过程仪表复习资料

一、填空题（每空1分，共30分）1、过程控制的特点有系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成、被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计、控制方案丰富多彩，控制要求越来越高、控制过程大多属于满变过程与参量控制、定值控制是过程控制的主要形式。2、建立过程数学模型的途径有解析法、实验辨识发、解析法与实验辨识相结合3、过程控制的五大参数是温度、压力、流量、液位、成分4、DDZ-Ⅲ型调节器输入电路的主要作用是形成偏差输入信号、电平移动5、调节阀的三种典型固有理想流量特性是直线型、等百分比（对数）型、快开型。6、调节器参数的工程整定方法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法。7、在工业中测量温度最常用的两种传感器是热电阻、热电偶。8、DDZ-Ⅲ型力平衡差压变送器的结构包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器、电磁反馈机构.9、差压式流量计常用的节流装置有孔板、喷嘴、文都利管.10、工业生产对过程控制的要求最终可以归纳为安全性、经济性、稳定性11、检测误差若按检测数据中呈现的规律可分为系统误差、随机误差、粗大误差12、热电偶温度仪是基于热电效应原理制成的，热电阻的测温原理是以热阻效应为基础。13、温度变送器的特点有采用了线性集成运算放大电路、采用了通用模块与专用模块相结合的设计方法、采用了线性化电路、采用了统一的24VDC集中供电、采用了安全火花防暴措施。14、调节器基本的连续调节规律有比例（P）、积分（I）、微分（D）。15、在用红外式检测仪进行检测时，待测气体需要满足的条件待测气体必须存在红外吸收峰、待测气体与混合气体中其他气体无化学反应、若混合气体中有干扰组分，则先进行预处理、保证kcl﹤1。16、执行器按照工作能源可分为液动（液压）执行器、气动执行器、电动执行器。二、分析与问答（每题10分，共20分）1、图2-1为换热器的示意图，加热蒸汽通过换热器中的排管把热量传给排管内流动的被加热物料，物料的出口温度用蒸汽来调节。（1）、画出该系统的方框图；（2）、方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？（1）、框图中用文字表达也可以。（共5分）（2）控制器)(sGc的输入信号是偏差)(sE（)()(sBsR），输出为控制信号)(sU；执行器)(vG的输入信号为控制信号)(sU，输出信号为调节阀的开度)(sM；被控对象)(0sG的输入信号为调节阀的开度)(sM，输出信号为被控参数温度)(sC；检测变送环节)(sGm的输入信号为被控参数温度)(sC，输出信号为检测元件得到的温度实际值)(sB；整个系统的输入信号为设定值)(sR，输出值信号为热物料的温度)(sC。2、用热电阻检测温度时，当检测点与仪表间的距离较远时，应如何避免引线电阻带来的误差？热电阻工作在热体现场，而显示仪表安装在远离现场的控制室，因此二者之间的连接导线电阻必然会给热电阻工作造成误差。为了避免引线误差，工业上通常采用三线制接法，如右图所示。三线中两线同时由热电阻一端接出，并且在桥式电路中分别电桥电源回路和一个桥臂，它与热电阻另一端引线电阻形成相邻桥臂。只要引线电阻相等（均为wr），引线电阻的影响就会对消，电桥输出电压u就唯一得取决于热电阻的变化。1、图2-1为换热器的示意图，加热蒸汽通过换热器中的排管把热量传给排管内流动的被加热物料，物料的出口温度用蒸汽来调节。（1）、画出该系统的方框图；（2）、分析该系统属于什么类型的控制系统，并说明理由。图2-1（2）答出前馈-反馈控制系统得2分，说明理由3分。（5分）当冷物料发生波动时，前馈控制器及时发出控制指令，补偿冷物料流量变化对换热器出口温度的影响；同时对未引入前馈的冷物料温度、蒸汽压力等扰动对出口温度的影响，则由反馈控制器来克服，因此属于前馈-反馈控制控制系统。