过程装备控制技术及应用习题及参考答案

过 程 装 备 控 制 技 术 及 应 用

习题及参考答案

第一章 控制系统的基本概念

1、什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？

答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统 ②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2、自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？

答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括 测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备， 即被控对象。自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的 工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值） ys——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值ym——由检测原件得到的被控变量的实 际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作 用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除 操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=ym - ys 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3、什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？

答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点成 的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内 填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的 流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联 系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表 示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个 化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4、在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？

答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由 控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给 定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控 变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。

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5、什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？ 答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。

6、在图1-13的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。 ①试画出该控制系统的方框图；

②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？ ③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大 ）时，该系统如何实现自动控制的？ 汽 冷物料 蒸干扰作用 TC TT Ts 温度控制器 执行器 换热器 T

换热器 热物料 温度测量变送装置

图1-13 ○1

答：○2、该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值 ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，

○3、当冷物料流量增大 ，则出口温度y减小，TT检测后所得ym减小，偏差信号 e=ym-ys<0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度 T升高，从而实现控制。

7、图1-14为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，

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（1）试画出该系统的方框图；

（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？ 图1-14 f 图1-14 hs

答：（1）如图所示为该控制系统的方框图； 液位测量变送装置 液位控制执行器 贮槽 h qv1

LT

LC qv2 （2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作 用为：进水流量，大气温度等。

8、什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自 动控制的要求，哪些不能，为什么？

答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破 坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳 定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在 阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：①发散振荡过程、②等幅振荡过程、③衰减振荡过程 ④非振荡的单调过程。 其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自 动控制的要求，其它的不能。

9、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞ 时的过度过程曲线？

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54.543.532.521.510.500123456

（1）如图所示，上下行程曲线 （2）LH?（3）?h?

11．概述膨胀式温度计的工作原理与主要特点： 答：膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩的性质来测温的。

主要特点：玻璃液体：结构简单，使用方便，测量精度高，价格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传。双金属；结构紧凑，牢固，可靠；测量精度较低，量程和使用范围有限。

12热点偶有那些特点？用普通导线和补偿导线作热电偶的延长线，效果有何不同？试证明补偿

导线的补偿作用。

答：热电偶的特点有：测量精度教高，性能稳定；结构简单，易于制造，产品互换性好；将温度信号转换成电信号，便于信号 远传和象现多点切换测；测量范围广，可达－200～2000℃，形式多样，适用于各种测量条件。选用

?Lmax2.04?0.7199?3???0.01995?100%??2% Ymax6?Hmax2.27?2.04??3.8% Ymax6第 19 页 共 21

补偿导线要求其在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，型号相配，极性连接正确。补偿导线的作用证明： 如图所示：回路中电势为： E＝Eab（t，t1）＋Ecd（t1，t0）

由补偿导线的性质得：Ecd（t1,t0）=Eab(t1,t0) ∴E＝Eab（t，t1）＋Eab（t1，t0）＝Eab（t，t0）

补：用普通导线做热电偶得延长线要求引入两端得温度相同热电势不同，故一般接热电偶的冷端，因此冷端温度依然是现场温度。而用补偿导线却可以将冷端温度现场温度分开，利于测量。

13用两只分度号为K的热电偶测量A区与B区的温差，连接方法如图3－79所示。若 （1） tA?220C0 ， tB?20C0 （2）tA?200C0， tB?500C0

试分别求两种情况下的示值误差,并解释为何与实际温差不同. 解:查热电偶分度号表:

K型热电偶:20℃ 200℃ 220℃ 500 E: 0.798mv 8.137mv 8.937mv 20.640mv (1) ΔE=8.938-0.798=8.140mv

反查K热电偶分度号表: 201℃-----8.177mv 内析求得: Δt=200.075℃ (2) ΔE=20.640-8.137=12.503℃

反查K分度号表:307----12.498℃; 308----12.539℃ 内析求得: Δt=307.12℃

分析原因:低温度下热电势与温度线性关系较好,高温时误差较大。

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14.用分度号为S的热电偶与动圈仪表构成的测温系统,冷端补偿器的平衡点温度在20℃ .图3-80中,t=1300℃, t1=80℃ ,t2=25℃,t0=30℃；动圈仪表的机械零位为0℃,试求： (1)仪表的示值温度是多少;

(2)如何处理可使示值与实际温度相符; (3)把补偿导线改为铜线时,示值变为多少?

