化工自动化及仪表（杨丽明）习题答案化工自动化及仪表（杨丽明）习题答案 第一章第一章 2 2、画出下图所示控制系统方块图，并指出该控制系统中、画出下图所示控制系统方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、控制变量、干扰变量各是什么。的被控对象、被控变量、控制变量、干扰变量各是什么。- - - - - - - - -TCA B冷却水冷却水1.控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变测量变送环节送环节r(t)+-z(t)y(t)e(t)u(t)解：方块图解：方块图 被控对象：反应釜；被控对象：反应釜； 被控变量：反应釜温度；被控变量：反应釜温度； 控制变量：冷却水流量或压力；控制变量：冷却水流量或压力； 干扰：进料干扰：进料A A、B B温度及其流量温度及其流量; ;搅拌情况。搅拌情况。2. 9 9、某化学反应器工艺规定的操作温度为、某化学反应器工艺规定的操作温度为 考虑安全因素，控制过程考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过中温度偏离给定值最大不得超过 现设计的温度定值控制系统，在最大阶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下图示，试求：最大偏差、超调量、衰减跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图示，试求：最大偏差、超调量、衰减比、振荡周期等品质指标，并说明该控制系统是否满足工艺要求。比、振荡周期等品质指标，并说明该控制系统是否满足工艺要求。950918908900945 47时间时间(min)(min)温温度度3.解：解：A=950-900=50A=950-900=500 0C C B=950-908=42 B=950-908=420 0C CT=45-9=36(min)T=45-9=36(min)因因所以满足题中的工艺要求。所以满足题中的工艺要求。4.1111、试写出下列表达式的传递函数：、试写出下列表达式的传递函数： (1)(1)5.6.1313、（、（1 1）串联）串联 +7.(3)(3)正反馈正反馈+-8.1414、方块图的化简、方块图的化简 步骤：步骤： （1 1）把相互交叉的环路整理成相互包含的环路；）把相互交叉的环路整理成相互包含的环路； （2 2）从最内环开始，由里到外依次化简；）从最内环开始，由里到外依次化简； （3 3）每次化简，首先求该环路的输出与输入间的）每次化简，首先求该环路的输出与输入间的关系，再求出该环路的传递函数，从而把该环路化简关系，再求出该环路的传递函数，从而把该环路化简成对应的一个环节成对应的一个环节, ,依次类推依次类推, ,最后求出整个系统的传最后求出整个系统的传递函数，即最后得出一个环节。递函数，即最后得出一个环节。9.+-+-（1 1）+10.11.+-+(2)(2)+-+12. 15 15、下图为蒸汽加热器温度控制系统示意，试解答系列问题：、下图为蒸汽加热器温度控制系统示意，试解答系列问题： （1 1）画出该系统方块图，并指出被控对象、被控变量、控制变量及可能存在的干扰。）画出该系统方块图，并指出被控对象、被控变量、控制变量及可能存在的干扰。 （2 2）若被控对象控制通道、控制器、执行器、测量变送环节传递函数分别为）若被控对象控制通道、控制器、执行器、测量变送环节传递函数分别为 因生产需要，出口物料温度从因生产需要，出口物料温度从80800 0C C提高到提高到85850 0C C时，出口物料温度的稳态变化量时，出口物料温度的稳态变化量 为多少？系统的余差为多少？为多少？系统的余差为多少？TCTC物料物料蒸蒸汽汽13.被控对象：加热器被控对象：加热器被控变量：物料出口温度被控变量：物料出口温度控制变量：蒸汽流量或压力控制变量：蒸汽流量或压力可能存在的干扰：物料进口流量或温度及蒸汽压力。可能存在的干扰：物料进口流量或温度及蒸汽压力。控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变测量变送环节送环节r(t)+-z(t)y(t)e(t)u(t) 解：（解：（1)1)方块图方块图14. （2 2）物料出口温度从）物料出口温度从80800 0C C提高到提高到85850 0C C，即给定值发生变，即给定值发生变化，故属随动系统化，故属随动系统15.根据零初始条件，根据零初始条件，T(s)=T(s)=T(s)T(s)。由终值定理得由终值定理得余差余差 c=5-2.78=2.22 c=5-2.78=2.220 0C C16. 17 17、下图为某列管式蒸汽加热器的管道及仪表流程图，试、下图为某列管式蒸汽加热器的管道及仪表流程图，试说明图中说明图中PI-307PI-307、TRC-303TRC-303、FRC-305FRC-305、所代表的意义。、所代表的意义。出料出料蒸蒸汽汽进进料料17. 