过程控制系统与仪表 课后答案.docx
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1、第1章 思索题及习题1-1 过程限制有哪些主要特点?为什么说过程限制多属慢过程参数限制?解答:1限制对象困难, 限制要求多样 2. 限制方案丰富3限制多属慢过程参数限制4定值限制是过程限制的一种主要限制形式5过程限制系统由标准化的过程检测限制仪表组成1-2 什么是过程限制系统?典型过程限制系统由哪几局部组成?解答:过程限制系统:一般是指工业生产过程中自动限制系统的变量是温度, 压力, 流量, 液位, 成份等这样一些变量的系统。 组成:参照图1-1。1-4 说明过程限制系统的分类方法,通常过程限制系统可分为哪几类? 解答:分类方法说明:按所限制的参数来分,有温度限制系统, 压力限制系统, 流量限
2、制系统等;按限制系统所处理的信号方式来分,有模拟限制系统及数字限制系统;按限制器类型来分,有常规仪表限制系统及计算机限制系统;按限制系统的构造和所完成的功能来分,有串级限制系统, 匀称限制系统, 自适应限制系统等;按其动作规律来分,有比例P限制, 比例积分PI限制,比例, 积分, 微分PID限制系统等;按限制系统组成回路的状况来分,有单回路及多回路限制系统, 开环及闭环限制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量限制系统等。通常分类:1按设定值的形式不同划分:1定值限制系统2随动限制系统3程序限制系统2按系统的构造特点分类:1反响限制系统2前馈限制系统3前馈反响复合限制系统1-5 什么是定值
3、限制系统解答:在定值限制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变更的就是扰动信号。1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系?解答:被控对象的静态特性:稳态时限制过程被控参数及限制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数及限制变量之间的关系即为限制过程的动态特性。二者之间的关系:1-7 试说明定值限制系统稳态及动态的含义。为什么在分析过程限制系统得性能时更关注其动态特性? 解答: 稳态: 对于定值限制,当限制系统输入设定值和扰动不变时,整个系统假设能达到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对
4、静止状态,这种状态称为稳态或静态。动态:从外部扰动出现, 平衡状态遭到破坏, 自动限制装置开场动作,到整个系统又建立新的稳态到达新的平衡, 调整过程完毕的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变更的过程之中,这种状态称为动态。在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不行能始终工作在稳态。只有将限制系统探讨及分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的限制系统。1-8 评价限制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么?解答:单项性能指标主要有:衰减比, 超调量及最大动态偏差, 静差, 调整时间, 振荡频率, 上升时间和峰值时间等。衰减比:等于两个相邻的同向波峰
5、值之比n;过渡过程的最大动态偏差:对于定值限制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A;超调量:第一个波峰值及最终稳态值y之比的百分数;剩余偏差C: 过渡过程完毕后,被控参数所到达的新稳态值y及设定值之间的偏差C称为剩余偏差,简称残差;调整时间:从过渡过程开场到过渡过程完毕所需的时间;振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率;峰值时间:过渡过程开场至被控参数到达第一个波峰所须要的时间。1-10 某被控过程工艺设定温度为900,要求限制过程中温度偏离设定值最大不得超过80。现设计的温度定值限制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所
6、示。试求该系统过渡过程的单项性能指标:最大动态偏差, 衰减比, 振荡周期,该系统能否满意工艺要求?解答:最大动态偏差A: 衰减比n:振荡周期T:A1 (衰减振荡),所以系统满意工艺要求。第2章 思索题及习题2-1 某一标尺为01000的温度计出厂前经校验得到如下数据:标准表读数/02004006008001000被校表读数/02014026048061001求:1该表最大肯定误差;2该表精度;3假如工艺允许最大测量误差为5,该表是否能用?2-2 一台压力表量程为010MPa,经校验有以下测量结果:标准表读数/MPa0246810被校表读数/MPa正行程0反行程0求:1变差;2根本误差;3该表是
7、否符合级精度?2-3 某压力表的测量范围为010MPa,精度等级为级。试问此压力表允许的最大肯定误差是多少?假设用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa时,标准压力计上读数为,试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度,为什么?解答:1根本误差= 最大肯定误差max2校验点为5 MPa时的根本误差:0.81 ,所以符合1.0级表。2-4 为什么测量仪表的测量范围要依据被测量大小来选取?选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题?解答:122-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为级,0250mA2级,075mA现要测量50mA的直流电流,从精确性, 经济性考虑哪块表更相宜?解答
8、:分析它们的最大误差:1max25012.5mA;2max752.51.875mA;选择2.5级,075mA的表。2-11 某DDZ-型温度变送器输入量程为2001000,输出为420mA。当变送器输出电流为10mA时,对应的被测温度是多少?解答:; T=500。 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为,可选用的弹簧管压力计精度有, , , 和五个等级,可选用的量程规格有0, 0和04MPa。请说明选用何种精度和量程见附录E的弹簧管压力计最相宜?解答:1工作原理: MPa,即允许的最大肯定误差max分析选用不同量程的表所需的精度等级: 01.6 MPa量程:,可选2.
