1、第一章检测仪表及传感器1、差压式液位计的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时，差压计的负压室为什么一定要与容器的气相相连接？2、什么是液位测量时的零点迁移问题？怎么进行迁移？其实质是什么？3、试述双金属温度计原理，如何利用双金属温度计构成温度控制器？4、热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成，各有什么作用？2.热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成？各部分有何作用？ 答：热电偶温度计是通过热电效应实现温度的测量的，即两根不同材料的金属导线焊接在一起后，当闭合回路两端温度不一致时，由于电子效应从而使闭合回路中产生热电势，而热电偶冷端温度保持不变时，热电势是被测温度的
2、单值函数，因此可以用来测量温度。 热电偶温度计是由三部分组成的：1）热电偶：直接测量温度的感温元件； 2）测量仪表：即毫伏计或电位差计，将测量的温度通过表观显示出来； 3）连接热电偶和测量仪表的导线：将热电偶的冷端延伸出来，即补偿导线，同时传输测量信号。5、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？6、试述热电阻测温原理？常用热电阻的种类？R0 各为多少？7、简述温度检测仪表在安装过程中应注意的问题。答：（1）在测量管道温度时，应保证测温元件和流体充分接触，以减少测量误差。因此，要求安装时测温元件应迎着被测介质流向插入，至少须与被测介质正交，切勿与被测介质形成顺流
3、。（2） 测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。一般.（3）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。（4）若工艺管道过小，安装测温元件时应接扩大管。（5）接线盒面盖应向上。（6）应插在有保温层的管道或设备处。（7）元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气进入，使读数降低。第二章 显示仪表1、 动圈仪表为什么进行动圈的温度补偿？是如何来实现的？答：动圈本身是由铜线绕制而成的，当环境温度升高时，电阻就增大，在相同的毫伏信号输入的情况下，回路内电流就会减少，仪表的指示值就会偏低。所以需要温度补偿。 动圈仪表的补偿一般是在线路中串接热敏电阻 RT，它的阻值会随着温度升高而降低，且
4、呈指数规律变化。因此若只采用热敏电阻补偿就过头了。为了获得较理想的补偿效果，全国采用一只在 20时 68 的热敏电阻 RT 和一只50 锰铜电阻 RB 并联，并联后的特性接近于线性变化。当温度升高时，并联后的总电阻下降，而动圈的电阻增加，这样，一个增加，一个降低，如果配合得好，就能得到较好的补偿效果。 2、 热电阻与那种动圈仪表配套使用？为什么采用三线制接法？外接调整电阻为多少？ 答：热电阻与 102 型动圈仪表配套使用。102 型的动圈仪表是用如上图所示的不平衡测量桥路来测量热电阻的阻值随温度的的变化而变化的。但使用过程中感温元件热电阻是安装在测温的工艺现场，显示仪表在操作室内，如果采用如上
5、的测量桥路来测量，那么从测温现场到操作室来回的连接导线就加载热电阻所在的这一个桥臂上，且连接导线为铜导线，容易受到环境温度的影响，这样就会带来测量误差。所以采用三线制的接法，就是从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相连的两根导线分别接入桥路的两个相邻桥臂上，第三根导线与稳压电源的负极相连。这样由于环境温度的变化而引起连接导线阻值的变化，也可以抵消一部分，从而减少对仪表读数的影响。为了克服因连接导线长短不同而引起的测量误差，一般规定 102 型动圈仪表的连接导线的电阻值为 35，即每根连接导线的阻值为 5。在实际使用时，若每根连接导线电阻不足 5 时，则须用外接调整电阻来补足，使外接电阻凑足为
6、 5。所以外接调整电阻的阻值为 5。3 与热电偶配套的自动电子电位差计是如何进行冷端温度补偿？答：如下图所示，在下支路用铜电阻 R2 进行冷端温度补偿，让 R2 与热电偶冷端处于同一温度。因为铜电阻的阻值随着温度的升高而增加，则 R2 上的 电位差也增加，而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而降低，如配置得当，就可以达到温度补偿的目的。第三章 自动控制系统基本概念 习题答案略第四章 自动控制仪表1、双位控制规律是怎样的？有何优缺点？答：双位控制系统的规律是当测量值大于给定值时，控制器输出为最大（或最小） ，而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大） ，即控制器只有两个输出值，其执行器只有两
7、个极限位置开或关。位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍，但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅震荡过程，不可能使被控变量稳定在某一个数值上。3、 比例控制规律是怎样的？什么是比例控制的余差？为什么比例控制规律会产生余差？输出变化量 P 与输入偏差 e 之间成比例关系 P=KpE 控制过程结束时，液位的新稳态值将低于给定值，它们之间的差就叫做余差。 要使进水量增加，控制阀必须开大，阀杆必须上移，而阀杆上移时浮球必然下移。也就是液位稳定在一个比原来稳态值要低的位置上。第五章 执行器1、气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？气动执行器是
