1、 化工自动化及仪表（杨丽明）习题答案化工自动化及仪表（杨丽明）习题答案 第一章第一章 2 2、画出下图所示控制系统方块图，并指出该控制系统中、画出下图所示控制系统方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、控制变量、干扰变量各是什么。的被控对象、被控变量、控制变量、干扰变量各是什么。-TCA B冷却水冷却水1PPT课件控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变测量变送环节送环节r(t)+-z(t)y(t)e(t)u(t)解：方块图解：方块图 被控对象：反应釜；被控对象：反应釜；被控变量：反应釜温度；被控变量：反应釜温度；控制变量：冷却水流量或压力；控制变量：冷却水流量或压力；干扰：进料
2、干扰：进料A A、B B温度及其流量温度及其流量;搅拌情况。搅拌情况。2PPT课件 9 9、某化学反应器工艺规定的操作温度为、某化学反应器工艺规定的操作温度为 考虑安全因素，考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过控制过程中温度偏离给定值最大不得超过 现设计的温度定值控制系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下图示，试求：最大偏差、统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图示，试求：最大偏差、超调量、衰减比、振荡周期等品质指标，并说明该控制系统是否满足工艺超调量、衰减比、振荡周期等品质指标，并说明该控制系统是否满足工艺要求。要求。0(900 10),C08
3、0,C950918908900945 47时间时间(min)(min)温度温度)(0C3PPT课件解：解：A=950-900=50A=950-900=500 0C C B=950-908=42 B=950-908=420 0C CB B9 95 50 0-9 90 08 8n n=4 4.2 2:1 1B B9 91 18 8-9 90 08 8T=45-9=36(min)T=45-9=36(min)因因，0 00 00 00 0m ma ax xe e=5 50 0 C C 8 80 0 C C c c=8 8 C C 18.67Mp18.67Mpa a故应选故应选0 025Mp25Mpa
4、a的压力表。的压力表。（2 2）0000max6.1100254.0选选1.51.5级压力表，且不含铜。级压力表，且不含铜。62PPT课件 29 29、已知热电偶的分度号为、已知热电偶的分度号为K K，工作时冷端温度为，工作时冷端温度为30300 0C C，测得热电势为测得热电势为38.5mV,38.5mV,求工作端温度。若热电偶分度号为求工作端温度。若热电偶分度号为E E，其，其他条件不变，则工作端温度又是多少？他条件不变，则工作端温度又是多少？解：（解：（1 1）查表得查表得(,0)38.5 1.20339.703E tmV热电偶热电偶t t与与E E在小的温度范围内，可认为是线性关系，查
5、表知在小的温度范围内，可认为是线性关系，查表知 39.708=960a+b39.708=960a+b 39.314=950a+b 39.314=950a+b 0394.0a884.1b解得解得则则 884.10394.0703.39tCt087.95063PPT课件（2 2）若为）若为E E型，则型，则(30,0)1.801EmV(,0)38.5 1.80140.301E tmV查表得查表得40.236=54040.236=54041.045=55041.045=550abab解得解得809.0a45.3b45.3809.0t40.30140.301Ct08.54064PPT课件 30 30、
6、已知热电偶的分度号为、已知热电偶的分度号为K K，工作时的冷端温度为，工作时的冷端温度为30300 0C,C,测得热电势后，错用测得热电势后，错用E E分度表查得工作端温度为分度表查得工作端温度为715.2715.20 0C C，试求，试求工作端实际温度。工作端实际温度。解：用分度号为解：用分度号为E E的分度表求得的分度表求得t=715.2t=715.20 0C C查分度号为查分度号为E E的热电偶的分度表得的热电偶的分度表得53.907=710a+b53.907=710a+b54.703=720a+b 54.703=720a+b (715.2,0)0.076 715.22.60954.32
7、EEmV a=0.0796 a=0.0796 b=-2.609 b=-2.60965PPT课件又又mVEE801.1)0,30(则则32.54)0,30()30,2.715()0,2.715(EEEEEE801.1)30,2.715(32.54EEmVEE519.52801.154032)30,2.715(即即mVtEK519.52)30,(66PPT课件对对K K型型mVEK203.1)0,30(mVtEK722.53203.1519.52)0,(则则查查K K型分度表得型分度表得53.451=1330a+b53.451=1330a+b53.795=1340a+b 53.795=1340a+