解：（解：（1 1）PI-307:PI-307:压力指示仪表，就地安装，工段号压力指示仪表，就地安装，工段号为为3 3，序号为，序号为07.07. （2 2）TRC-303TRC-303：具有指示记录功能的温度控制仪，为：具有指示记录功能的温度控制仪，为集中盘面安装，工段号为集中盘面安装，工段号为3 3，序号为，序号为0303， （3 3）FRC-305FRC-305：具有指示记录功能的流量控制仪，集：具有指示记录功能的流量控制仪，集中盘面安装，工段号为中盘面安装，工段号为3 3，序号为，序号为05.05.18.第二章第二章 7 7、试分析下图所示、试分析下图所示RCRC电路的动态特性，写出以电路的动态特性，写出以u ui i的变化量的变化量为输入、为输入、u u0 0的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。19. 解：由克希霍夫定律解：由克希霍夫定律( (电感）电感）代入上式得代入上式得20. 8 8、试分析下图所示压力对象的动态特性，写出以、试分析下图所示压力对象的动态特性，写出以p pi i的变化量为输入、的变化量为输入、p p0 0的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。图中气体以一定的压力的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。图中气体以一定的压力p pi i经连接管路和阀门向容器内充气，经连接管路和阀门向容器内充气，R R为气阻，其定义为为气阻，其定义为 C C为气容，其定义为为气容，其定义为假定该压力对象在工作过程中各变量偏离各稳态值的量都很小，且在一定的假定该压力对象在工作过程中各变量偏离各稳态值的量都很小，且在一定的温度条件下，气阻和气容均为常数。温度条件下，气阻和气容均为常数。（提示：此时该对象可视为线性对象，（提示：此时该对象可视为线性对象， ）21.解：容器内气体质量的变化量为解：容器内气体质量的变化量为 管路及阀门通过的气体质量变化量（质量流量）为管路及阀门通过的气体质量变化量（质量流量）为由由得得 故有故有22. 9 9、试分析下图所示串联液体贮槽对象的动态特性，写、试分析下图所示串联液体贮槽对象的动态特性，写出以出以 的变化量为输入、的变化量为输入、 的变化量为输出的微分方程及传的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。图中递函数表达式。图中 分别为贮槽分别为贮槽1 1和和2 2的截面积，阀门的的截面积，阀门的阻力系数分别为阻力系数分别为 。23. 解：对贮槽解：对贮槽1 1和和2 2列物料平衡方程列物料平衡方程（1 1） （2 2） （1 1）+ +（2 2）得）得 （3 3）（4 4） 对（对（2 2）求导）求导 得得 24.（3 3）代入（）代入（4 4）得）得整理得整理得25.令令得得 拉氏变换得拉氏变换得 26.答：对象特性参数：放大系数答：对象特性参数：放大系数K K、时间常数、时间常数T T 和滞后时间和滞后时间 。（1 1）K K：表征对象对其输入的放大能力，为对象的稳特性。：表征对象对其输入的放大能力，为对象的稳特性。 K K0 0越大，控制作用对被控变量的影响越大，但越大，控制作用对被控变量的影响越大，但K K0 0不可过大，不可过大，否则放大能力太强，易引起振荡，使过程不稳定。一般要求否则放大能力太强，易引起振荡，使过程不稳定。一般要求K K0 0适当大。适当大。 10 10、对象特性参数有哪些？各有什么物理意义？对过渡过、对象特性参数有哪些？各有什么物理意义？对过渡过程有什么影响？程有什么影响？ K Kf f越大，干扰作用对被控变量的影响越大，所以越大，干扰作用对被控变量的影响越大，所以K Kf f越小越好。越小越好。27. （2 2）T T：反应对象输出对其输入响应的快慢程度，为动特：反应对象输出对其输入响应的快慢程度，为动特性（为对象从受到阶跃干扰到其输出达到最终稳态值的性（为对象从受到阶跃干扰到其输出达到最终稳态值的63.263.2% %所所需时间，或对象输出保持初速度达最终稳态值所需时间需时间，或对象输出保持初速度达最终稳态值所需时间）。）。 越大，被控变量对干扰作用的响应越慢，越易控制。越大，被控变量对干扰作用的响应越慢，越易控制。所以所以 越大越好。越大越好。 越大，控制作用越不及时，一般要求越大，控制作用越不及时，一般要求 适当小，但适当小，但不可过小，否则响应太快，易引起振荡，不易稳定。不可过小，否则响应太快，易引起振荡，不易稳定。28. 控制通道滞后时间越大，控制作用越不及时，故其越小控制通道滞后时间越大，控制作用越不及时，故其越小越好。越好。 干扰通道滞后时间的存在，只是把干扰的进入推迟了一干扰通道滞后时间的存在，只是把干扰的进入推迟了一段时间，所以其对过渡过程影响不大。段时间，所以其对过渡过程影响不大。 （3 3） ：又分纯滞后（传递滞后）和容量滞后（过渡滞后）。：又分纯滞后（传递滞后）和容量滞后（过渡滞后）。 纯滞后：由于物料或能量的传递需通过一定的距离而引起的纯滞后：由于物料或能量的传递需通过一定的距离而引起的时间滞后。时间滞后。 容量滞后：由于物料或能量的传递需克服一定的阻力而引起容量滞后：由于物料或能量的传递需克服一定的阻力而引起的时间滞后。的时间滞后。29.