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控制仪表课后答案第,,章部分正式版

思考与练习题参考答案
第1章 模拟式控制器
思考与练习题
(1)工业上常用控制器的控制规律有哪几种？
答：工程上常用的控制器的控制规律有比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）以及比例积分微分（PID）四种，由此产生相应的四种常用控制器。
(2)在模拟控制器中，一般采用什方式实现各种控制规律？
答Uo

Ur

Uf

R2

R1

放大器K

：可以用负反馈放大器来实现。其原理组成如图3.1所示。
Uo

图3.1（a）负反馈放大电路图

 Ui

Uf

ε

K

F

图3.1(b)负反馈放大电路方框图

  由图可知：

O
根据上述三个关系式可求得输出与输入的关系为：

当放大器的放大倍数足够大时， FK>>1, 则上式分母中的1可忽略不计，上式可近似表示为：

这就是说，只要放大器的放大倍数足够大，那么在引入负反馈构成闭环后，其闭环放大倍数K′就只与反馈系数F有关。而反馈系数就是前面分析的分压系数，这样就实现了比例控制规律。由于闭环放大倍数K′与反馈系数F成倒数关系，即后者衰减，前者放大，或者是，后者为除的关系，则前者就是乘的关系。换句话说，两者之间互成逆运算关系。由此得到了启发，若要闭环放大器起积分运算作用，它的反馈电路应是微分运算电路。反之，要得到微分运算关系的放大电路，其反馈电路应该用积分电路。
(3) 试述DDZ—Ⅲ型控制器的功能。
答： DDZ—Ⅲ型控制器的作用是将变器送来的1～5VDC测量信号与1～5VDC给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PI D运算，输出4～20mADC信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。
一台DDZ—Ⅲ型工业控制器除能实现PID运算外，还具有如下功能，以适应生产过程自动控制的需要。
①获得偏差并显示其大小
②显示控制器的输出
③提供内给定信号并能进行内外给定选择
④进行正/反作用选择
⑤进行手动操作，并具有良好的手动/自动双向切换性能
(4)基型控制器由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？
答：基型控制器由控制单元和指示单元两大部分组成。控制单元包括输入电路、比例微分（PD）电路与比例积分（PI）电路、软手动与硬手动操作电路和输出电路等，指示电路包括测量信号指示电路和给定信号指示电路。
输入电路的主要作用是将测量信号与给定信号相减，获得偏差信号。并将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平VB=10V为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。
比例微分运算电路的作用是接受由输入电路送来的以10V电平为基准的输出信号对它进行比例微分运算，再经比例放大的后输出，送给比例积分电路。
比例积分运算电路主要是给控制器的控制规律引入积分作用。
手动操作是由手动操作电路实现的。
输出电路其作用是将比例积分电路送来的以10V为基准的1～5VDC电压信号转换成以0V为基准的4～20mADC输出电流送给执行机构。
指示电路的作用是将以零伏为基准的4～20mADC转换成以VB=10V为基准的1～5mADC的输出电流信号，用电流表加以指示
（5）DDZ—Ⅲ型控制器的输入电路为什么要采用差动输入方式？为什么要进行电平移动？
答： 采用差动输入方式，使引线电阻RCN上的压降VCM以共模电压形式加入输入电路，由于输入电路对共模电压信号有很强的抑制作用，使VCM不致引起误差。输出电压V01与引线电阻上的附加压降VCM1、VCM2无关，因而消除了它们对输出电压V01的影响。
在输入电路中进行电平移动，将偏差电平抬高到+10V的基准上，这样在同样条件下，运算放大器的输入端电压数值就在共模电压范围要求之内，输入电路就能正常工作了。输入电路将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平VB=10V为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。
（6）DDZ—Ⅲ型控制器有哪几种工作状态？什么是软手动状态和硬手动状态？
答： DDZ—Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）和硬手动（H）三种工作状态，软手动操作又称速度式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成积分关系而变化。硬手动操作又称比例式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成比例关系而变化。
（7）什么是控制器的无扰动切换？DDZ—Ⅲ型控制器如何实现“手动/自动”无扰动切换？为什么从软手动方式向硬手动方式切换需要事先平衡？
答：所谓无扰动切换是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰动。
Ⅲ型控制器由自动或硬手动向软手动的切换（A·HM）以及由软手动或硬手动向自动的切换(M·HA)均为无平衡无扰动的切换方式。所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事先调平衡，可以随时切换至所需要位置。
①当从任何一种操作状态切换到软手动操作时，运算放大器IC３的反向端为浮空状态，Ｖ03都能保持切换前的值，所以，凡是向软手动（M方式）方向的切换，均为无平衡无扰动的切换。
②控制器处于软手动（M方式），或硬手动（H方式）时，电容CI两端电压值等于V02，而且CI的一端与VＢ相连，在从手动向自动切换的前后是等电位的，在切换瞬间，CI没有放电现象，V03不会突变，控制器的输出信号也不会突变。所以，凡是向自动（A方式）的切换也均为无平衡无扰动的切换。
凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手动到硬手动（A、M→H），均为有平衡的无扰动切换。即要做到无扰动切换，必须事先平衡。因为硬手动操作拨盘的刻度（即VH值），不一定与控制器的输出电流相对应，因此在由其它方式向硬手操方式切换前，应拨动硬手动拨盘（即调WH电位器），使它的刻度与控制器的输出电流相对应，才能保证切换时不发生扰动。

