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1、《儀表與自動(dòng)化》第二版 第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？ 解 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由檢測(cè)變送器、 控制器、執(zhí)行器和被 控對(duì)象等四個(gè)環(huán)節(jié)組成。 1-5題1-5圖為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別 說(shuō)明圖中307、303、305所代表的意義。 題1-5圖加熱器控制流程圖 解 307表示就地安裝的壓力指示儀表， 工段號(hào)為3，儀表序 號(hào)為07； 303表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制 儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為03; 305表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制 儀表；工段號(hào)為3，儀表序號(hào)為05。 1-7在自

2、動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器 各起什么作用？ 解 測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一 種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等） 送往控制器； 控制器接受測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，與工藝上需要保持的 被控變量的設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié) 果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去 執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值來(lái) 改變閥門的開(kāi)啟度，從而改變操縱變量的大小。 1-8 ．試分別說(shuō)明什么是被控對(duì)象、被控變量、給定值、操 縱變量、操縱介質(zhì)？ 解：被控對(duì)象（對(duì)象）——自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要 控制的生產(chǎn)過(guò)程

3、、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。 被控變量——被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。 控系 統(tǒng)通常用該變量的名稱來(lái)稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng) 等。 給定值（或設(shè)定值或期望值）——人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的 目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按 程序變化的。 操縱變量 （調(diào)節(jié)變量）——對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響 且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量?；?qū)崿F(xiàn)控制作用的變量。 操縱介質(zhì)（操縱劑）一一用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制作用的物料。 1-11題11圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。 A B 兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流 量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方

4、塊 圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及可能 影響被控變量的干擾是什么？并說(shuō)明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具 有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)的溫度；操縱 變量：冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有 A、B兩種物料的溫度、 進(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時(shí)，其測(cè)量值 與給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度控制器運(yùn)算處理后，輸 出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開(kāi)度增大，冷卻水流量增大， 這樣使反應(yīng)器

5、內(nèi)的溫度降下來(lái)。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具 有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1-12 題 1-11 圖所示的溫度控制系統(tǒng)中，如果由于進(jìn)料溫 度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值，試說(shuō)明此時(shí)該控制系統(tǒng) 的工作情況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)控制作用來(lái)克服干擾作用對(duì) 被控變量影響的？ 解：當(dāng) 反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值（即升高）時(shí)，溫度測(cè) 量元件測(cè)出溫度值與給定值比較，溫度控制器將比較的偏差經(jīng) 過(guò)控制運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)使冷卻水閥門開(kāi)度增大，從而增 大冷卻水流量，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)，這樣克服干擾作用 對(duì)被控變量影響。 1-13 按給定值形式不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分哪幾類？ 解：按給定值形式不同， 自動(dòng)控制系

6、統(tǒng)可以分為以下三類： ?定值控制系統(tǒng)一一給定值恒定的控制系統(tǒng)。 ?隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）一一給定值隨機(jī)變化的 系統(tǒng)。 ?程序控制系統(tǒng) 給疋值按一疋時(shí)間程序變化的系統(tǒng)。 1- 19某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為 (900 10) C?？?慮安全因素，控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò) 80 Co 現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò) 程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)： 最 大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間(被控 溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的 1%(即卩900 ( 1% = 9C)的時(shí)間)， 并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工

7、藝要求？ 肘阿min 題1-19圖 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線 解 最大偏差950 900=50 (C)； 超調(diào)量 950 908=42 (C)； 由于 B =918 908=10 (C),所以，衰減比 =42:10=4.2 ; 余差 908 900=8C; 振蕩周期45 9=36(); 過(guò)渡時(shí)間47。 因?yàn)?0C <80C, 8C vlOC，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題 中所給的工藝要求。 1- 20題20(a)圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫 出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對(duì)象、被控變量、操縱變量和 可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從 80 C提

8、高到81 C，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化 曲線如題1- 20(b)圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)： 最大偏差、衰減比和余差(提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新 的給定值為81C)O Hfkd J5. 題1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制 解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 撫動(dòng) 題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中：被控對(duì)象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度； 操縱變量是蒸汽流量。 可能存在的干擾主要有：進(jìn)口物料的流量、溫度的變化；加 熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。 該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)：

9、 最大偏差 81.5 81=0.5 (C)； 由于 81.5 80.7=0.8 (C) , B =80.9 80.7=0.2 (C) , 所 以，衰減比 =0.8:0.2=4 ； 余差 80.7 81= 0.3「C)。 第2章被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 2-1什么是對(duì)象特性？為什么要研究對(duì)象特性？ 解 對(duì)象特性就是的對(duì)象的輸出-輸入關(guān)系。 研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述對(duì)象輸入量與 輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)采用 自動(dòng)化裝置組成自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先也必須深入了解對(duì)象的 特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對(duì)控制質(zhì)量的要求， 設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用 合適

10、的測(cè)量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，也要根據(jù) 對(duì)象特性選擇合適的控制器參數(shù) (也稱控制器參數(shù)的工程整 定）,使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。被控對(duì)象的特性對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控 制質(zhì)量的影響很大，所以必須對(duì)其深入研究。 2-2何為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？靜態(tài)數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 有什么區(qū)別？ 解 對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述（方程、曲線、表格等）稱為對(duì) 象的數(shù)學(xué)模型。 穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之 間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸入量改變以后輸出 量的變化情況。穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)是事物特性的兩個(gè)側(cè)面，可以這樣 說(shuō)，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué) 模型是對(duì)象在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)

11、態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例。 2-8反映對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？ 解：放大系數(shù)K時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間t 放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象（重新） 處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸 出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即 輸出量的變化量 K輸入量的變化量 對(duì)象的放大系數(shù)K越大，就表示對(duì)象的輸入量有一定變化時(shí)， 對(duì)輸出量的影響越大，或被控變量對(duì)這個(gè)量的變化就越靈敏， 所以，K實(shí)質(zhì)上是對(duì)象的靈敏度。 時(shí)間常數(shù)T是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后， 被控變量達(dá)到 新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間；或當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后， 被控變量如果保持初始變化速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。 時(shí)間常數(shù)越

