化工仪表练习题2答案

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。14.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“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输入偏差2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：%100/minmaxminmaxpppxxe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：)1022.41085.510950.31()1025.41(322273030tttRRtRRtt解：当温度为147℃，Pt100电阻值为8.1561471022.41471085.514710950.31(100)1022.41085.510950.31(3222733222730ttRRt即铜电阻值为156.8Ω，38.156)1025.41(100)1025.41(330ttRRt解得t=134℃,故实际温度为134℃2．一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？经过3min后，其输出将为多少？解：由于δ=80%，故比例放大倍数25.11PK。输入变化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3mAmA375.025.1，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mA125.1375.03。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4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。（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；（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5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f2f1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。