第2章  变送器
思考与练习题
（1）变送器主要包括哪些仪表？各有何用途？
答：变送器主要包括压力变送器、差压变送器、流量变送器、液位变送器、温度变送器等；各自将被测工艺参数，如压力、差压、流量、液位、温度等物理量转换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和控制器，供显示、记录、运算、控制、报警等。
（2）变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线性关系？
答：变送器都是基于负反馈的原理来工作的；保证放大器的放大系数和反馈系数为常数可使输入信号与输出信号之间呈线性关系。
（3）何谓零点迁移？为什么要进行零点迁移？零点迁移有几种？
答：使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应,即在xmin≠0时，使Y=ymin的调整，为零点迁移；零点迁移是为了保证变送器的在不同的输入范围时其输出仍是标准信号；零点迁移有正迁移和负迁移。
（4）何谓量程调整和零点调整？
答：量程调整是使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。零点调整是使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应,即在xmin=0时，使Y=ymin。
（5）电容式、扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器与矢量机构式差压变送器相比有什么优点？
答：与矢量机构式差压变送器相比，电容式差压变送器是微位移式变送器，无杠杆系统，体积小，它以差动电容膜盒作为检测元件，并且采用全密封熔焊技术，因此整机的精度高、稳定性好、可靠性高、抗振性强，其基本误差一般为±0.2％或土0.25％。
扩散硅式差压变送器也是微位移式两线制差压变送器。它的检测元件采用硅杯压阻传感器，由于单晶硅材质纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好、体积小、重量轻、结构简单和精度高。
采用微位移式电平衡工作原理，没有机械传动、转换部分；外形美观、结构小巧，重量轻；调整方便，零点、满量程、阻尼均在仪表外部调整，且零点和满量程调整时互不影响；具有独特的电感检测元件，敏感检测元件所在的测量头部分采用全焊接密封结构；计算机进行温度、压力补偿，不需要调整静压误差。
振弦式差压变送器通过振弦去改变谐振电路的谐振频率，将差压的变化转换成振弦张力的变化，输出可以是频率或电流。
（6）电容式差压变送器如何实现差压-位移转换？差压-位移转换如何满足高精度的要求？
答：在电容式变送器中，电容膜盒中的测量膜片是平膜片，平膜片形状筒单，加工方便，但压力和位移是非线性的，只有在膜片的位移小于膜片的厚度的情况下是线性的，膜片在制作时，无论测量高差压、低差压或微差压都采用周围夹紧并固定在环形基体中的金属平膜片做感压膜片，以得到相应的差压-位移转换。
由于膜片的工作位移小于0.1mm，当测量较低差压时，则采用具有初始预紧应力的平膜片；在自由状态下被绷紧的平膜片；具有初始张力。这不仅提高线性，还减少了滞后。对厚度很薄，初始张力很大的膜片，其中心位移与差压之间也有良好的线性关系，满足高精度的要求。
(7)电容式差压变送器如何保证位移-电容转换关系是线性的？
答：中心感压膜片位移△S与差动电容的电容量变化示意图如图2.1所示。设中心感压膜片与两边弧形电极之间的距离分别为S1、S2。