解：有滞后的一阶对象特性方程解：有滞后的一阶对象特性方程故其微分方程为故其微分方程为 拉氏变换得拉氏变换得 传递函数为传递函数为 11 11、已知一个对象具有纯滞后的一阶特性，其时间常数、已知一个对象具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为为5 5，放大系数为，放大系数为1010，纯滞后时间为，纯滞后时间为2 2，试写出描述该对象，试写出描述该对象特性的微分方程及传递函数表达式。特性的微分方程及传递函数表达式。已知已知30. 12 12、下图所示水槽截面积为、下图所示水槽截面积为0.5m0.5m2 2，水槽中的水由泵抽出，水槽中的水由泵抽出，其流量为恒定值其流量为恒定值q q0 0，在稳定的情况下，输入流量，在稳定的情况下，输入流量q qi i突然有一突然有一增量增量0.1m0.1m3 3h h-1-1, ,试列出以液位试列出以液位h h的变化量的变化量为输出、流入量为输出、流入量qi的变的变化量为输入的表征其特性的微分方程及传递函数表达式，并化量为输入的表征其特性的微分方程及传递函数表达式，并画出画出h随时间随时间t的变化曲线。的变化曲线。31. 即即即即（）（1 1）解：解：稳定时稳定时 32.（2 2）0 0拉氏变换得拉氏变换得 由（由（1)1)得得 当当时时 积分得积分得33. 13 13、为测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（、为测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（t t0 0=0=0）突）突然将燃料气量从然将燃料气量从2.5th2.5th-1-1增加到增加到3.0th3.0th-1-1, ,重油出口温度记录仪得重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如下图示。假定该对象为一阶对象，试写出到的阶跃反应曲线如下图示。假定该对象为一阶对象，试写出描述该对象特性的微分方程（以重油出口温度变化量为输出、描述该对象特性的微分方程（以重油出口温度变化量为输出、燃料燃料量量变化为输入）及传递函数表达式。变化为输入）及传递函数表达式。3.03.02.52.5燃料量燃料量燃料量燃料量(th(th(th(th- - - -1 1 1 1) ) ) )t(min)t(min)0 2 8 0 2 8 t(mint(min） 温度温度温度温度（0 0 0 0C)C)C)C)15015014514512012034. 解：解：即即 由图可知：由图可知：当当t t=8min=8min时时，=145=1450 0C,C,即被控变量在即被控变量在（8-28-2）minmin内的增量为（内的增量为（145-120145-120）0 0C,C,故故35.因对象为一阶线性对象，故有因对象为一阶线性对象，故有36. 18 18、控制规律、控制规律: :控制器的输出与其输入的关系。工业上常用控制器的输出与其输入的关系。工业上常用的控制规律有位式、比例式、比例积分式、比例微分式、比例积的控制规律有位式、比例式、比例积分式、比例微分式、比例积分微分式。它们各自的特点如下。分微分式。它们各自的特点如下。 （1 1）位式）位式 属简单的控制规律，一般适用于控制质量要求不属简单的控制规律，一般适用于控制质量要求不高的场合。高的场合。 (2) (2)比例式比例式 克服干扰能力强，控制及时，过渡时间短。属最克服干扰能力强，控制及时，过渡时间短。属最基本的控制规律。其缺点是有余差。基本的控制规律。其缺点是有余差。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上允许存在适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上允许存在余差的场合。余差的场合。 （3 3）比例积分式）比例积分式 积分作用可消除余差。缺点是稳定性降低。积分作用可消除余差。缺点是稳定性降低。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺要求不允许适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺要求不允许存在余差的场合。存在余差的场合。37. （4 4）比例微分式）比例微分式 微分控制具超前作用，它能反应偏差变化微分控制具超前作用，它能反应偏差变化的速度。但稳定性差。适用于对象有较大容量滞后的场合。但的速度。但稳定性差。适用于对象有较大容量滞后的场合。但对于滞后小、干扰频繁、及测量信号噪声严重的系统，则不适对于滞后小、干扰频繁、及测量信号噪声严重的系统，则不适用。用。 （5 5）比例积分微分式）比例积分微分式 综合了比例、积分、微分三者的优点，综合了比例、积分、微分三者的优点，适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。38. 20 20、什么是比例度？积分时间？微分时间？它们对过渡过程、什么是比例度？积分时间？微分时间？它们对过渡过程各有什么影响？各有什么影响？ 答：（答：（1 1）比例度）比例度 比例控制器输入的相对变化量与其输出的相对变化量之比的比例控制器输入的相对变化量与其输出的相对变化量之比的百分数。百分数。 即即 过大，控制作用太弱；过小，控制作用太强，易引起振荡，过大，控制作用太弱；过小，控制作用太强，易引起振荡，不易稳定，故要适中。不易稳定，故要适中。 