈仪对炉温进行测量，将两个测量结果进行比较。
（四）改变测温点，重复（三），将电炉内的温度分布得到。测温点数不少于10个。
四．实验报告
1．实验数据记录及处理
动圈仪分度号Eu—2 量程0—800℃
精度 1.0 室温26.0℃
2．画出热电偶配动圈仪和手动电位差计的接线图。
图1-1 热电偶温度计接线图
3．从实验结果讨论热电偶测量线路电阻的大小对于用动圈仪测量时如何影响，对于电位差计又是如何影响。
答：从实验结果可以看出，热电偶测量线路电阻的大小对于用动圈仪测量时使其测量结果偏大，对于电位差计使其测量结果几乎无影响。
4．利用电位差计测得的热电势列式计算电炉温度，并与动圈仪指示值进行比较，如有差别，哪一个测量结果更为准确？
答：利用电位差计测得的热电势列式计算电炉温度，并与动圈仪指示值进行比较，电位差计测得的热电势计算的电炉温度更为准确。由于动圈仪的精度为1.0，其最大引用误差为1.0%*（800－0）＝8℃；利用电位差计测得的热电势后查表得的电炉温度的误差为1℃，所以经比较电位差计测得的热电势计算的电炉温度更为准确。
测温点距离手动电
位差计
动圈仪测温点距离
手动电
位差计
动圈仪
1 38 25.3
2 610 6 28 25.65 617
2 36 25.4
3 612 7 26 25.72 619
3 3
4 25.4
5 614 8 24 25.67 618
4 32 25.4
5 614 9 22 25.4
6 614
5 30 25.55 61
6 10 20 25.21 60
7 故用手动电位差计所测得的热电势列式计算电炉温度后描制温度分布曲线。
图1-2 电炉温度分布曲线
6．问题讨论：
（1）热电偶和动圈仪、手动电位差计配套使用时应注意哪些问题？
答：热电偶和动圈仪、手动电位差计配套使用时应注意以下问题：1、注意极性是否接对，接点是否牢固；2、热电偶冷端应放置在冰水混合物中；3、手动电位差使用前先调整检流计的机械零点；4、手动电位差计的双向开关在每一次测量完后，应置于中间位置，以减少干电池的耗电量；5、使用前应观察动圈仪和电位差计的量程和最小分度值。
（2）热电偶的补偿导线极性接错时，测量时会发生何种现象？
答：补偿导线在与热电偶连接时，两对连接点要处于相同的温度，且正负极不能接错。补偿导线相当于一支在一定温度范围内的热电偶，故它的电流也是由正极经参考端流向负极，所以与热电偶连接时，补偿导线的正极应接热电偶的正极，负极应接热电偶的负极。如将极性接反了，不但失去补偿导线的功用，反而会抵消热电偶的一部分热起电力，使仪錶的指示温度偏低。（3）试分析动圈仪、手动电位差计与热电偶配套使用时哪一个精度高。答：利用电位差计测得的热电势列式计算电炉温度，并与动圈仪指示值进行比较，电位差计测得的热电势计算的电炉温度更为准确。由于动圈仪的精度
为1.0，其最大引用误差为1.0%*（800－0）＝8℃；利用电位差计测得的热电势后查表得的电炉温度的误差为1℃，所以经比较电位差计测得的热电势计算的电炉温度更为准确。
五、实验心得
1、通过此次实验掌握热电偶与动圈仪的配套连接，测温方法及外阻影响。掌握热电偶配手动电位计的测温方法。掌握热电偶冷端温度影响及补偿方法。
2、实验中电炉的温度应保持恒定，否则会影响电炉温度分布曲线的稳定性。
3、通过该实验对精度的计算有了进一步了解，同时认识到电位差计相对于动圈仪在测电炉温度时更为精确。
实验二
电动温度变送器的调整和使用
一．实验目的：
1．了解电动温度变送器的结构，
2．学会电动温度变送器与不同检测元件的配套使用，
3．掌握零点迁移和量程调整的方法。
二．实验仪器：
1．DWB型电动温度变送器（DDZ―Ⅱ仪表）
2．ZX32型电阻想箱
3．0.5级直流毫安表
4．手动电位差计
5．冷端温度补偿电阻
三．实验内容和步骤：
（一）．温度变送器配热电阻时的调整和使用
要求：配用Cu50热电阻，按测温范围0～50℃调整
1．接线（见图2-2）：用电阻箱代替热电阻，注意三线制接法，即电阻箱
图2-1 测量桥路
要接出三根线，端子⑤⑥⑦的接法由迁移电阻Rx决定，在变送器的输出端子间串入一个1.5KΩ的电阻和一台毫安表。
（1）迁移电阻Rx的计算：
由相应的热电阻分度表，查得相应于下限温度的阻值Rt min =50Ω
因为当热电阻的阻值为量程下限值Rt min时，桥路输出电压e=0，从而可由下式计算迁移电阻Rx
e=0.5(Rt min-Rx)=0
Rx=Rt min =50Ω
(2)由上式计算的Rx值决定端子⑤⑥⑦的接法
Rx=0～50Ω接⑤且⑥⑦短路
Rx=50～100Ω接⑤
Rx=100～200Ω接⑥
图2-2 配热电阻时的接线图
故决定端子接⑤
2．将“检查—工作”开关置于“检查”位置，此时仪表输出电流应在4～6mA 范围内，说明仪表工作正常，然后把开关放置“工作”位置，否则请指导老师处理。
3．由相应的热电阻分度表，查得相应于上、下限温度的阻值Rt min =50Ω、Rt max =60.7Ω，则热电阻上、下限阻值差ΔR max=Rt max-Rt min =60.7-50=10.7Ω4．调整
（1）调整零点迁移：
使电阻箱的电阻值为Rt min+10％ΔR max ＝50+10%*10.7＝51.07Ω，仪表应有1mA输出，如不在1mA，调整“零点迁移”电位器W2（W3不能调）。（2）调量程：
使电阻箱的电阻值为Rt min+90％ΔR max ＝50+90%*10.7＝59.63Ω，仪表应有9mA输出，如不在9mA，调整“量程”电位器W1。
（3）反复步骤（1）、（2），直到同时满足两项要求为止。
5．读出当输出电流为5mA时的电阻箱的数值，并查出相应的温度值。
此时电阻箱的数值为55.36Ω，查出相应的温度值为25℃ 。 （二）温度变送器配热电偶时的调整和使用
要求：配用K 分度号的热电偶，按测温范围600～800℃调整 1．接线（见图2-3）
（1） 端补偿电阻（K 热电偶R Cu 20=20.16Ω）， （2） 手动电位差计代替热电偶输出毫伏信号，
（3） 子⑤⑥⑦的接法由迁移电阻Rx 决定，按下式计算，端子的连接方式同
（一）查表得E(t min ，0)＝24.902mV ，E(20，0)＝0.798mV ，则 E(t min ，20)＝E(t min ，0)－E(20，0)＝24.902－0.798＝24.104mV e=E(t min ，20)+0.5（R Cu 20-Rx ）=0
Rx=
0.5
0.5R ,20)E(t Cu20
min =(24.104+0.5*20.16)/0.5=68.36Ω
故决定端子接⑤
图2-3 配热电偶时的接线图
2．检查—工作”开关置于“检查”位置，此时仪表输出电流应在4～6mA 范围内，说明变送器工作正常，然后把开关置回“工作”位置，否则请指导老师处理。 3．调整
（1）调整零点迁移：
此时室温t 0 ＝24℃，查得E(t 0 ，0)＝0.960mV ，E(t max ，0)＝33.277mV ，
则E(t min ，t 0)＝24.902－0.960＝23.942mV E(t max ，t min )=33.277-24.902=8.375mV 用手动电位差计加入
E(t min ，t 0)+ 10％E(t max ，t min )=23.942+10%*8.375=24.780mV 调整“零点迁移”电位器W 2使毫安表指示1mA 输出（W 3不能调）。 （2） 调量程：
用手动电位差计加入
E(t min，t 0)+ 90％E(t max，t min)= 23.942+90%*8.375=31.480mV
调整“量程”电位器W1使毫安表指示9mA。
（3）反复步骤（1）、（2），直到同时满足两项要求为止。
4．读出当输出电流为5mA时的手动电位差计的读数，并计算相应的温度值。此时手动电位差计的读数是28.10mV，即E(t, t 0)=28.10mV，
所以E(t,0)＝E(t, t 0)+ E(t 0 ，0)＝28.10+0.960＝29.06mV，查出相应的温度是698.4℃
四．问题讨论
1．零点迁移电阻Rx的计算和端子⑤⑥⑦接法的判定。
答：迁移电阻Rx的计算：
