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1、控制仪表及系统习题,第一篇 控制仪表 第一章习题,1-1.举例说明控制仪表与控制系统的关系。答：在自动控制系统中，检测仪表将被控变量转换成测量信号后，还需送控制仪表，以便控制生产过程的正常进行，使被控变量达到预期的要求。这里所指的控制仪表包括在自动控制系统中广泛使用的控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 图1-1（a）表示由控制仪表与控制对象组成的简单控制系统框图。控制对象代表生产过程中的某个环节，控制对象输出的是被控变量，如压力、流量、温度等工艺变量。这些被控变量首先由检测元件变换为易于传递的物理量，再经变送器转换成相应的电信号。该信号送到控制器中与给定值相比较。控制器
2、按照比较后得出的偏差，以一定的控制规律发出控制信号，控制执行器的动作，改变被控介质物料或能量的大小，直至被控变量与给定值相等为止。 图1-1（b）为由加热炉、温度变送器、控制器和执行器构成的一个单回路温度控制系统。温度变送器将温度信号转换为电信号，在控制仪表的作用下，通过执行器将加热炉的出口温度控制在规定的范围内。 因此，控制系统是由控制仪表、检测仪表和控制对象组成的。一个控制系统除了图中表示的几类控制仪表外，还可以根据需要设置转换器、运算器、操作器、显示装置和各种仪表系统，以完成复杂的控制任务。,（a）简单控制系统框图 （b）单回路温度控制系统 图1-1 控制系统简图,1-2.控制仪表与装置
3、有哪些类型，各有什么特点？P10（思考题）答：P2-3，第二节。,1-5.防爆电气设备如何分类？防爆标志ExiaAT5 和ExdIIBT4是何含义？答：按照国家标准GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大类。类 煤矿用电气设备。类 工厂用电气设备。类电气设备按爆炸性气体特性，可进一步分为A、B、C三级。 工厂用设备的防爆形式共有八种：隔爆型（d）本质安全型（i）增安型（e）正压型（p）充油型（o），充砂型（q），浇封型（m）和无火花型（n）。本质安全型设备按其使用场所的安全程度又可分为ia和ib两个等级。 与爆炸性气体引燃温度的分组相对应，类电气设备可按最高表面温度分为T1T6六组，如表0-
4、2所示。 表0-2 类电气设备的最高表面温度分组,防爆标志ExiaIIAT5 表示II类（工厂用电气设备）本质安全型ia等级A级T5组，其设备适用于A级气体级别、（不适用于B、C级气体级别）引燃温度不低于T5（100）的0区危险场所； 防爆标志ExdIIBT4表示II类（工厂用电气设备）隔爆型B级T4组，其设备适用于A、B级气体级别、（不适用于C级气体级别）引燃温度不低于T4（135）的1（包含2区，不含0区）区危险场所。,A、B、C三级：见最大试验安全间隙和最小点燃电流比。 ia是指在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物； ib是指在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体
5、混合物。,1-6.常用的防爆型控制仪表有哪几类？各有什么特点？答：常用的防爆型控制仪表有隔爆型和本质安全型两类仪表。（一）隔爆型仪表 隔爆型仪表具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内，其表壳的强度足够大，隔爆结合面足够宽，它能承受仪表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混和物传播。这类仪表适用于1区和2区危险场所。隔爆型仪表安装及维护正常时，能达到规定的防爆要求，但当揭开仪表外壳后，它就失去了防爆性能，因此不能在通电运行的情况下打开表壳进行检修或调整。（二）本质安全型仪表 本质安全型仪表（简称本安仪表）的全部电路均为本质安全电路，电路中的电压
6、和电流被限制在一个允许的范围内，以保证仪表在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不致引起其周围爆炸性气体混合物爆炸。本安仪表不需要笨重的隔爆外壳，具有结构简单、体积小、质量轻的特点，可在带电工况下进行维护、调整和更换仪表零件的工作。,1-7.如何使控制系统实现本安防爆的要求？答：要使控制系统具有本安防爆性能，应满足两个条件：在危险场所使用本质安全型防爆仪表，如本安型变送器、电-气转换器、电气阀门定位器等；在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。图0-6表示本安防爆系统的结构。图1-6 本安防爆系统 应当指出，使用本安仪表和安全栅是系统的基本
7、要求，要真正实现本安防爆的要求，还需注意系统的安装和布线：按规定正确安装安全栅，并保证良好接地；正确选择连接电缆的规格和长度，其分布电容、分布电感应在限制值之内；本安电缆和非本安电缆应分槽（管）敷设，慎防本安电路与非本安电路混触等。详细规定可参阅安全栅使用说明书和国家有关电气安全规程。,1-8.什么是安全栅？说明常用安全栅的构成和特点。答：安全栅作是本安型仪表的关联设备，它一方面传输信号，另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。 安全栅的构成形式有多种，常用的有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两种。 1、齐纳式安全栅 齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反
8、向击穿性能而工作的。如图0-7所示。在正常工作时，安全栅不起作用。 当现场发生事故，如形成短路时，由R限制过大电流进入危险侧，以保证现场安全。当安全栅端电压U1高于额定电压Uo时，齐纳二极管击穿，进入危险侧的电压将被限制在Uo值上。同时，安全侧电流急剧增大，使FU很快熔断，从而使高电压与现场隔离，也保护了齐纳二极管。 齐纳式安全栅结构简单、经济、可靠、通用性强，使用方便等特点。图1-7 齐纳式安全栅,2、隔离式安全栅 隔离式安全栅是通过隔离、限压和限流等措施来保证安全防爆性能的。通常采用变压器隔离的方式，使其输入、输出之间没有直接电的联系，以切断安全侧高电压窜入危险侧的通道。同时，在危险侧还设
9、置了电压、电流限制电路，限制流入危险场所的能量，从而实现本安防爆的要求。变压器隔离式安全栅的一种电路结构如图0-8所示。来自变送器的直流信号，由调制器调制成交流信号，经变压器耦合，再由解调器还原为直流信号，送入安全区域。 变压器隔离式安全栅的特点是线路较复杂，但其性能稳定，抗干扰能力强，可靠性高，使用也较方便。图1-8 变压器隔离式安全栅,第二章习题,2-1.说明P、PI、PD控制规律的特点及这几种控制规律在控制系统中的作用。解：见下表。,2-2.控制器输入一调节信号，作用一段时间后突然消失，在上述情况下，分别画出P、PI、PD、控制器的输出变化过程。如果输入一随时间线性增加的信号时，控制器的输出将做何变化。解：见下图。,1.7,干扰信号,共模电压,无源比例微分电路,S置断时，切除微分，只有比例作用,比例运放电路,IC4的共模电压大于17V即可,