39. 控制器的输出追上阶跃输入偏差控制器的输出追上阶跃输入偏差e e的幅值的幅值A A所需时间。所需时间。 过大，积分作用太弱，不利于控制；过小，积分作用太过大，积分作用太弱，不利于控制；过小，积分作用太强，易引起振荡。强，易引起振荡。 控制器输出信号比其输入偏差信号超前的时间。控制器输出信号比其输入偏差信号超前的时间。（3 3）微分时间）微分时间 过小，微分作用太弱；过大微分作用太强，震荡加剧，过小，微分作用太弱；过大微分作用太强，震荡加剧，不易稳定。不易稳定。（2 2）积分时间）积分时间40. 27 27、某比例式液位控制器，其液位的测量范围为、某比例式液位控制器，其液位的测量范围为01.2m，控制器输出变化范围为，控制器输出变化范围为0 0100100，但测量值从，但测量值从0.4m增加到增加到0.6m时，控制器输出从时，控制器输出从50变化到变化到70，试求该比例控制，试求该比例控制器的比例度。器的比例度。 解：解：41. 28 28、某比例式温度控制器，其测量值变化范围为、某比例式温度控制器，其测量值变化范围为0 0100010000 0C C，控制器输出变化范围为控制器输出变化范围为0 0100100，若控制器的比例度为，若控制器的比例度为5050，当，当测量值变化测量值变化1001000 0C C时，控制器的输出相应变化多少？时，控制器的输出相应变化多少？解：解：42. 29 29、试画出在下图所示的矩形脉冲输入信号作用下，比、试画出在下图所示的矩形脉冲输入信号作用下，比例积分控制器（例积分控制器（K KP P=1=1、T Ti i=2min)=2min)的输出响应曲线。假定控制的输出响应曲线。假定控制器输出信号与输入信号范围相同，要求标出各转折点的坐标。器输出信号与输入信号范围相同，要求标出各转折点的坐标。2 4 10e e()43.解：解：u u( () )10202 4 t(min) 第二分钟时，第二分钟时，e e进入，比例作用使进入，比例作用使u u增至增至1010（Kp=1)Kp=1) 然后积分控制起作用，然后积分控制起作用，2min2min后追上后追上e e的幅值，第的幅值，第4min4min时，时，e=0e=0积分作用保持不变为积分作用保持不变为1010（比例作用消失（比例作用消失) )。44. 30 30、某控制规律为、某控制规律为PIDPID的控制器，初始（稳态）输出为的控制器，初始（稳态）输出为5050，当输入信号突然增加当输入信号突然增加1010阶跃时（给定值不变），输出变为阶跃时（给定值不变），输出变为6060，随后输出线性上升，经随后输出线性上升，经3min3min输出为输出为8080，试求其，试求其K Kp p、T Ti i、T Td d。解：初始解：初始不变（为零），不变（为零），比例作用比例作用 45. 进入的瞬间进入的瞬间 ，比例和微分同时起作用。因输出线性上升，比例和微分同时起作用。因输出线性上升，说明无微分作用，说明无微分作用， 比例积分作用比例积分作用46.e e0 0 t t1010( () )0 3 0 3 t t505060608080u u( () )纯积分作用纯积分作用 47. 31 31、试画出在下图所示的输入信号作用下，比例微分控制、试画出在下图所示的输入信号作用下，比例微分控制器的输出响应曲线。器的输出响应曲线。解：解：48.第三章第三章 4 4 、某控制系统根据工艺要求，需要选择一个量程为、某控制系统根据工艺要求，需要选择一个量程为0 0100m100m3 3h h-1-1的流量计，流量检测误差小于的流量计，流量检测误差小于 0.6m 0.6m3 3h h-1-1, ,试问选试问选择何种精度等级的流量计才能满足要求？择何种精度等级的流量计才能满足要求？解：解： 0.6 0.6介于介于0.50.5与与1.01.0之间，若选之间，若选1.01.0级仪表，其绝对误差为级仪表，其绝对误差为而而0.50.5级仪表，其绝对误差为级仪表，其绝对误差为超出了超出了的范围；的范围；其绝对值小于其绝对值小于故应选故应选0.50.5级流量计。级流量计。49. 5 5、某控制系统中有一个量程为、某控制系统中有一个量程为 精度等级为精度等级为0.50.5级的级的差压变送器，该仪表在整个量程范围内的绝对误差变化范围为差压变送器，该仪表在整个量程范围内的绝对误差变化范围为 试问该变送器能否直接继续被原控制系统使用？为什么？若不试问该变送器能否直接继续被原控制系统使用？为什么？若不能，则应作何处理？能，则应作何处理？解：解：该仪表最大相对百分误差为该仪表最大相对百分误差为可见其精度等级为可见其精度等级为1.01.0级，已不能满足工艺要求。级，已不能满足工艺要求。要继续使用，可减小其量程。要继续使用，可减小其量程。50. 或或 大于（大于（100-20100-20）0.50.5%=0.4%=0.4的工艺允许值，超出了工艺要求。的工艺允许值，超出了工艺要求。 在相对误差不变的情况下，减小在相对误差不变的情况下，减小A A，亦减小。亦减小。 即即量程范围量程范围即把量程调整为即把量程调整为2020848451.解：（解：（1 1）0 016001600仪表，量程范围内的最大绝对误差为仪表，量程范围内的最大绝对误差为 ，不可用。，不可用。0 010001000仪表，仪表，可用。，可用。 