化工仪表及自动化课后答案.docx

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1、1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型消费过程自动化的简称。在化工设备上，装备上一些自动扮装置，代替操作人员的部分干脆劳动，使消费在不同程度上自动地进展，这种用自动扮装置来管理化工消费过程的方法，称为化工自动化。􀂄 实现化工消费过程自动化的意义：1加快消费速度，降低消费本钱，进步产品产量和质量。2减轻劳动强度，改善劳动条件。3可以保证消费平安，防止事故发生或扩大，到达延长设备运用寿命，进步设备利用实力的目的。4能变更劳动方式，进步工人文化技术程度，为逐步地歼灭体力劳动和脑力劳动之间的差异创立条件。2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动疼惜、自动操

2、纵和自动限制等方面的内容。1-3 自动限制系统主要由哪些环节组成？解 自动限制系统主要由检测变送器、限制器、执行器和被控对象等四个环节组成。4、自动限制系统主要由哪些环节组成？自动限制系统主要由测量元件及变送器、自动限制器、执行器和被控对象等四个环节组成。1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器限制流程图。试分别说明图中307、303、305所代表的意义。题1-5图 加热器限制流程图解 307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度限制仪表；工段号为3，仪表序号为03；305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量限制仪表；工

3、段号为3，仪表序号为05。6、图为某列管式蒸汽加热器限制流程图。试分别说明图中307、303、305所代表的意义。307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度限制仪表；工段号为3，仪表序号为03；305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量限制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 1-7 在自动限制系统中，测量变送装置、限制器、执行器各起什么作用？解 测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号如气压信号或电压、电流信号等送往限制器；限制器承受测量变送器送来的信号，及工艺上须要保持的被控变量的设

4、定值相比较得出偏向，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号气压或电流发送出去执行器即限制阀，它能自动地依据限制器送来的信号值来变更阀门的开启度，从而变更操纵变量的大小。7.方块图是用来表示限制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。1-8试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象对象自动限制系统中，工艺参数须要限制的消费过程、消费设备或机器。被控变量被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度限制系统，压力制系统等。给定值或设定值或期望值人们渴望限制系统实现的目的，即被控变

5、量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变更的。操纵变量调整变量对被控变量具有较强的干脆影响且便于调整操纵的变量。或实现限制作用的变量。操纵介质(操纵剂)用来实现限制作用的物料。8.测量元件及变送器：用来感受被控变量的变更并将它转换成一种特定的信号如气压信号、电压、电流信号等；限制器：将测量元件及变送器送来的测量信号及工艺上须要保持的给定值信号进展比较得出偏向，依据偏向的大小及变更趋势，按预先设计好的限制规律进展运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地依据限制器送来的信号值相应地变更流入或流出被控对象的物料量或能量，从而抑制扰动影响，实现限制要求。9.被控对象：在自动限制

6、系统中，将须要限制其工艺参数的消费设备或机器叫做。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：受限制阀操纵的，用以抑制干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。11、图所示为一反响器温度限制系统示意图。A、B两种物料进入反响器进展反响，通过变更进入夹套的冷却水流量来限制反响器内的温度不变。试画出该温度限制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？ 反响器温度限制系统该温度限制系统的方块图 反响器温度限制系统方块图其中，被控对象：反响器；被控变量：反响器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干

7、扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的上下等。1-11 题11图所示为一反响器温度限制系统示意图。A、B两种物料进入反响器进展反响，通过变更进入夹套的冷却水流量来限制反响器内的温度不变。试画出该温度限制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？并说明该温度限制系统是一个具有负反响的闭环系统。题1-11图 反响器温度限制系统解 该温度限制系统的方块图题解1-11图 反响器温度限制系统方块图其中，被控对象：反响器；被控变量：反响器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进

8、料量，冷却水的压力、温度，环境温度的上下等。假设当反响器内的被控温度在干扰作用下上升时，其测量值及给定值比较，获得偏向信号，经温度限制器运算处理后，输出限制信号去驱动限制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反响器内的温度降下来。所以该温度限制系统是一个具有负反响的闭环限制系统。1-12 题1-11图所示的温度限制系统中，假设由于进料温度上升使反响器内的温度超过给定值，试说明此时该限制系统的工作状况，此时系统是如何通过限制作用来抑制干扰作用对被控变量影响的？解：当反响器内的温度超过给定值即上升时，温度测量元件测出温度值及给定值比较，温度限制器将比较的偏向经过限制运算后，输出限制信号使冷却水阀

