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浅谈过程控制与自动化仪表优质资料
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浅谈过程控制与自动化仪表

摘要随着自动化仪表的更新换代，现代科学技术的发展需要自动化仪表和过程控制提供技术保障，要不断地改进生产技术，使其朝着智能化、网络化、开放性发展。
关键词自动化仪表；自动化技术；过程控制
1 引言
过程控制泛指石油、化工、电力、冶金、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，其被控量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。其作用体现在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。自动化仪表是用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。其特点是兼容性、统一标准。
2 过程控制概述
2.1过程控制的特点、要求及任务、功能结构
过程控制的特点：系统由被控过程和检测控制仪表组成；被控过程的多样性；控制方案的多样性；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定值控制是过程控制的主要形式。
生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，即：安全性、稳定性和经济性。过程控制的任务，就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的各种特性的基础上，根据工艺生产提出的要求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综合，并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加以实现，最终达到优质、高产、低耗的控制目标。
决策管理与计划调度
实时优化
常规控制或高级过程控制
操作安全与环境保护
测量变送与执行
被控过程
日-月级
时-日级
分-时级或
分-妙级
小于1秒
小于1秒

图1过程控制的功能结构图
过程控制的功能结构：测量变送与执行，由测量变送装置与执行装置实现；操作安全与环保，保证生产安全、满足环保要求的设备(独立运行)；常规与高级控制，实现对过程参数的控制，满足控制要求；实时优化，实现最优操作工况(时间，成本，设备损耗)而设计的方案；决策与计划调度，对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企业利益最大化。
2.2过程控制的分类
按照被控变量的给定值分类，可分成以下三类：
1.定值控制系统，是一种被控变量的给定值始终固定不变的控制系统。如：液位控制系统；
2.随动控制系统随动控制系统是一种被控变量的给定值随时间不断变化的控制系统，例如：锅炉的燃烧控制系统；
3.程序控制系统(又称顺序控制系统)程序控制系统是被控变量的给定值按预定的时间程序来变化的控制系统。例如：冶金工业中的金属热处理的温度控制。
2.3过程控制发展概况
20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低；
20世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，实现了仪表化和局部自动化；
20世纪60年代(综合自动化阶段)：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统，控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；
20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。
3自动化仪表概述
自动化仪表是用于过程自动化的仪器或设备，过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。
3.1 自动化仪表的分类
(1)按照安装场地分
现场仪表(一次仪表)、控制室仪表(二次仪表)；
(2)按能源形式分
①气动控制仪表：以压缩空气为能源。
优点：结构简单，性能稳定，可靠性高，易于维修，天然防爆；
缺点：气动信号传输速度极限=声速340 s，体积庞大。
②电动控制仪表
优点：信号快速，远距离传输：易于实现复杂规律的信号处理，易于与其他装置相连，供电用电方便，无需空压机和油泵、水泵；
缺点：不天然防爆；易受电磁干扰；功率不易大，近年的电动仪表多采用了安全防爆措施，应用更加广泛。
③液动仪表(以高压油和高压水为能源)
优点:工作可靠，结构简单，功率大，防爆；
缺点：速度传送慢。
(3)按信号形式分
模拟式控制仪表、数字式控制仪表、基地式控制仪表、单元组合控制仪表。
3.2自动化仪表的信号制
模拟仪表的信号可分为气动仪表的模拟信号与电动仪表的模拟信号。模拟仪表的信号制：直流电流信号为4-20mA，负载电阻为250 Ω，直流电压信号为1-5V。电流信号优于电压信号，因为电流信号可远距离传输(线路电阻上压降太多，则信号耗损)。
数字式仪表的通信标准：数字或智能仪表与计算机之间采用数字通讯模式多种，如RS232、RS485、USB、PROFIBUS、Control Net、CAN、Hart、Modbus。而且数字比模拟信号的优势在于：提高信号传输精度，抗干扰能力强；传输信息丰富，可传测量值及厂家信息；减少布线复杂性和费用。
3.3安全防爆仪表与防爆系统
仪表的防爆性能：本质安全防爆性能与非本质安全防爆性能，气动仪表本质上是防爆的，因为它不会产生电火花。电动仪表防爆方案有结构型防爆和安全火花型防爆，前者在结构上隔离产生火花的电路和爆炸气体(类型有充油型、充气型、隔爆型)，后者则把仪表电路在短路、断路及误操作各种状态下可能产生的火花限制在爆炸气体的点火能量之下(具有本质安全防爆性能)。
安全火花型防爆等级：电压30V DC时, 不同爆性物最小引爆电流见表1。
表1安全火花型防爆等级
级别
最小引爆电流(mA)
爆炸性混合物种类
I
i>120
甲烷，乙烷，汽油，甲醇，乙醇，丙酮，氨，一氧化碳等
II
70<i≤120
乙烯，乙醚，丙烯腈等
III
i≤70
氢，乙炔，二硫化碳，市用煤气，水煤气等
4过程控制系统
4.1集中型计算机控制系统(见图2)
外设
过程控制计算机
AO
DO
AI
DI
输出子系统
输入子系统
………………
操作变量
被控过程(对象)
………………
被控变量