图2.1  差动电容变化示意图
当被测差压△Pi＝0时，中心感压膜片与两边弧形电极之间的距离相等，设其间距为S0，则Sl＝S2=S0；在有差压输入，即被测差压ΔPi≠0时，中心感压膜片在△Pi作用下将产生位移ΔS， 则有Sl＝S0+△S和S2＝S0－△S。
若不考虑边缘电场影响，中心感压膜片与两边弧形电极构成的电容Ci1和Ci2，可近似地看成是平行板电容器，其电容量可分别表示为

可见，两电容量的差值与中心感压膜片的位移△S成非线性关系。显然不能满足高精度的要求。但若取两电容量之差与两电容量和的比值，则有

差动电容的相对变化值与△S成线性关系，要使输出与被测差压成线性关系，就需要对该值进行处理。
（8）对于不同测量范围的1151电容式差压变送器，为什么整机尺寸无太大差别？
答：由于膜片的工作位移小于0.1mm，当测量较低差压时，则采用具有初始预紧应力的平膜片；在自由状态下被绷紧的平膜片；具有初始张力。这不仅提高线性，还减少了滞后。对厚度很薄，初始张力很大的膜片，其中心位移与差压之间也有良好的线性关系。
当测量较高差压时，膜片较厚，很容易满足膜片的位移小于膜片的厚度的条件，所以这时位移与差压成线性关系。
可见，在1151变送器中，通过改变膜片厚度可得到变送器不同的测量范围，即测量较高差压时，用厚膜片；而测量较低差压时，用张紧的薄膜片；两种情况均有良好的线性，且测量范围改变后，其整机尺寸无多大变化。
（9）简述扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器力-电转换的基本原理。
答 对于扩散硅式，当被测差压ΔP 作用于测量室内隔离膜片时，膜片通过硅油将压力传递给硅杯压阻传感器，于是电桥就有电压信号输出到放大器。当硅杯受压时，压阻效应作用使其扩散电阻（即应变电阻）阻值发生变化，使检测桥路失去平衡，产生不平衡电压输出。
对于电感式，被检测的工业过程流体（液体、气体或蒸汽）的压力或差压通过膜盒的隔离膜片和灌充液体（硅油）传递到中心敏感膜片上，从而使中心敏感膜片变形，即产生位移，其位移的大小与过程压力（或差压）成正比，中心敏感膜片的中央部位装有铁淦氧磁片，它与两侧固定的电磁回路组成一差动变压器。差动变压器电感量的变化与中心敏感膜片的位移量成正比。从而实现了将压力（或差压）变化转换成电参数（电感量）变化的目的。
对于振弦式，振弦式差压变送器的基本原理，就是将压力或差压的变化转换成振弦张力的变化，从而使振弦的固有谐振频率变化，并通过振弦去改变谐振电路的谐振频率。检测出这个电信号的频率就检测到了差压的大小。实际使用中可以将这个频率直接输出，也可以变换成电流输出。
（10）温度变送器接受直流毫伏信号、热电偶信号和热电阻信号时应该有哪些不同？
答：直流毫伏温度变送器用于把直流毫伏信号转换为4～20mA直流电流信号，由检测元件送来的直流毫伏信号和调零与零点迁移电路产生的调零信号的代数和同由反馈电路产生的反馈信号进行比较，其差值送入电压放大器进行放大，再经功率放大器各隔离输出电路转换得到整机的4～20mA直流电流输出信号。
热电偶温度变送器与各种热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它在直流毫伏温度变送器的电路基础上做了如下改动：在输入回路增加了由Rcu电阻组成的热电偶冷端补偿电路；同时在电路安排上把调零电位器Wi移到了反馈回路的支路上；在反馈回路中增加了运算放大器构成的线性化电路。
热电阻温度变送器与各种热电阻配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它在直流毫伏温度变送器的电路基础上做了如下改动，输入回路增加了线性化电路，热电阻导线电阻补偿电路，同时零点调整电路有所改变。
（11）采用热电偶测量温度时，为什么要进行冷端温度补偿？一般有哪些冷端温度补偿方法？
答:热电偶产生的热电势Et，与热电偶的冷端温度有关。当冷端温度不固定时，Et也随之变化，从而带来测量误差。因此，需对热电偶的冷端温度进行补偿，以减小热电偶冷端温度变化所引起的测量误差。
冷端温度补偿方法，在输入回路增加了由Rcu电阻组成的热电偶冷端补偿电路
(12)采用热电阻测量温度时，为什么要进行引线电阻补偿？一般有哪些引线电阻补偿方法？
答:采用热电阻测量温度时，若不考虑引线电阻补偿，引线电阻的压降会带来测量误差，
考虑引线电阻补偿，热电阻与桥路之间采用三线制的连接方式。
第3章 执行器
（1）执行器在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？
答：执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分，它的作用是接受来自控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定的要求。
电动执行器能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信号传送，便于和电子计算机配合使用。但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。
气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器，具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点，在过程控制中获得最广泛的应用。但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点，为了克服此缺点，可采用电/气转换器或阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动，这是电/气结合的一种形式，也是今后发展的方向。
（2）执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
答：执行器由执行机构和调节机构（又称为调节阀）两个部分组成
执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。