因为当热电阻的阻值为量程下限值Rt min时，桥路输出电压e=0，从而可由下式计算迁移电阻Rx
e=0.5(Rt min-Rx)=0
Rx=Rt min =50Ω
Rx=0～50Ω接⑤且⑥⑦短路
Rx=50～100Ω接⑤
Rx=100～200Ω接⑥
又后来读出当输出电流为5mA时的电阻箱的数值为55.36Ω，决定端子⑤的接法。
2．画出实验装置的接线原理图。
答：实验装置的接线原理图如下：
3．热电阻和热电偶温度变送器输出为5mA时相应的温度值，若测量值与实际值有误差，试分析原因。
答：热电阻和热电偶温度变送器输出为5mA时相应的温度值，热电阻和热电偶的测量值与实际值均存在误差；其原因是：1、调整零点迁移时，没有使指针完全和1mA重合人为引入误差；2、调量程时没有使指针完全和1mA重合人为引入误差。
五、实验心得
1、通过此次实验了解电动温度变送器的结构，学会电动温度变送器与不同检测元件的配套使用，掌握零点迁移和量程调整的方法。
2、通过此次实验掌握了零点迁移电阻的计算和端子的接法，对实验中测量值和实际值之间的误差来源也有了进一步认识。
实验三
电子电位差计的校验
一．实验目的：
1．熟悉自动电子电位差计的结构和校验方法。
2．掌握自动电子电位差计的使用方法和冷端自动补偿的作用。
3．了解热电偶线路可能出现的故障和检查方法。
二．实验仪器：
1．自动电子电位差计
2．玻璃温度计
3．手动电位差计
三．实验内容与步骤：
1．详细观察自动电子电位差计的结构，包括测量桥路、放大器、可逆电机和指示记录机构。
2．指示值的校验：
首先应对仪表零点和满刻度点进行校验，待调整并达到规定要求（误差在刻度面板上所示精度范围内）后，再校验其它刻度。
零点不合格，可调起始微调电阻R G’。
量程不合格，可调量程微调电阻R M’。（R G’，R M’本实验不调整）
指示误差的测定是用标准电位差计给被校表加入适当的电势（mV），使指
），与被校针与被校点刻度线重合，从标准电位差计读出加入的电势值（E
示
点相对应的电势值（E
，由被校仪表配用的热电偶的分度表查得）相比较
刻
计算出校验点上的指示误差。
本实验线路见下图：
其指示误差按下式计算： δ=
100ΕΕe ΕΕ?---下限
上限示刻％
δ—指示误差
e —补偿电阻处温度（即室温）相对应的电势值 E 上限—相对应的电势值 E 下限—相对应的电势值
3．不灵敏区（即变差）的校验：
仪表的不灵敏区指在输入信号增大（正向）和减小（反向）时在同一被校刻度线上输入信号实际值之差值，其数值可按下式计算：
Δ=
100E E E E ?--下限
上限下行程上行程％
仪表的变差不应超出仪表的允许误差，但过小也应避免。因为此时会产生仪表指针抖动或摆动不休的现象，无法准确指示记录，而不灵敏区太大时，对小信号没有反应，误差增大。
为获得所需的仪表不灵敏区的大小，可旋转放大器的灵敏度调节旋钮，以改变放大器的增益，即灵敏度高，不灵敏区就小，反之亦然
。
4．热电偶线路可能出现的故障
分别将热电偶信号①短路、②断开、③反接，注意观察电子电位差计的指针变化情况，从而学会判断和排除热电偶温度计常见故障。
5．考察量程电阻R M 及起始电阻R G 对量程和起点的影响：
用一电阻与R M 并联使量程电阻减小，观察仪表指针的变化，并判断量程的变化趋势；用同一方法也可考察R G 变化对起点的影响。
五． 实验报告
1．数据处理
热电偶分度号 Eu-2 仪表量程 0－11 精度 0.5
室温t 0 27.5 E(t max ，t min )= 43.938mV
2．结论
⑴．计算被校电子电位差计的误差和变差，从而确定其精度是否合格。答：计算被校电子电位差计的误差为1.017%，大于其最大精度0.5，故该电子电位差计不合格。
⑵．故障现象分析与结论。
答：短路时：电子电位差计指针指向29℃
断开时有以下情况：1、断开极导线针不动，用手把指针拔离原来位置，指针仍不动；2、断开条导线或断开正极导线时，指针向右漂移。
反接时：指针回到0点，齿轮仍在转动。
⑶．讨论R M与R G减小对量程与起点的影响。
答：量程电阻R M仪表指示下限时，滑动点在R P左端；仪表指示上限时，滑动点在R P右端。可见滑动电阻R P两端电压的大小，代表了测量范围的大小。固定电阻R B通过选配与滑动电阻R P并联后得到一个比较准确且有固定的电阻值，这个数值的电阻与不同大小的R M并联后，就可以得到不同的仪表量程。R M值越大，它从上支路工作电流I l中所分流出的电流越小，这时流过滑线电阻R P 的电流越大，则仪表的量程越大。反之，R M越小，仪表的量程越小。所以称R M为量程电阻。
起始电阻R G当仪表指示下限值时，显然滑动点应滑到R P最左端，由于仪表的下限值不一定为零，因此RG大小对应测量电压下限值。下限值越大，则需使R G增大，反之，下限值勤减小，则需使R G减小。
⑷．校验装置中标准电位差计与被校电位差计的连线为何用普通导线？是
否可用补偿导线？
答：本实验中利用手动电位差计调出温度，以校正自动电位差计。校验装置中标准电位差计与被校电位差计的连线在本实验中只起导电的作用，不用考虑两条导线间的电势差，所以用普通导线即可。也可以用补偿导线，此时补偿导线也只起导电作用。
六、实验心得
1、通过该实验熟悉自动电子电位差计的结构和校验方法。掌握自动电子电位差计的使用方法和冷端自动补偿的作用。了解热电偶线路可能出现的故障和检查方法。
2、通过该实验对电子电位差计出现故障时的现象有所了解。
3、掌握了R M和R G的定义及其对量程与起点的影响。
实验四
温度控制系统（一）
一．实验目的：
1．了解温度控制系统的组成环节和各环节的作用。
2．观察比例、积分、微分控制规律的作用，并比较其余差及稳定性。3．观察比例度δ、积分时间T I、微分时间T D对控制系统（闭环特性）控制品质的影响。
二．温度控制系统的组成：
电动温度控制系统是过程控制系统中常见的一种，其作用是通过一套自动控制装置，见图4-1，使炉温自动维持在给定值。
图4-1 温度控制系统
炉温的变化由热电偶测量，并通过电动温度变送器转化为DDZ-Ⅱ型表的标准信号0～10mA直流电流信号，传送到电子电位差计XWC进行记录，同时传送给电动控制器DTL，控制器按偏差的大小、方向，通过预定控制规律的运算后，输出0～10mA直流电流信号给可控硅电压调整器ZK-50，通过控制可控硅的导通角，以调节加到电炉（电烙铁）电热元件上的交流电压，消除由于干扰产生的炉温变化，稳定炉温，实现自动控制。
三．实验内容与步骤：
（一）观察系统各环节的结构、型号、电路的连接，熟悉可控硅电压调整器和电动控制器上各开关、旋钮的作用。
（二）控制系统闭环特性的测定：
在以下实验中使用的δ1 ，δ2，T I 1，T I 2 ，T D1的具体数值由各套实验装置具体提供。
1．观察比例与积分控制规律的作用
（1）考察比例作用
将δ置于某值δ1 ，记住δ旋钮在δ1的位置，积分时间置最大
（T
I
=max），微分开关切向0，将干扰开关从“短”切向“干扰”，产生一个阶跃干扰（此时为反向干扰），同时在记录仪的记录线上
作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察并记录在纯比例作用
下达到稳定的时间及余差大小。
（2）考察积分作用
保持δ=δ1不变，置T I =T I 1，同时在记录仪的记录线上作一记号，
以记录积分作用加入的时刻，注意观察积分作用如何消除余差，直
到过程基本稳定。
2．观测PI控制作用下的过渡过程
保持δ1，T I1不变，将干扰开关从“干扰”切向“短”，产生一个正向阶跃干扰，观察过渡过程到基本稳定。
3．考察δ对余差的影响
置δ=δ2，T I =max ，将干扰开关从“短”切向“干扰”，产生一个反向阶跃干扰，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察并记录在纯比例作用下达到稳定的时间及余差大小。并与1（1）中δ=δ1 时的余差相比较。
再加入积分作用T
I =T
I 1
以消除余差直到过程基本稳定。
4．考察T I对过渡过程的影响