12、大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所 需的時(shí)間也越大 對(duì)象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變 化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的 變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時(shí)間 t表示。 對(duì)象的滯后時(shí)間t，使對(duì)象的被控變量對(duì)輸入的變化響應(yīng)滯 后，控制不及時(shí)。 2- 11已知一個(gè)對(duì)象特性是具有純滯后的一階特性， 其時(shí)間 常數(shù)為5，放大系數(shù)為10，純滯后時(shí)間為2，試寫出描述該對(duì) 象特性的一階微分方程式。 解該對(duì)象特性的一階微分方程為 5嚀 2）叭） 2- 12如題2-12圖所示的電路中，已知 R= 5k , C= 2000 F。試畫出突然由0階躍變化

13、到5V時(shí)的變化曲線，并計(jì) 算出t = T、t = 2T、t = 3T時(shí)的值。 題2-12圖電路 解電路的微分方程為 de。 T e dt 當(dāng)5V時(shí)，微分方程的解為 5(1 e ) = 5(1 e 10) (V) （該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)5 103 2000 10 6=10s) 當(dāng)時(shí)，5(1 e )= 5(1 e 1)=3.16V ; 當(dāng) 2T 時(shí)，5(1 e 2)= 5(1 e 2)=4.32V ; 當(dāng) 3T 時(shí)，5(1 e 3)= 5(1 e 3)=4.75V 題解2-12圖 電路的階躍響應(yīng)曲線 2-13已知一個(gè)簡(jiǎn)單水槽，其截面積為 0.5m2，水槽中

14、的液 體由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在穩(wěn)定的情況 下，輸入流量突然在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了 0.1m3，試畫出水槽液 位 h的變化曲線。 解這是一個(gè)積分對(duì)象，則 2-14為了測(cè)定某重油預(yù)熱爐的對(duì)象特性， 在某瞬間（假定 為to=O）突然將燃料氣流量從 2.5增加到3.0，重油出口溫度 記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如題 2-14圖所示。假定該對(duì)象為一 階對(duì)象，試寫出描述該重油預(yù)熱爐特性的微分方程式（分別以 溫度變化量與燃料量變化量為輸出量與輸入量） ，并解出燃料量 變化量為單位階躍變化量時(shí)溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式。 3 0 （曲熾料T的階樂(lè)變化 題2-14圖 解

15、(輸入)燃料變化量 0, t 0; x(t) 0.5(t/h) 50/6(kg/mi n),t 0 由題圖知，該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量 (溫度)的變化量 y(t)相對(duì)于輸入(燃料)變化量x(t)的關(guān)系(方程)為 T dy? y(t) Kx(t) dt 當(dāng)x(t)50/6(). 時(shí)，方程的解為 y(t)(1 e ) c 由題圖知，y( )150 120=30C,則 3030/(50/6)=3.6( C /()) 首先不考慮延遲，y(t)的變化從10=2開(kāi)始，到11=8時(shí)，實(shí) 際變化時(shí)間6，由題圖知 y(t)(6)=30(1 e 6)=145 120=25 (C) 由

16、此解出 3.35() 所以 y(t)=30(1 3.35 、 e ) C 若考慮滯后時(shí)間 =2,則 0, t 2 mi n; y t y(t ) 30(1 (t 2)/335、 e ),t 2min 微分方程為 dy (t 2) 3.35 dt y (t 2) 3.6x(t) 系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性，不會(huì)隨輸入信號(hào)的變 化而變化，因此，前面求解過(guò)程中所確定的 K和T的值是不變 的。所以，當(dāng)燃料變化量 X(t)1時(shí)，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式 為 y (t)(t )=3.6(1 e (t 2)/3.35)

17、C 第3章檢測(cè)儀表與傳感器 3- 1 什么叫測(cè)量過(guò)程？ 解測(cè)量過(guò)程就是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比 較的過(guò)程 3- 5某一標(biāo)尺為0?1000C的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻 度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果分別為： 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/ C 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/ C 0 201 402 604 706 805 903 1001 (1) 求出該溫度儀表的最大絕對(duì)誤差值； (2) 確定該溫度儀表的精度等級(jí)； (3) 如果工藝上允許的最大絕對(duì)誤差為 8C,問(wèn)該溫度儀 表是否符合要求？ 解(1)校驗(yàn)數(shù)

18、據(jù)處理: 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/ C 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/ C 0 201 402 604 706 805 903 1001 絕對(duì)誤差/ C 0 +1 +2 +4 +6 +5 +3 +1 由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對(duì)誤差： +6C； ⑵儀表誤差：max — 100% 0.6% , 儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)； (3)儀表的基本誤差： 1000 ( 1.0%)= 10C,該溫度 儀表不符合工藝上的誤差要求。 3-6如果有一臺(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為 0?10,經(jīng)校驗(yàn)得出 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) 0

19、 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù) 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù) 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 (1) 求出該壓力表的變差； (2) 問(wèn)該壓力表是否符合1. 0級(jí)精度? 解(1)校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理: 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) 0 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù) 0 1 98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù) 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 壓力表的變差 0 0.4 0.7 1.2 0.