解:如图所示:

(1)查S型热电偶的分度号表: t/℃ 1300 30 25 E/mv 13.155 0.173 0.142 由E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)

即 E(1300,30)＝E(1300,0)-E(30,0) =13.155-0.173=12.982mv

查表,12.982mv时对应的温度为t=1286℃, 即仪表显示的温度为1286 ℃ 。

（2）由于补偿电桥是在20℃时平衡的，因此须将仪表的机械零位预先调到20 处，即可使示值与实际温度相符。

t0?t1?80C0（3）若将补偿导线改为铜线，则 ,

则E(1300,80)=E(1300,0)-E(80,0)=13.155-0.502=12.653mv 查表12.653mv时对应的温度为t=1258.5℃, 即示值变为1258.5℃。

15.用分度号为Cu50的热电阻测得某介质的温度为84℃ ，但经检定，该电阻R0=50.4Ω,电阻温度系数α=4.28×10-3/℃.试求介质的实际温度。

解：∵在-50℃～150℃ 的范围内，铜电阻与温度是线性关系：

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Rt?Rt0??1???t?to???

查得他t＝84℃时R＝67.97Ω 即：

16.用U型管压力计（封液为水银）测温度管道中水的压力。压力计在管道下面1.5M（至肘管端口）处，压力计同大气一侧肘管内水银面距口80mm，两管水银面高度h=140mm，求水的表压力（Pa)

解：如图所示：1－1截面压力相等，即：

?367.97?50.4??1?4.28?10?t?0????t?81.5C0

P水??水g(h1?h2?h3)= Pa??水银gh3

∴表压

P表?P水?Pa??水银gh3??水g?h1?h2?h3??13.6?103?9.8?0.14?1?103?9.8??1.5?0.08?0.14? ?1803.2Pa

17．四个应变片R1，R2（在上面），R3,R4（在下面）如图3－81所示贴于梯形片簧，片簧以悬臂形式固定。

（1）画出应变片接成直流气桥形式的电路图； （2）当片簧受力P的作用时，贴片处产生350με的应变，供桥电压10V，

R1?R2?R3?R4?R，应变片灵敏系数为2，求电桥输出。 参考：化工测量及仪表 范玉文主编P31 图3－81

输出电压：u0?

R1R2?R1?R2?R4?R3(???)u 2(R1?R2)R1R2R4R3

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?R1?R2?R3?R4?R

R2?R1??R2??R4??R3u0?()u 24RR?u?R1??R2??R4??R3() 4R

18.液体式压力计有哪些主要类型？试分析其误差

答：液柱式压力计主要有：U型管压力计，单管压力计和微压力计。

以U型管压力计：误差产生主要有以下几方面：a 读数误差，消除视察。b温度变化产生液体ρ变化，产生测量误差，故须修正。 c 安装误差：当U型管安装不直时会产生安装误差。 d 毛细现象，修正

19．试述弹簧管压力计弹簧管结构特点与测压原理。

答：弹簧管压力计由弹簧管压力感应元件和放大指示机构两部分组成，前者是弯成圆弧状的空心管子，一端固定（作为压力输入端）；另一端自由，作为位移输出端，接放大指示机构。其它是由拉杆，齿轮及指针组成。