（3）简述电动执行器的构成原理，伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？
答：电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。伺服放大器是由前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分组成。执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。
伺服放大器综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转
前置级磁放大器是一个增益很高的放大器，来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较，当两者不相等时，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，放大器输出电压，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。使主回路的可控硅导通，两相伺服电动机接通电源而旋转，从而带动调节机构进行自动控制。可控硅在电路中起无触点开关作用。伺服放大器有两组开关电路，即触发器与主回路有两套，各自分别接受正偏差或负偏差的输入信号，以控制伺服电动机的正转或反转。与此同时，位置反馈信号随电动机转角的变化而变化，当位置反馈信号与输入信号相等时，前置放大器没有输出，伺服电机停转。
伺服电动机是执行器的动力装置，它将电功率变为机械功率以对调节机构作功。但由于伺服电机转速高，满足不了较低的调节速度的要求，输出力矩小带动不了调节机构，故必须经过减速器将高转速，小力矩转化为低转速大力矩的输出。
位置发送器的作用是输出一个与执行器输出轴位移成比例的电信号，一方面借电流来指示阀位，另一方面作为位置反馈信号至输入端，使执行器构成一个位置反馈系统。
来自控制器的电信号ID作为伺服放大器的输入信号，与位置反馈信号If进行比较，其差值（正或负）经放大后去控制两相伺服电动机正转或反转，再经减速器减速后，使输出产生位移，即改变调节阀的开度（或挡板的角位移。）与此同时，输出轴的位移又经位置发送器转换成电流信号If，作为反馈信号，被返回到伺服放大器的输入端。当反馈信号If与输入信号ID相等时，电动机停止转动，这时调节阀的开度就稳定在与控制器输出信号ID成比例的位置上。
伺服电机的转向和位置与输入信号的关系：如输入电信号增加，则输入信号与反馈信号的差值为正极性，伺服放大器控制电动机正转；相反，输入电流信号减小，则差值信号为负，伺服放大器控制电动机反转，即电动机可根据输入信号与反馈信号差值的极性产生正转或反转，以带动调节机构进行开大或关小阀门。
（4）伺服放大器是如何控制电机的正反转？
答：伺服放大器综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转。
伺服放大器是由前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分组成。
前置级磁放大器是一个增益很高的放大器，来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较，当两者不相等时，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，放大器输出电压，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。使主回路的可控硅导通，两相伺服电动机接通电源而旋转，从而带动调节机构进行自动控制。可控硅在电路中起无触点开关作用。伺服放大器有两组开关电路，即触发器与主回路有两套，各自分别接受正偏差或负偏差的输入信号，以控制伺服电动机的正转或反转。与此同时，位置反馈信号随电动机转角的变化而变化，当位置反馈信号与输入信号相等时，前置放大器没有输出，伺服电机停转。
（5）确定调节阀的气开、气关作用方式有哪些原则？试举例说明。
答：执行器分气开式和气关式两种。它的选择主要根据调节器输出信号为零（或气源中断）时使生产处于安全状态的原则确定。如果发生断电或其他事故引起供气系统发生故障信号压力中断时，调节阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员。调节阀处于全开位置造成的危害较小，则选用气关式，反之选用气开式。例如：一般蒸汽加热器选气开式，一旦气源中断，阀门处于全关状态，停止加热，使设备不致因温度过高而发生事故或危险。锅炉进水的调节阀则选用气关式，当气源中断时，仍有水进入锅炉，不致产生烧干或爆炸事故。
（6）直通单、双座调节阀有何特点，适用于哪些场合？
答：直通单座阀阀体内只有一个阀芯和阀座，这一结构特点使它容易保证密闭，因而泄漏量很小（甚至可以完全切断）。同时，由于只有一个阀芯，流体对阀芯的推力不能像双座阀那样相互平衡，因而不平衡力很大，尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大。因此，直通单座阀适用于泄漏要求严、阀前后压差较小、小管径的场合。
直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀座，双座阀的阀芯采用双导向结构，只要把阀芯反装，就可以改变它的作用形式。因为流体作用在上、下两阀芯上的不平衡力可以相互抵消，因此双座阀的不平衡力小，允许使用压差较大，流通能力比同口径的单座阀大。但双座阀上、下阀不易同时关闭，故泄漏量较大，尤其使用于高温或低温时，材料的热膨胀差更容易引起较严重的泄漏。所以双座阀适用于两端压差较大的、泄漏量要求不高的场合，不适用于高粘度介质和含纤维介质的场合。
（7）什么是调节阀的可调比？串联或并联管道时会使实际可调比如何变化？
答： 调节阀的可调比就是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比。可调比也称为可调范围，用R表示。