20、6 0.2 被校表正、行程讀數(shù)平均值 0 2.00 3.995 6.00 8.00 10.00 儀表絕對(duì)誤差/ 0 0.00 0.005 0.00 0.00 0.00 由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差： 1.2%; (2)儀表誤差：max ^005 100% 0.5% ； 10 但是，由于儀表變差為 1.2%>1.0%，所以該壓力表不符合 1.0級(jí)精度。 3-7 .什么叫壓力？表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力 (真空度) 之間有何關(guān)系？ 解 (1) 工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即(壓強(qiáng)) 。 （2）絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力; 表壓力=絕對(duì)壓力大氣

21、壓力； 負(fù)壓力（真空度）=大氣壓力絕對(duì)壓力 3-10 .作為感受壓力的彈性元件有哪幾種？ 解彈簧管式彈性元件、薄膜式彈性元件（有分膜片式和 膜盒式兩種）、波紋管式彈性元件。 3-11 .彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是什么？試述彈簧管壓力 計(jì)的主要組成及測(cè)壓過(guò)程。 解：（1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生 變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只要測(cè)出了彈簧管自由端 的位移大小，就能反映被測(cè)壓力 p的大小。 （2） 彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件） ，放 大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。 （3） 彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過(guò)程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力 時(shí)，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，

22、放大機(jī)構(gòu)將這個(gè)很小的 位移量放大從而帶動(dòng)指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。 3-14電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點(diǎn)？ 解 見(jiàn)教材第3章節(jié)。當(dāng)差動(dòng)電容傳感器的中間彈 性膜片兩邊壓力不等時(shí)，膜片變形，膜片兩邊電容器的電容量 變化（不等），利用變壓器電橋?qū)㈦娙萘康淖兓D(zhuǎn)換為電橋輸出 電壓的變化，從而反映膜片兩邊壓力的差異（即壓差） 其特點(diǎn)：輸出信號(hào)與壓差成正比；應(yīng)用范圍廣，可用于表 壓、差壓、流量、液位等的測(cè)量。 3-15某壓力表的測(cè)量范圍為 0?1,精度等級(jí)為1.0級(jí)， 試問(wèn)此壓力表允許的最大絕對(duì)誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái) 校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為0.5時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀

23、數(shù)為0.508 , 試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合 1級(jí)精度，為什么？ 解壓力表允許的最大絕對(duì)誤差為 在校驗(yàn)點(diǎn)0.5處，絕對(duì)誤差為 =0.5 0.508= 0.008() 該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為 0.008 0.508 100% 1.57% 故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合1.0級(jí)精度。 3-16 .為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要根據(jù)測(cè)量大小來(lái)選 取？選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值有何問(wèn)題？ 解 （1）為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工 作，也考慮到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓情況，對(duì)儀表的量 程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實(shí)際使用時(shí)的測(cè)量 誤差，儀表的量程又不宜

24、選得過(guò)大。 （2）由于儀表的基本誤差 m由其精度等級(jí)和量程決定，在 整個(gè)儀表測(cè)量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺(tái)量程很大的儀表 來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值這樣會(huì)加大測(cè)量誤差。 3-17如果某反應(yīng)器最大壓力為 0.8，允許最大絕對(duì)誤差為 0.01?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為 0?1.6，精度為1.0級(jí)的壓力表來(lái) 進(jìn)行測(cè)量，問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范 圍為0?1.0，精度為1.0級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎？ 試說(shuō)明其理由。 解 用0?1.6、精度為1.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤 差 11.6 1.00.016>0.01（允許值） 該表不符合工藝上的誤差要求。 用0?1.0、

25、精度為1.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量的基本誤差 21.0 1.00.01>0.01（允許值） 該表符合工藝上的誤差要求。 3-18某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.1~1.6，工 藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐 內(nèi)壓力的 5%,試選擇一臺(tái)合適的壓力計(jì)（類型、測(cè)量范圍、 精度等級(jí)），并說(shuō)明其理由。 解 空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力， 其工作壓力下限1.1 , 工作壓力上限1.6。設(shè)所選壓力表量程為 P,則根據(jù)最大、最小 工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有 3 P max — P 4 1 Pmin 3 P 根據(jù)壓力表量程系列 P 3 p m

26、in （附表1），可選 1.6 2.13(MPa) 1.1 3.3(MPa) 150型、測(cè)量范圍為0?2.5 的電接點(diǎn)壓力表。 根據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為 1.1 50.055() 則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足 0.055 max 100% 2.2% 2.5 0 要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。 3-19某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為 14，要求誤差不超 過(guò)0.4，試選用一臺(tái)就地指示的壓力表（給出型號(hào)、測(cè)量范圍、 精度等級(jí)）。 P， 解 合成塔控制壓力14為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為 14 23.3(MPa) 5 P 3

27、根據(jù)壓力表量程系列（附表 1），可選150型、測(cè)量范圍為0~25 的電接點(diǎn)壓力表。 根據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足 0.4 max 100% 1.6% 25 要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。 3-20現(xiàn)有一臺(tái)測(cè)量范圍為0?1.6，精度為1.5級(jí)的普通彈 簧管壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果為： 被校表讀數(shù) 0 0 0 .4 0 .8 1 .2 1 .6 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù) 0. 000 0 .385 0 .790 1 .210 1 .595 標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù) 0. 000 0 .405 0 .810 1

28、 .215 1 .595 試問(wèn)這臺(tái)表合格否？它能否用于某空氣貯罐的壓力測(cè)量（該貯 罐工作壓力為0.8?1.0，測(cè)量的絕對(duì)誤差不允許大于 0.05）？ 解壓力表的校驗(yàn) 表3-1壓力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及 其數(shù)據(jù)處理結(jié)果 被校表讀數(shù) 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 最大誤差 標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù) 0.000 1.595 0.385 0.790 1.210 標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù) 0.000 1.595 0.405 0.810 1.215 升降變差 0.000 0.000 0.020 0.020 0.005 0.020 標(biāo)準(zhǔn)表上、下行