置δ=δ1 ，T I =T I 2 ，将干扰开关从“干扰”切向“短”，产生一个正向阶跃干扰，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察过渡过程到基本稳定，并与2中的实验结果进行比较，以了解T
I
对过渡过程的影响。
注意：要在同样条件下才能进行比较，即δ旋钮的位置要与2中的位置完全一致，才能保证此时的δ1 与2中的δ1 是相等的
5．观测PID控制作用下的过渡过程
保持δ=δ1 ，T I =T I 2 不变，置T D=T D1，微分开关切向D ，将干扰开关
从“短”切向“干扰”，等待过程稳定后，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察过渡过程，并与PI控制作用下的过渡过程进行比较。
6．考察δ对稳定性的影响
=max，微分开关切向0，观察过渡过程波动曲线。
将δ减小到1％，T
I
四．问题讨论
1．由实验结果讨论比例、比例积分、比例积分微分控制规律的作用，比较余差及稳定
2．分析不同的δ、T I 、T D对过渡过程的影响。
实验五
温度控制系统（二）
一．实验目的：
1．了解简单控制系统的投运过程。
2．熟悉控制器参数整定的方法及过程。
二．温度控制系统的组成：
电动温度控制系统是过程控制系统中常见的一种，其作用是通过一套自动控制装置，见图5-1，使炉温自动维持在给定值。
图5-1 温度控制系统
炉温的变化由热电偶测量，并通过电动温度变送器转化为DDZ-Ⅱ型表的标准信号0～10mA直流电流信号，传送到电子电位差计XWC进行记录，同时传送给电动控制器DTL，控制器按偏差的大小、方向，通过预定控制规律的运算后，输出0～10mA直流电流信号给可控硅电压调整器ZK-50，通过控制可控硅的导通角，以调节加到电炉（电烙铁）电热元件上的交流电压，消除由于干扰产生的炉温变化，稳定炉温，实现自动控制。
三．实验内容及步骤：
(一)控制系统的投运
1．控制器的手动－自动开关置于“手动”，偏差－平衡开关置于“偏差”，
=50内外给定开关置于“内” , 正反作用开关置于“反”，δ=50％，T
I 秒，T D=30秒，微分开关切向0
2．可控硅电压调整器的手动－自动开关置于“自动”，干扰开关置“短”位置。
3．手动遥控
拨动控制器的手操拨盘进行手动遥控，改变控制器的输出，调整可控硅电压调整器的输入信号，遥控加在电炉上的加热电压，使炉温稳定在给定值（例如300℃）
4．手动－自动无扰动切换
调节给定值拨盘，使偏差为零，将手动－自动开关切向“自动”，观察输出小表是否有变化，并将微分开关切向D。
（二）简单控制系统的参数整定
采用衰减曲线法（4﹕1）进行参数整定，在纯比例（T I =max ，微分开关切向0）作用下，δ置于一个较大的数值（30～60％），用改变给定值（一般为5个小格左右）额定值的5％左右，本实验可改变给定值刻度盘上的五个小格的方法加入阶跃输入，观察记录曲线（过渡过程），并计算衰减比，此时衰减比若大于4﹕1 ，应减小δ值，再用改变给定值的方法加入阶跃输入，观察记录曲线，并计算衰减比，直到得到衰减比为4﹕1 的过渡过程，记下此时的比例度δS，并通过尺子量出衰减振荡曲线中一个周期的长度，根据记录仪的走纸速度计算出振荡周期T S ，然后根据经验公式：
δ=1.6δS ，
T I=0.4T S
T D=0.2T S
求出相应的δ、T I、T D值，把它们加到控制器中，此时给定值不要变，将干扰开关从“短”切向“干扰”，观察记录的（反向阶跃）过渡过程曲线，再将干扰开关从“干扰”切向“短”，观察记录的（正向阶跃）过渡过程曲线，跟各组提供的标准过渡过程曲线（历届同学做得最好的过渡过程曲线）相比较，注意正向的与正向的比较，反向的与反向的比较，若有差距，可以适当改变δ、T I、T D值（每次改变δ、T I、T D值，均要记录），重复以上过程，直到控制系统的控制质量接近或超过标准。
四．问题讨论
1．讨论在手动－自动无扰动切换过程中要注意那些问题。
2．绘制一组你在改进控制系统的控制质量的过程中所得到的过渡过程曲线，并注明各参数值。
3．针对你的实验经验与结果，讨论为了得到更好的控制质量，如何根据实际
的过渡过程的具体缺陷，调整δ、T I、T D值。
《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通 道的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。 二、综合题（54分）
1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。 答： 在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） 仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。
合肥学院化工仪表及自动化复习题（14——15年度） 1.如图所示为一受压容器，采用改变气体排出量以维持容器内压力恒定。试问控制阀应该选择气开式还是气关式？为啥？ 答：一般情况下，应选气关式。因为在这种情况下，控制阀处于全关时比较危险，容器内的压力会不断上升，严重时会超过受压容器的耐压范围，以致损坏设备，造成不应有的事故。选择气关式，可以保证在气源压力中断时，控制阀自动打开，以使容器内压力不至于过高而出事故。 2.当DDZ —Ⅲ型电动控制器的测量指针由50％变化到 25％，若控制器的纯比例输出信号由12mA 下降到8mA ，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制器的作用方向。 解： 又 ∵ 测量值减少时，控制器输出减少，∴ 是正作用方向。 答:控制器的实际比例度为100%，控制器是正作用方向。 3、题l-20(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、操纵变量和可能存在的干扰是什么？该系统的控制通道是什么？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，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。 mA e 4)420(%)25%50(=-?-= mA p 4812=-=%100%10044%100%1001=?=?=?=p e K p δ
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。 控制通道是指由加热蒸汽流量变化到热物料的温度变化的通道。 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（℃）。 4、下图为一自动式贮槽水位控系 统。试指出系统中被控对象、 被控变量、 操纵变量是什么？试画出该系统的方块图。试分析当出水量突然增大时，该 系统如何实现水位控制？ 解：①该系统中贮槽为被控对象；贮槽中水的液位为被控变量；进水流量为操纵变量。②贮槽水位控制方块图如图所示。 ③当贮槽的出水量突然增大，出水量大于进水量，使水位下降，浮球随之下移，通过杠杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与进水量之差随之减小，水位下降变缓，直到进水量与出水量又相等，水位停止下降，重新稳定，实现了水位控制。 5、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，允许的最大绝对进水 贮槽 杠杆 针形阀浮球 贮槽水位控制系统 出水