8、由执行机构和控制机构(阀) 两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换成阀杆位移的装置。控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置 2、试问控制阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？略第六章 简单控制系统1、被控变量的选择原则是什么？答：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。（2）被控变量在工艺操作过程中经常受到一些干扰影响而变化。为维护被控变量的恒定，需要较频繁的调节。（3）尽量采用
9、直接指标作为被控变量，当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后比较大时，可以选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。（4）被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。（6）被控变量应是独立可控的。2、操纵变量的选择原则是什么？答：（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。（2）操纵变量一般应比其它干扰对被控变量的影响更加灵敏。（3）在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性和生产的经济性。3、比例控制器、比例积分控制器、比例积分微分控制器的特点分别是什么？各使用在什么场合？（1）比例控制
10、器比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的输出 p 与输入偏差 e 之间的关系为：比例控制器的可调整参数是 Kp 或比例度 。比例控制器的特点：比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余差。负荷变化越大，余差就越大。比例控制器的应用场合：比例控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。（2）比例积分控制器 比例积分控制器是具有比例积分控制规律的控制器。它的输出 p 与输人偏差 e 的关系为：比例积分控制器的可调整参数是比例放大系数 Kp(或比例度 ) 和积分时间 TI。比例积分控制器的特点：过渡过程结束时无余差，这是它的
11、显著优点。加上积分作用，会使稳定性降低，虽然在加积分作用的同时，可以通过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程的时间也P1K( eIpdtT加长。比例积分控制器的应用场合：比例积分控制器是使用最普遍的控制器。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。（3）比例积分微分控制器 比例积分微分控制器是具有比例积分微分控制规律的控制器，输出 p 与输入偏差 e 之间具有下列关系： 比例积分微分控制器的可调整参数 Kp(比例度 ) 、T I 和 TD。 比例积分微分控制器的特点：微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例，它对克服对象的滞
12、后有显著的效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差。所以，适当调整 、T I、T D 三个参数、可以使控制系统获得较高的控制质量。比例积分微分控制器的应用场合：比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用最普遍的是温度控制系统与成分控制系统。比例控制器 比例积分控制器 比例积分微分控制器控制规律 比例 比例积分 比例积分微分公式可调整参数 Kp 或比例度 Kp(或 )和 TI Kp(或 )、TI和 TD特点克服干扰能力强、控制及 时、 过渡时间短、存在余差无余差、稳定性低，加积分作用的同时，可以通 过加大比例度，使稳 定性基本保
13、持不 变，但超调量和振荡周期都相应增大，过 渡过程的 时间也加长。输出与输入偏差的变化速度成比例、克服对象的滞后、提高稳定性、消除余差适用场合通道滞后较小、负 荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统通道滞后较小、负 荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统容量滞后较大、负 荷变化大、控制质量要求较高的系统。温度控制系统与成分控制系统分析题答案见课件第七章 复杂控制系统1、串级控制系统有哪些特点？主要使用在什么场合？P1K e)IdeptP1K( e)pdtP1K( e)dept特点：（1） 在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器，主控制器和副控制器；有两个测量变