29、程讀數(shù)平均值 0.000 1.595 0.395 0.800 1.2125 絕對(duì)誤差 0.000 0.005 0.005 0.000 -0.013 -0.013 max Pfs 0.020 1.6 100% 1.25% 儀表的最大引用誤差（從絕對(duì)誤差和升降變差中選取絕對(duì) 值最大者做為 m，求儀表的最大引用誤差） 所以，這臺(tái)儀表1.5級(jí)的精度等級(jí)合格。 空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且1.0 1.6 2/3 ; 0.8 1.6 1/3 ;最大誤差 1.6 1.50.024 0.05。所以這臺(tái) 儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。 3-24 .什么叫

30、節(jié)流現(xiàn)象？ 流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生 靜壓差？ 解：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后 的管壁，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，稱為節(jié)流現(xiàn)象。 流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置前后流體截面的該變， 造成流體流速的改變，從而產(chǎn)生節(jié)流裝置前后的壓力差。 3-28為什么說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)？ 解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)，轉(zhuǎn)子前后流體壓力的壓 差 p為一常數(shù)，即 p P1 P2 （恒量） 3-32用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)氣壓為 0.65、溫度為40C的2氣體 的流量時(shí)，若已知流量計(jì)讀數(shù)為 50,求2的真實(shí)流量（已知2 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為 1.977 / m）。 解 由題

31、知：p0=0.101325, 3=0.65+0.101325=0.751325（）; T°=293K, 「=273+40=313 (K); 。=1.2933; 1=1.977 3, Q=50。則 Qi o Pi To Qo 1293 0751325 293 50 105(L/s) ,1 p0 T1 1.977 0.101325 313 3-33用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量范圍為0?10,轉(zhuǎn)子用密 度為7920/mi的不銹鋼制成，若用來(lái)測(cè)量密度為0.831 /L苯的 流量，問(wèn)測(cè)量范圍為多少？若這時(shí)轉(zhuǎn)子材料改為由密度為 2750 /m的鋁制成，問(wèn)這時(shí)用來(lái)測(cè)量水的流量及苯的流量，其測(cè)量

32、范圍各為多少？ 解由題知 7920/ mi, 0.831 / 831 / m, 1000/ m, Q=10 測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為 t w f t f w Kq (7920 1000) 831 比 (7920 831) 1000 010/0.9 11.1() 所以，苯的流量測(cè)量范圍為 0?11.1。 當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)， 2750/ m，此時(shí)測(cè)水的流量的修 正系數(shù)為 KrQ (7920 1000) 2 2750 1000 0010/2=5() 所以，此時(shí)測(cè)水的流量的測(cè)量范圍為 0?5 測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為 r w f r f

33、 w K fQ ：(2750 1000) 831 0 87 ,(2750 831) 1000 05/0.87=5.75 () 所以，此時(shí)測(cè)苯的流量的測(cè)量范圍為 0?5.75 3-36渦輪流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)是什么? 解：（1）渦輪流量計(jì)的工作原理：流體在管道中流動(dòng)時(shí)使 葉輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與流體的流速成線性關(guān)系，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將 葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，反映流體流速的大小 流速與管道截面的乘積就是流體的流量。 （2）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：安裝方便、測(cè)量精度高、可耐高 壓、反應(yīng)快、便于遠(yuǎn)傳、不受干擾、容易磨損等特點(diǎn)。 3-37電磁流量計(jì)的工作原理是什么？它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什

34、么要求？ 解 電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁 場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 電磁感應(yīng)原理，流 體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比。 電磁流量計(jì)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。 3-46什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題？怎樣進(jìn)行遷 移？其實(shí)質(zhì)是什么？ 解（1）當(dāng)被測(cè)容器的液位 0時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓 差 pH 0的現(xiàn)象，稱為液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移， 3-48測(cè)量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況 ） 時(shí)，經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐（見(jiàn)題3-19圖），問(wèn)這時(shí)用差壓 變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)如何 考慮？

35、 解：差壓液位計(jì)正壓室壓力 pi= 1+ 0 負(fù)壓室壓力 P2= 2+ p 0 正、負(fù)壓室的壓差 i p2= （h2 hi） g 0 時(shí)， （h2 hi） go 這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使0時(shí)，0, 該差壓變送器測(cè)液位時(shí)需要零點(diǎn)遷移，遷移量為 （h2 hi） g 3-54什么是熱電偶的熱電特性？ 熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩 部分組成？ 解：（1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金） A和B組成一 個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)溫度（T、To）不同，則 回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為 熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝克（）效應(yīng)?；芈分械碾妱?shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，

36、 用（T，To）或（t，to）. （2）熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。 3-22 .常用的熱電偶有哪幾種？所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線是什 么？為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線？并說(shuō)明使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪 幾點(diǎn)？ 解：（1）常用的熱電偶有如下幾種: 牝號(hào) 舊 止詡電極 負(fù)幣醞fit 宜朋燒用 WRR B EX 2 抽黑n合盤 300-1600 1800 WRP S LB 3 金 "卻~ 130C I6M WRN K EU-2 裸的會(huì)令 -50** 1000 1200 wk WRE E

37、 —4O—SO0 900 WRF 1 —- 鐵 金 T0700 750 WRC T CK *400— 300 3S0 （2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下: n 補(bǔ) 倦 爭(zhēng) 疑 工梅嘲為L(zhǎng)MC*冷射為0L 時(shí)的林淮烘電爵,?tttY 1E 極 負(fù) 極 詡槌U祐 M * G. n n 紅 ■悍 ?? w A 白 a M&±a. os? 4.009±a IM 6.S17±O, ITO 4- 277 ±0. Q4f （3）用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其 溫度場(chǎng)變化的影響并與測(cè)量電路相連接。使

38、用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注 意：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)的熱電偶具有相同 或相近的熱電特性； 保持延伸電極與熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等。 3- 56 用熱電偶測(cè)溫時(shí)， 為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其冷 端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？ 解：（1）熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng) To （或to）恒定是才是被 測(cè)溫度T （或t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以 To= 0C 為參考溫度條件下測(cè)試制定的， 只有保持To= 0C,才能直接應(yīng) 用分度表或分度曲線。若 ToM 0C,則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。 （2）冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L(zhǎng)導(dǎo)線法， 0C恒溫法，冷 端溫度修正法，冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法等。 3- 57 試