6 6、某温度控制系统，最高温度、某温度控制系统，最高温度7007000 0C,C,要求测量的绝对误差不要求测量的绝对误差不超过超过 现有两台量程分别为现有两台量程分别为0 0160016000 0C C和和0 0100010000 0C C的的1.01.0级的温度级的温度检测仪表，试问应选哪台更合适？如果有量程均为检测仪表，试问应选哪台更合适？如果有量程均为0 0100010000 0C C、精、精度等级分别为度等级分别为1.01.0和和0.50.5级的两台温度变送器，则又该选哪台仪表级的两台温度变送器，则又该选哪台仪表更合适？试说明理由。更合适？试说明理由。52. （2 2）量程）量程0 0100010000 0C C、精度等级为、精度等级为1.01.0的仪表，其绝对误差的仪表，其绝对误差为为10100 0C;C; 量程量程0 0100010000 0C C、精度等级为、精度等级为0.50.5的仪表，其绝对误差为的仪表，其绝对误差为5 50 0C,C,虽然测量准确度高于前者，单从节约原则考虑，应选前者，后虽然测量准确度高于前者，单从节约原则考虑，应选前者，后者可用于要求更高的场合。者可用于要求更高的场合。53. 10 10、什么是变送器的量程调整、零点调整、零点迁移？、什么是变送器的量程调整、零点调整、零点迁移？ 答：变送器量程调整：使变送器输出信号上限与测量范围答：变送器量程调整：使变送器输出信号上限与测量范围上限相对应。上限相对应。 相当于改变输出输入特性曲线的斜率，一般通过改变反馈相当于改变输出输入特性曲线的斜率，一般通过改变反馈部分的特性来实现。如下图。部分的特性来实现。如下图。0 054. 零点调整、零点迁移：都是使变送器输出信号下限值与测零点调整、零点迁移：都是使变送器输出信号下限值与测量范围下限值相对应。量范围下限值相对应。 零点调整：使变送器测量起始点为零。零点调整：使变送器测量起始点为零。 零点迁移：把测量起始点由零迁移到某一数值（正值或负零点迁移：把测量起始点由零迁移到某一数值（正值或负值，即正迁移和负迁移）。值，即正迁移和负迁移）。 55.无迁移无迁移 0 0 正迁移正迁移0 0负迁移负迁移56. 0 0 解：解：为直线关系为直线关系或或 13 13、有一台、有一台DDZ-DDZ-型两线制差压变送器，已知其量程为型两线制差压变送器，已知其量程为2020100kp100kpa a, ,当输入信号为当输入信号为40kp40kpa a和和70kp70kpa a时，变送器输出信号分时，变送器输出信号分别为多少？别为多少？57.本题中本题中当当当当58.解得解得即即当当时时当当时时）59.解：（解：（1 1）设量程为）设量程为A A则有则有根据压力表量程系列，选根据压力表量程系列，选 的压力表。的压力表。 1919、某空压机缓冲罐，其正常工作压力范围为、某空压机缓冲罐，其正常工作压力范围为 工艺工艺要求就地指示压力，并要求测量误差小于被测压力的要求就地指示压力，并要求测量误差小于被测压力的 试选试选择一个合适的压力表（类型、量程、精度等级），并说明理由。择一个合适的压力表（类型、量程、精度等级），并说明理由。60.（2 2） 应选应选1.51.5级的压力表。级的压力表。61. 20 20、某气氨贮罐，其正常工作压力范围为、某气氨贮罐，其正常工作压力范围为14MP14MPa a, ,要求测要求测量误差小于量误差小于 试选择一个合适的就地指示压力表（类型、试选择一个合适的就地指示压力表（类型、量程、精度等级），并说明理由。量程、精度等级），并说明理由。 解：（解：（1 1）设量程为）设量程为A A，则有，则有 A A 18.67Mp18.67Mpa a故应选故应选0 025Mp25Mpa a的压力表。的压力表。（2 2）选选1.51.5级压力表，且不含铜。级压力表，且不含铜。62. 29 29、已知热电偶的分度号为、已知热电偶的分度号为K K，工作时冷端温度为，工作时冷端温度为30300 0C C，测，测得热电势为得热电势为38.5mV,38.5mV,求工作端温度。若热电偶分度号为求工作端温度。若热电偶分度号为E E，其他，其他条件不变，则工作端温度又是多少？条件不变，则工作端温度又是多少？解：解：（1 1）查表得查表得热电偶热电偶t t与与E E在小的温度范围内，可认为是线性关系，查表知在小的温度范围内，可认为是线性关系，查表知 39.708=960a+b39.708=960a+b 39.314=950a+b 39.314=950a+b 解得解得则则 63.（2 2）若为）若为E E型，则型，则查表得查表得40.236=54040.236=54041.045=55041.045=550解得解得40.30140.30164. 30 30、已知热电偶的分度号为、已知热电偶的分度号为K K，工作时的冷端温度为，工作时的冷端温度为30300 0C,C,测得热电势后，错用测得热电势后，错用E E分度表查得工作端温度为分度表查得工作端温度为715.2715.20 0C C，试求，试求工作端实际温度。工作端实际温度。 解：用分度号为解：用分度号为E E的分度表求得的分度表求得t=715.2t=715.20 0C C查分度号为查分度号为E E的热电偶的分度表得的热电偶的分度表得53.907=710a+b53.907=710a+b54.703=720a+b 54.703=720a+b a=0.0796 a=0.0796 b=-2.609 b=-2.60965.