9、5级表;02.5 MPa量程:,可选1.5或2.0级表;04.0 MPa量程:,可选1.0级表。 量程选择:被测最大压力1/32/3量程上限01.6 MPa量程:02.5 MPa量程:04.0 MPa量程:综合分析,选用1.5级或2.0级,02.5 MPa量程的表最相宜。2-13 假如某反响器最大压力为,允许最大肯定误差为。现用一台测量范围为0,精度为1级的压力表来进展测量,问能否符合工艺要求?假设采纳一台测量范围为0,精度为1级的压力表,能符合要求吗?试说明其理由。解答:工艺要求:最大压力为,允许最大肯定误差为。分别求出两台仪表的最大允许误差,进展推断。MPa的表,其最大肯定误差: MPa
10、MPa, 所以不符合要求;MPa的表,其最大肯定误差: MPa MPa, 所以最大误差符合要求,但是压力表的最大测量值应 2/3仪表量程,否那么压力波动会使测量值超出仪表量程。所以,该表也不符合要求。2-14 某台空压机的缓冲器,其工作压力范围为,工艺要求就地视察罐内压力,并要测量结果的误差不得大于罐内压力的5%。试选择一块相宜的压力表类型, 测量范围, 精度等级,并说明其理由。解答:依据题意知:压力范围,允许最大误差:max5 MPa1量程确定: MPa MPa MPa的弹簧压力表。2精度等级确定:求出根本误差,以确定满意要求的精度等级。 ,允许的精度等级为2.5级。 MPa,精度等级为2.
11、5级的弹簧压力表。该表的最大肯定误差:max2.5 MPa MPa所以满意要求。2-17 什么叫标准节流装置?试述差压式流量计测量流量的原理;并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响?解答:1标准节流装置:包括节流件和取压装置。2原理:基于液体流淌的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。3影响因素:P47流量系数的大小及节流装置的形式, 孔口对管道的面积比m及取压方式亲密相关;流量系数的大小及管壁的粗糙度, 孔板边缘的锐利度, 流体的粘度, 温度及可压缩性相关; 流量系数的大小及流体流淌状态有关。2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计?而差压式流量计是变压降式流
12、量计?解答:1转子流量计是定压式流量计(P47)虽然转子流量计也是依据节流原理测量流量的,但它是利用节流元件变更流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。所以是定压式。2差压式流量计是变压降式流量计(P45)是基于流体流淌的节流原理,利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。所以是变压降式。2-21 椭圆齿轮番量计的特点是什么?对被测介质有什么要求?解答:1特点:流量测量及流体的流淌状态无关,这是因为椭圆齿轮番量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进展计量的。 粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大,泄漏误差愈小,对测量愈有利。 椭圆齿轮番量计
13、计量精度高,适用于高粘度介质流量的测量。2对被测介质的要求:不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量)。假如被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误差。 2-22 电磁流量计的工作原理是什么?它对被测介质有什么要求?解答:P511原理:利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。2对被测介质的要求:导电液体,被测液体的电导率应大于水的电导率(cm),不能测量油类或气体的流量。2-24 超声波流量计的特点是什么?解答:超声波流量计的非接触式测量方式,不会影响被测流体的流淌状况,被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀损害,因此适用范围广袤。2-25 用差压变
14、送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图2-75所示。请导出变送器所测差压及液位之关系。变送器零点需不须要迁移?为什么?2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么?解答:P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大, 易凝固等液体的液位,在膜盒, 毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管及变送器,以免堵塞。可节约隔离罐。2-27 试述电容式物位计的工作原理。解答:利用电容器的极板之间介质变更时,电容量也相应变更的原理测物位,可测量液位, 料位和两种不同液体的分界面。 2-28 超声波液位计适用于什么场合?解答:P60适合于强腐蚀性, 高压, 有毒,