8、b 则有则有 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88C0a=0.0344 a=0.0344 b=7.699b=7.69967PPT课件由由Pt100Pt100分度表查得分度表查得159.93=157a+b159.93=157a+b160.30=158a+b 160.30=158a+b 则则 159.96=0.37t+101.84 159.96=0.37t+101.84 t=157.08 t=157.08C0a=0.37 a=0.37 b=101.84b=101.84 33 33、用、用Pt100Pt100测量温
9、度，在使用时错用了测量温度，在使用时错用了Cu100Cu100的分度表，的分度表，查得温度为查得温度为40400 0C,C,试问实际温度应为多少？试问实际温度应为多少？解：解：查查1401400 0C C时电阻时电阻R=159.96R=159.96100Cu68PPT课件+-P PP P1 1 P P2 21H Hh h.44 44、下图所示的液位测量系统中，采用双法兰差压变送、下图所示的液位测量系统中，采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位，已知介质液位变化范围器来测量某介质的液位，已知介质液位变化范围h=0h=0950mm,950mm,介质密度介质密度 两取压口间的高度差两取压口间的高度差
10、H=1200mm,H=1200mm,变送变送器毛细管中填充的硅油密度为器毛细管中填充的硅油密度为 试确定变送器试确定变送器的量程和迁移量。的量程和迁移量。,1200 kgm-3-3,1-3 3=9 95 50 0kgm 69PPT课件解：解：1ppgh21ppgH1pghgH 111183.411.1834aapgHpkp 1200 9.81 0.95 11183.40p akp当当时时 0h 当当时时 950hmm70PPT课件ymaxy-11.1834 0 4.8166 16-11.1834 0 4.8166 16 minyx)a(:kpp p应选量程为应选量程为0 01616的变送器的变
11、送器akp需负迁移，迁移量为需负迁移，迁移量为-11.1834-11.1834akp设量程为设量程为A A 则则 11.183434A14.91aAkp71PPT课件 序号序号 执行执行 机构机构 调节调节 机构机构 执行器执行器（气动阀）（气动阀）序号序号执行机构执行机构调节机构调节机构 执行器执行器（气动阀）（气动阀）a a 正正 正正 反反 a a 反反 正正 正正 b b 正正 反反 正正 b b 反反 反反 反反 答：当调节阀输入信号增大时，阀的流量增大，为正作用，气开阀。答：当调节阀输入信号增大时，阀的流量增大，为正作用，气开阀。反之为反作用，气关阀。反之为反作用，气关阀。阀的正反
12、作用，可通过调节执行机构和调节机构的正反作用来实现。阀的正反作用，可通过调节执行机构和调节机构的正反作用来实现。执行机构：执行机构：输入信号增大，阀杆下移，为正作用（正装），反之为反输入信号增大，阀杆下移，为正作用（正装），反之为反作用（反装）。作用（反装）。调节机构：调节机构：阀杆下移，流量减小，为正作用，反之为反作用。阀杆下移，流量减小，为正作用，反之为反作用。3 3、何谓正作用执行器？反作用执行器？、何谓正作用执行器？反作用执行器？第六章第六章72PPT课件318 1(14.06)1.64VgcmQKp或或16VK 取取16963)P表表（32gDmm查查得得 16 16、有一冷却器控制
13、系统，冷却水由离心泵供应，经冷却、有一冷却器控制系统，冷却水由离心泵供应，经冷却器后最终排入下水沟，泵出口压力为器后最终排入下水沟，泵出口压力为 冷却水最冷却水最大流量为大流量为 正常流量为正常流量为 最大流量时调节阀上压最大流量时调节阀上压降为降为 试为该系统选择一个调节阀。试为该系统选择一个调节阀。1400,apkP3118,m h3110,m h164,akP1010 18 114.06164VQKp解：解：73PPT课件41.0400164S(在在0.30.30.60.6之间）（泵出口压力即为管路系统总压）之间）（泵出口压力即为管路系统总压）1010 0.416.4rRS8.11018
14、minmaxQQ代入验算公式代入验算公式 可得可得 0092k00/72k164p 1以以S=0.41 KS=0.41 KV V=16 Q=16 Qi i=18(=18(或或1010）74PPT课件 第七章第七章 14 14、下图所示反应器温度控制系统中，反应器内需维持一、下图所示反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定的温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危定的温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正反作用型式。险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正反作用型式。TCTC蒸汽蒸汽反反气开气开原料原料75PPT课件 解：（解
15、：（1 1）从安全角度考虑，因反应器温度不可过高，故）从安全角度考虑，因反应器温度不可过高，故应选气开阀，当控制器控制信号中断时，控制阀关闭。应选气开阀，当控制器控制信号中断时，控制阀关闭。（2 2）当被控对象（反应器）输入（蒸汽流量或压力）增）当被控对象（反应器）输入（蒸汽流量或压力）增加时，对象输出（反应器温度）升高，故对象为正作用；执加时，对象输出（反应器温度）升高，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用；所以控制器应为反作用。行器、测量变送环节为正作用；所以控制器应为反作用。76PPT课件 15 15、试确定下图所示两个系统中执行器的正、反作用及、试确定下图所示两个系统中执行器的