又又则则即即66.对对K K型型则则查查K K型分度表得型分度表得53.451=1330a+b53.451=1330a+b53.795=1340a+b 53.795=1340a+b 则有则有 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88a=0.0344 a=0.0344 b=7.699b=7.69967.由由Pt100Pt100分度表查得分度表查得159.93=157a+b159.93=157a+b160.30=158a+b 160.30=158a+b 则则 159.96=0.37t+101.84 159.96=0.37t+101.84 t=157.08 t=157.08a=0.37 a=0.37 b=101.84b=101.84 33 33、用、用Pt100Pt100测量温度，在使用时错用了测量温度，在使用时错用了Cu100Cu100的分度表，查的分度表，查得温度为得温度为40400 0C,C,试问实际温度应为多少？试问实际温度应为多少？ 解：解：查查1401400 0C C时电阻时电阻R=159.96R=159.9668.+ -P PP P1 1 P P2 2H Hh h. . 44 44、下图所示的液位测量系统中，采用双法兰差压变送、下图所示的液位测量系统中，采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位，已知介质液位变化范围器来测量某介质的液位，已知介质液位变化范围h=0h=0950mm,950mm,介质密度介质密度 两取压口间的高度差两取压口间的高度差H=1200mm,H=1200mm,变送器毛细管变送器毛细管中填充的硅油密度为中填充的硅油密度为 试确定变送器的量程和迁移量。试确定变送器的量程和迁移量。69.解：解：当当时时 当当时时70.-11.1834 0 4.8166 16 -11.1834 0 4.8166 16 应选量程为应选量程为0 01616的变送器的变送器需负迁移，迁移量为需负迁移，迁移量为-11.1834-11.1834设量程为设量程为A A 则则 71. 序号序号 执行执行 机构机构 调节调节 机构机构 执行器执行器（气动阀）（气动阀） 序号序号执行机构执行机构调节机构调节机构 执行器执行器（气动阀）（气动阀） a a 正正 正正 反反 a a 反反 正正 正正 b b 正正 反反 正正 b b 反反 反反 反反 答：当调节阀输入信号增大时，阀的流量增大，为正作用，气开阀。反答：当调节阀输入信号增大时，阀的流量增大，为正作用，气开阀。反之为反作用，气关阀。之为反作用，气关阀。 阀的正反作用，可通过调节执行机构和调节机构的正反作用来实现。阀的正反作用，可通过调节执行机构和调节机构的正反作用来实现。 执行机构：执行机构： 输入信号增大，阀杆下移，为正作用（正装），反之为反输入信号增大，阀杆下移，为正作用（正装），反之为反作用（反装）。作用（反装）。调节机构：调节机构： 阀杆下移，流量减小，为正作用，反之为反作用。阀杆下移，流量减小，为正作用，反之为反作用。3 3、何谓正作用执行器？反作用执行器？、何谓正作用执行器？反作用执行器？ 第六章第六章72. 16 16、有一冷却器控制系统，冷却水由离心泵供应，经冷却、有一冷却器控制系统，冷却水由离心泵供应，经冷却器后最终排入下水沟，泵出口压力为器后最终排入下水沟，泵出口压力为 冷却水最大流量为冷却水最大流量为 正常流量为正常流量为 最大流量时调节阀上压降为最大流量时调节阀上压降为 试为该系统选试为该系统选择一个调节阀。择一个调节阀。解：解：73.( (在在0.30.30.60.6之间）（泵出口压力即为管路系统总压）之间）（泵出口压力即为管路系统总压）代入验算公式代入验算公式 可得可得 以以S=0.41 KS=0.41 KV V=16 Q=16 Qi i=18(=18(或或1010） 74. 第七章第七章 14 14、下图所示反应器温度控制系统中，反应器内需维持一、下图所示反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定的温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危定的温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正反作用型式。险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正反作用型式。TCTC蒸汽蒸汽反反气开气开原料原料75. 解：（解：（1 1）从安全角度考虑，因反应器温度不可过高，故应）从安全角度考虑，因反应器温度不可过高，故应选气开阀，当控制器控制信号中断时，控制阀关闭。选气开阀，当控制器控制信号中断时，控制阀关闭。 （2 2）当被控对象（反应器）输入（蒸汽流量或压力）增加）当被控对象（反应器）输入（蒸汽流量或压力）增加时，对象输出（反应器温度）升高，故对象为正作用；执行器、时，对象输出（反应器温度）升高，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用；所以控制器应为反作用。测量变送环节为正作用；所以控制器应为反作用。76. 