测压原理：在弹性范围内，弹簧管自由端的位移与被测压力之间近似线性关系，即通过测量自由端的位移，可直接测得相应的被测压力大小。

20．已知被测压力在范围0.7~1MPa内波动，要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa，试选定弹簧管压力的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为：0～0.6MPa; 0~2.5MPa. 1s?Mmin3 2Mmax?s3

1s?0.732s?13s?2.1MPas?1.5MPa故选用0～1.6MPa

?max?0.02?100%?1.251.6

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精度等级：

故选用精度等级为1级的量程为0~1.6MPa的仪表。

21．转子流量计显示流量的形式有几种，是如何分度的。

答：转子流量计显示流量的形式有3种，一种是玻璃转子流量计，其锥型管是电玻璃制成，并在管壁标有流量刻度，直接根据转子的高度进行读数；另一类为电运转转子流量计，即将转子的位移信号转变为电信号；另一种为气动运转式转子流量，将转子的位移信号变为压力信号，进行远距离传送。

22．标准节流装置有哪几部分组成，对各部分有哪些要求？

答：标准节流装置有：节流元件，取压装置和前、后管道三部分组成。标准节流装置的设计、加工、安装和使用都有规定的技术要求，规定和数据，可参见GB/T 2624

23．试比较节流装置与转子流量计在工作原理与使用特点上的异同点。 答： 节流装置 工作原理 利用节流元件前后的差压与流速之间的关系，获得被测流量的大小 使用特点 使用已标准化、系列化，使用范围：管径为50～1000mm，测量范围1.5~100000m3/h，但使用产生的压力损失大，精度±1～2% 转子基于力平衡原理，利用锥形管内的转子把流使用已系列化，测量时若

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流量计 体的流速转换成转子的位移，进而获得被测介质变化，应修正，可测流量的大小。 相同点：都是测流速然后得流量。 小流量，结构简单，维修方便，压力损失小。缺点：机械传逆信号，仪表性能和准确度难以提高，转子易卡死，测量管径范围4~150mm,测量范围：0.001~3000m3/h, 精度±1~2.5%

24．从涡轮流量计得基本原理分析其结构特点，输出信号方法和使用要求。

答：涡轮流量计得基本原理：流体对置于管内涡轮得作用力，使涡轮转动，其转动速度在一定流速范围内与管内流体得流速成正比。其结构主要由：涡轮、导流器、磁电转换装置，外壳以及信号放大电路等部分组成。

输出信号方法：将叶轮转动时得转速转换成脉动电信号输出，经进一步放大整形后获得分拨信号，对其进行脉冲计数和单位换算可得到积累流量；通过频率——电流转换单元可得到瞬时流量。使用要求：①仅适用洁净得被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置；②流量计前后需由一定的直管段长度，③流量计的转换系数?一般在常温下用水标定的，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿。

25．已知：流体为过热蒸汽，工作压力P＝14MPa，工作温度t＝550℃；管道D20＝221mm, 材料X20CrMoV21无缝管，节流装置为角接标准喷嘴，材料为1Cr18Ni9Ti，d20＝148.74mm；差压0p=100.42 KPa，求： （1）在假定0p下的蒸汽流量；

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（2）计算测量时的压力损失。

解：计算参考《过程控制检测技术与仪表》 杜维主编…p81。 查附数据表可得管道材质和孔板材质的热膨胀系数为：

?d?18.20?10?6/C0 ?D?12.30?10?6/C0

则工作状态下管道内径为

D?D20??1??0?t1?20????6?221??1?12.30?10??550?20???

?222.4mm电表2－5查得管道内壁粗糙度k＝0.7 则:

K0.7??0.03125 D22.4d?d20??1??d?t1?20????6?148.74?1?18.2?10?550?20????