2、简述电-气阀门定位器的功能。（1）、用来改善调节阀的定位精度。能以较大功率克服阀杆的摩擦和消除介质不平衡力等影响，使调节阀能按调节器的输出正确定位，因而有比较可靠的定位作用。（2）、改善阀门的动态特性。减小控制信号的传送滞后，加快执行机构的执行速度，尽快克服干扰或负荷的变化，减小超调量。（3）、改变阀门动作方向。可以方便地将气开式阀门改为气关式阀门。（4）、用于分程控制。可以利用两个阀门定位器实现用一个调节器控制两个或两个以上的调节阀，使每个调节阀在调节器输出信号的不同范围内做全行程移动。三、设计综合题（35分）1、如3-1图所示，为锅炉的生产情况，即冷水进入汽鼓，经燃烧加热产生蒸汽，在生产过程中，工艺要求汽鼓里大水不能被水烧干，不然将产生事故，甚至发生爆炸。为了保证锅炉的安全生产，试设计一个简单的液位控制系统，并指出调节器的类型。（15分）图3-1设计步骤：（1）被控参数的选择。根据工艺要求，由于液位测量比较容易，可以直接选择温度为直接被控参数。（2分）（2）控制参数的选择。影响锅炉液位的参数有两个，一个是给水量，一个是蒸汽的量。由工艺过程可知，生产的蒸汽量是送给用户的，它的用量大小是不可知的，因此选给水量作控制参数比较合理。（3分）（3）控制仪表的选择。a、测量元件及变送器的选择。可选用差压式传感器与DDZ-Ⅲ型差压变送器以实现锅炉液位的测量和变送。（2分）b、调节阀的选择。根据生产工艺、设备安全原则，宜选用气开型调节阀，选对数流量特性的调节阀即可满足要求。（2分）c、调节器的选择。由于锅炉液位的精度要求比较高，需要消除稳态误差，因此必须选择PI调节规律。当执行器的开度增大（减小），液位高度也增加（减小），故为正作用过程，0K为正；因调节阀选为气开型，vK也为正；测量环节的mK一般为正。因此，根据单回路系统各部分增益为正的原则，调节器的cK应为正，即为反作用方式的调节器。（3分）据此可画出液位控制系统的带控制点的工艺流程图，如右图。（2分）（4）调节器参数整定。采用响应曲线法进行参数整定。（1分）2、如下图所示为管式加热炉的原料油与燃料油阀前压力的控制系统。生产工艺要求一旦发生事故，应立即关闭燃料油的供应，试问：（20分）（1）、该控制系统的类型；（2）、画出该控制系统的框图；（3）、确定调节阀的气关、气开形式，并说明理由；（4）、选择调节器的正、反作用方式。（1）该系统为压力-温度串级控制系统。从带控制点的工艺流程图可知，压力调节器的设定值是温度调节器的输出值，并且有两个回路，所以是串级控制系统。（4分）（2）该系统的框图为：（4分）其中)(1scG为主调节器：温度调节器；)(2scG为副调节器：压力调节器；)(01sG为主被控对象：加热炉；)(02sG副被控对象：燃料管道；)(1smG为主测量环节：温度；)(2smG为副测量环节：压力；)(sC为被控参数：温度；)(sR为设定值。（3）当压力调节器的输出为0时，为了保证加热炉的安全，此时应该要关闭蒸汽，因此调节阀应该选气开型。（4分）（4）主副调节器正反作用的确定。a、副调节器正反作用的确定。因调节阀选为气开型，vK为正；当调节阀的开度增大（减小），燃料压力增大（减小），副被控对象的被控参数压力也增加（减小），故为正作用过程，20K为正；副测量环节的2mK一般为正，为了保证副环是负反馈，即2022mVCKKKK﹥0，因此2cK﹥0，即为反作用。（4分）b、主调节器正反作用的确定。副被控对象的被控参数压力增加（减小），主被控对象的被控参数温度也增加（减小），故为正作用过程，10K为正；主测量环节的1mK一般为正，由于副环已经校正为正，所以1cK﹥0，即为反作用。（4分）1、如图3-1所示，用蒸汽将进入热交换器的冷水加热到一定温度。生产工艺要求热水温度维持恒定，试设计一个简单的温度控制系统，并指出调节器的类型。（15分）图3-1设计步骤：（1）被控参数的选择。根据工艺要求，由于温度测量比较容易，可以直接选择温度为直接被控参数。（2分）（2）控制参数的选择。影响交换器出口热水温度的参数有两个，一个是流入热交换器的冷水流量和温度，一个是蒸汽的流量。