过程控制系统与仪表课后答案

???0.08?100%??3.2%2.5 ，允许的精度等级为2.5级。

综上分析，选择量程为0～2.5 MPa，精度等级为2.5级的弹簧压力表。

该表的最大绝对误差：?max＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa，<0.08 MPa 所以满足要求。

2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？

解答：1）标准节流装置：包括节流件和取压装置。

2）原理：基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。

3）影响因素：P47 ○1流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关； ○2流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；

○3 流量系数的大小与流体流动状态有关。

2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？ 解答：

1）转子流量计是定压式流量计(P47)

虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。所以是定压式。

2）差压式流量计是变压降式流量计(P45) 是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。所以是变压降式。

2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么？对被测介质有什么要求？ 解答：

1）特点：流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。 粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。

椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量。

2）对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。

如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。

2-22 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？ 解答：P51

1）原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。

2）对被测介质的要求：导电液体，被测液体的电导率应大于水的电导率(100??cm)，不能测量油类或气体的流量。

2-24 超声波流量计的特点是什么？ 解答：

5

过程控制系统与仪表课后答案

超声波流量计的非接触式测量方式，不会影响被测流体的流动状况，被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害，因此适用范围广阔。

2-25 用差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图2-75所示。请导出变送器所测差压?p与液位H之关系。变送器零点需不需要迁移？为什么？

2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么？ 解答：P57

测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进入毛细管与变送器，以免堵塞。可节省隔离罐。

2-27 试述电容式物位计的工作原理。 解答：利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位，可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。

2-28 超声波液位计适用于什么场合？ 解答：P60

适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量。

第3章 习题与思考题

3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？

解答：1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。

2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。

3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？

解答：1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。

3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。

3-3 比例控制为什么会产生余差？

解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：

y?Kpe

为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？

y?解答：1）积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分：

1edt?T1

2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。

3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答：

y?1）

1edt?T1

6

过程控制系统与仪表课后答案

积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化为多少？

解答：

y?由比例积分公式：

?1?1??e?edt??P?T1??分析：

p?依题意：

1?100%Kp，即K p =1, TI= 2 min , e＝＋0.2；

稳态时：y0＝5mA，

y?y0??1?1??e?edt???P?T1?1?5?1?(?0.2??0.2?5)2

5min后：

?(5?0.7)mA3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数

Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制

力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？ 解答：

1）

y?TDdedt

2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。 解答：

y?1?1de???e?edt?TD??P?T1dt??

3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？

解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。 2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

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3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？ 解答：P79

1）组成如图3-11所示。 2）作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？ 解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。 2）软手动操作：系统投运 硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？

解答：P84

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。 2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数TI、微分时间常数TD分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将TI取∞、TD取0，分别代表调节器处于什么状态？

解答：

比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数TI含义：TI越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将TI取∞，则积分作用消失。

微分时间常数TD含义：TD越大，微分作用越强；TD取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？

解答：1）正作用：偏差=测量值-给定值；反作用：偏差=给定值-测量值。 2）运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？

解答：1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。 2）参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？ 解答：1） P91式（3-18） 2）改进的算法：

第4章 思考题与习题

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？ 解答：1）执行机构和调节机构。

2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；

调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。

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