14、送器，分别测量主变量和副变量。（2） 在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象特征，使控制过程加快，具有超前控制的作用。（3） 串级控制系统由于增加了副回路，具有有一定的自适应能力。适用场合：对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，对控制要求较高的场合。2、串级控制系统中主、副变量应如何选择？主变量的选择原则同简单控制系统被控变量的选择原则副变量的选择原则：（1）主副变量间应有一定的内在联系（2）系统的主要干扰应包围在副回路中（3）在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰（4）副变量的选择应考虑主副对象时间常数的匹配，防止共振的发生（5）当对象具有较大的纯滞后而
15、影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。分析题答案见课件一、填空题1. 在弹性式压力计基础上，增加电气转换元件，将压力转换成电信号元件，便于集中控制，广泛用于自动化控制系统的压力计为电气式压力计。2. 霍尔片式压力变送器实质上是一种压力-电势转换装置。3. 要改变弹簧管压力表的量程，可以通过改变调整螺钉的位置来实现。4. 弹性式压力测量仪表常用的弹性元件有弹簧管式、薄膜式、波纹管式等，常见的弹簧管式压力表有单圈弹簧管压力表和多圈弹簧管压力表。5. 电气式压力计一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置组成。6. 霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件
16、将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力测量。7. 应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。被测压力引起弹性元件应变，通过粘贴在弹性元件上电阻应变片将应变转换为应变片阻值的变化，最后通过测量电路转变成电压或电流的变化。8. 一块压力表在现场的安装一般包括测压点的选择、导压管铺设和压力计的安装等内容。9. 测量液体压力时，取压点应在管道下部，测量气体压力时，取压点应在管道上部。10. 安装压力表时，取压点引压管应和管道中心线垂直，取压管口应和管道内壁保持齐平，并无毛刺。11. 普通弹簧管压力计多采用铜合金，而氨用压力计弹簧管却采用碳钢，氧气压力计与普通压力计在结构和材质上完
17、全相同，只是它必须禁油。12. 差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经装置时产生的压力差而实现流量测量的。13. 标准节流装置仅适合与测量管道直径大于 50mm，雷诺数在 104-105 以上的流体，流体应当清洁，为稳定管道的连续流动，不发生相变。14. 测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触，测量有腐蚀性介质时，应加装有中性介质的隔离罐。15. 用差压式压力变送器测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时，为防止引压管线易被腐蚀、堵塞等问题，可采用法兰式压差变送器。它由膜盒、毛细管和测量室组成。16. 为了延长仪表寿命，在测稳定压力时，最大
18、工作压力不应超过测量上限值的 2/3。测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的 1/2。测量高压时，最大工作压力不应超过测量上限值的 3/5。17. 我国规定的标准节流装置取压方式有角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴采用角接取压法。18. 差压式流量计测量流量时，流量和压力差的平方和成正比，因此要使流量计的刻度均匀，就必须加开方器。19. 测量蒸汽或湿气体的流量时，在引压管内要积存凝结水，为了使前后导压管内液位高度保持不变或相等，常采用冷凝器。20. 当被测介质为液体时，为防止液体中析出的气体进入差压计，引起测量误差，在导压管的最高处放置集气器和排气阀。为了防止液体中析出的沉淀物堵塞导压
19、管，在导压管的最低点放置沉降器及排污阀。21. 在几个标准节流装置中，测量流量时，通过节流装置前后压力损失最大的是孔板。22. 电动差压变送器中，当液位高度 H 为 0 时，变送器输出信号为_的电压信号，当液位高度 H 为最高时，变送器输出信号为 _。这是液位测量中最简单的量程_的情况。23. 压力式温度计的感温元件是温包，它直接与被测介质相接触，因此它的膨胀系数应比较小，导热率要高。 24. 转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表，适用于_。25. 工业上中、低温的测量常常用热电阻温度计，它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的