图2集中型计算机控制系统
优势性：
从表面上看---信息集中，集中型计算机控制可以实现各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产；
劣势性：
由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载，控制集中直接导致危险集中，高度集中使系统变得十分“脆弱”。
4.2集散控制系统DCS
集散控制系统DCS是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。
系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但是过程控制的监视、管理是集中的，其优点在于将计算机分布到车间或装置，使系统的危险分散，提高系统的可靠性，方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。
4.3 现场总线控制系统FCS
是连接智能现场装置和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。支持双向、多节点、总线式的全数字通讯，双向数据通信能力避免了反复进行MD、D／A的转换把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化全分散。
设计步骤：
①确定控制目标
热油出口温度稳定：出口温度与烟道气含氧量稳定，温度稳定与热效率最高；
②选择被控参数
直接参数(油出口温度、烟道气含氧量、燃油压力)间接参数(热效率)；
③选择控制量
燃料油流量还是冷油流量→出口温度，挡板开度还是送风挡板→含氧量；
④确定控制方案
控制精度和干扰决定→系统的简单与复杂，温度、效率、含氧量等多于一个要求→多输入／多输出；如果温度、含氧量定值控制，还要求效率→最优控制；
⑤选择控制策略
多数采用→PID；复杂过程→高级过程控制；
⑥选择执行器
气动与电动，执行期特性与过程特性匹配；
⑦设计报警与联锁保护系统
高、低限值，加热炉停车程序：停燃油泵→关燃油阀→停引风机→切断热油阀；
⑧工程化设计
设计图样资料和文件资料→表达设计思想→主管部门审批→施工单位；
⑨系统投运、调试和整定参数
4.4单回路控制系统的工程设计实例
喷雾式干燥设备控制系统设计

图3牛奶的干燥过程流程
被控参数与控制参数选择
选取采样周期时，一般应考虑下列几个因素：
(1)被控参数选择选干燥器的温度为被控参数(间接参数)；
(2)控制参数选择影响干燥器温度的因素有乳液流量、旁路空气量、热蒸汽量，为此有三个变量可作为控制参数。
a)

b)

c)
图4干燥设备控制方案比较示意图；(a)乳液流量f1(t)作控制参数，(b)风量f2(t)作控制参数，(c)蒸汽量f3(t)作控制参数
过程检测、控制设备的选用
根据生产工艺和用户的要求，选用电动单元组合仪表：
(1)测温元件及变送器：为提高检测精度应用三线制接发，并配用温度变送器；
(2)调节阀：根据过程特性与控制要求选用对数流量特性的调节阀；
(3) 调节器：根据过程特性与工艺要求，可选用PI或PID控制规律；根据构成系统负反馈的原则，确定调节器正、反作用方向。
4.5贮槽液位控制系统设计