?150.17mm??d150.77??0.675 0.44???0.8 2?104?Re?107 D222.4424.5C?0.9900?0.2262???0.00175??0.0033??10????R??e?61.15?0.9447

在工作压力下P?14MPa?1.4?107Pa,t1?550C0 过热蒸汽?1?1.5kg/m3 ?1?0.5Pa.s

???1??K?1?4K??1????K???? 2?等熵指数?x?1?1??4x????1????????2x12?P100.42?103其中??1??1??0.993 7P1.4?101因为??0.99

A0??4d2??4?150.172?1770.56mm2

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qm?CqA01??42?1?P?

?p?

1??4?C?21??4?C?2?P?

26.已知：流体为水，工作压力p＝14.71MPa，工作温度t＝215℃；管道D20＝233mm，材料20号无缝钢管；截流装置为法兰标准孔板，材料为1Cr18Ni9Ti。d20＝117.34mm，差压Δp＝156.91KPa.

求：（1）在给定的Δp下的流量qm

（2）测量时的压力损失。

解：?D?12.78?10?6/C0 ?d?17.20?10?6/C0

?6D?D20??1??D?t1?20????233??1?12.78?10??215?20????233.6mm

?6d?d20??1??d?t1?20????117.34??1?17.20?10??215?20????117.7mm

??d117.7??0.504 D233.60.762.182.5?10?C?0.5959?0.0312??0.1840??0.0029???R?e???12.28640.85603??1??4???液体 ?=1, DD A0=?4d2?10874.83mm

qm=C?A01??429?P

?1?846.8kg/m3qm=

?p=

1-?4?C?21-??C?42.?P

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27．当工作压力偏离额定压力时，如何由差压显示的水位值求出真实的水位。

答：当工作压力偏离额定压力时，可通过差压计的正、负迁移，求出迁移量，即利用正负迁移改变变送器的零点，同时改变量程的上下限，即可求出真实的水位。

28．差压式液位计如何测量液位? 当差压变送器高于或低于最低液位时，应如何处理？ 答：差压式液位计是采用压差计测量气、液两相的压差，压差大小通过气动或电动差压变送器传送，并转化位电信号，最终显示处液位的大小及其变化。当差压变送器高于或低于最低液位时，可对差压变送器进行零点迁移，由正迁移和负迁移（低于最低液位时，采用正迁移，高于最低液位时，采用负迁移。）

第四章 过程控制装置

1．单杠杆式气动差压变送器式由哪些部分组成的？各部分由何作用？试说明其工作原理。 答：单杠杆式气动差压变送器电气动转换部分和测量部分组成，测量部分的作用是将被测量的压力信号转换成力的形式；气动转换部分的作用，是将被测差压Δpi转换成为作用于主杠杆下端的

Fi??P1?P2?Ad??PAid输入力Fi。其工作原理为：①正负压容的输入压力经敏感元件转换成输入力Fi。

Mf?Mi即 。②Fi作用于主杠杆的下端，对支点产生一个顺时针方向的输入力矩Mi，使主杠杆发生顺时针方向的偏转。③变送器输出信号P0，引入反馈波纹管中，并产生反馈力矩Ff作

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用于主杠杆上，使主杠杆对支点产生一个逆时针方向的力矩Mf。④当 时，主杠杆就处于平衡状态，喷嘴挡板间的距离不再改变，若Mf≠Mi时，则杠杆系统产生偏角α，位移检测片产生微小位移s，其变化量再通过放大器10转换并方大为20～100 KPa的输出压力，即变送器的输出信号与被测差压Δpi成正比。

2．什么时气阻？什么是气容？它们在气路中各起什么作用？

答：在气路中安装的节流元件称为气阻，作用是阻碍气体的流动，起着降压（产生压力降）和限流（调节气体流量）的作用。气容是在气路中能储存或释放处气体的气容，在气路中起着缓冲，防止振荡的作用。

3．喷嘴挡板机构由哪些气动元件组成？它们的作用是什么？

答：喷嘴-挡板机构是由喷嘴和挡板构成的变气阻，一个恒气阻和一个气容串联而成的节流通室，作用是将输入的微小位移信号（即挡板相对于喷嘴的距离）转换成相应的气压信号输出。

