环境工程仪表及自动化课后题答案

.自动控制系统：在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使整个生产过程或工作机械（被控对象）自动地按预定规律运行，或使其某个参数（被控量）按预定要求变化。控制对象：在生产过程中被控制的反应构筑物或生产设备，可指各种装置、设备、反应器，或反应系统中某一相关部分。

被控量：被控参数y：按工艺要求对某些参数进行调节控制。

调节器输出：按照工艺规律，按一定控制算法，得到的控制调节作用的电信号或其他信号。干扰f：破坏系统平衡，引起被控参数变化的外界因素。

.传感器：直接感受被测参数变化的装置。

.变送器：将感应信号变为标准信号的原件或装置。

方框图：控制系统的元件作用图。图中每一个方框表示组成系统的一个部分（如元件或设备），称之为环节，用带箭头的直线表示信号的相互联系和传递方向。

组成：测量元件、比较元件、调节元件

自动控制系统的分类：1 闭环控制2 开环控制a按给定值控制b按干扰补偿3 复合控制

闭环特点：据被控量与给定值的偏差进行控制，最终达到消除或减少偏差；闭环；反馈控制。开环特点：受控对象是被控量，但控制装置仅接受给定值，信号只有倾向作用，无反向联系。传递函数：一个环节或一个自动控制系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比，称为该系统或该环节的传递函数。

过渡过程

第1章 自动控制系统基本概念 P16

1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 实现化工生产过程自动化的意义： （1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 （4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。

3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？

自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 5、p7

6、PI-307表示就地安装的压力

想要学好化学化工仪表及自动化首先要把概念性的东西记住了，其次要我们学会分析答案的精华部分，祝大家学好化工每一个学科……………..李国鹏寄语

第一章 自动控制系统基本概念

1. 什么是化工自动化？它有什么重要意义？

答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2. 化工自动化主要包括哪些内容？

答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。

3. 自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？

答:自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出

第一章：

作业：

1.DDZ 和QDZ 的信号传输标准，DCS 和FCS的名词解释

2.某压力表刻度0～100kPa，在50kPa处测量值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示

值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差？

3.某台测温仪表的测温范围为－100～700℃，校验该表时测得全量程内最大绝

对误差为＋5℃，试确定该仪表的精度等级。

4.某台测压仪表的测压范围为0～8MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不

允许超过±0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？

5.某待测电流约为100mA,现有0.5级量程为0~400mA 和 1.5级量程为

0~100mA的两个电流表，问用哪一个电流表测量比较好？

6.某DDZ-Ⅲ型温度变送器测量范围是300-700℃,当温度由400℃变化到600℃时,

变送器的输出如何变化？

7.差压变送器的量程为0~100 KPa，现负迁移50%，仪表的量程和测量范围分

别为？

答案：

1.

QDZ信号标准：20kPa~100kPa

DCS: 集散控制系统FCS：现场总线控制系统

2.

3.

4.

5.

解：用0.5级量程为0~400mA 电流表测100mA 时，最大相对误差：

用1.5级量程为0~100mA 的电流表测100mA 时，

第一章 自动控制系统基本概念

9、试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。 被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。 给定值：被控变量的预定值。

操纵变量：受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给 定值的物料量或能量。

12、什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：（1）系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。

（2）负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。 16、什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究控制系统的动态比研究其静态更为重要？ 答：（1）在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。

（2）因为干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投

仪表与自动化课后习题与答案

1-3、自动控制系统主要由哪些环节组成？

答：一个自动控制系统主要是由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套仪表，称自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器；另一部分是自动化装置所控制的生产设备。

1-5、在自动控制系统中，测量变装置、控制器、执行器各起什么作用？ 答：测量元件与变送器，用于测量液位，并将测得的液位转化成统一的标准信号输出。

控制器，接受测量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至执行器。

执行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，从而起到控制作用。

1-8、图1-15为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？ 答：PI-307：具有指示功能的压力 表，该仪表就地安装，工号段为07。 TRC-303：具有记录功能的温度 控制仪表，该仪表集中仪表盘面

安装，工号段为3，仪表序号为07。 FRC-305：具有记录功能的流量控制 仪表该仪表集中仪表盘面安装，工 号段为3，仪表序号屡05。

1-11、图1-16所示为一反应温度控

第三章填空题（30分）

1．弹性式压力计是根据根据弹性元件变形的（ ）的原理而制成的压力仪表. 2．弹性元件有（ ）弹性元件、（ ）弹性元件、（ ）弹性元件。 3．在工程压力测量中，压力测量常有三种： （ ）、（ ）、（ ）。

4．霍尔片式压力传感器是利用（ ）制成的；应变片式压力传感器是利用（ ）原理构成；压阻式压力传感器是利用单晶硅的（ ）测压的。

5.差压式流量计是基于流体流动的（ ）,利用流体流经节流装置时产生的（ ）而实现流量测量的。

6. ．节流装置适于测量管道直径（ ）的流量，而转子流量计特别适宜于测量管径（ ）

管道的流量。

7．常用的标准节流装置有（ ）、（ ）、（ ）等。 8．孔板流量计的孔板安反了，会使测量结果（ ）

9. 差压式流量计的孔板直角入口端不锐利，将导致测量压差（ ）。 10．转子流量计必须（ ）安装，是将流体的流量转换成（ ）来测量流量的。

11．靶式流量计适

第1章（P15）

（1）简述过程控制的特点。

Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。

（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。

Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。2）组成框图：

f(t)对象y(t)r(t)z(t)e(t)u(t)控制器执行器q(t)_测量变送装置

（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？

Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。

第 1 章（P15）

1、基本练习题

（ 1）简述过程控制的特点。

Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。

（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。2）组成框图：

（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动 0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC 或 1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图 1-2 加热炉控制系统流程图用框图表

示。Q：是串级控制系统。方块图：

第3章习题解

3-21某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是……

答：允许最大误差Δ允max=±(1-0)×1%=±0.01MPa，在校验点0.5MPa时，绝对误差为Δ=0.508-0.5=0.008MPa，小于允许最大误差，在这点符合1级精度。

3-23如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa，……

答：对于1级精度0~1.6MPa的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax=±(1.6-0)×1%=±0.016MPa，已超出工艺允许的最大绝对误差，不合适。

对于1级精度0~1.0MPa的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax=±(1.0-0)×1%=±0.01MPa，等于工艺允许的最大绝对误差，从精度上考虑是合适的，但是此时工作压力工作在量程的2/3以外（0.8/1.0=0.8>2/3），所以从量程范围上说，是不合适的。所以，总的结果是不合适的。

3-24某台空压机的缓冲器，其工作压力范围是1.1~1.6MPa，……

答：工艺允许的最大绝对误差为±1.6×5%=±0.08MPa。该表工作在非脉动压力，最大工作压力应在表上限值2/3之内，所以上限值应大于1.6×3/2=2.4M