1、方框图四要素：控制器、执行器、检测变送器、被控对象。 2、自动控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 3、控制系统的五个品质指标：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。 4、建立对象的数学模型的两类方法：机理建模、实验建模。 5、操纵变量：具体实现控制作用的变量。 6、给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值。 7、被控变量：在生产过程中所要保持恒定的变量。 8、被控对象：承载被控变量的物理对象。 9、比例度：是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即100%/min max min max ?--=）（p p p x x e δ。 10、精确度（精度）：数值上等于允许相对百分误差去掉“±”号及“%”号。 允许相对误差100%-?±=测量范围下限值 测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ 11、变差：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。 12、灵敏度：在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。 13、灵敏限：是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。 14、表压＝绝对压力－大气压力； 真空度＝大气压力－绝对压力。 15、压力计的选用及安装： （1）压力计的选用：①仪表类型的选用：仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求；②仪表测量范围的确定：仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。③仪表精度级的选取：仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。 （2）压力计的安装：①测压点的选择；②导压管的铺设；③压力计的安装。 16、差压式流量计和转子流量计的区别：差压式流量计是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小（恒节流面积，变压降）；而转子式流量计却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小（恒压降，变节流面积）。
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化工仪表及自动化习题（2014）（含答案）此版为终极版，严格按照《化工仪表及自动化习题（2014）》题序给出答案，包括计算题！画图题！此答案和在3份答案（网传电子版答案+复印手写版答案+王建奇整理版本答案）+课本+百度下进行了校对，精简了部分答案繁琐无用的答题点，精益求精，只方便同学们更好的理解记忆。时间匆忙，整理难免有疏漏，如有疏漏，不服SOLO。 一、填空题 1.自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。 2.自动控制在阶越干扰作用下的过渡过程有：非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程几种基本形式。 3.描述对象特性的参数有：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。 4.自动控制系统与自动检测、自动操纵等系统相比较最本质的区别为自动控制系统有负反馈。 5.控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性、快开特性等几种。 6.研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学模型主要有静态数学模型和动态数学模型两大类。 7.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如，直流电流 4~20mA空气压力0.02~0.1MPa都是当前通用的标准信号。
8.弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计和膜式压力计。 9.热电阻温度计主要是测量500℃以下的中、低温，目前应用最广泛的热电阻是铂电阻 和铜电阻。 10.节流件应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。 11.化工自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论和技术服务于化学工程学科。 12.了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 13.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，差压式流量计也称为节流式流量计。 14.气动差压变送器中，当液位高度H为0时，变送器输出信号为0.02MPa的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为0.1MPa。 15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力变送器，霍尔片式弹簧管压力表的核心是：霍尔元件，它是利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的间接测量。其实质是将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 16.转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。它又称恒压式流量计、变面积式流量计，适用于测量管径50mm以下管道的测量。
《化工仪表及自动化》期末复习题 班级：姓名：学号： 试题： 一．填空（每空1分） 1．工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，即之差。 2．差压式液位计在使用中会出现、和三种零点迁移问题。 3．差压式流量计通常由、以及组成。 4．温度计是把温度的变化通过测温元件转化为热电势的变化来测量温度的，而温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。 5．用来评价控制系统性能优劣的衰减振荡过程的品质指标分别是最大偏差（或超调量）、、、和振荡周期（或频率）等。 6．描述简单对象特性的参数分别有、和。7．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 8．前馈控制的主要形式有和两种。 9．衰减振荡过程的品质指标主要有、、、、振荡周期等。 10．对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越大则积分作用越；微分时间越大，则微分作用越。 11．根据滞后性质的不同，滞后可以分为和两类。 12．测量仪表的量程是指与之差。
13．按照使用能源的不同，工业仪表可以分为、两类。 14．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 15．按照测量原理的不同，压力检测仪表可以分为、、、等。 16．用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 17、气动仪表的信号传输，国际上统一使用的模拟气压信号；DDZIII型电动仪表国际上规定的统一标准信号制是。 18．化工自动化的主要内容有、、自动操纵和开停车系统、。 19．选择性控制系统可分为、和混合型选择性控制系统，对于选择性控制系统要注意防止现象的发生。 20、常见的传热设备有、、等。 21．两种常用的均匀控制方案包括、。 22．速度式流量计中，应用原理测量流体流量的仪表为电磁流量计，根据“卡曼涡街”现象测量流体流量的仪表为，而差压式流量计体积流量大小与其所测得差压的（平方/平方根）成比例关系。 23．比例度对过渡过程的影响规律是比例度越，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大，比例度越，余差减小，但过渡过程曲线越振荡 24、工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用或真空度表示。 25．某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1所示，温度给定值为200℃，该控制系统的最大偏差为，余差为，衰减比为。