4．DD8－III型电动差压变送器是按什么原理工作的？它是由哪几部分组成的？试简述其工作过程。

答：DD8－III型电动差压变送器是按力矩平衡原理工作的，由测量部分（杠杆系统）；电磁反馈装置；矢量机构；低额位移检测放大器。其工作过程如下：

被测差压信号p1,p2分别送入敏感元件两侧的正负压室，敏感元件将其转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi，使主杠杆以轴封膜片为支点偏转，并以力F1沿水平方向推动矢量机构，矢量机构将推力分解成F2和F3。F2使矢量机构的推板向上偏转，并通过连接簧片带动副杠杆L4以支点M逆时针偏转，使固定在副杠杆上的差动变压器B的衔铁靠近差动变压器，两点之间的距离变化量再通过低频位移检测放大器转换并方大为4～20mA直流电流，作为便送器的输出信号；同时该电流又流过电磁反馈装置的反馈动圈，产生电磁反馈力Ff，使副杠杆顺时偏转o，当输入

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力与反馈力对杠杆系统说产生的力矩Mi, Mf达到平衡时，变送器便达到一个新的稳定状态。此时低频位移检测放大器的输出电流Io便反映了说测电压Δpi的大小。

5．DD8－III型温度变送器为什么要采用线性化措施？热电偶温度变送器时怎样实现线性化的。 答：热电偶温度变送器要求的输出电压信号与相应的变送器输入的温度信号成线性关系，而热电偶是非线性关系的，温度变送器放大回路是线性的，若将热电偶的热电势直接接到变送器的放大回路，则温度t℃与变送器的输出电压Usc之间的关系是非线性的。因此需要采用线性化措施，措施是:采用反馈电路非线性，使放大回路具有线性，依据输入输出关系，当放大系数k很大时，要使热电偶输入的温度变送器保持线性，就要使反馈电路的特性曲线与热电偶的特性曲线相同，从而实现线性化。

6．试分析电动差压变送器如何实现量程迁移（零点迁移）的。 答：电动差压变送器的输入与输出间的关系：I0?Ad?tg??1?3??Pi

?2?fkf式中Ad，I1，I2，I3，I3是固定不变的，故输出电流与输入差压之间的比例关系通过调整tgθ和kf来改变，即改变变送器的量程，θ↑，Io↑，量程变小，j，kf，的改变是通过改变反馈线圈的匝速w实现的，w↑，kf↑，量程↑。

7．试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。

答：电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种：四线制和两线制，四线制中，供电电源通过两根导线接入，另两根导线与负载电阻R2相连，输出0～10mA DC信号。这种连线方式中，同变送器连接的导线共有4根，成为四线制，如图（a）所示。如图b中所示，同变送器连接的导线只有两根，同时传送变送器所需的电源电压和4～20mA DC输出电流，称为两线制。

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（a）

8．本质安全防爆型系统是由哪些要素构成的？需要采取哪些措施才能保证整个系统达到防爆要求？

答：本质安全防爆型系统是由安装载危险场所中的本质安全电路及安装载非危险场所中的非本质安全电路和防爆安全栅组成。 采取措施以达到防爆要求的方法有：

① 本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。 ② 用防爆安全栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。

③ 在现场仪表导控制室仪表之间的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。

9．试分析气动调节仪表与电动调节仪表各自具有什么特点。

答：气动调节仪表线路简单，直观，容易被使用者掌握，使用压缩空气作为气源，是天然防爆仪表，信号范围为20～100KPa，电动调节仪表采用统一标准的电信号，4～20mA DC传输信号，并采用线路集成电路，使可靠性提高，维修工作量减少，结构合理，功能多样，整套仪表可构成安全火花型防爆系统，而且可与计算机连用。