16、正、反作用及控制器的正反作用。图（控制器的正反作用。图（a)a)为一加热器物料出口温度控制为一加热器物料出口温度控制系统，要求物料出口温度不可过高，否则易分解；图（系统，要求物料出口温度不可过高，否则易分解；图（b b）为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料出口温度不为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料出口温度不可过低，否则易结晶。可过低，否则易结晶。iT0T出料出料 冷剂冷剂进料进料TC气气开开正正iT0T出料出料加热剂加热剂进料进料TC气气开开反反（a)(b)a)(b)77PPT课件 解：解：（a)a)因物料出口温度不可过高，故应选气开阀（正作因物料出口温度不可过高，故应选气开阀（正
17、作用）。当控制信号中断时，阀全关。用）。当控制信号中断时，阀全关。当对象输入（加热剂流量）增加时，输出（出口温度）增当对象输入（加热剂流量）增加时，输出（出口温度）增加，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控加，故对象为正作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控制器为反作用。制器为反作用。（b)b)因出口温度不可过低，故应选气开阀（正作用）。当因出口温度不可过低，故应选气开阀（正作用）。当控制信号中断时，阀全关。控制信号中断时，阀全关。当对象输入（冷剂流量）增加时，输出（出口温度）减小，当对象输入（冷剂流量）增加时，输出（出口温度）减小，故对象为反作用；执行器、测量变送环节为正作用
18、，故控制器故对象为反作用；执行器、测量变送环节为正作用，故控制器为正作用。为正作用。78PPT课件 16 16、下图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体、下图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严禁溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气严禁溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正反作用。关型式及控制器的正反作用。（1 1）选择流入量）选择流入量q qi i为控制变量；为控制变量；（2 2）选择流出量）选择流出量q q0 0为控制变量。为控制变量。iq0qH79PPT课件 解：（解：（1 1）为控制变量。为控制变量。iqLCLCiq0qH 气开
19、阀；当气开阀；当 时，时，对象为正作用，执行器为正作用，对象为正作用，执行器为正作用，故控制器为反作用。故控制器为反作用。iq,H 80PPT课件LCLCiq0qH （2 2）为控制变量为控制变量oq气关阀气关阀(反作用）；当反作用）；当 对象为反作用，故对象为反作用，故控制器为反作用。控制器为反作用。,oqh，时81PPT课件 5 5、下图所示为聚合釜温度控制系统，、下图所示为聚合釜温度控制系统，（1 1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。（2 2）聚合釜温度不可过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气）聚合釜温度不可过高，否则
20、易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式及主、副控制器的正、反作用型式。关型式及主、副控制器的正、反作用型式。（3 3）简述当冷却水压力变化时的控制过程。）简述当冷却水压力变化时的控制过程。（4 4）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？（5 5）如果选夹套内水温为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块）如果选夹套内水温为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。图，并确定主、副控制器的正、反作用。F FC CT TC C反反应应器器正正正正反反 冷却水（冷却水（Q)Q)第八章第八章82PPT课件解
21、：（解：（1 1）（反应釜温度）（反应釜温度-冷却水流量）串级控制系冷却水流量）串级控制系统。统。串级控制系统方块图串级控制系统方块图副测量副测量变送变送副对象副对象执行器执行器副控副控制器制器主控主控制器制器主对象主对象主测量主测量变送变送+-+-主干扰主干扰1f2f副干扰副干扰主变量主变量1y副变量副变量2y1Z2Z主回路主回路副回路副回路2r1ra83PPT课件 (2)(2)气关阀、反作用。气关阀、反作用。副对象为正作用，副控制器为正作用。副对象为正作用，副控制器为正作用。当副变量（冷水）流量增大时，要求阀关小；主变量反当副变量（冷水）流量增大时，要求阀关小；主变量反应器温度升高时，要求