调节阀串联管道工作情况由于流量的增加，管道的阻力损失也增加。若系统的总压差ΔP不变，则分配到调节阀上的压差相应减小，这就使调节阀所能通过的最大流量减小，所以串联管道时调节阀实际可调比就会降低，
并联管道实际可调比与调节阀本身的可调比无关。调节阀的最小流量一般比旁路流量小得多，所以可调比实际上只是总管最大流量与旁路流量之比值。
（8）什么是调节阀的流通能力？确定流通能力的目的是什么？
答：流通能力为：当调节阀全开时，阀前后压差ΔP为0.1Mpa、流体重度为1g/cm3时，每小时通过调节阀流体的流量数，以m3/h或kg/h计。

调节阀口径的大小决定于流通能力C。所以确定流通能力的目的是合理的选择调节阀的口径，
（9）什么是调节阀的流量特性？什么是调节阀的理想流量特性和工作流量特性？为什么说流量特性的选择是非常重要的？
答：调节阀的流量特性，是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系，即：

式中：    —相对流量，即某一开度的流量与全开流量之比；
—相对开度，即某一开度下的行程与全行程之比。
当调节阀前后压差一定的情况下得到的流量特性，称之为理想流量特性。
在实际使用时，调节阀安装在管道上，与其它设备串联，或者与旁路管道并联，因而调节阀前后的压差是变化的。此时，调节阀的相对流量与阀芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。从过程控制的角度来看，流量特性是调节阀主要的特性，它对整个过程控制系统的品质有很大影响，不少控制系统工作不正常，往往是由于调节阀的流量特性选择不合适。
（10）为什么要使用阀门定位器？它的作用是什么？
答：工业企业中自动控制系统的执行器大都采用气动执行器。由于执行机构部分的薄膜和弹簧的不稳定性和各可动部分的摩擦力，例如为了防止阀杆引出处的泄漏，填料总要压得很紧，致使摩擦力可能很大，此外，被调节流体对阀芯的作用力，被调节介质粘度大或带有悬浮物、固体颗粒等对阀杆移动所产生的阻力。所有这些都会影响执行机构与输入信号之间的准确定位关系，影响气动执行器的灵敏度和准确度。因此在气动执行机构工作条件差或要求调节质量高的场合，都在气动执行机构前加装阀门定位器。
阀门定位器是气动执行器的主要附件，具有以下作用：
①提高阀杆位置的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除被控介质压力变化与高压差对阀位的影响，使阀门位置能按控制信号实现正确定位。
②增加执行机构的动作速度，改善控制系统的动态特性。
③可用0.2～1.0Kgf/cm2的标准信号压力去操作0.4～2.0Kgf/cm2的非标准信号压力的气动执行机构。
④可实现分程控制，用一台控制仪表去操作两台调节阀，第一台调节阀上定位器通入0.2～0.6Kgf/cm2的信号压力后阀门走全行程，第二台调节阀上定位器通入0.6～1.0Kgf/cm2的信号压力后阀门走全行程。
⑤可实现反作用动作。
⑥可修正调节阀的流量特性。
⑦可使活塞执行机构和长行程执行机构的两位式动作变为比例式动作。
⑧采用电/气阀门定位器后，可用0～10mADC或4～20mADC电流信号去操作气动执行机构，一台电/气阀门定位器具有电/气转换器和气动阀门定位器的双重作用。