10．简述膜片式PI调节器的工作原理。

答：膜片式PI调节器是根据力矩平衡原理工作的，由比较部分，比例部分，积分部分，放大部分，开关部分等组成。其中比较部分由测量气室，给定气容，和比较部分芯杆所联系起来的膜片组，比例部分使输出?P入。积分部分用积分气容和跟踪气室串联在积分正反馈回路里，出?KpP

-220V 现场变送器 0?10mA

现场变送器

（b）

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?P出?KpTi?t0入Pdt，开关部分用以控制调节器输出的通断。输入回路作用是将输入信号与给定信

号进行比较，取出偏差信号，并进行电平移动。

11．PID调节器是由哪些基本部分组成的？试分析各部分所完成的功能。

答：PID调节器的基本组成有输入电路，运算电路和输出电路组成。输入电路是检测偏差信号，信号经滤波电路后输出导PID运算电路。（输入电路包括偏差检测电路，内给定稳压电源电路，内外给定切换开关，正反作用开关及滤波电路等）。

PID运算电路：根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例，微分和积分的运算，是调节器实现PID控制规律的关键环节。

输出电路：将运算电路的输出信号做最后一次放大，或者作为运算电路之回路中放大器的组后一级，提供调节器的输出信号。

12．何为基型调节器？它具有哪些主要特点？

答：基型调节器是一种具有PID运算功能，并能对被调参数，给定值及阀门位置进行显示的调节器。

特点：①采用了高增益、高阻抗线性集成电路组件，提高万仪表的精度，稳定性和可靠性，降低了能耗。

②有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动之间由于有保持状态而使调节器输出能够长期保持，因而在互相切换时具有双向无平衡无抗扰特性，提高了操作性能。 ③采用集成电路便于各种功能的扩展。

④ 采用标准信号制，接受1－5V DC测量信号，输出4～20mA DC信号，由于空气受点不是从

零点开始的，故容易识别断电、断线等故障 ⑤ 能与计算机联用。

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13．试说明基型调节器产生积分饱和现象的原因。

答：∵在基型调节器的PI电路中，接有运算放大器，对于理想的比例积分电路，只要输入信号Usc2存在，积分作用就不会终止，直到输出电压被限制在运算放大器的最大或最小允许输出为止，即产生积分饱和现象，一般称输出电压未被限制为正常工作状态，输出电压被限制后称为饱和工作状态。

14．试分析DTZ－2100型气刻度指示调节器的工作原理。它试由哪些部分组成的？各部分的主要功能试什么？

答：DT8－2100型气刻度指示调节器的工作原理是：输入信号经测量指示回路进行连续指示，并输入输入回路与经给定指示电路指示的给定值进行比较得出偏差信号，偏差信号经比例微分，比例积分回路运算后，送入输出回路将1－5V DC电压信号转换成4～20mA DC信号，作为调节器的输出信号。

组成：由指示单元和控制单元两部分组成，其中指示单元由测量指示电路和给定指示，分别实现对测量信号和给定信号进行连锁指示。控制单元由输入电路——作用是将输入信号与给定信号进行比较，取出偏差信号，并进行电平移位；比例微分回路——功能为：∵回路的输出值大小不仅与输入信号的大小、极性有关，而且与输入信号变化的速度有关，因此对输入信号进行PD运算，对于容量大、惯性大，具有滞后的调节对象有益。比例积分回路——作用是为调节器引入积分功能，从而使调节器的输出值与偏差对时间的积分成正比例。输出回路——作用使将PI回路输出的1－5V DC电压信号转换成以电流负端为基准的4～20mA DC信号，作为调节器的输出信号。手动操作回路——在控制回路中实现手动操作。 15．DDZ－III型调节器的输入电路为什么要进行电平移动？

答：DDZ－III型调节器采用标准信号制，接受来自变送器的或转换器输出的1～5V DC测量信号，输出4～20mA DC信号。其输入电路将丙丁以0伏为基准的输入信号转换成以电平10伏

