给水排水工程仪表与控制课后习题答案!

仪表与控制思考题与习题

第一章

2．自动控制系统有哪些基本组成部分?

答：一个自动控制系统只要由以下基本见构成：(1)整定文件；(2)测量元件；(3) 比较文件；(4)放大元件；(5)执行元件；(6)校正元件； (7)能源元件。

3．自动控制系统由哪些形式？

答：(1)闭环控制;(2)开环控制；(3)复合控制。 4．方块图和传递函数有什么作用？

答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。

6．评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标？

答：评价自动控制系统的过渡过程基本指标有：(1)最大偏差A；(2)过渡时间ts;(3)余差C；(4)衰减比；(5))振荡周期Tp. 7有哪些常用控制方式？

答：常用控制方式有：(1)位式控制；(2)比例控制；(3)比例积分控制；(4)比例积分微分控制。

9．逻辑代数有哪些基本运算？有哪些基本性质？

答：逻辑代数基本运算有：(1)单变量运算:‘‘非’’函数，‘‘是’’函数；(2)双变量(多变量)运算：‘‘与’’函数，‘‘或’’函数。

基本性质为：置换律、结合律。

11怎样由卡诺图建立或简化逻辑表发式？

答：基本方法是：化步伐逻辑关系式或真值表中的各项对应地填入图中，标为‘‘1’’，余下的空格填为‘‘0’’；当响铃的偶数个格(对称的)皆为‘‘1’’时，就可将之合并简化为逻辑表达式的一项，其余变量之间为逻辑乘关系，其余‘‘0’’项不考虑。 14．智能控制系统的基本功能是什么？

答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。

第二章

1、检测仪器有哪些基本部分组成？各有什么作用？

答：检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。

传感器的作用：感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。

变换机的作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转变成统一的信号，供给显示器等。 显示器的作用：想观察者显示被检测数值的大小。

传输通道的作用：连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。

2、检测仪表的性能指标是什么？简述重要性能指标。

答：仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。详见P71-77。 3、水质自动监测站点如何选择？

答在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。详见P108-109

4、PH测量的基本方法和原理是什么？

答：PH测量的基本方法：电极电位法。原理是：PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。 5、溶解氧测量的基本方法和原理是什么？

答：碘量法：在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，

并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。

高锰酸钾法：用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。 叠氮化钠修正法：叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。 膜电极法：氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。

电导测定法：利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子，如氧化氮气与溶解氧生成硝酸根离子，增加电导率，即可求得溶解氧含量。

6、色度测量的基本方法和原理是什么？没找到答案。 7、浊度测量的基本方法和原理是什么？

答：浊度测量的基本方法：透光测定法，散色光测定法，透射光和散射光比较测定法，表面散射光法。原理都是光电光度法。 8、生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？

答：生化需氧量（BOD）测量的基本方法：五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。

五天培养法：水样经过稀释后，在（20±1℃）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值记为BOD5。如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。 检压法：将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，

当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。

9、化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？

答：基本方法有：重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法 重铬酸钾法：水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。

酸性高锰酸钾法：水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，剩余的高锰酸钾以草酸回滴，然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。

碱性高锰酸钾法：在碱性溶液中，高锰酸钾氧化水中的还原性物质，酸化后，加入过量的草酸钠溶液，再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。 10、紫外（UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？

答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。 14．可编程控制器的基本组成？

答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。

控制目标有：①维持污水厂连续运行②满足排放标准③降低运行费用 ④实现污水处理厂的综合运行，通过耦合几个过程来降低污水处理厂的干扰，工艺的综合运行将使得最优化利用反应器体积和系统总体优化成为可能。限制因素有：①行业和国家立法较差或要求放松②不完善的教育——培训——理解体系③对污水处理工业缺乏信赖和接受度④风险投资者或组织机构之间缺乏合作⑤缺乏应用ICA技术带来的经济利益的认识⑥测量工具不可靠、不稳定⑦污水处理厂设计存在限制性因素，排水收集系统不完善⑧ICA技术缺乏一定的透明度⑨缺乏软件和仪器的行业规范。促进因素有：①逐渐严格的污水排放标准②对降低污泥产量的要求③经济的驱动力④降低能量消耗和（或）增加能量产出的要求⑤污水处理厂逐渐复杂化的要求⑥新处理思想的出现⑦新型、高科技技术的出现

ICA是什么ICA是污水处理系统的仪表、控制和自动化技术，简称为ICA技术 高浊度混凝投药控制的技术方法有：1、泥沙颗粒比表面积法2、数学模型法3、透光脉动絮凝检测技术的应用

仪表基本误差有以下几种形式：1、绝对误差、2、相对误差3、引用误差4、引用误差最大值

自动控制系统过渡过程基本形式：1、单调过程：y→xo 2、非周期发散过程y不趋近于xo 3、衰减振荡过程y→xo 4、等幅振荡过程y不趋近于xo 5、发散震荡过程