图5贮槽
被控参数与控制参数选择
(1) 选择被控参数
根据工艺可知，贮槽的液位要求维持在某给定值上下，所以直接选取液位为被控参数；
(2) 选择控制参数
从生产过程看，影响液位有两个量，流入贮槽量和流出贮槽量；构成液位系统控制的就有两种控制方案。

a) b)
图6液位控制系统；(a)调流入量q，(b)调流出量q1
选用过程检测控制设备
(1)选用DDC系统
(2) 选用DDZ-Ⅲ型变差器
(3) 根据生产工艺安全原则选择调节阀：贮槽具有单容特性，所以选用对数流量特性的调节阀
(4) 控制规律选择
5结语
过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。要保证过程控制的安全稳定性、安全性、稳定性、经济性要自确保动化仪表的正常运行。通过《过程控制与自动化仪表》这门课的学习，对过程控制和自动化仪表有了更深入的了解，同时也发现了这门课与检测技术、计算机控制系统、自动控制原理等课程紧密联系。以喷雾式干燥设备控制系统、贮槽液位控制系统设计为例，对单回路控制系统的工程设计实例做了一些概述，对被控参数与控制参数选择、过程检测控制设备的选用也有了进一步的认识。
参考文献
[1]杨丽明,张光新.化工自动化及仪表[M].北京: 化学工业出版社, 2004, pp.142--245.
[2]潘永湘.过程控制与自动化仪表第2版[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007, pp.12--234.
[3]施仁.自动化仪表与过程控制[M].北京: 电子工业出版社, 2003, pp.34--233.
自动化仪表控制系统大修、维保确认单
车间负责人

检修人员

作业时间
年 月 日 时 至 月 日 时
安全确认内容
控制系统的大修、维保必须在设备停工后进行.大修时要对系统进行全面、彻底的清洁工作;要进行系统的调试、诊断、维护和系统联校工作，并对联锁系统进行确认;大修期间还要对系统外围设备进行检查和测试.包括以下主要内容：
（1）各类接地系统，电缆连接情况检查，不同接地极之间的绝缘状况检查；接地电阻阻值检查。（2）清除设备内部，尤其是插板上的灰尘.（3）全部风扇的清洗.(4）供电系统检查，包括各种电源电压测试及调整。（5)设备进行离线诊断。（6）冗余系统切换动作检查。（7）外围设备(包括打印机、拷贝机等)清洗和检查.（8）模拟量I/O、数字量I/O逐点校验.（9)全部软件诊断.（10）检查并根据需要修改应用软件.
生产车间检修前确认
联锁系统确认：
签字: 月 日 时
安全检修前确认
安全注意事项：
签字： 月 日 时
检修人员检修后确认
确认检修是否完成;
签字: 月 日 时
生产车间检修后确认
确认检修是否达到使用要求：

签字： 月 日 时
安全检修后确认
现场是否符合规范：
签字： 月 日 时
机动科检修后确认
确认检修是否达到要求:
签字： 月 日 时
说明:1、本确认单一式两份，安全负责人留存一份,机动科负责人留一份2、本确认单，生产人员由当班班长填写，停送电人员由电气工段值班长填写，检修负责人由专项检修负责人填写，验收人员由机动科负责该项目检修的人员填写，安全负责人由安全科负责专项设备检修的人员填写.3、设备检修完成后，由机动科组织检修验收工作，填写《自动化仪表控制系统大修、维保确认单》.

自动化仪表控制系统大修、维保点位或部件核对表
作业时间
年 月 日 时 至 月 日 时
点位或部件
是否完好
点位或部件
是否完好

车间负责人

检修负责人

备注：检查正常画“√”,检查异常画“×”.
第1章自动控制系统基本概念
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、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控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图
解PI-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；
TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；
FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、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）送往控制器；
控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，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
执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
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）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
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，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，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?并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。

题1-11图反应器温度控制系统
解该温度控制系统的方块图

题解1-11图反应器温度控制系统方块图
其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；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、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。
若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。
1-12 题1-11图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的?
解：当反应器内的温度超过给定值（即升高）时，温度测量元件测出温度值与给定值比较，温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来，这样克服干扰作用对被控变量影响。
1-13按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类?
解：按给定值形式不同，自动控制系统可以分为以下三类：
·定值控制系统——给定值恒定的控制系统。
·随动控制系统（自动跟踪系统）——给定值随机变化的系统。
·程序控制系统——给定值按一定时间程序变化的系统。
1-19某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，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：最大偏差、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900´（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?