15 15、试确定下图所示两个系统中执行器的正、反作用及、试确定下图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正反作用。图（控制器的正反作用。图（a)a)为一加热器物料出口温度控制系为一加热器物料出口温度控制系统，要求物料出口温度不可过高，否则易分解；图（统，要求物料出口温度不可过高，否则易分解；图（b b）为）为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料出口温度不可过一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料出口温度不可过低，否则易结晶。低，否则易结晶。出料出料 冷剂冷剂进料进料气气开开正正出料出料加热剂加热剂进料进料气气开开反反（a) (b)a) (b)77. 解：解：（a)a)因物料出口温度不可过高，故应选气开阀（正作用）因物料出口温度不可过高，故应选气开阀（正作用）。当控制信号中断时，阀全关。当控制信号中断时，阀全关。 当对象输入（加热剂流量）增加时，输出（出口温度）增当对象输入（加热剂流量）增加时，输出（出口温度）增加，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控加，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控制器为反作用。制器为反作用。 （b)b)因出口温度不可过低，故应选气开阀（正作用）。当控因出口温度不可过低，故应选气开阀（正作用）。当控制信号中断时，阀全关。制信号中断时，阀全关。 当对象输入（冷剂流量）增加时，输出（出口温度）减小，当对象输入（冷剂流量）增加时，输出（出口温度）减小，故对象为反作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控制器故对象为反作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控制器为正作用。为正作用。78. 16 16、下图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体、下图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严禁溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气严禁溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正反作用。关型式及控制器的正反作用。 （1 1）选择流入量）选择流入量q qi i为控制变量；为控制变量； （2 2）选择流出量）选择流出量q q0 0为控制变量。为控制变量。79. 解：（解：（1 1）为控制变量。为控制变量。LCLC 气开阀；当气开阀；当 时，时， 对象为正作用，执行器为正作用，故控对象为正作用，执行器为正作用，故控制器为反作用。制器为反作用。80.LCLC （2 2）为控制变量为控制变量气关阀气关阀( (反作用）；当反作用）；当 对象为反作用，故对象为反作用，故控制器为反作用。控制器为反作用。81. 5 5、下图所示为聚合釜温度控制系统，、下图所示为聚合釜温度控制系统， （1 1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。 （2 2）聚合釜温度不可过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气）聚合釜温度不可过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式及主、副控制器的正、反作用型式。关型式及主、副控制器的正、反作用型式。 （3 3）简述当冷却水压力变化时的控制过程。）简述当冷却水压力变化时的控制过程。 （4 4）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？ （5 5）如果选夹套内水温为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块）如果选夹套内水温为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。图，并确定主、副控制器的正、反作用。F FC CT TC C反反应应器器正正正正反反 冷却水（冷却水（Q)Q)第八章第八章82.解：（解：（1 1）（反应釜温度）（反应釜温度- -冷却水流量）串级控制系统。冷却水流量）串级控制系统。串级控制系统方块图串级控制系统方块图副测量副测量变送变送副对象副对象执行器执行器副控副控制器制器主控主控制器制器主对象主对象主测量主测量变送变送+ +- -+ +- -主干扰主干扰副干扰副干扰主变量主变量副变量副变量主回路主回路副回路副回路83. (2)(2)气关阀、反作用。气关阀、反作用。 副对象为正作用，副控制器为正作用。副对象为正作用，副控制器为正作用。 当副变量（冷水）流量增大时，要求阀关小；主变量反当副变量（冷水）流量增大时，要求阀关小；主变量反应器温度升高时，要求阀开大，故主控制器为正作用。