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为基准的偏差输出，由于电气受点不是从0开始的，故容易识别断电、断线故障，传输信号标准化。

16．有一电动比例调节器，器输入电流范围为4～20mA，输出电压范围是1－5V。 试计算当比例度规定在40％时，输入电流变化4mA所引起的输出电压变化量为多少?

e?xmin?0.4 p?pmin解：∵??xmaxpmax4即 20?4?0.4

?u5?1?u?2.5V

即：输出电压变化量为2.5V

17．全刻度指示调节器与偏差指示调节器有哪些主要区别？

答：全刻度指示调节器与偏差指示调节器基本电路相同，只是指示电路有差异，全刻度指示调节器能对被调整参数（即调节器输入信号）做0～100％全刻度范围显示，显示值与给定值之差即为偏差值。偏差指示调节器则没有输入信号的全刻度指示，而是直接指示偏差大小。

18．在DDZ－III型调节器中，什么是软手操状态？什么是硬手操状态？如何实现调节器无扰动切换？

答：软手操状态——软手操回路直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行软手时，输出电流以某种速度进行变化。一停止手操，输出就停止变化。硬手操状态——硬手操回路也可以直接改变调节器的输出信号实现手动操作。在进行硬手操回路时输出值大小与硬手操作杆的位置有

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对应关系。由于在“自动”与“手动”之间增加了一种过渡状态——保持状态，从而实现无扰动切换。

19.气动执行器主要由哪些部分组成的？各部分的作用是什么？

答：气动执行器由气动执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（20～100KPa）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生位移，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，其内腔直接与被调介质接触，调节流体的流量。

20．试分析说明调节阀的流量特性理想流量特性及工作流量特性。

答：调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即：

qvqvmaxl?f()。调节阀的理想流量特性是指在调节阀前后压差一定情况下的流量特性，在实际使

L用调节阀时，由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联，因此，阀前后的压差总在变化，这时的流量特性称为调节阀的工作流量特性。 21.何为阻塞流？他有什么意义？

答：阻塞流是指当阀入口压力P1保持恒定，并逐步降低出口压力P2时，流过阀的流量会增加到一个最大值，此时若继续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。

意义：在阻塞流条件下，流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加，因此在计算流量系数时，首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。

22.流量叙述的定义是什么？试写出不可压缩流体系数计算的基本公式。

答：我国规定的流量系数定义为：在给定行程下，阀两端的压差为0.1Mpa，流体密度为1000kg/m3时流经调节阀的流量数(m3/h),以C表示，它表示流体通过调节阀的流通能力，不可压缩流体：

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2???p?F(p1?FFpv),c?10qvl?L/(p1?p2)l???? 22???p?Fl(p1?Ffpv),c?10qvl?L/FL(p1?FFpv)??c?10qvl?L/FL2(p1?FFpv)

23．试分析电—气转换器的工作原理。

答：电—气转换器按力矩平衡原理工作，当0?10mA直流电流信号输入置于恒定磁场量的测量线圈重视，所产生的磁通与磁钢在空气隙中的磁通相互作用而产生一个向上的 电磁力（即测量力）。由于线圈固定在杠杆上，使杠杆绕十字簧片偏转，于是装在杠杆另一端的挡拆靠近喷嘴，使其背压升高，经过放大器功率放大后，一方面输出，一方面反馈到正负两个波纹管，建立起与测量力矩相平衡的反馈力矩。因而输出气压信号（0.02?0.1MPa）就与线圈电流信号成一一对应关系。

24.试简述电—气阀门定位器的工作原理。

答：来自调节器的直流电流信号，经过力矩马达的线圈，使主杠杆磁化并绕其支点反时针方向转动，喷嘴靠近挡板，P背上升，经放大后送入薄膜调节阀，空气压力上升，推动阀杆下移，带动凸轮逆时针旋转。副杠杆左移，带动反馈弹簧，当从反馈=从力矩马达时。主杠杆停在新的平衡位置。因此，阀杆的位移与输入的电流之间有一一对应的关系，而阀杆位移量与开度之间的关系是确定的，所以电流信号就能使阀位确定下来 ，这就是电—气阀门定位器的工作原理。