由工艺过程可知，用蒸汽将进入热交换器的冷水加热到一定温度，从节能要求考虑，应该选择蒸汽作控制参数比较合理。（3分）（3）控制仪表的选择。a、测量元件及变送器的选择。可选用热电阻或热电偶做测量元件，配用相应的温度变送器以实现热水的测量和变送。（2分）b、调节阀的选择。根据生产工艺、设备安全原则，宜选用气开型调节阀，选对数流量特性的调节阀即可满足要求。（2分）c、调节器的选择。由于温度控制是大惯性、时滞系统，必须选择PID调节规律。当蒸汽流量增大（减小），被控对象的被控参数温度也增加（减小），故为正作用过程，0K为正；因调节阀选为气开型，vK也为正；测量环节的mK一般为正。因此，根据单回路系统各部分增益为正的原则，调节器的cK应为正，即为反作用方式的调节器。（3分）据此可画出该温度控制系统的带控制点的工艺流程图，如右图。（2分）（4）调节器参数整定。采用响应曲线法进行参数整定。（1分）2、如图3-2所示为一精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的控制系统。生产工艺要求一旦发生事故立即关闭蒸汽供应，试问：（20分）（1）、该控制系统的类型；（2）、画出该系统的框图；（3）、确定调节阀的气关、气开形式，并说明理由；（4）、选择调节器的正、反作用方式。图3-2（1）该系统为温度-流量串级控制系统。从带控制点的工艺流程图可知，流量调节器的设定值是温度调节器的输出值，并且有两个回路，所以是串级控制系统。（4分）（2）该系统的框图为：（4分）其中)(1scG为主调节器：温度调节器；)(2scG为副调节器：流量调节器；)(01sG为主被控对象：精馏塔；)(02sG副被控对象：蒸汽管道；)(1smG为主测量环节：温度；)(2smG为副测量环节：流量；)(sC为被控参数：温度；)(sR为设定值。（3）当流量调节器的输出为0时，为了保证在沸器和精馏塔的安全，此时应该要关闭蒸汽，因此调节阀应该选气开型。（4分）（4）主副调节器正反作用的确定。a、副调节器正反作用的确定。因调节阀选为气开型，vK为正；当调节阀的开度增大（减小），蒸汽流量增大（减小），副被控对象的被控参数流量也增加（减小），故为正作用过程，20K为正；副测量环节的2mK一般为正，为了保证副环是负反馈，即2022mVCKKKK﹥0，因此2cK﹥0，即为反作用。（4分）b、主调节器正反作用的确定。副被控对象的被控参数流量增加（减小），主被控对象的被控参数温度也增加（减小），故为正作用过程，10K为正；主测量环节的1mK一般为正，由于副环已经校正为正，所以1cK﹥0，即为反作用。（4分）四、计算分析(15分)1、某测温仪表的测量范围为0～500℃，输出信号为4～20mADC，欲将该仪表用于测量200～1000℃的某信号，试问应作如何调整？（8分）2、用一只K型热电偶测量一个电炉的温度t，已知冷端的温度为30℃，测得的热电势为21.995mV，求该电炉的实际温度。分度表如下：（7分）工作端温度0102030405060708090热电势/mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4632.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.73740016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34627.77223.19823.62424.05024.476答：其调整过程下如图所示。1）首先将仪表的量程从0～500℃调整到0～800℃，使其输入在0℃时的输出为4mA，输入在800℃时的输出为20mA。2）然后再将仪表的零点由0℃迁移到200℃，最后得到200～1000℃的测量范围。2、（7分）答：由分度表查得E（30，0）=1.023mV，因为E（t，30）=21.995mV，所以E（t，0）=E（t，30）+E（30，0）=21.995+1.023=23.198