应器温度升高时，要求阀开大，故主控制器为正作用。 （3 3）当冷却水压力增大时，副变量测量值增大，副控制器）当冷却水压力增大时，副变量测量值增大，副控制器给定值不变，故副控制器输入增大，由于副控制器为正作用，给定值不变，故副控制器输入增大，由于副控制器为正作用，所以其输出增大，而阀为气关式所以其输出增大，而阀为气关式 ，所以阀关小，冷水流量减，所以阀关小，冷水流量减小。反之，当冷水压力减小时小。反之，当冷水压力减小时。84. （4 4）若冷水温度经常波动，可选夹套温度为副变量。）若冷水温度经常波动，可选夹套温度为副变量。T T2 2C CT T1 1C C反反应应器器正正正正反反 冷却水（冷却水（Q)Q) （5 5）、选夹套内水温为副变量，构成串级控制系统（如上）、选夹套内水温为副变量，构成串级控制系统（如上页图），其方块图（略）。页图），其方块图（略）。 控制变量为冷水。阀为气关阀，反作用，副对象（夹套）控制变量为冷水。阀为气关阀，反作用，副对象（夹套）为反作用，故副控制器为反作用；为反作用，故副控制器为反作用； 当当T T1 1、T T2 2都增大时，都要求阀开大，故主控制器为反作用。都增大时，都要求阀开大，故主控制器为反作用。85. 16 16、在下图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温、在下图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温度，控制手段为改变进入塔底再沸器的热剂流量。该系统采用度，控制手段为改变进入塔底再沸器的热剂流量。该系统采用2 20 0C C的气丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液的气丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。试分析贮罐。试分析 （1 1）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方块图；）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方块图； （2 2）若贮罐中）若贮罐中液位不可过低，试液位不可过低，试确定执行器的气开、确定执行器的气开、气关型式及控制器气关型式及控制器的正、反作用型式；的正、反作用型式； （3 3）简述系统的）简述系统的控制过程。控制过程。LCLCLSLSFCFCTCTC贮罐贮罐气丙烯气丙烯乙乙烯烯精精馏馏塔塔塔塔釜釜再再沸沸器器采出采出86.解：（解：（1 1）连续型选择性串级控制系统。）连续型选择性串级控制系统。FCFCLSLST T对象对象L L对象对象执行器执行器F F对象对象TCTCLCLCT T副测量变送副测量变送主测量变送主测量变送L L测量变送测量变送a a(T)(T)b b- -+ +- -+ + +- -（2 2）气开阀。）气开阀。 T T控制器、控制器、F F控制器皆为反作用；控制器皆为反作用；L L控制器为正作用。控制器为正作用。87. 当当T T ，TCTC输入增大，输出减小，输入增大，输出减小，FCFC给定值减小，而其测量给定值减小，而其测量值不变，则其输出值不变，则其输出b b减小，阀关小；反之，则开大。减小，阀关小；反之，则开大。 当气丙烯流量（压力）增大，当气丙烯流量（压力）增大，FCFC输入增大，其输出输入增大，其输出b b减小，减小，阀关小；反之，则开大。阀关小；反之，则开大。 若为非正常工况，若为非正常工况，L L过低，过低，aaab,LSb,LS选选b b作为其输入，此时即为釜温与气丙烯流量（压力）的串级控制。作为其输入，此时即为釜温与气丙烯流量（压力）的串级控制。88. 7 7、某加热炉系统如下图示，工艺要求介质出口温度稳、某加热炉系统如下图示，工艺要求介质出口温度稳定，无余差，已知燃料入口压力波动频繁，是该控制系统定，无余差，已知燃料入口压力波动频繁，是该控制系统的主要干扰，试根据上述要求设计一个温度控制系统，画的主要干扰，试根据上述要求设计一个温度控制系统，画出控制系统原理图和方块图，确定调节阀的作用形式，选出控制系统原理图和方块图，确定调节阀的作用形式，选择合适的调节规律和控制器的正反作用。择合适的调节规律和控制器的正反作用。介质介质燃料燃料 T T0 089.F FC CT TC C介质介质燃料燃料 T T0 0 7 7、解：本题中介质出口温度、解：本题中介质出口温度T T0 0为被控变量，控制变量为燃为被控变量，控制变量为燃料压力料压力P P（流量（流量Q Q），而），而P P是经常波动的，为主要干扰，故应设是经常波动的，为主要干扰，故应设计为以计为以T T0 0为主变量、为主变量、P P（或（或Q Q）为副变量的串级控制系统。）为副变量的串级控制系统。原理图原理图90. （2 2）方块图：（略）方块图：（略） （3 3）从安全角度考虑，为防止加热炉温度高，当控制信号）从安全角度考虑，为防止加热炉温度高，当控制信号中断时，阀要全关，故应选中断时，阀要全关，故应选气开阀，正作用。气开阀，正作用。 （4 4）FC FC 纯比例控制规律；纯比例控制规律；TC TC 比例积分控制规律，可适比例积分控制规律，可适 当加微分。当加微分。(1)(1)原理图（见上页）。原理图（见上页）。91.