题1-19图温度控制系统过渡过程曲线
解最大偏差A=950-900=50（℃）；
超调量B=950-908=42（℃）；
由于B¢=918-908=10（℃），所以，衰减比n=B:B¢=42:10=4.2；
余差C=908-900=8℃；
振荡周期T=45-9=36(min)；
过渡时间ts=47min。
因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。
1-20题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。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?现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。

题1-20图蒸汽加热器温度控制
解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。

题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图
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、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。
该系统的过渡过程品质指标：
最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）；
由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B¢=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n=B:B¢=0.8:0.2=4；
余差C=80.7-81=-0.3（℃）。
第2章被控对象的数学模型
2-1什么是对象特性?为什么要研究对象特性?
解对象特性就是的对象的输出-输入关系。
研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。当采用
自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数(也称控制器参数的工程整定)，使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入研究。
2-2 何为对象的数学模型?静态数学模型与动态数学模型有什么区别?
解对象特性的数学描述（方程、曲线、表格等）称为对象的数学模型。
稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。稳态与动态是事物特性的两个侧面，可以这样说，动态数学模型是在稳态数学模型基础上的发展，稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。
2-8 反映对象特性的参数有哪些?各有什么物理意义?
解：放大系数K、时间常数T和滞后时间t
放大系数K在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即

对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K实质上是对象的灵敏度。
时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳态值的时间。
时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大
对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间t表示。
对象的滞后时间t，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。
2-11已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5min，放大系数为10，纯滞后时间为2min，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。
解该对象特性的一阶微分方程为

2-12如题2-12图所示的RC电路中，已知R＝5kW，C＝2000mF。试画出ei突然由0阶跃变化到5V时的eo变化曲线，并计算出t＝T、t＝2T、t＝3T时的eo值。

题2-12图 RC电路
解 RC电路的微分方程为

当ei=5V时，微分方程的解为
eo=5(1-e-t/T) = 5(1-e-t/10) (V)
（该系统的时间常数T=RC=5´103´2000´10-6=10s）
当t=T时， eo=5(1-e-T/T)= 5(1-e-1)=3.16V；
当t=2T时，eo=5(1-e-2T/T)= 5(1-e-2)=4.32V；
当t=3T时，eo=5(1-e-3T/T)= 5(1-e-3)=4.75V。

题解2-12图 RC电路的阶跃响应曲线
2-13已知一个简单水槽，其截面积为0.5m2，水槽中的液体由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在稳定的情况下，输入流量突然在原来的基础上增加了0.1m3/h，试画出水槽液位Dh的变化曲线。
解这是一个积分对象，则
(m)

题解2-13图水槽液位Dh的变化曲线
2-14为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为t0=0）突然将燃料气流量从2.5t/h增加到3.0t/h，重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如题2-14图所示。假定该对象为一阶对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输出量与输入量），并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化量的函数表达式。

题2-14图重油预热炉的
解
（输入）燃料变化量

由题图知,该系统属于一阶系统，输出量(温度)的变化量y(t)相对于输入(燃料)变化量x(t)的关系(方程)为

当x(t)=A=50/6(kg/min)=const.时，方程的解为
y(t)=KA(1-e-t/T)℃
由题图知，y(¥)=KA=150-120=30℃,则
K=30/A=30/(50/6)=3.6(℃/(kg/min))
首先不考虑延迟，y(t)的变化从t0=2min开始，到t1=8min时，实际变化时间t=6min，由题图知
y(t)=y(6)=30(1-e-6/T)=145-120=25（℃）
由此解出 T=3.35(min)
所以
y(t)=30(1-e-t/3.35)℃
若考虑滞后时间t=2min，则