仪表与控制思考题与习题
第一章
2．自动控制系统有哪些基本组成部分?
答：一个自动控制系统只要由以下基本见构成：(1)整定文件；(2)测量元件；(3) 比较文件；(4)放大元件；(5)执行元件；(6)校正元件； (7)能源元件。
3．自动控制系统由哪些形式？
答：(1)闭环控制;(2)开环控制；(3)复合控制。
4．方块图和传递函数有什么作用？
答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。
6．评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标？
答：评价自动控制系统的过渡过程基本指标有：(1)最大偏差A；(2)过渡时间ts;(3)余差C；(4)衰减比；(5))振荡周期Tp.
7有哪些常用控制方式？
答：常用控制方式有：(1)位式控制；(2)比例控制；(3)比例积分控制；(4)比例积分微分控制。
9．逻辑代数有哪些基本运算？有哪些基本性质？
答：逻辑代数基本运算有：(1)单变量运算:‘‘非’’函数，‘‘是’’函数；(2)双变量(多变量)运算：‘‘与’’函数，‘‘或’’函数。
基本性质为：置换律、结合律。
11怎样由卡诺图建立或简化逻辑表发式？
答：基本方法是：化步伐逻辑关系式或真值表中的各项对应地填入图中，标为‘‘1’’，余下的空格填为‘‘0’’；当响铃的偶数个格(对称的)皆为‘‘1’’时，就可将之合并简化为逻辑表达式的一项，其余变量之间为逻辑乘关系，其余‘‘0’’项不考虑。
14．智能控制系统的基本功能是什么？
答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。
第二章
1、 检测仪器有哪些基本部分组成？各有什么作用？
答：检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。
传感器的作用：感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。
变换机的作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转变成统一的信号，供给显示器等。
显示器的作用：想观察者显示被检测数值的大小。
传输通道的作用：连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。
2、 检测仪表的性能指标是什么？简述重要性能指标。
答：仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。详见P71-77。
3、 水质自动监测站点如何选择？
答在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。详见P108-109
4、PH测量的基本方法和原理是什么？
答：PH测量的基本方法：电极电位法。原理是：PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。
5、 溶解氧测量的基本方法和原理是什么？
答：碘量法：在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，
并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。
高锰酸钾法：用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。
叠氮化钠修正法：叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。
膜电极法：氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。
电导测定法：利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子，如氧化氮气与溶解氧生成硝酸根离子，增加电导率，即可求得溶解氧含量。
6、 色度测量的基本方法和原理是什么？没找到答案。
7、 浊度测量的基本方法和原理是什么？
答：浊度测量的基本方法：透光测定法，散色光测定法，透射光和散射光比较测定法，表面散射光法。原理都是光电光度法。
8、 生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？
答：生化需氧量（BOD）测量的基本方法：五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。
五天培养法：水样经过稀释后，在（20±1℃）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值记为BOD5。如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。
检压法：将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。
9、 化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？
答：基本方法有：重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法
重铬酸钾法：水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。
酸性高锰酸钾法：水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，剩余的高锰酸钾以草酸回滴，然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。
碱性高锰酸钾法：在碱性溶液中，高锰酸钾氧化水中的还原性物质，酸化后，加入过量的草酸钠溶液，再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。
10、 紫外（UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？
答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。
14．可编程控制器的基本组成？
答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。
11．流量测量仪表有哪些类型?在给水排水工程中常用的有哪些？
答：1.节流流量计，2.容积流量计，3.面积流量计，4.叶轮流量计，5.电磁流量计，6.超声波流量计，7.量热式流量计，8.毕托管，9.层流流量计，10.动压流量计，11.质量流量计，12.流体震动流量计，13.激光多普勒流量计。在给水排水常用的有压差流量计，超声流量计，浮子流量计，明渠流量计，电磁流量计。
15．PLC控制系统与电器控制系统比较有什么特点？
答：1.可靠性高抗干扰能力强，2.编程简单实用方便，3.功能完善通用性强，4.设计安装简单维护方便，5.体积小重量轻能耗低。