1. 化工仪表按功能不同，检测仪表（包括各种参数的测量和变送）；显示仪表（包括模拟量显示和数字量显示）；控制仪表（包括气动、电动控制仪表及数字式控制器）；执行器（包括气动、电动、液动等执行器） 2. 自动化系统。自动检测系统；自动信号和联锁保护系统； 自动操纵及自动开停车系统；自动控制系统 3?传感器：对被测变量作出响应，把它转换成可用输出信号 变送器传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置 4. 自动控制系统的组成：测量变送仪表、控制器、执行机构、被控对象 5. 自动控制系统的方块图： 6. 自动控制系统过渡过程的品质指标 （1）最大偏差A:第一个波峰值（2）超调量B:第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C （3）衰减比：前后两个峰值的比（4）过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所建立的时间（5）振荡周期：过渡过程同向两波峰（或波谷） 之间的间隔时间叫振荡周期 7. 自动控制系统的反馈原理（1）反馈：把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回 到输入端的做法叫反馈（2 ）负反馈：反馈信号使原来的信号减弱 为了使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的，所以要采用负反馈 8. 自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统第二章过程特性及其数学模型 1控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系 2. 机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学 反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型。 3. 实验建模系统辨识：应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数 方法：（1）阶跃反应曲线法（2）矩形脉冲法 第三章检测仪表与传感器 1. 绝对误差？：指仪表指示值X i和被测变量的真值x t之间的差值，一般都指绝对误差中的最大彳直？max 仪表允许的最大绝对误差值 标尺上限值标尺下限值 4. 弹性式压力计中的弹性元件 （1）弹簧管式弹性元件（2）薄膜式弹性元件（3）波纹管式弹性元件 弹性式压力计量程及准确度等级的选取与计算，应遵守相关规定以保证弹性式 2.相对百分误差 m ax 标尺上限值标尺下限值 100 % 允 3.允许误差 100 %
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？ 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 1-3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。 1-5题1-5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。 题1-5图加热器控制流程图 解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。 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-30 7、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。 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？ 解测量变送装置的功能是测量被控变量的大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； 控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保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改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 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，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？ 解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。 被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，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，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 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（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
1、过程控制系统是由_控制器_、_执行器_、—测量变送_和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有—压力__、—流量—、—温度_、—液位—等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是?；电动型标准信号范围是_ 4~20mA 。 5、常用的标准节流件有孔板和______ 。 6、？?检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、？?按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8、常用的热电阻材料是___ 铜、铂_____，分度号是_Cu50 Cu100_、Pt50 Pt100 _线性 好的是—铜_热电阻，它适于测量__低—温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为—定值控制系统_、_随动控制系统_________、__ 程序 控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有—分程控制、串级控制和比值控制__。 12、液位控制一般采用—比例调节规律，温度控制一般采用比例积分微分调 节规律。 1、DCS控制系统是_______________________ ■勺简称。 2、DCS控制系统基本是由____________ , _____________ 及 ______________ 成。 1、某压力仪表的测量范围是100?1100Pa,其精度为级，贝U这台表的量程是多少最大 绝对误差是多少 答：① 1000Pa ②土5Pa 2、某化学反应器工艺规定的操作温度为(900 ±0)C。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最
化工仪表及自动化