4．方块图和传递函数有什么作用？ 答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。

11怎样由卡诺图建立或简化逻辑表发式？答：基本方法是：化步伐逻辑关系式或真值表中的各项对应地填入图中，标为‘‘1’’，余下的空格填为‘‘0’’；当响铃的偶数个格(对称的)皆为‘‘1’’时，就可将之合并简化为逻辑表达式的一项，其余变量之间为逻辑乘关系，其余‘‘0’’项不考虑。

14．智能控制系统的基本功能是什么？答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。

2、水质自动监测站点如何选择？答：在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。 9、紫外UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？ 答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。

14．可编程控制器的基本组成？答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。 15．PLC控制系统与电器控制系统比较有什么特点？答：1.可靠性高抗干扰能力强，2.编程简单实用方便，3.功能完善通用性强，4.设计安装简单维护方便，5.体积小重量轻能耗低。

16．PLC的性能指标是什么?有哪些发展趋势？答：PLC的性能指标：1.存储容量，2.I/O点数，3.扫描速度，4.指令的功能与数量，5.内部元件的种类与数量，

6.特殊功能单元，7.课扩展能力。发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展，2.向超大型、超小型两个方向发展，3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力，4.增强外部故障的检测与处理能力，5.编程语言多样化。

17．积水排水工程自动化常用的执行设备有哪些类？各有什么作用？ 答：各种泵与各种阀门。泵取水排水，阀门控制流量

18．往复泵与离心泵的工作特性、调节特性有什么差别？各有什么特点? 答1）往复泵的瞬时流量取决于活塞面积与活塞瞬时运动速度之积，由于活塞运动瞬时速度的不断变化，使得它的流量不均匀，但是在一段时间内输送的液体量却是固定的，仅取决于活塞面积、冲程和往复频率。往复泵可用旁路阀调节流量，泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。流量调节也可以采用改变电机转速，从而改变柱塞往复运行速度的方式或冲程长度，即调节行程百分比的方式进行。这两种方式都易于实现自动化控制2）离心泵：对应不同的转速，有不同的水泵特性曲线，各种转速下的水泵特性曲线组成一个特性曲线族；在不同转速的水泵特性曲线之间，存在效率相等的相似工况点，将这些等效率点连成线，构成等效率曲线及等效率曲线族 19．离心泵的阀门调节与变速调节有那些差别？ 答：变速调节改变水泵的特性曲线，阀门调节则是改变管路特性曲线。变速调节是一种节能的调节方式，阀门调节时一种耗能的调节方式。 20．调节阀与电磁阀的作用是各是什么？

答：在各类阀门中，电磁阀起对管路的通断控制作用，相当于管路开关；调节阀起流量的调节作用，改变调节阀的开启度就可以改变通过的流量。 21．调节阀有哪些常见类型？何为调节阀的理想特性与工作特性？ 答：按阀体与流通介质的关系可将调节阀分为直通式和隔膜式，按阀门控制信号的种类可分为气动与电动调节阀。在阀前后压差恒定时得到的流量特性称为理想流量特性，在实际应用中，阀前后的压差即在调节阀上的压力降都是随流量变化的，此时的流量特性就是工作流量特性。

1. 对水泵及管理系统调节的意义是什么？答：管道系统是给水排水工程的重要组成部分，水泵更是极为常见的给水排水设备。以给水工程为例，输配水管网担负着输送、分配水的任务，它的造价占给水系统总造价的主要部分;管道系统往往是由水泵加压供水的有压系统，与水泵及水泵站的关系密切，它的运行费用在给水系统运行费用构成中占第一位。采取技术措施，合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。 2. 水泵工况调节有哪些类型？ 答：1通过水泵出水口管路上的阀门来改变管路特性，实现水泵工况点的调节;2改变水泵的转速,从而改变水泵的特性曲线，实现水泵工况点的调节。

1、为什么进行污水处理厂水质水量的检测？在污水处理场中，为了能使处理系统的运行安全可靠，获得合格的处理水，或者运行中出现故障处理水质恶化中，能采取有效措施；还包括遵照有关法规对处理厂排出物的检测与记录，以及为了在扩建与改造时提供有用的资料和统计值等。

2、污水处理厂中的常规检测项目有那些？常规检测项目： （1）流量与其他有关量：○1各处理设施的进水流量○2沉砂池的水位○3沉砂量、筛渣量○4初次沉淀池的排泥量○5供气量，气水比，单位曝气池容积的供气量○6回流污泥量，回流比○7剩余污泥量○8浓缩污泥量○9消化气产量、循环气量○10投药量（混凝剂等）、投药

率○11滤饼或脱水污泥重量○12其他杂用水量○13各种设施与设备的耗电量○14燃料用量（重油、消化气等）○15焚烧的灰分量（2）污水与污泥的质 ：水温、pH值、ss、 vss 、DO、BOD、COD、有机氮、总磷、污水沉降比等指标