微分方程为

当燃料变化量x(t)=A=1时，温度变化量的函数表达式。
由题图知，y(¥)=KA=K=150-120=30℃/(℃/(kg/min)，则
yt(t)=y(t-t)=30(1-e-(t-2)/3.35)℃
第3章检测仪表与传感器
3-1 什么叫测量过程?
解测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程
3-5某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：
标准表读数/℃
0
200
400
600
700
800
900
1000
被校表读数/℃
0
201
402
604
706
805
903
1001
(1)求出该温度仪表的最大绝对误差值；
(2)确定该温度仪表的精度等级；
(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8C，问该温度仪表是否符合要求?
解(1) 校验数据处理：
标准表读数/℃
0
200
400
600
700
800
900
1000
被校表读数/℃
0
201
402
604
706
805
903
1001
绝对误差/℃
0
+1
+2
+4
+6
+5
+3
+1
由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；
(2)仪表误差：，
仪表的精度等级应定为1.0级；
(3)仪表的基本误差：Dm=1000´(±1.0%)=±10℃,该温度仪表不符合工艺上的误差要求。
3-6如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得出下列数据：
标准表读数/MPa
0
2
4
6
8
10
被校表正行程读数/MPa
0
1.98
3.96
5.94
7.97
9.99
被校表反行程读数/MPa
0
2.02
4.03
6.06
8.03
10.01
(1)求出该压力表的变差；
(2)问该压力表是否符合1．0级精度?
解（1）校验数据处理：
标准表读数/MPa
0
2
4
6
8
10
被校表正行程读数/MPa
0
1.98
3.96
5.94
7.97
9.99
被校表反行程读数/MPa
0
2.02
4.03
6.06
8.03
10.01
压力表的变差/%
0
0.4
0.7
1.2
0.6
0.2
被校表正、行程读数平均值
/MPa
0
2.00
3.995
6.00
8.00
10.00
仪表绝对误差/ MPa
0
0.00
-0.005
0.00
0.00
0.00
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。
3-7．什么叫压力?表压力、绝对压力、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P=F/S（压强）。
（2）绝对压力是指物体所受的实际压力；
表压力=绝对压力-大气压力；
负压力（真空度）=大气压力-绝对压力
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）、波纹管式弹性元件。
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。
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P.54~P.55。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化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。
其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。
3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少?若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，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绝对误差为
Dmax=1.0MPa´1.0%=0.01MPa
在校验点0.5MPa处，绝对误差为
D=0.5-0.508=-0.008(MPa)
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根据测量大小来选取?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安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。
（2）由于仪表的基本误差Dm由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，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如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求?若采用一台测量范围为0~1.0MPa，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。
解用0~1.6MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
Dmax=1.6MPa´1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)
该表不符合工艺上的误差要求。
用0~1.0MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
Dmax=1.0MPa´1.0%=0.01MPa>0.01MPa(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1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的±5％，试选择一台合适的压力计(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pmin=1.1MPa，工作压力上限pmax=1.6MPa。设所选压力表量程为p，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有

根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa的电接点压力表。
根据测量误差要求，测量的最大误差为
Dmax£1.1´5%=0.055(MPa)
则所选压力表的最大引用误差应满足

要求，故可选精度等级为2.0级（或1.5级）的压力表。
3-19某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，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)。
解合成塔控制压力14MPa为高压，设所选压力表的量程为p，则

根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa的电接点压力表。
根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足

要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。
3-20现有一台测量范围为0~1.6MPa，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其结果为：
被校表读数/MPa
0．0 0．4 0．8 1．2 1．6
标准表上行程读数/MPa
0．000 0．385 0．790 1．210 1．595
标准表下行程读数/MPa
0．000 0．405 0．810 1．215 1．595
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0.8~1.0MPa，测量的绝对误差不允许大于0.05MPa）?
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/MPa
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6
最大误差
标准表上行程读数/MPa
0.000 0.385 0.790 1.210 1.595

标准表下行程读数/MPa
0.000 0.405 0.810 1.215 1.595

升降变差/MPa
0.000 0. 0. 0.005 0.000
0.
标准表上、下行程读数平均值/MPa
0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595

绝对误差D/MPa
0.000 0.005 0.000 -0.013 0.005
-0.013

仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为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。
空气贮罐的压力属稳态压力，且Pmax=1.0MPa<1.6´2/3MPa；Pmin=0.8MPa>1.6´1/3MPa；最大误差Dmax=1.6´1.5%=0.024MPa<0.05MPa。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。
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动时，在节流装置前后的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。
流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。
3-28 为什么说转子流量计是定压式流量计?
解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差Dp为一常数，即
=const.（恒量）
3-32用转子流量计来测气压为0.65MPa、温度为40℃的CO2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s，求CO2的真实流量（已知CO2在标准状态时的密度为1.977kg／m3）。
解由题知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K，
T1=273+