化工仪表及自动化 第一章 自动控制系统基本概念 第一节化工自动化的主要内容 包括自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制 第二节自动控制系统的基本组成及表示形式 1、自动化装置的三个部分：测量元件与变送器、自动控制器、执行器 2、自动控制系统的表示形式（方框图） 3、自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，这是与自动检测、自动操纵等开环系 统比较最本质的区别 4、仪表的图形符号 字母 第一位字母 后继字母 被测变量 修饰词 功能 A 分析 报警 F 流量 比（分数） ~~~~~~~~~ L 物位 ~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~ P 压力 ~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~ T 温度 ~~~~~~~~~ 传送 度控制器 ；LICA 是一台具有指示、报警功能的液位控制器 第三节 自动控制系统的分类 定值控制系统、随动控制系统（自动跟踪系统）、程序控制系统（顺序控制系统） 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 一、 控制系统的静态与动态 e 测 一 Z y 被控x p q 操纵 控制 偏 给 控 控对 测量 就地安装仪集中仪表盘就地仪表盘 图中的实线改为虚线就是分别的盘后安装仪表 干扰作用f
被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，随时间变化的不平衡状态称为系统的动态 二、 控制系统的过渡过程 1、 稳定过程（非周期衰减过程、衰减振荡过程） 2、 不稳定过程（等幅振荡过程、发散振荡过程） 三、控制系统的品质指标 1、最大偏差为A ；超调量为B 2、衰减比为B: B / ； 3、余差为C 4、过渡时间 5、 振荡周期 第二章过程特性及其数学模型 第一节 化工过程的特点及其描述方法 1、研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种数学描述称为对象的数学建模，一般将被控变量看作对象的输出量，而干扰作用和控制作用看作对象的输入量 2、对象的数学模型可分为静态和动态数学模型 3、数学模型的表达式：1）非参量模型即是采用曲线或者数据表格等来表示；2）参量模型即是采用数学方程式来描述 第二节 对象数学模型的建立 机理建模和实验建模 第三节描述对象特性的参数 一、 放大系数K K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，越大， 表示对输出量的影响越大。 二、时间常数T 时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需时间也越大 .………………………………… C A B B /
一是非题 （）1、压力计及温度传感器的安装均可选在管道拐弯处。 （）2、精确度高的仪表灵敏度一定高。 （）3、采用镍铬-镍硅热电偶测量温度，将仪表的机械零点调整至25℃，但实际上室温（冷端温度为10℃），这时仪表指示值偏高。 （）4、当仪表空气中断时，气开调节阀的开度为全开。 （）5、要就地测量一往复泵出口的压力，其平均工作压力为5Mpa，则可选用量程为0~10Mpa 的压力表。 （）6、用压力法测量一开口容器的液位，其液位的高低取决于取压点位置、介质密度和容器横截面。 （）7、在自动控制规律的调整中的比例度越大，控制作用越强，余差越大。 （）8、热电阻断路时，温度计输出显示温度值为量程的上限值。 （）9、在流量测量中，一般来说标准喷嘴造成的压力损失小于标准孔板造成的压力损失。（）10、在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，但降低了系统的稳定性。（）11、压力传感器计的安装可选在管道拐弯处。 （）12、当气源突然消失时，气关阀的开度为全关。 （）13、用差压流量计测量流量，流量与测量得的差压成正比。 （）14、在自动控制规律的调整中比例度越小，控制作用越强，余差越大。 （）15、灵敏度高的仪表精确度一定高。 （）16、一般来说直能单座阀比直能双座阀泄漏量要少。 （）17、补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用，热电偶与补偿导线连接片温度不受限制。（）18、在控制系统中引入微分作用的优点是能够消除余差，同时提高了系统的稳定性。（）19、涡轮流量计其入口直管段的长度一般取管道内径的10倍以上。 （）20、热电阻温度变送器输入桥路的主要作用为冷端温度补偿。 二填空题
绪论 一、目的要求 1. 使学生对本课程的研究内容有比较全面地了解。 2. 使学生掌握本课程的正确学习方法。 3. 使学生了解本课程学习的重要性，以为以后的专业课学习打下良好的基础。 二、主要讲解内容及时间安排 2 学时 1. 主要讲解内容 （1）所用教材及主要参考书； （2）课程内容介绍； （3）本课程的学习方法及学习要求。 2. 时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 本课程的研究对象及主要内容；本课程的重点及学习方法和要求。 四、教学法 以课堂讲授为主，学生课后阅读相关的参考资料为辅。 五、参考书 （1）杜效荣主编. 化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994 （2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）. 北京：化学工业出版社， 1999 （3）汪基寿主编. 化工自动化及仪表. 北京：中央广播电视大学出版社， 1993 （4）曹克民主编. 自动控制概论. 西安：西安建筑科技大学出版社，1995 第三章检测仪表及传感器 一、目的要求 1. 使学生了解仪表的性能指标。 2. 使学生掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。 3. 使学生初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4. 了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5. 了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 6. 掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的
冷端温度补偿的作用及方法。 二、主要讲解内容及时间安排15 学时 1. 主要讲解内容： （1）检测仪表及传感器的概念，工业检测仪表的性能指标； （2）压力检测及仪表； （3）流量检测及仪表； （4）物位检测及仪表； （5）温度检测及仪表。 2.时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 1 仪表等级的确定及鉴定和选择； 2 转子流量计的指示值修正，转子流量计与差压式流量计的工作原理的异同； 3 差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 四、讲授难点 1 各种压力仪表的工作原理； 2 转子流量计的指示值修正； 3 差压式液位变送器的零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点 为辅。 六、讲课思路 ▲本章的基本概念： 1 检测仪表 2 传感器 3 变送器 §1 工业检测仪表性能指标 1 有关测量误差的基本概念 （1）测量 （2）测量误差