11简述呼吸仪的测定原理和主要测定方法 呼吸仪可以测定活性污泥的呼吸速率，呼吸速率是单位时间单位体积的微生物所消耗的溶解氧的量。呼吸速率反映了活性污泥最重要的两个生化过程：微生物的生长和底物的消耗。呼吸仪也可成为BOD监测仪，但不要与BOD5相混淆，因为呼吸仪是在几分钟内使用适应废水性质的微生物来测定其所消耗的溶解氧的量。 二、填空题：

1. 自动调节系统是具有被调参数（负）反馈的（闭环）系统。它与其它系统的本质差别就在于调节系统有（负反馈） 2. 调节阀的流量特性有（ 快开 ）、（ 等百分比 ）和（ 线性 ），流量特性的选择主要是与（广义对象特性）相匹配。

3．被调介质流过阀门的相对流量( Q/Qma x)与阀门相对行程( l/L )之间的关系,称为调节阀的( 流量 )特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为( 理想 )特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。

4．加热炉的燃料油系统应选用（ 气开 ）式调节阀；锅炉液位控制的冷水阀应采用（ 气关 ）式调节阀。

5．直通双座调节阀的不平衡力较直通单座调节阀（ 小 ）,泄漏量（ 大 ）。 6．控制系统引入积分作用是为了（消除余差）,但积分的引入会使系统（产生振荡现象）,引入微分作用是为了（ 克服容量滞后 ）。

7．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（ 减小调节器的放大倍数 ）。

8．自动调节系统常用参数整定方法( 经验法 )，( 衰减曲线法)，( 临界比例度法 )，(反应曲线法 )。

9．执行器按其能源型式可分为（气动）,（电动）,（ 液动）三大类。 10．气动执行器由（ 执行机构 ）和（ 调节机构 ）两个部分组成。 11．调节器的Kc值愈大，表示调节作用（ 越强 ），Ti值愈大，表示积分作用（ 减弱 ），Td值愈大表示微分作用（增强）。

12．选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（增大 ），干扰通道的放大倍数（增益）（ 减小 ）。 13．简单控制系统由（ 变送器）、（ 被调对象 ）、（调节器 ）和（ 执行器 ）四个环节组成。

14. 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用（克服容量滞后）。

15．调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据(实现闭环回路的负反馈)。 16．检定0~1.6kgf/cm2的标准压力表，发现其最大绝对误差为0.0056kgf/cm2.因此，该表的最大引用误差为（ 0.35% ），仪表实际的准确度等级为（ 0.5 ） 。 17.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响 愈弱 ;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量 愈好 ;干扰通道的纯滞后对调节质量 无影响 。

18.选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益） 大于 干扰通道的放大倍数（增益）。

19．控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈

大,则响应 愈慢 ,但调节通道时间常数过小,易产生 振荡 问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量 变差 。 20．某调节系统采用比例积分作用调节器，在加入微分作用的后，最大偏差A 减小余差C 不变 调节时间ts 缩短 稳定性n 提高 。

21．串级调节系统,一般情况下主回路选择PID 或PI 调节规律调节器,副回路选用 P 调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置 开方器 补偿。

22．简单均匀控制系统与液位定值控制系统的区别是 ①调节目的不同；②调节器参数整定不同；③工艺过程不同。

23、定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（干扰）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。

24．控制系统引入积分作用是为了（ 消除余差 ）,但积分的引入会使系统（不稳定）,引入微分作用是为了（ 克服容量滞后 ）。某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（减小放大倍数）。

25.被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的(流量)特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为( 理想)特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。调节阀的流量特性有（线性）、（等百分比）和（快开），流量特性的选择主要是与（ 广义对象）相匹配。

26、过渡过程的品质指标有 最大偏差、衰减比、余差和过渡时间 等。 27、描述被控对象特性的参数是 放大系数、时间常数和滞后时间 。 28、常用热电阻有 铂 热电阻和 铜 热电阻。

29、差压变送器可以用来测量压力、压差、液位，和 节流装置 配套使用，可以测量 流量 。

30、调节阀的理想流量特性有 直线特性、对数特性、快开特性 和抛物线特性。 31、δ表示调节器的 比例度 参数，其值越小, 比例控制 作用越 强 _。若其值太小的话，控制系统可能发生__发散振荡___。

32、串级控制系统中，副回路具有__先调、快调、粗调__的特点，主回路起着__后调、慢调、细调__的作用，主副回路相互配合，大大提高系统的控制质量。它的主回路是一个__定值控制系统__，而副回路则是一个__随动控制系统__。 33、集散控制系统是一种分布型控制系统，其特点是信息管理__集中化__，而控制__分散化__，其控制规律的运算是通过__程序__实现的。

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