自动化仪表与过程控制部分课后习题答案

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1、绪论0-1 自动化仪表 :是由若干自动化元件构成的， 具有较完善功能的 自动化技术工具单元组合式调节仪表 : 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2P5 第二段0-3P560-4 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度1-4 定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场.造成信号的不稳 .共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。在现场中，被测信号与

2、测量仪器间相距很远.这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表聞創沟燴鐺險爱氇谴净。共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大 .消除共模干扰的方法包括：残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。（ 1）采用屏蔽双绞线并有效接地（ 2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（ 3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（ 4）不要和电控锁共用同一个电源（ 5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源 ( 纹波干扰小于 50mV)1-6 硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜

3、片产生与介质压力成正比的微位移， 使传感器的电阻值发生变化， 用电子线路检测这一变化， 并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号 .酽锕极額閉镇桧猪訣锥。差：电容式压力变送器主要由完成压力 / 电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制 4-20mA 电子线路板构成， 当进程压力从从测量容室的两侧 （或一侧）施加到隔离膜片后， 经硅油灌充液传至容室的重心膜片上， 重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA 信号输入，输入电流与进程压力成反比 .彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。优点：他们不存在力平衡式变送器必

4、须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体， 而后与对气体无反应的补偿元件， 共同形成电桥电路， 也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量 . 在测量气体组分时，热敏元件吸附被测量气体， 其电导率和热导率就会发生变化， 元件的散热状态也. 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。就随之改变，当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化， 电桥平衡被破坏而输出电压，通过对电压的测定即可得到气体测量结果 . 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。用途：热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体、氨气、二氧化碳和二氧化硫等气体的测定，

5、并可作为低浓度可燃性气体的测定工作，另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析2、红外线气体分析仪的基本原理其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收. 红外线分析仪常用的红外线波长为212m.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度， 然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度. 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。用途：使用范围宽，可分析气体，也可分析溶液色谱分析仪 是应用色谱法对物质进行定性、定量分析，及研究物质的物理、化学特性的仪器.工作原理是基于色谱法

6、对样品进行检测，利用检测器对分离出来的色谱柱进行分析，对各成分进行测定鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。氧化锆氧分析仪工作原理：47 页第一段用途：在燃烧控制中得到广泛应用1-1 试述热电偶的测温原理， 工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？ 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。答： a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流 . 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。b 、铂极其合金，镍铬 - 镍硅，镍铬 - 康铜，铜 - 康铜 .c 、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列 .d 、在电

7、路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品. 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200 到+500 摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿 , 测温范围比热电偶低，存在非线性 . 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线 R 使桥路电阻变化相同， 则桥路的输出不变， 即确保检流计的输出为被测温度的输出 . 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1-3 说明热电偶温度变送器的基本结构， 工作原理以及实现冷端温度补偿的

8、方法 . 在什么情况下要做零点迁移？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压 - 电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分 . 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、 半导体温度传感器等， 然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号 . 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。c、由铜丝绕制的电阻 Rcu 安装在热电偶的冷端接线处， 当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性， 向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作. 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。为补偿 . 桥路左臂由稳压电压电源 Vz（约 5

9、v）和高电阻 R1（约 10K 欧）建立的恒值电流 I2 流过铜电阻 Rcu，在 Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势 Et 串联相接 . 当温度补偿升高时， 热电动势 Et 下降，但由于 Rcu 增值，在 Rcu 两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿. 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。d、当变送器输出信号 Ymin下限值（即标准统一信号下限值） 与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移 . 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。1-5 力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？答： a、被测压力 P 经波纹管转化为力 Fi 作用于杠杆左端 A 点，使杠杆绕支点

10、 O 做逆时针旋转， 稍一偏转， 位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉， 使电子放大器产生一定的输出电流 I. 此电流通过反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆 B 点受到反馈力 Ff ，形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩 . 由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流，形成反力矩与作用力矩平衡. 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。b、因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的位移量非常小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略不计 . 驅踬髏彦浃绥譎饴憂

11、锦。1-7 试述节流式、容积式、涡流式、电磁式、漩涡式流量测量仪表的工作原理，精度范围及使用特点 .答： a、节流式工作原理：根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小 .差压流量计：根据节流元件前后的压差测流量.精度：正负 0.5%到 1%使用特点：保证节流元件前后有足够长直管段靶式流量计：使用悬在管道中央的靶作为节流元件精度： 2%到 3%使用特点：可用于测量悬浮物，沉淀物的流体流量转子流量计：以一个可以转动的转子作为节流元件使用特点：可从转子的平衡位置高低，直接读出流量数值b、容积式工作原理：直接安装固定的容积来计量流体.精度：可达 2%较差时亦可保证0.5%

12、1%使用特点：适用于高黏度流体的测量c、涡轮式工作原理：利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮，并且根据磁阻变化产生脉冲的输出 .精度： 0.25%1%使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度. 由于有转子，易被流体中的颗粒及污物堵住，只能用于清洁流体的流量测量d、电磁式工作原理：以电磁感应定律为基础， 在管道两侧安放磁铁， 以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测管内液体的流量 . 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。精度： 0.5%1%使用特点：只能测导电液体的流量e、漩涡式工作原理：根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量精度：正负 0.2%正负 1%使用特点：量程比达到30:1 ，可测液

13、体和气体 .2-3 PID 调节器中，比例度p，积分时间常数Ti, 微分时间常数 Td, 积分增益 Ki,微分增益 Kd分别有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若令 Ti 取， Td 取 0，分别代表调节器处于什么状态？ 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。答： 1 在比例积分运算电路中，RI,CI 组成输入电路， CM为反馈元件1）比例度 P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下，能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数 . 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2）积分时间 Ti=RICI Ti 愈小，由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短，积分作用愈强 .Ti 越大，积分作用越弱 . 尧侧閆

14、繭絳闕绚勵蜆贅。3）积分增益 Ki=CM/CIXA A 为放大器增益， Ki 越大，调节静差越小 .比例微分运算电路中，由Rd Cd 及分压器构成无源比例微分电路4）kd 为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比 .5）微分时间 Td=KdRdCd2,Ti 取无穷时，调节器处于PD状态 .Td 取零时调节器处于 PI 状态 .2-4 什么是 PID 调节器的干扰系数答： 用 PI ，PD串联运算获得 PID 调节规律时， 在整定参数上存在相互干扰的现象，常用干扰系数F=1+Td/Ti 表示 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2-5 调节器为什么必须有自动 / 手动切换电路？怎样才能做到自动 / 手动双向无扰切换？为了适应工艺过程启动、停车或发生事故等情况，调节器除需要“自动调节”的工作状态外，还需要在特殊情况时能由操作人员切除 PID 运算电路，直接根据仪表指示做出判断，操纵调节器输出的“手动”工作状态 . 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。在 DDZ-III 型调节器中 ，自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关 S1 实现的，如下图所示 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。