一、填空题 1、当用仪表对被测参数进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来。这段时间称为仪表的（）。如果仪表不能反映被测参数，便要造成误差，这种误差称为（）。 反应时间动态误差 2、杠杆式差压变送器的测量范围不同，主要是由于其测时膜盒的（）不同。直径 3、FC变送器的零点调整的方法是，先调（），再调（）。 细调螺钉，当细调螺钉不起作用时，粗调螺钉 4、在各公司的智能烃送器中存着两种不同的通信协议，一种是（）通信协议，一种是（）通信协议。 HART DE 5、FCX-A/C系列中的智能变送器的量程调整只能在（）上进行。 手持终端 6、模拟通信协议时在两根线上传送（）个信号，现场总线通信传送（）个信号。 1 多 7、法兰变送器的温度性能主要由法兰膜盒上隔离膜片的刚度和法兰膜盒内的填充液性质决定，所以如隔离膜片刚度越（），则膜片的压力—位移性能越（），因而变送的温度性能越（）。 大差不好 8、氧气压力表校验器常用（），用水将油（），达到校验氧气表的目的。油水隔离装置分隔开 9、活塞式压力计是基于（）原理工作的，一般可分为（）、（）两种。静压平衡、单活塞、双活塞 10、当测量稳定压力时，正常操用压力应为量程的（），最高不得超过测量上限的（）。 1/3~2/3 11、压力开关是一种简单的（）。当被测压力达到额定值时，压力开关可以出（）信号。 压力控制装置、警报或控制 12、管道内的流体速度，一般情况下，在（）处的流速最大，在（）处的流速等于零。 管道中心线、管壁 13、在孔板加工的技术要求中，上游平面应和孔板中心线（），不应有（），上游面和下游面应（），上游入口边缘应（）。 垂直、可见伤痕、平行、锐利、无毛刺和伤痕。 14、转子流量计的流量标尺上的刻度值，对于测量液体的是代表（）的流量值，对于气体的是代表（）的流量值。 20℃水、20℃，1.01325ⅹ105Pa空气 15、转子流量计中流体的流动方向是（）。 垂直 16、涡轮流量计量一种（）式流量计。 速度
1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是0.02~0.1MPa；电动型标准信号范围 是4~20mA。 5、常用的标准节流件有孔板和喷嘴。 6、检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8．常用的热电阻材料是____铜、铂_______，分度号是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100 _，线 性好的是__铜_热电阻，它适于测量__低___温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为__定值控制系统__、_随动控制系统_____、__ 程序控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有＿＿分程控制＿、串级控制＿和＿比值控制＿＿。 12、液位控制一般采用＿比例＿＿调节规律，温度控制一般采用＿比例积分微分调节规律。 1、D CS控制系统是______________________的简称。 2、D CS控制系统基本是由____________,____________以及____________组成。 1、某压力仪表的测量范围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？最 大绝对误差是多少？ 答：①1000Pa ②±5Pa
2、某化学反应器工艺规定的操作温度为(900±10)℃。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图A所示。试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。 图A 过渡过程曲线 解：由过渡过程曲线可知 最大偏差A=950-900=50℃ 衰减比第一个波峰值B=950-908=42℃ 第二个波峰值B'=918-908=10℃ 衰减比n=42:10=4.2 振荡周期T=45-9=36min 余差C=908-900＝8℃ 过渡时间为47min。 由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。 2.锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图B是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： (1)画出该控制系统方块图； (2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？
工仪表及自动化（自制课后答案终极版） 第一章自动控制系统基本概念 1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？ 答：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方法，称为化工自动化。 它的重要意义如下 加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。 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，提高设备利用率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。 2.化工自动化主要包括哪些内容？ 答：①自动检测系统，利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分②自动信号和联锁保护系统，对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置 ③自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。 ④自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。 3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。开环系统中，被控变量是不反馈到输入端的。闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近与所希望的状态。 4.自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。 9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：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被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。 12.什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。 负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。