39、述熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和 儀表？輸入、輸出信號(hào)各是什么？ 解：熱電偶溫度計(jì)由熱電偶（感溫元件） 、顯示儀表和連接 導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)。 熱電阻溫度計(jì)由熱電阻 （感溫元件）、顯示儀表和連接導(dǎo)線 組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)是電阻。 3-58用K型熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為 20, 冷端（室溫）為25C,求設(shè)備的溫度？如果改用 E型熱電偶來(lái) 測(cè)溫，在相同的條件下，E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？ 解 用K型熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)設(shè)備的溫度為 t，則E(t , 25)=20，查K型熱電偶分度表，E(25，0)=1.000。根據(jù)中間溫 度定律，

40、 E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 反查K型熱電偶分度表，得508.4 C 若改用E型熱電偶來(lái)測(cè)次設(shè)備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定 律，測(cè)得熱電勢(shì)為 (508.4 , 25)= (508.4 , 0) (25 , 0)=37678.6 1496.5=36182.1 V 36.18。 3- 59現(xiàn)用一支鎳鉻-銅鎳熱電偶測(cè)某換熱器內(nèi)的溫度，其 冷端溫度為30C，顯示儀表的機(jī)械零位在 0C時(shí)，這時(shí)指示值 為400C,則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為 430C對(duì)不對(duì)？為什么？正 確值為多少度？ 解 認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為 430C不對(duì)。 設(shè)換熱器內(nèi)的溫度

41、為t，實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為E(t , 30)，根據(jù)顯示 儀表指示值為400C,則有E(t , 30)= E(400 , 0)，由中間溫度 定律并查鎳鉻-銅鎳(E型)熱電偶分度表，有 E(t , 0)= E(t , 30)+ E(30 , 0)=曰400 , 0)+ E(30 , 0)=28943+180仁30744 V 反查鎳鉻-銅鎳熱電偶分度表，得換熱器內(nèi)的溫度 422.5 C 3-60 .試述熱電阻測(cè)溫原理？常用測(cè)溫?zé)犭娮栌心膸追N？ 熱電阻的分度號(hào)主要有幾種？相應(yīng)的 R0各為多少？ 解：(1 )熱電阻測(cè)溫原理：電阻—溫度效應(yīng)，即大多數(shù)金 屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的現(xiàn)象。 (2)

42、常用測(cè)溫?zé)犭娮栌校恒K熱電阻和銅熱電阻。 (3) 鉑熱電阻的分度號(hào)主要有： 100 , ( R=100 ); 50 , (R0=50 ); 1000 , ( F0=1000 );等 銅熱電阻的分度號(hào)主要有： 100 , ( F=100 ); 50 , (R=50 );等 3-62用分度號(hào)為00鉑電阻測(cè)溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了 00的分 度表，查得的溫度為140C，問(wèn)實(shí)際溫度為多少？ 解 查00的分度表，140C對(duì)應(yīng)電阻為159.96 ，而該電阻 值實(shí)際為00鉑電阻測(cè)溫時(shí)的電阻值，反查 00的分度表，得實(shí) 際溫度為157C 3- 63用分度號(hào)為50、百度電阻比V(100) 100

43、0=1.42的銅熱 電阻測(cè)某一反應(yīng)器內(nèi)溫度，當(dāng)被測(cè)溫度為 50 C時(shí)，該熱電阻的 阻值R5o為多少？ 若測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為 92 該環(huán)境溫度為多少？ 解 分度號(hào)為50、百度電阻比V(100)=1.42的銅熱電阻， 其R)=50 ，Roo=5O 1.42=71 。則該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度 k 71 50 100 0 0.21 ( 被測(cè)溫 度 為 民0=50 +0.21 / C 50 C =60.5 當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值92 ,則對(duì)應(yīng)的環(huán)境 溫度為 (92 50)/0.2仁200 C 第4章顯示儀表 4-10對(duì)于標(biāo)尺

44、始端為 0C的電子電位差計(jì)，當(dāng)熱電偶的熱 端為0C,冷端為25C時(shí)，問(wèn)這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸入信號(hào)為 多少？若熱端為0C,冷端也為0C時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸 入信號(hào)為多少？ 解 當(dāng)熱電偶的熱端為0C,冷端為25C時(shí)，應(yīng)指示0C; 輸入信號(hào)為 E(0 , 25)= E(25 , 0)。 若熱端為0C,冷端也為0C時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示0C;輸入信號(hào) 為 E(0 , 0)=0 4- 12如題4-12圖所示熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，熱電偶的型號(hào)為 K請(qǐng)回答: (1)這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)? (2)顯示儀表應(yīng)米用哪種儀表？該儀表的輸入信號(hào)是多 少？應(yīng)指示多少溫度? 6DV 匯示儀

45、表 題4-12圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)圖 解 (1)這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。 (2)顯示儀表應(yīng)米用101型動(dòng)圈式顯示儀表或電子電位差 計(jì)顯示儀表；儀表的輸入信號(hào)是 K型熱電偶的熱電勢(shì) E(600, 25), E(600 , 25)= E(600,0) E(25 , 0)=24902 1000=23902( V); 指示溫度應(yīng)為600 C(顯示儀表內(nèi)具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償， 能直接顯示被測(cè)溫度)。 4- 13測(cè)溫系統(tǒng)如題4-13圖所示。請(qǐng)說(shuō)出這是工業(yè)上用的哪 種溫度計(jì)？已知熱電偶為 K但錯(cuò)用與E配套的顯示儀表，當(dāng) 儀表指示為160 C時(shí)，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際溫度為多少度？(室溫

46、為 25C) j控制* 題4-13圖測(cè)溫系統(tǒng)圖 解 這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。 當(dāng)與E型熱電偶配套的顯示儀表指示為 160C、室溫為25C 時(shí)，顯示儀表的輸入信號(hào)應(yīng)為 E型熱電偶在熱端為160C、冷 端為25C時(shí)的熱電勢(shì)(160 , 25)。而顯示儀表外實(shí)際配用的是 K 型熱電偶，其輸入的熱電勢(shì)(160 , 25)，實(shí)際應(yīng)為K型熱電偶在 熱端為C、冷端為25C時(shí)的熱電勢(shì)(，25)，即(，25)= (160 , 25)。 (160 , 25)= (160 , 0) (25 , 0) 查 E型熱電偶分度表(160 , 0) = 10501 V (25 , 0)=1496.