15、 高粘性液体的测量。第3章 习题及思索题3-1 什么是限制器的限制规律?限制器有哪些根本限制规律?解答:1限制规律:是指限制器的输出信号及输入偏差信号之间的关系。2根本限制规律:位式限制, 比例限制, 比例积分限制, 比例微分限制和比例积分微分限制。3-2 双位限制规律是怎样的?有何优缺点?解答:1双位限制的输出规律是依据输入偏差的正负,限制器的输出为最大或最小。2缺点:在位式限制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上。这是由于双位限制器只有两个特定的输出值,相应的限制阀也只有两个极限位置,总是过量调整所致。3优点:偏差在中间区内时,限制机构不动作,可以降低限制机构开
16、关的频繁程度,延长限制器中运动部件的运用寿命。3-3 比例限制为什么会产生余差?解答:产生余差的缘由:比例限制器的输出信号y及输入偏差e之间成比例关系:为了克制扰动的影响,限制器必须要有限制作用,即其输出要有变更量,而对于比例限制来讲,只有在偏差不为零时,限制器的输出变更量才不为零,这说明比例限制会恒久存在余差。3-4 试写出积分限制规律的数学表达式。为什么积分限制能消退余差?解答:1积分限制作用的输出变更量y是输入偏差e的积分:2当有偏差存在时,输出信号将随时间增大或减小。当偏差为零时,输出停顿变更,保持在某一值上。因而积分限制器组成限制系统可以到达无余差。3-5 什么是积分时间?试述积分时
17、间对限制过程的影响。解答:1积分时间是限制器消退偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大或减小。只有当偏差为零时,输出停顿变更,保持在某一值上。2 在实际的限制器中,常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱,在数值上,Ti=1K i 。明显,Ti越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然。3-6 某比例积分限制器输入, 输出范围均为420mA,假设将比例度设为100%, 积分时间设为2min, 稳态时输出调为5mA,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min后,输出将由5mA变更为多少?解答:由比例积分公式:分析:依题意:,即K p =1, TI= 2 min , e0.2;稳态时:y
18、05mA,5min后:3-7 比例限制器的比例度对限制过程有什么影响?调整比例度时要留意什么问题?解答:P741限制器的比例度P越小,它的放大倍数就越大,它将偏差放大的实力越强,限制力也越强,反之亦然,比例限制作用的强弱通过调整比例度P实现。2比例度不但表示限制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不行能的。所以,偏差的变更使限制器的输出可以变更全量程16mA,防止限制器处于饱和状态。3-8 志向微分限制规律的数学表达式是什么?为什么常用实际为分限制规律?解答:12由于志向微分运算的输出信号持续时间太短,往往不能有效推动阀门。
19、实际应用中,一般加以惯性延迟,如图3-7所示,称为实际微分。3-9 试写出比例, 积分, 微分PID三作用限制规律的数学表达式。解答:3-10 试分析比例, 积分, 微分限制规律各自的特点,积分和微分为什么不单独运用?解答:1比例限制刚好, 反响灵敏,偏差越大,限制力越强;但结果存在余差。2积分限制可以到达无余差;但动作缓慢,限制不刚好,不单独运用。3微分限制能起到超前调整作用;但输入偏差不变时,限制作用消逝,不单独运用。3-11 DDZ-型基型限制器由哪几局部组成?各组成局部的作用如何?解答:P791组成如图3-11所示。2作用参照P79。3-12 DDZ-型限制器的软手动和硬手动有什么区分
20、?各用在什么条件下?解答:1软手动操作是指调整器的输出电流I0及手动操作的输入信号成积分关系;硬手动操作是指调整器的输出电流I0及手动操作的输入信号成比例关系。2软手动操作:系统投运硬手动操作:系统故障3-13 什么叫限制器的无扰动切换?在DDZ-型调整器中为了实现无扰切换,在设计PID电路时实行了哪些措施? 解答:P84 1调整器进展状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击。 2CM, CI。P85中。3-14 PID调整器中,比例度P, 积分时间常数, 微分时间常数分别具有什么含义?在调整器动作过程中分别产生什么影响?假设将取, 取0,分别代表调整器处于什么状态? 解答: 比例度P含
21、义:使限制器的输出变更满量程时也就是限制阀从全关到全开或相反,相应的输入测量值变更占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。积分时间常数含义:越小,积分作用越强;越大积分作用越弱;假设将取,那么积分作用消逝。微分时间常数含义:越大,微分作用越强;取0,微分作用消逝。3-15 什么是调整器的正/反作用?在电路中是如何实现的?解答:1正作用:偏差=测量值-给定值;反作用:偏差=给定值-测量值。2运放输入端的切换开关实现的。3-16 调整器的输入电路为什么要实行差动输入方式?输出电路是怎样将输出电压转换成420mA电流的?解答:1采纳差动输入方式,可以消退公共地线上的电压降带来的误差
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