20、。工业中常用的铜热电阻有两种，对应的分度号为 Cu50 和Cu100；铂热电阻也有两种，对应的分度号为 Pt10 和 Pt100。二、问答题1. 单圈弹簧管压力表的结构有哪几部分组成？工作原理？一 、 填 空 1、 过 程 控 制 系 统 是 由 （ 控 制 器 ） 、 （ 执 行 器 ） 、 （ 测 量 变 送 ） 和 （ 被 控 对 象 ）等 环 节 组 成 。 2、 过 程 控 制 系 统 中 按 被 控 参 数 的 名 称 来 分 有 （ 压 力 ） 、 （ 流 量 ） 、 （ 液 位 ） 、（ 温 度 ） 等 控 制 系 统 。 3、 某 调 节 系 统 采 用 比 例 积 分 作
21、用 调 节 器 ， 先 用 纯 比 例 调 整 到 合 适 的 调 节 输 出 ， 再 加 入 积分 作 用 的 后 ， 应 （ 减 小 调 节 器 的 放 大 倍 数 ） ， 才 能 使 稳 定 性 不 变 。 4、 描 述 控 制 系 统 的 品 质 指 标 的 参 数 有 （ 最 大 偏 差 ） 、 （ 衰 减 比 ） 和 （ 余 差 ） 等 。5、 仪 表 自 动 化 标 准 中 ， 气 动 仪 表 标 准 信 号 范 围 是 （ 0.02 0.1Mpa） ； 电 型 标准 信 号 范 围 是 （ 0 10mA ） ； 电 型 标 准 信 号 范 围 是 （ 4 20mA） 。 6、
22、控 制 系 统 引 入 积 分 作 用 是 为 了 （ 消 除 余 差 ） ,但 积 分 的 引 入 会 使 系 统 （ 不 稳 定 ） ，引 入 微 分 作 用 是 为 了 （ 克 服 容 量 滞 后 ） 。 某 调 节 系 统 采 用 比 例 积 分 作 用 调 节 器 ， 先用 纯 比 例 调 整 到 合 适 的 调 节 输 出 ， 在 加 入 积 分 作 用 的 过 程 中 ， 应 （ 减 小 放 大 倍 数 ）。 7、 简 单 调 节 系 统 的 基 本 特 征 是 （ 闭 合 回 路 ） 和 (负 反 馈 ） 。 8、 常 用 的 标 准 节 流 件 有 （ 孔 板 ） 和 （ 喷
23、 嘴 ） 。 9、 热 电 偶 的 热 电 特 性 与 （ 热 电 偶 材 料 、 两 接 点 温 度 ） 有 关 ， 与 （ 热 电 偶 的 几 何 尺寸 ） 无 关 。 10、 检 测 仪 表 的 基 本 组 成 有 （ 测 量 ） 、 （ 传 动 放 大 ） 和 （ 显 示 ） 三 个 部 分 。 11、 在 控 制 系 统 中 ， 增 加 比 例 度 ， 控 制 作 用 （ 减 少 ） ； 增 加 积 分 时 间 ； 控 制 作 用（ 减 少 ） ； 增 加 微 分 时 间 ， 控 制 作 用 （ 增 加 ） 。 12、 按 误 差 出 现 的 规 律 ， 可 将 误 差 分 为 （
24、系 统 ） 误 差 、 （ 疏 忽 ） 误 差 及 （ 偶 然 ）误 差 。 13、 描 述 对 象 特 性 的 三 个 参 数 是 （ 放 大 系 数 ） 、 （ 时 间 常 数 ） 和 （ 滞 后 时 间 ） 。如 果 时 间 常 数 越 大 ， 系 统 的 响 应 速 度 （ 越 慢 ） ， 系 统 的 稳 定 性 （ 越 好 ） 。 14、 某 温 度 表 的 精 度 为 0.5 级 ， 其 测 量 下 限 是 50 ， 上 限 是 850 。 则 此 表 的 量程 是 （ 800 ） ； 测 量 范 围 是 （ 50 850 ） ； 允 许 基 本 误 差 是 （ 0.5%） ； 最
25、 大 绝对 误 差 是 （ 4 ） 。 15、 热 电 偶 温 度 计 中 常 用 的 冷 端 温 度 补 偿 方 法 有 （ 公 式 计 算 法 ） 、 （ 冰 浴 法 ） 、（ 仪 表 机 械 零 点 调 整 法 ） 、 （ 电 桥 补 偿 法 ） 、 （ 补 偿 热 电 偶 ） 五 种 。 17、 差 压 式 流 量 计 是 利 用 （ 节 流 ） 原 理 进 行 测 量 流 量 的 。 18、 电 容 式 液 位 传 感 器 测 量 液 位 时 ， 如 测 量 高 粘 度 导 电 介 质 则 测 量 精 度 受 （ 虚假 液 位 ） 的 影 响 。 19、 电 容 式 差 压 变 送
26、器 的 测 量 部 分 是 先 将 （ 差 压 ） 转 变 成 （ 位 移 ） ， 然 后 再 变 成（ 电 容 变 化 量 ） 作 为 转 换 部 分 的 输 入 。 20、 在 阶 跃 扰 动 作 用 下 ， 自 动 控 制 系 统 的 过 渡 过 程 有 （ 发 散 振 荡 ） 、 （ 等 幅 振 荡 ）、 （ 非 振 荡 衰 减 ） 和 （ 衰 减 振 荡 ） 等 基 本 形 式 。 21、 自 动 控 制 系 统 按 按 设 定 值 的 不 同 形 式 可 分 为 （ 定 值 控 制 系 统 ） 、 （ 随 动 控 制系 统 ） 、 （ 程 序 控 制 系 统 ） 等 控 制 系 统 。 22、 对 象 的 数 学 模 型 就 是 （ 利 用 数 学 表 达 式 来 描 述 对 象 的 特 性 ） 。 23、 常 用 的 热 电 阻 材 料 是 （ 金 属 铜 和 铂 ） ， 分 度 号 是（ Cu50、 Cu100 ， Pt50、 Pt100） ， 线 性 好 的 是 （ 铜 电 阻 ） 热 电 阻 ， 它 适 于 测 量（ 低 温 ） 温 度 。 24、 差 压 式 流 量 计 由 （ 节 流 装 置 ） 、 （ 导 压 管 ） 和 （ 显 示 仪 表 ） 组 成