47、5 V, 則 (160, 25)=10501 1496.5=9004.5 V (,0) ( , 25)+ (25 , 0) =9004.5+1000( 查K型熱電偶分度表) =10004.5 ( V) 反查K型熱電偶分度表，得246.4 C 4- 14試述電子自動(dòng)平衡電橋的工作原理？當(dāng)熱電阻短路、 斷路或電源停電時(shí)，指針應(yīng)指在什么地方？為什么? 解 電子自動(dòng)平衡電橋的原理電路如下圖所示 當(dāng)被測(cè)溫度為測(cè)量下限時(shí)，有最小值及0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在的 左端，此時(shí)電橋的平衡條件是 R3 （ 0） 2R4 （ 1） 當(dāng)被測(cè)溫度升高后，熱電阻阻值增加 ，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)右移 動(dòng)才能使電

48、橋平衡，此時(shí)電橋的平衡條件是 R3 （ 0+ r 1） 2（R4+ r 1） （ 2） 用式（1）減式（2），則得 R3 r 1R3= R2r 1 (3) 從上式可以看出：滑動(dòng)觸點(diǎn) B的位置就可以反映熱電阻阻 值的變化，亦即反映了被測(cè)溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的 位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 當(dāng)熱電阻短路時(shí)，0,為了使電橋平衡，指針應(yīng)盡可能地向 左滑動(dòng)，直至始端；當(dāng)熱電阻斷路時(shí)， ，為了使電橋平衡， 指針應(yīng)盡可能地向右滑動(dòng)，直至終終端；當(dāng)電源停電時(shí)，指針 指在任何位置，電橋輸出都為 0，(電橋“平衡”)。 4- 19有一分度號(hào)為00的熱電阻，接在配分度號(hào)為00的自 動(dòng)

49、平衡電橋上，指針讀數(shù)為 143C，問(wèn)所測(cè)實(shí)際溫度是多少？ 解 溫度為143C時(shí)，分度號(hào)為00的熱電阻阻值(查00分 度表)為154.70 。而自動(dòng)平衡電橋上實(shí)際接的是分度號(hào)為 00 的熱電阻，利用 154.70 查00分度表，得所測(cè)實(shí)際溫度為 128C。 4-20有一配K分度號(hào)熱電偶的電子電位差計(jì)，在測(cè)溫過(guò)程 中錯(cuò)配了 E分度號(hào)的熱電偶，此時(shí)儀表指示 196C，問(wèn)所測(cè)的 實(shí)際溫度是多少？此時(shí)儀表外殼為28Co 解 電子電位差計(jì)指示196 C，輸入信號(hào)為 (196 , 28)= E(196 , 0) E(28 , 0)=7.977 1.122=6.855(), 而該熱電勢(shì)實(shí)際是由

50、 E型熱電偶提供的。設(shè)所測(cè)的實(shí)際溫度為 t，則有 (t , 0)= (t , 28) (28 , 0)= (196 , 28)+ (28 , 0)=6.855+1.679=8.534() 查E型熱電偶分度表，得所測(cè)的實(shí)際溫度為 132.2 C 第5章自動(dòng)控制儀表 5- 1什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī) 律？ 解 控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào) p與輸入信 號(hào)e之間的關(guān)系，即 P f（e） f（z x） 控制器的基本控制規(guī)律 有：位式控制（其中以雙位控制比 較常用）；比例控制（P）;積分控制⑴；微分控制（D）。 5- 4何為比例控制器的比例度？ 一

51、臺(tái)一H型液位比例控制 器，其液位的測(cè)量范圍為0?1.2m,若指示值從0.4m增大到0.6m, 比例控制器的輸出相應(yīng)從 5增大到7試求控制器的比例度及 放大系數(shù)。 解 比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對(duì)值 與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為: Pmin 100% 式中 e——輸入變化量； p ――相應(yīng)的輸出變化量; Xmax Xmin——輸入的最大變化量，即儀表的量程； Pmax Pmin 輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍 根據(jù)題給條件，該控制器的比例度為 0.6 °.4100% 83.3% 1.2 0 丿 10 0 對(duì)于單元組合儀表

52、，其放大系數(shù)為 1/ =1/83.3120% 5- 5 —臺(tái)一山型溫度比例控制器，測(cè)量的全量程為 0? 1000 c，當(dāng)指示值變化100 C，控制器比例度為 80%，求相應(yīng) 的控制器輸出將變化多少？ 解 2 E max Pmin 20 4 100 1.6 go% p xmax xmin p 1000 0 p 控制器的輸出變化量 1.6/802() 5- 9 —臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的一H型控制器， 其比例度 為200%，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5。在某瞬間，輸入突然變化了 0.5 , 經(jīng)過(guò)30s后，輸出由5變?yōu)?，試問(wèn)該控制器的積分時(shí)間為多 少？ 解控制器的放大倍數(shù) 1/ =1/200