22、阀开大，故主控制器为正作用。应器温度升高时，要求阀开大，故主控制器为正作用。（3 3）当冷却水压力增大时，副变量测量值增大，副控制器）当冷却水压力增大时，副变量测量值增大，副控制器给定值不变，故副控制器输入增大，由于副控制器为正作用，给定值不变，故副控制器输入增大，由于副控制器为正作用，所以其输出增大，而阀为气关式所以其输出增大，而阀为气关式 ，所以阀关小，冷水流量减，所以阀关小，冷水流量减小。反之，当冷水压力减小时小。反之，当冷水压力减小时。84PPT课件 （4 4）若冷水温度经常波动，可选夹套温度为副变量。）若冷水温度经常波动，可选夹套温度为副变量。T T2 2C CT T1 1C C反反
23、应应器器正正正正反反 冷却水（冷却水（Q)Q)（5 5）、选夹套内水温为副变量，构成串级控制系统（如）、选夹套内水温为副变量，构成串级控制系统（如上页图），其方块图（略）。上页图），其方块图（略）。控制变量为冷水。阀为气关阀，反作用，副对象（夹套）控制变量为冷水。阀为气关阀，反作用，副对象（夹套）为反作用，故副控制器为反作用；为反作用，故副控制器为反作用；当当T T1 1、T T2 2都增大时，都要求阀开大，故主控制器为反作用。都增大时，都要求阀开大，故主控制器为反作用。85PPT课件 16 16、在下图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温、在下图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温度
24、，控制手段为改变进入塔底再沸器的热剂流量。该系统采度，控制手段为改变进入塔底再沸器的热剂流量。该系统采用用2 20 0C C的气丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝的气丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。试分析液贮罐。试分析 （1 1）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方块图；）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方块图；（2 2）若贮罐中）若贮罐中液位不可过低，试液位不可过低，试确定执行器的气开、确定执行器的气开、气关型式及控制器气关型式及控制器的正、反作用型式；的正、反作用型式；（3 3）简述系统的）简述系统的控制过程。控制过程。LCLCLSLSFCFCTCT
25、C贮罐贮罐气丙烯气丙烯乙乙烯烯精精馏馏塔塔塔塔釜釜再再沸沸器器采出采出86PPT课件解：（解：（1 1）连续型选择性串级控制系统。）连续型选择性串级控制系统。FCFCLSLST T对象对象L L对象对象执行器执行器F F对象对象TCTCLCLCrT T副测量变送副测量变送主测量变送主测量变送L L测量变送测量变送a ar()L(T)(T)b b-+-+-（2 2）气开阀。）气开阀。T T控制器、控制器、F F控制器皆为反作用；控制器皆为反作用；L L控制器为正作用。控制器为正作用。87PPT课件 当当T T ，TCTC输入增大，输出减小，输入增大，输出减小，FCFC给定值减小，而其测量给定值减
26、小，而其测量值不变，则其输出值不变，则其输出b b减小，阀关小；反之，则开大。减小，阀关小；反之，则开大。当气丙烯流量（压力）增大，当气丙烯流量（压力）增大，FCFC输入增大，其输出输入增大，其输出b b减小，减小，阀关小；反之，则开大。阀关小；反之，则开大。若为非正常工况，若为非正常工况，L L过低，过低，aaab,LSb,LS选选b b作为其输入，此时即为釜温与气丙烯流量（压力）的串级控制。作为其输入，此时即为釜温与气丙烯流量（压力）的串级控制。88PPT课件 7 7、某加热炉系统如下图示，工艺要求介质出口温度稳、某加热炉系统如下图示，工艺要求介质出口温度稳定，无余差，已知燃料入口压力波动
27、频繁，是该控制系统定，无余差，已知燃料入口压力波动频繁，是该控制系统的主要干扰，试根据上述要求设计一个温度控制系统，画的主要干扰，试根据上述要求设计一个温度控制系统，画出控制系统原理图和方块图，确定调节阀的作用形式，选出控制系统原理图和方块图，确定调节阀的作用形式，选择合适的调节规律和控制器的正反作用。择合适的调节规律和控制器的正反作用。介质介质燃料燃料 T T0 089PPT课件F FC CT TC C介质介质燃料燃料 T T0 0 7 7、解：本题中介质出口温度、解：本题中介质出口温度T T0 0为被控变量，控制变量为燃为被控变量，控制变量为燃料压力料压力P P（流量（流量Q Q），而），
28、而P P是经常波动的，为主要干扰，故应设是经常波动的，为主要干扰，故应设计为以计为以T T0 0为主变量、为主变量、P P（或（或Q Q）为副变量的串级控制系统。）为副变量的串级控制系统。原理图原理图90PPT课件 （2 2）方块图：（略）方块图：（略）（3 3）从安全角度考虑，为防止加热炉温度高，当控制信号）从安全角度考虑，为防止加热炉温度高，当控制信号中断时，阀要全关，故应选中断时，阀要全关，故应选气开阀，正作用。气开阀，正作用。（4 4）FC FC 纯比例控制规律；纯比例控制规律；TC TC 比例积分控制规律，可适比例积分控制规律，可适 当加微分。当加微分。(1)(1)原理图（见上页）。原理图（见上页）。91PPT课件