9、门开度增大，从而增大冷却水流量，使反响器内的温度降下来，这样抑制干扰作用对被控变量影响。1-13 按给定值形式不同，自动限制系统可分哪几类？解：按给定值形式不同，自动限制系统可以分为以下三类：定值限制系统给定值恒定的限制系统。随动限制系统自动跟踪系统给定值随机变更的系统。程序限制系统给定值按确定时间程序变更的系统。 15. 定值限制系统、随动限制系统、程序限制系统。16. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变更的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变更的不平衡状态称为系统的动态。干扰是客观存在的，是不行防止的。一个自动限制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺消费状态。

10、这就须要通过自动扮装置不断施加限制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标上。一个正常工作的自动限制系统，总受到常见的干扰作用，总处在常见的动态过程中。理解系统动态更为重要。17. 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。承受阶跃干扰的缘由：阶跃干扰比较突然，比较紧急，对被控变量的影响也最大。假设一个限制系统可以有效抑制阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也确定很好地抑制。阶跃干扰形式简洁，简洁实现，便于分析、试验和计算。19. 等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，消费上不能承受；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量到达新的

11、稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般也不承受；衰减振荡过程可以较快地使系统到达稳定状态，并且最终的稳态值必定在两峰值之间，决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成事故。所以1-19 某化学反响器工艺规定操作温度为(90010)。考虑平安因素，限制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值限制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏向、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间被控温度进入新稳态值的1%即9001%=9的时间，并答复该限制系统能否满意题中所给的工艺要求？题1-19图 温度限制系统

12、过渡过程曲线解 最大偏向950-900=50；超调量950-908=42；由于B=918-908=10，所以，衰减比=42:10=4.2；余差908-900=8；振荡周期45-9=36()；过渡时间47。因为5080，810，所以，该限制系统能满意题中所给的工艺要求。1-20 题20(a) 图是蒸汽加热器的温度限制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因消费须要，要求出口物料温度从80进步到81，当仪表给定值阶跃变更后，被控变量的变更曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏向、衰减比和余差提示：该系统为随动限制系统

13、，新的给定值为81。题1-20图 蒸汽加热器温度限制解 蒸汽加热器温度限制系统的方块图如以下图所示。题解1-20图 蒸汽加热器温度限制系统方块图其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变更；加热蒸汽的压力、温度的变更；环境温度的变更等。该系统的过渡过程品质指标：-；由于-，B-，所以，衰减比:0.2=4；余差-81= -0.3。21、某化学反响器工艺规定操作温度为(90010)。考虑平安因素，限制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值限制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该

14、系统的过渡过程品质指标：最大偏向、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间被控温度进入新稳态值的1%即9001%=9的时间，并答复该限制系统能否满意题中所给的工艺要求？题1-19图 温度限制系统过渡过程曲线解 最大偏向950-900=50；超调量950-908=42；由于B=918-908=10，所以，衰减比=42:10=4.2；余差908-900=8；振荡周期45-9=36()；过渡时间47。因为5080，81.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。3-6 假设有一台压力表，其测量范围为010，经校验得出以下数据： 标准表读数0246810 被校表正行程读数0L 983.965.947.97

15、9.99 被校表反行程读数02.024.036.068.0310.01(1)求出该压力表的变差；(2)问该压力表是否符合10级精度？解 1校验数据处理：标准表读数0246810被校表正行程读数01 983.965.947.979.99被校表反行程读数02.024.036.068.0310.01压力表的变差0被校表正、行程读数平均值0仪表确定误差/ 0-由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；2仪表误差：；但是，由于仪表变差为1.2%1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。7.压力指垂直匀整地作用于单位面积上的力。􀂄 关系： p表压确定压力p大气压力p真空度= p大气压

16、力 p确定压力3-7什么叫压力？表压力、确定压力、负压力(真空度)之间有何关系？解 1工程上的压力是物理上的压强，即压强。2确定压力是指物体所受的实际压力；表压力=确定压力-大气压力； 负压力真空度=大气压力-确定压力8.通常，由于各种工艺设备和检测仪表本身就处于大气压力之下，因此工程上常承受表压和真空度来表示压力的大小，一般仪表所指的压力也是表压或真空度。9.测压仪表按其转换原理不同，主要分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进展测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进展测量的；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进展测量的；活塞式

17、压力计：它是依据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进展测量的。10.主要的弹性元件有：􀂄 弹簧管：可分为单圈弹簧管及多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000的压力；􀂄 膜片：可分为平薄膜、水纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可及其他转换环节结合起来，组成相应的变送器；􀂄 水纹管：这种弹性元件易变形，常用于微压及低压的测量。3-10作为感受压力的弹性元件有哪几种？解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件有分膜片式和膜盒式两种、水纹管式弹性元件。11.测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进展测

18、量的。􀂄 主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。􀂄 测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值。3-11弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。解：1弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p的大小。 2弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管测量元件，放大机构，游丝，指针，表盘。 3弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的