53、0.5 控制器的輸入變化量為0.5 ;控制器的輸出變化量為 6 5=1()，經(jīng)歷時(shí)間30s。由 p KpA $ At T| 得 Ti 士L °5 °5 30 10(s) p KpA 1 0.5 0.5 5-10某臺(tái)一山型比例積分控制器，比例度 為100%，積 分時(shí)間為2。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5。某瞬間，輸入突然增加了 0.2 ,試問(wèn)經(jīng)過(guò)5后，輸出將由5變化到多少？ 解控制器的放大倍數(shù) 1/ =1/1001 控制器的積分時(shí)間2，穩(wěn)態(tài)輸出po=5；控制器的輸入變化量 為0.2。經(jīng)歷時(shí)間5。則輸出變化量 K 1 p ?A 扌At 1 0.2 -。2 5 0.7（mA） 所以

54、，經(jīng)歷時(shí)間5后，控制器的輸出為 0+ 5+0.7=5.7（） 5-12試寫出比例積分微分（）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá) 式。 解控制器的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 Kp e 丄 T1 edt de dt 其中，e —輸入變化量；p—相應(yīng)的輸出變化量；一放大倍數(shù)； —稱為積分時(shí)間；一微分時(shí)間。 5-13試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。 解 比例控制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)快， 控制及時(shí)；存在余差（有 差控制） 積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制動(dòng)作緩慢， 控制不及時(shí)；無(wú)余差 （無(wú)差控制） 微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制響應(yīng)快，故有 超前控制之稱; 但它的輸出不能反映偏差的大小，假

55、如偏差固定，即使數(shù)值很 大，微分作用也沒(méi)有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以 不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比 例微分或比例積分微分控制器。 5-26請(qǐng)寫出下面對(duì)應(yīng)的80的指令 1~O (XXX)! ⑵ 00000 解（1） 00000 00003 00002 00001 00005 00004 00003 00006 00002 -01000 00001 第6章執(zhí)行器 6-1氣動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用? 解 氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu) （閥）兩部分組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)輸入控制信號(hào)的

56、大小產(chǎn) 生相應(yīng)的推力F和直線位移I，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是 將控制信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器 的控制部分，它直接與操縱介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以 它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過(guò)閥的流量的裝置。 6- 4試分別說(shuō)明什么叫控制閥的流量特性和理想流量特 性？常用的控制閥理想流量特性有哪些？ 解 控制閥的流量特性是指操縱介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量 與閥門的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系： 2 f丄 Qmax L 式中，相對(duì)流量是控制閥某一開(kāi)度時(shí)流量 Q與全開(kāi)時(shí)流量之比; 相對(duì)開(kāi)度是控制閥某一開(kāi)度行程 I與全開(kāi)行程L之比。 在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱

57、為理想 流量特性。主要有： 直線流量特性 Q 1 I ； 1 (R 1)- Qmax R L 等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性 I Q L 1 ； - R L ； Qmax 拋物線流量特性 1 2 d Q Qmax k Q ； d # L Qmax 快開(kāi)流量特性 2 Q 1 - I 1 ( R 1) Qmax R L 等四種。 6- 7什么叫控制閥的可調(diào)范圍？ 在串、并聯(lián)管道中可調(diào)范 圍為什么會(huì)變化？ 解 控制閥的可調(diào)范圍(可調(diào)比)是其所能控制的最大流量 與最小流量的比值，即 r Qmax Qmin 在串、并聯(lián)管道中，由于分壓和分流作用，可調(diào)范圍都會(huì)

58、 變小。 6- 8已知閥的最大流量=50m,可調(diào)范圍R= 30。 (1) 計(jì)算其最小流量，并說(shuō)明是否就是閥的泄漏量。 (2) 若閥的流量特性為直線流量特性， 問(wèn)在理想情況下閥 的相對(duì)行程為0.2及0.8時(shí)的流量值Q (3) 若閥的流量特性為等百分比流量特性， 問(wèn)在理想情況 下閥的相對(duì)行程為0.2及0.8時(shí)的流量值Q 解 (1)由 R Qmax ,得Qmin Qmax 50 1.67(m3/h)。不是閥 Qmin R 30 的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。 (2 ) 由直線流量特性1 1 (R 1)L ,得 Qmax R L Q Qma^ 1 (R 1)丄，

59、 R L 0.2 時(shí)，Q0.2 50 1 (30 1) 0.2 11.33(m3/h) 30 (3)由等百分比流量特性 l —R L 1，得 Q Qmax 0.2 時(shí)，Q0.2 50 30 0.2 1 3.29(m3/h) 丄1 rl , Qmax 25.32(m3/h) 0.8 時(shí)，Q0.8 50 30 0.8 1 6-9閥的理想流量特性分別為直線流量特性和等百分比流 量特性，試求出在理想情況下，相對(duì)行程分別為= 0.2和0.8 d Q 時(shí)的兩種閥的相對(duì)放大系數(shù) -/Qmax K相對(duì)。(閥的可調(diào)比30) d lL 解 當(dāng)閥的理想流量特性為直線

60、流量特性時(shí)，由 d QQ 丄1 (R 1)丄，得仝 R L d lL 所以，對(duì)于相對(duì)行程分別為= 0.2和0.8 Q Qmax 關(guān)， 性閥，均有 max K1 R，即K相對(duì) K 1 R與的值無(wú) 時(shí)的直線流量特 K相對(duì)=1 11 1/30=0.967。 當(dāng)閥的理想流量特性為等百分比流量特性時(shí)， 卜 l 由 2 rl1 , Qmax 得 dH lnR dlL ，則K相對(duì) lnR 當(dāng)=0.2 時(shí)， d Q d Qmax 當(dāng)=0.8 時(shí)， dlL d QQmax K相對(duì) l In R R L ln 30 30 0.21 0.22