16．PLC的性能指标是什么?有哪些发展趋势？
答：PLC的性能指标：1.存储容量，2.I/O点数，3.扫描速度，4.指令的功能与数量，5.内部元件的种类与数量，6.特殊功能单元，7.课扩展能力。发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展，2.向超大型、超小型两个方向发展，3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力，4.增强外部故障的检测与处理能力，5.编程语言多样化。
17．积水排水工程自动化常用的执行设备有哪些类？各有什么作用？
答：各种泵与各种阀门。泵取水排水，阀门控制流量
18．往复泵与离心泵的工作特性、调节特性有什么差别？各有什么特点?
答：（1）往复泵的瞬时流量取决于活塞面积与活塞瞬时运动速度之积，由于活塞运动瞬时速度的不断变化，使得它的流量不均匀，但是在一段时间内输送的液体量却是固定的，仅取决于活塞面积、冲程和往复频率。往复泵可用旁路阀调节流量，泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。流量调节也可以采用改变电机转速，从而改变柱塞往复运行速度的方式或冲程长度，即调节行程百分比的方式进行。这两种方式都易于实现自动化控制。（2）离心泵：对应不同的转速，有不同的水泵特性曲线，各种转速下的水泵特性曲线组成一个特性曲线族；在不同转速的水泵特性曲线之间，存在效率相等的相似工况点，将这些等效率点连成线，则构成等效率曲线及等效率曲线族

19．离心泵的阀门调节与变速调节有那些差别？
答：变速调节改变水泵的特性曲线，阀门调节则是改变管路特性曲线。变速调节是一种节能的调节方式，阀门调节时一种耗能的调节方式。
20．调节阀与电磁阀的作用是各是什么？
答：在各类阀门中，电磁阀起对管路的通断控制作用，相当于管路开关；调节阀起流量的调节作用，改变调节阀的开启度就可以改变通过的流量。
21．调节阀有哪些常见类型？何为调节阀的理想特性与工作特性？
答：按阀体与流通介质的关系可将调节阀分为直通式和隔膜式，按阀门控制信号的种类可分为气动与电动调节阀。在阀前后压差恒定时得到的流量特性称为理想流量特性，在实际应用中，阀前后的压差即在调节阀上的压力降都是随流量变化的，此时的流量特性就是工作流量特性。
第三章
1. 对水泵及管理系统调节的意义是什么？
答：管道系统是给水排水工程的重要组成部分，水泵更是极为常见的给水排水设备。以给水工程为例，输配水管网担负着输送、分配水的任务，它的造价占给水系统总造价的主要部分;管道系统往往是由水泵加压供水的有压系统，与水泵及水泵站的关系密切，它的运行费用在给水系统运行费用构成中占第一位。采取技术措施，合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。
2. 水泵工况调节有哪些类型？
答：（1）通过水泵出水口管路上的阀门来改变管路特性，实现水泵工况点的调节;
（2）改变水泵的转速,从而改变水泵的特性曲线，实现水泵工况点的调节。
3.双位控制系统的优缺点有哪些？
答：优点：高效节能； 延长设备使用寿命；功能齐全。缺点：精度低 ，水压波动较大。
4.水泵的调速术有那些？常用的有那些？
答：（1）串级调速；（2）液力耦合器调速；（3）变频调速。常用的是变频调速。
5.变频调速的原理与特点是什么？
答：原理：它通过改变水泵工作电源频率的方式改变水泵的转速。
特点：调节精度高；可以实现水泵的“软启动”。
6.何为水泵的“软启动”？
答：水泵从低频电源开始运转，即由低速下逐渐升速，直至达到预定工况，而不是按照常规一启动就迅速达到额定转速。
7.恒压给水系统的压力控制点有哪些设置方式，各有什么特点？
答：（1）将控制点设在最不利点处，直接按最不利点水压进行工况调节；（2）将控制点设于水泵出口，按该点的水压进行工况调节，间接地保证最不利点的水压稳定。
特点：略。
9.污水泵站组合运行有什么意义？
答：在污水提升泵站中，使用微机控制变速与定速水泵组合运行，可以保持进水位的稳定，降低能耗，提高自动化程度。
10.给水监控与调度系统的基本功能与常见组成方式是什么？
答：基本功能：（1）集中监控与控制；（2）预测咨询系统；（3）设备管理与运转台账；（4）管路台账；（5）管网计算与工况分析。
组成方式：自主控制子系统、管网事故处理子系统、设备管理子系统、预测子系统等。
11.自动控制系统可以采取哪些抗干扰措施？
答：（1）供电电源；（2）信号传输；(3)所有I/O信号（开关量信号）均经光电隔离设施；（4）配电箱、工作台等电气设备外壳均接保护地，计算机系统采用一点接地、系统浮空措施，控制共模干扰；（5）计算机系统的稳压电源具有过压、欠压和过流保护能力；前置机掉电，数据能持