19、位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。12.13.将霍尔元件及弹簧管协作，可组成霍尔片式弹簧管压力传感器。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，因此变更了霍尔片在磁场中的位置，使所产生的霍尔电势及被测压力成比例，利用这一电势就可实现压力的测量。14.应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？解 见教材第3章3.2.5节。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变更

20、不等，利用变压器电桥将电容量的变更转换为电桥输出电压的变更，从而反映膜片两边压力的差异即压差。其特点：输出信号及压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。15.工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变更。将测压膜片作为电容器的可动极板，它及固定极板组成可变电容器。当被测压力变更时，由于测压膜片的弹性变形产生位移变更了两块极板之间的间隔 ，造成电容量发生变更。􀂄 特点：构造紧凑、灵敏度高、过载实力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。3-15 某压力表的测量范围为01，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大确定误差是多少？假设用标准压力计来校验

21、该压力表，在校验点为0.5时，标准压力计上读数为0.508，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？解 压力表允许的最大确定误差为D在校验点0.5处，确定误差为D-0.508=-0.008()该校验点的测量误差为故该校验点不符合1.0级精度。3-16为什么测量仪表的测量范围要依据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？解 1为了保证敏感元件能在其平安的范围内牢靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异样超压状况，对仪表的量程选择必需留有足够的余地，但还必需考虑实际运用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。 2由于仪表的根本误差Dm由其精度等级和量程确定，在整个仪表

22、测量范围内其大小是确定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。3-17 假设某反响器最大压力为0.8，允许最大确定误差为0.01。现用一台测量范围为01.6，精度为l.0级的压力表来进展测量，问能否符合工艺上的误差要求？假设承受一台测量范围为01.0，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解 D11.00.0160.01(允许值)该表不符合工艺上的误差要求。D21.00.010.01(允许值)该表符合工艺上的误差要求。3-18 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6，工艺要求就地视察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的5，试选择一

23、台相宜的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。解 空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限1.1，工作压力上限1.6。设所选压力表量程为p，那么依据最大、最小工作压力及选用压力表量程关系，有依据压力表量程系列附表1，可选150型、测量范围为02.5的电接点压力表。依据测量误差要求，测量的最大误差为D50.055()那么所选压力表的最大引用误差应满意要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。3-19 某合成氨厂合成塔压力限制指标为14，要求误差不超过0.4，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。解 合成塔限制压力14为高压，设所选压力表的量程为p，那么依据压力

24、表量程系列附表1，可选150型、测量范围为025的电接点压力表。依据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满意要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。20、某压力表的测量范围为01，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大确定误差是多少？假设用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5时，标准压力计上读数为0.508，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？解：压力表允许的最大确定误差为D在校验点0.5处，确定误差为D-0.508=-0.008()该校验点的测量误差为故该校验点不符合1.0级精度。3-20 现有一台测量范围为01.6，精度为1.5级的一般弹簧管压力表，校验后，其结果

25、为：被校表读数00 04 08 12 16标准表上行程读数0000 0385 0790 1210 1595标准表下行程读数0000 0405 0810 1215 1595试问这台表合格否？它能否用于某空气贮罐的压力测量该贮罐工作压力为0.81.0，测量确实定误差不允许大于0.05？解 压力表的校验表3-1 压力表的校验数据及其数据处理结果被校表读数最大误差标准表上行程读数标准表下行程读数升降变差标准表上、下行程读数平均值确定误差D仪表的最大引用误差从确定误差和升降变差中选取确定值最大者做为Dm，求仪表的最大引用误差所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。1/3；最大误差D0.01(允许值)该表不

26、符合工艺上的误差要求。D21.00.010.01(允许值)该表符合工艺上的误差要求。3-22常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要运用补偿导线？并说明运用补偿导线时要留意哪几点？解：1常用的热电偶有如下几种：2所配用的补偿导线如下：3用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变更的影响并及测量电路相连接。运用补偿导线时要留意：在确定的温度范围内，补偿导线及配对的热电偶具有一样或相近的热电特性；保持延长电极及热电偶两个接点温度相等。23、某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6，工艺要求就地视察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的5，试选择一台相宜的

27、压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。解 空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限1.1，工作压力上限1.6。设所选压力表量程为p，那么依据最大、最小工作压力及选用压力表量程关系，有依据压力表量程系列附表1，可选150型、测量范围为02.5的电接点压力表。依据测量误差要求，测量的最大误差为D50.055()那么所选压力表的最大引用误差应满意要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。24、某合成氨厂合成塔压力限制指标为14，要求误差不超过0.4，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。解 合成塔限制压力14为高压，设所选压力表的量程为p，那么依据压力表量程系列附表1，可选150型、测量范围为025的电接点压力表。依据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满意要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。3-24什么叫节流现象？ 流体经节流装置时为什么会产生静压差？解：流体在有节流装置的管道中流淌时，在节流装置前后的管壁，流