第一章自动控制系统基本概念 4.自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。 9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：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被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。 12.什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。 负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。 11.图1-18 所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被 被控对象：反应器被控变量：反应温度操纵变量：冷却水流量：干扰变量A、B的流量、温度。 13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。 当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。此时，控制器将发出信号而使控制阀的开度变大，加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P。所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。 14.图1-18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该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制变量影响的？ 当反应器的温度超过给定值时，温度控制器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大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。 15.按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？ 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。 非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。 20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这「些品质指标的因素是什么？ 答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。 影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。
第一章 P16-4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器（测量变送装置）、控制器、执行器等，另一部分是受自动化装置控制的被控对象。 P16-6. 图1-16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。（图略） 答：仪表位号PI-307表示为第三工序第07个压力检测回路。其中： P 表示被测变量为压力；I 表示仪表具有指示功能； 表示该压力仪表安装在现场。 仪表位号TRC-303表示为第三工序第03个温度检测回路。其中： T 表示被测变量为温度；RC 表示仪表具有记录、控制功能； 表示该温度仪表安装在集中仪表盘正面，操作员监视用。 仪表位号FRC-305表示为第三工序第05个流量检测回路。其中： F 表示被测变量为流量；RC 表示仪表具有记录、控制功能； 表示该流量仪表安装在集中仪表盘正面，操作员监视用。 P16-8. 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？ 答：在自动控制系统中： 测量变送装置（检测元件及变送器）用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）。 控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设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（如气压信号或电流信号）发送给执行器。 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（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。 P16-21. 某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10）℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过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图1-18所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？（图略） 答：由反应曲线可知： 最大偏差A＝950－900＝50 ℃ 超调量B＝950－908＝42 ℃ 衰减比B＝950－908＝42 ℃ B’＝918－908＝10 ℃ n＝B/B’＝42∶10＝4.2∶1 振荡周期T ＝45－9＝36 min 该系统最大偏差为50 ℃，小于允许偏差80 ℃；余差为908－900＝8 ℃，在工艺操作规定对温度的要求范围之内（±10 ℃）。因此，该系统能满足工艺要求。 第三章 P90-5. 某一标尺为0～1,000 ℃的温度计出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：
控 制 阀 在 水 处 理 中 的 发 展 方 向 系别、班级：盐湖系 班级：化学工程与工艺（3）班 指导老师： 姓名：马晓红（0922305026） 日期：2011年10月12日
控制阀在水处理中的发展方向 （青海大学化工学院盐湖系 09化工（3）班马晓红邮编810016） 摘要：控制阀又称调节阀，是工业过程控制中的主要执行单元仪表，通过接受调节控制单元阀是自控系统中的执行器，它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，人们对它的重要性较过去有了更新的认识。调节阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。 关键字：控制阀，水处理，流量，发展。 1、控制阀在水处理中的发展方向的目的和意义 控制阀广泛应用于制造业领域，实现优化生产和降低成本的目的。长远来看，控制阀市场会保持适度的增长。水处理中一般采用流量控制阀，流量控制阀是一种采用高精度先导方式控制流量的多功能阀门。适用于配水管需控制流量和压力的管路中，保持预定流量不变，将过大流量限制在一个预定值，并将上游高压适当减低，即使主阀上游的压力发生变化，也不会影响主阀下游的流量。在现代化工厂的自动控制中，控制阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用，控制阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。 2、控制阀在水处理中的发展方向在国内外的现状 从控制阀应用看，发展方向如下： （1）小型执行机构：可降低成本，提高流通能力． （2）套筒导向：采用套筒导向，有利于对中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互换 （3）平衡式阀芯：为降低执行机构推力或推力矩，采用平衡式阀芯是重要的，它对系统的动态性能也有改善 （4）一体化阀芯和阀座：为克服双座阀密封性差的缺点，采用相同材质的一体化阀芯和阀座组成阀内件，将泄漏量和不平衡力同时减到最小． （5）简单流路：流路简单，流阻减小，不仅可使阀两端压损下降，而且可降低成本。 （6）密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的两方面，控制阀设计中不仅要解决密封问题，对摩擦和寿命等性能指标也必须重视因此，近年来，填料函和填料结构的研究得到重视，旋转型控制阀得到较广泛应用 （7）降低噪声：采用多种方式降低控制阀噪声，例如，采用降噪套筒和阀芯，采用多级阀芯，采用降噪限流板，采用扩展器等 （8）采用与管道同直径的控制阀和限制流通能力的阀内件:利于降低阀入口压力和出口流体流速，不需安装异径管等附加管件，有利于降低成本，通过更换流通能力大的阀内件，可扩展流通能力，通过选用限制流通能力阀内件可纠正计算口径过大的