25.试分析DKZ型直行程电动执行器的组成特点。它的基本组成有那些部分？各部分的功能是什么？

答：ＤＫＺ型直行程电动执行器具有推力大，定位进度高，反应速度快，滞后时间少，能源消耗底，安装方便，供电简便，在电流突然断电时能自动保持调节阀原来的位置特点，由伺服放大电和执行机构两部分组成。伺服放大电主要由前置磁红大电，触发电和可控硅交流开关等构成，作

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用是综合输入信号和反馈信号，然后将它们的差值信号加以放大，以控制伺服电动机的转动，执行伺服电动机，减速电和位置发送电三部分组成。它接受可控硅交流开关或电动操作里的信号，使伺服电机按正，反方向运转。

26．气动调节阀的执行机构的正，反作用形式是如何定义的？在结构上有何不同？

答：气动调节阀的执行机构的正作用是指：当阀芯向下位移时，阀芯与阀座之间的流通截面积减少，称为正作用，或正装；反之，则称为反作用。只要改变阀杆与阀芯的连接位置就可改作反装。

27．试为一个压力控制系统选择合适的调节阀口径，已知管内介质为丙烷与丁烷的混合物，最大流量条件下的计算数据为：

g0=250m3/h,P1=0.2Mpa,P2=0.12Mpa,t1=50C,Fk=0.98,PH=2.4kg/m3,Z=1,调节阀为V型单座阀. 解:参考\化工仪表自动化\历玉鸣)第二版P196

(1)判别是否为阻塞流:查表4-5 得XT=0.72 所以FKXT=0.98?0.72=0.7056 又? X=

?P=(0.2-0.12)/0.2=0.4<0.7056 P1故为非阻塞流 Y=1-(X0.4)=1-=0.811

3FKXT3?0.7056 Cmax=250(50?273)?2.4?1T1?Hz＝3＝13.07 10?5.19?0.2?0.8110.45.19p1Yxqvg查附表：ZMABP型。初选公称通径Dg(mm)?40，阀座直径dg(mm)?40，C100?20

?Re的雷诺数修正。查得v，Re= 70700QL

vC

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28.试为某水厂选择一台气动双座调节阀，已知流体为水，正常流量条件下的数据为：

?P?0.05MPa，t1?170℃，v?1.81?10?7m2/s，Sn?0.65，n?1.25，接管直径P1?1.5MPa，

D1?D2?100mm。

解：（1）判别是否为阻塞流：（同27题）

有表6-2查得：XT?0.70，FL?0.85，并查其热力学临界压力Pc=11000Kpa（绝压）

FF?0.96?0.28PvPc= 0.96?0.280.80811=0.88N 2? FL2(P1?FFPv)= 0.85?(1.5?0.08?0.88)

?P?0.05MPa

（2）求Cn。

Cn= (3)计算Cmax

SR?0?max?1?n2(1?Sn)= 1?1.252(1?0.65)=0.453 m=n SnSQ?Qmax=1.25 ?0.65=1.5 0.453?Cmax=m?Cn?1.5? (4)选定口径：

查附表双座调节阀选用Dg?dg?

29.已知流体介质为氟利昂，在最大流量条件下的计算数据为：

qm?9000kg/h，?s?43.5kg/m3，k=1.14，P1=0.8MPa，P2=0.38 MPa，接管直径

D1?D2?50mm，试选择所需的调节阀。

解：拟选用单座，柱塞，流开形调节阀。查得xT?0.72，FL?0.9

Fk?k1.14?0.814 设T1=100℃ =

1.41.4X=

?P=(0.8-0.38)/0.8=0.525

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