61、 d lL K相對(duì) l In R R L ln 30 0.8 1 30 1.72 試分別 計(jì)算在理想情況下閥的相對(duì)行程為 0.1、0.2、0.8、0.9 時(shí)的流 6-10已知閥的最大流量=100m,可調(diào)范圍R= 30 量值Q并比較不同理想流量特性的控制閥在小開(kāi)度與大開(kāi)度 時(shí)的流量變化情況。 (1) 直線流量特性。 (2) 等百分比流量特性。 解(1) 根據(jù)直線流量特性，相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的關(guān) 系： —-1 (R 1)丄 Qmax R L 分別在公式中代入數(shù)據(jù)= 100朋，R= 30, 0.1、0.2、0.8、0.9 等數(shù)

62、據(jù)，可計(jì)算出在相對(duì)行程為 0.1、0.2、0.8、0.9時(shí)的流量 值： 3 3 3 Q.1 = 13m Q.2 = 22.67 m Q.8 = 80.67 m Q.9 = 90.33 m3。 (2)根據(jù)等百分比流量特性的相對(duì)流量與相對(duì)行程之間的 關(guān)系： I 分別代入上述數(shù)據(jù)，可得： Q.8 = 50.65m3 3 3 Q.1 = 4.68m Q.2 = 6.58m 3 Q.9 = 71.17m。 由上述數(shù)據(jù)可以算得，對(duì)于直線流量特性的控制閥，相對(duì)行 程由10%變化到20%時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： 22.67 13 100% 74.4% ； 13 相對(duì)行

63、程由80%變化到90%時(shí)，流量變化的相對(duì)值為： 9033 80-67 100% 12% 80.67 由此可見(jiàn)，對(duì)于直線流量特性的控制閥，在小開(kāi)度時(shí)，行程 變化了 10%，流量就在原有基礎(chǔ)上增加了 74.4 %，控制作用很 強(qiáng)，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；在大開(kāi)度時(shí) （80 %處）；行程同樣變 化了 10%，流量只在原有基礎(chǔ)上增加了 12%，控制作用很弱， 控制不夠及時(shí)、有力，這是直線流量特性控制閥的一個(gè)缺陷。 對(duì)于等百分比流量特性的控制閥，相對(duì)行程由10%變?yōu)?0% 時(shí)，流量變化的相對(duì)值為: 相對(duì)行程由 6.58 4.68 100% 40% ； 4.68 80%變到90%時(shí)，

64、流量變化的相對(duì)值為： 71.17 50.65 100% 40%。 50.65 故對(duì)于等百分比特性控制閥，不管是小開(kāi)度或大開(kāi)度時(shí)，行程 同樣變化了 10%，流量在原來(lái)基礎(chǔ)上變化的相對(duì)百分?jǐn)?shù)是相等 的，故取名為等百分比流量特性。具有這種特性的控制閥，在 同樣的行程變化值下，小開(kāi)度時(shí)，流量變化小，控制比較平穩(wěn) 緩和；大開(kāi)度時(shí)，流量變化大，控制靈敏有效，這是它的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)。 6-11什么是串聯(lián)管道中的阻力比 s? s值的變化為什么會(huì) 使理想流量特性發(fā)生畸變？ 解串聯(lián)管道中的阻力比s為 控制閥全開(kāi)時(shí)閥上的壓差 s 系統(tǒng)總壓差即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)力損失總和 s值變化時(shí)，管道阻力損失變

65、化，控制閥前后壓差變化，進(jìn) 而影響到流量的變化，即理想流量特性發(fā)生畸變。 s = 1時(shí)， 管道阻力損失為零，系統(tǒng)總壓差全降在閥上，工作特性與理想 特性一致。隨著s值的減小，直線特性漸漸趨近于快開(kāi)特性， 等百分比特性漸漸接近于直線特性。所以，在實(shí)際使用中，一 般希望s值不低于0.3，常選0.3?0.5。s 0.6時(shí)，與理想流 量特性相差無(wú)幾。 6-12什么是并聯(lián)管道中的分流比 x ？試說(shuō)明x值對(duì)控制 閥流量特性的影響？ 解并聯(lián)管道中的分流比x為 并聯(lián)管道控制閥全開(kāi)時(shí) 流量Q1max x 總管最大流量Qmax x值變化時(shí)，控制閥的流量變化，控制閥所控制的流量與 總管的流量產(chǎn)生差異

66、，因此，其理想流量特性將會(huì)發(fā)生畸變。 1 時(shí)，控制閥的流量就是總管的流量， 工作特性與理想特性一致。 隨著x值的減小，旁路閥逐漸打開(kāi)，雖然控制閥的流量特性變 化不大，但可調(diào)范圍卻降低了。 6-13已知某控制閥串聯(lián)在管道中，系統(tǒng)總壓差為 100,阻 力比為0.5。閥全開(kāi)時(shí)流過(guò)水的最大流量為 60用。閥的理想可 調(diào)范圍30,假設(shè)流動(dòng)狀態(tài)為非阻塞流。問(wèn)該閥的額定 （最大）流 量系數(shù)及實(shí)際的可調(diào)范圍為多少？ 解 由 控制閥全開(kāi)時(shí)閥上的壓差卩! 得控制 S系統(tǒng)總壓差即系統(tǒng)中最大流量時(shí)動(dòng)力損失總和~~P ' ' 閥全開(kāi)時(shí)閥上壓差 pi= p 100 0.5=50，貝U Kmax 10Qmax p 10 60 丄。84.42 實(shí)際的可調(diào)范圍為Rr R、s 30 0.5 21.21 6-14某臺(tái)控制閥的額定流量系數(shù)=100。當(dāng)閥前后壓差為 200時(shí)，其兩種流體密度分別為 1.2g /3和0.8g /3,流動(dòng)狀態(tài) 均為非阻塞流時(shí)，問(wèn)所能通過(guò)的最大流量各是多少？ 解 由 Kmax 10Qmax