自动化仪表作业及答案参考.doc

第一章：
作业：
1. DDZ 和QDZ 的信号传输标准，DCS 和FCS的名词解释
2. 某压力表刻度0～100kPa，在50kPa处测量值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差？
3. 某台测温仪表的测温范围为 －100～700℃，校验该表时测得全量程内最大绝对误差为＋5℃，试确定该仪表的精度等级。
4. 某台测压仪表的测压范围为 0～8MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过±0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？
5. 某待测电流约为100mA,现有0.5级量程为 0~400mA 和1.5级量程为0~100mA的两个电流表，问用哪一个电流表测量比较好？
6. 某DDZ-Ⅲ型温度变送器测量范围是300-700℃,当温度由400℃变化到600℃时,变送器的输出如何变化？
7. 差压变送器的量程为0~100 KPa，现负迁移50%，仪表的量程和测量范围分别为？
答案：
1.
QDZ信号标准：20kPa~100kPa
DCS: 集散控制系统 FCS：现场总线控制系统

2.

3.

4.

5.
解：用0.5级量程为0~400mA电流表测100mA时，最大相对误差：

用1.5级量程为0~100mA的电流表测100mA时，最大相对误差：

说明选择合理的量程，即使用1.5级表也可以比0.5级表准确。

6. 8mA ~16mA
7. 仪表的量程为100Kpa 仪表的测量范围为-50~50Kpa

第二章：
作业：课后2，4，5，6，7，8，9，11，19，20
2-2 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？

2-5由K 分度号热电偶(包括补偿导线)、冷端温度补偿器和配K 分度号的动圈仪表组成一个温度检测系统，测量显示782℃，此时室温为32℃，后来发现所用的冷端补偿器型号为S，与K 分度号热电偶不配套，则实际温度？

2-6 用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端（室温）为25C，求设备的温度？如果改用E型热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？

2-12 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。
2-19 有一台电动差压变送器配标准孔板测量流量，差压变送器的量程为16kPa，
输出为4mA～20mA，对应的流量为0t/h～50t/h。工艺要求在40t/h 时报警。问：
(1) 差压变送器不带开方器时报警值设定在多少毫安？
(2) 带开方器时，报警值又设定在多少毫安？

答案：
2-2：
解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。
（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。
2-4： 现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对为什么？正确值为多少度？
解 认为换热器内的温度为430℃不对。
设换热器内的温度为t，实测热电势为E(t，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有

E(t，30)= E(400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E型）热电偶分度表，有
E(t，0)= E(t，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28943+1801=30744mV
反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t=422.5℃

2-5：EK(782，0)= Ek(t，32)+ Es(32，0)
Ek(t，32)=32.537-0.185=32.352
EKt，0)= Ek(t，32)+ Ek(32，0)
EK(t，0)=32.352+1.285=33.637
所以 t= 809度
2-6：
解 用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t，25)=20mV，查K型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV。根据中间温度定律，
E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 mV
反查K型热电偶分度表，得t=508.4℃
若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为
EE(508.4，25)= EE(508.4，0)- EE(25，0)=37678.6-1495=36183.6mV»36.18mV。
2-7：（1）0，冷端温度，小
（2）满量程，0，大
（3）小
2-8：T=1100
2-9：8.75mV
2-11: P表=P绝-P大 P大=P绝+P负
2-12：
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1.5级的压力表。

2-19：（1） 不带开方器时，（I-4）/16=（40/50）^2 所以I=14.24mA
(2) 带开方器时，（I-4）/16=40/50 所以I=16.8mA

2-20：量程：0~H0对应的压力值，即0~pgH0, 不需要迁移

第三章作业：
1. 测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？

题3-19图 高温液体的液位测量

2. 某理想PID调节规律， Kc=2, Ti=30s,Td=0, 试画出在如图所示输入方波作用下的调节器输出波形.

3．

4．一台比例作用的电动温度调节器，量程是100-200℃，调节器输出是4-20mA，当调节器比例度变为50%，则当指示值变化25℃，相应调节器输出变化是多少？
5. 某台DDZ—Ⅲ型比例积分控制器，比例度d为100％，积分时间TI为2min。稳态时，输出为5mA。某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？

答案：
1. 解：差压液位计正压室压力
p1=rgh1+ rgH+p0
负压室压力
p2=rgh2+ p0
正、负压室的压差
Dp=p1-p2= rgH-(h2-h1) rg
H=0时，Dp= -(h2-h1) rg。
这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，Dp=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h2-h1) rg

2．（1）

（2）

3．解：
在阶跃输入作用下，即
调节器的输出为：
因此，可以从阶跃响应曲线上确定KC，Ti
A=1 ，则t=0, y=Kc

en t=Ti y=2Kc

(1) （下面一条标号为1，上面为2）Kc1=0.5， T1=0.5
Kc2=2, T2=1
(2)比例、积分作用减弱，影响比例的是P，影响积分作用的是P和Ti

4．

5. 解 控制器的放大倍数
KP=1/d=1/100%=1
控制器的积分时间TI=2min，稳态输出p0=5mA；控制器的输入变化量为A=0.2mA。经历时间t=5min。则输出变化量

所以，经历时间5min后，控制器的输出为
p=p0+Dp=5+0.7=5.7(mA)

第四章：
4-3 数字化PID 的位置式和增量式分别是什么？试比较二者优缺点。绘制增量式数字
PID 算法的程序框图

4-5 数字控制系统中，如何消除积分饱和现象？

第五章：
５－２
５－３
５－４
５－７
５－８
补充：
1. 执行器按照使用的能源可分为______、____、_________三种。
2. 调节阀的流量大小与__________和 有关。
3. 当调节阀的 情况下，所获得的流量特性称为工作流量特性。_______________________时得到的流量特性称为理想流量特性。
4. 电动执行器有__________行程和______行程两种。
5. 控制系统中选择气开阀或气关阀主要从____________角度考虑。
6. 调节阀的流量特性和什么有关？什么是阻力比系数？串联管道什么情况下发生畸变，如何畸变？
7. 流量特性的选择原则？
8. 调节阀所能控制的_____________的比值成为调节阀的可控比。
9. 调节阀流量特性的选择一般根据经验从三个方面考虑：______、____、_________。
10. 如图系统阀门气开气关型式和调节器正反作用应选

补1： 一台DDZ—Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃，当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？

解
控制器的输出变化量 p=1.6/80%=2(mA)

补充2：
某电动比例调节器的测量范围为100~200 ，其输出为0~10mA。当温度从140 变化到160 时，测得温度调节器的输出从3mA变化到7mA，试求该调节器的比例带。

补充作业：
1. 如图所示，用差压变送器测敞口容器液位，其最低液位和最高液位到仪表的距离分别为h1=1m，h2=3m,若被测介质的密度为980kg/m3,求：
1）该变送器的量程为多少？
2）是否需要迁移？迁移量为多少？

2： 某负作用理想PID调节规律， ， Ti=2min,Td=0,在t=t0时刻加入一幅值为1mA的阶跃信号，若调节器的起始工作点为6mA，试画出调节器的输出波形。

6 图示锅炉生产情况，冷水进入气鼓，经燃烧加热产生蒸汽，在生产过程中，工艺要求气鼓里的水不能烧干，不然将产生事故，甚至发生爆炸。为了保证锅炉的安全生产，试确定冷水进水管道上调节阀的气开，气关形式。

气关阀

7、图示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热，在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不损坏，现在蒸汽管道上有一只调节阀，确定其气开，气关形式。
气开阀

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