工仪表及自动化 （自制课后答案终极版）
第一章 自动控制系统基本概念
1. 什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？
答：化工自动化是化工、 炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。 在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部分直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。 它的重要意义如下 加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。 2. 化工自动化主要包括哪些内容？
答：①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或记录的部分 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置 ③ 自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤 , 将生产过程自动地投入运行或 自动停车。 ④ 自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 , 使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时 , 能自动地调回到规定的数值范围内。
3. 闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断操纵变量的校正作用是否 适合实际需要。 也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。 开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。 闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近与所希望的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
9. 试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
12. 什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端， 能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。
负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量， y 受到干扰的影响而升高时，只有负反馈 才能使反馈信号升高， 经过比较到控制器去的偏差信号将降低， 此时控制器将发出信号而使控 制阀的开度发生变化， 变化的方向为负， 从而使被控变量下降回到给定值， 这样就达到了控制 的目的。
15. 按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这些品质指标的因素是什么？ 答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时 间、振荡周期或频率。
影响这些品质指标的因素是换热器的负荷大小，换热器的结构，尺寸、材质、换热器内的换热 情况、散热情况及结垢程度等。
最大偏差或超调量：在过渡过程中，被控变量偏离给定值得最大数值。 衰减比：前后两个峰值的比。
余差：当过渡过程终了时 , 被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。 过渡时间： 从干扰作用发生的时刻起， 直到系统重新建立新的平衡时止， 过渡过程所经历的时 间。
振荡周期或频率：过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其 倒数称为振荡频率。
第二章 过程特征及数学模型
1. 什么是对象特性？为什么要研究对象特性？ 答：对象特性是数字的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。 在自动控制系统中， 当采用一些自动化装置来模拟人工操作时， 首先必须深入了解对象的特性， 了解它的内在规律， 才能根据工艺对控制质量的要求， 设计合理的控制系统， 选择合适的被控 变量和控纵变量。 选择合适的测量元件及控制器。 在控制系统投入运行时， 也要根据对象特性 选择合适的控制器系数， 使系统正常地运行， 特别是一些比较复杂的控制设计方案设计， 例如 前馈控制，计算机最优控制等离不开对象特性的研究。
4. 建立对象打的数学模型有哪两类主要方法 ? 答：①机理建模法：根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，从而获取对 象（或过程）的数学模型。
② 实验测取：实验测取法是在所研究的对象上加上一个人为的输入作用，然后用仪表测取并 记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线） ，然后对这些 数据（或曲线）进行必要的数据处理，求得对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。
10. 对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？ 答：纯滞后的产生一般是由于介质的传送或热的传递需要一段时间引起的。 容量滞后一般是由 于物料或能量得传递需要一定阻力而引起的。
滞后时间的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增长， 控制质量下降。
第三章 检测仪表与传感
1．什么是测量过程？ 答：测量过程是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 2. 何谓测量误差？测量误差的表示方法主要有哪两种？各有什么意义？ 答：测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 通常有两种表示方法， 即绝对 误差和相对误差。
绝对误差在理论上指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。 相对误差等于某一点的绝对误差△与标准表在这一点的指示值之比。
3. 何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差？ 答：相对百分误差是指绝对误差中的最大值Δmax 与仪表量程的百分比。
max
max
100%
测量范围上限值 测量范围下限值
100%
允许的相对百分误差是仪表在规定的正常情况下允许的相对误差的最大值。
允允
仪表允许的最大绝对误 差值
测量范围上限值 测量范围下限值
100%
100%
4. 何谓仪表的精度等级？ 答：将仪表的允许相对百分误差去掉 “±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。 目前常用的精确度等级有 0.005 ，0.02 ，0.05 ，0.1 ，0.2 ，0.4，0.5，1.0，1.5 ，2.5 ， 4.0 等。
27.压力计安装要注意什么问题？ 答：①压力计应安装在易观察和检修的地方。 ②安装地点应力求避免振动和高温影响。 ③ 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， 对于有腐蚀性介质 的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐。 ④ 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以 防泄漏。 ⑤ 当被测压力较小， 而压力计与取压口又不在同一高度时， 对由此高度而引起的测量误差应按 Δ p＝± Hρg 进行修正。 ⑥ 为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外， 安装时表壳应向墙壁或无人通过之处， 以防发生意外。
29. 试述化工生产中测量流量的意义？ 答：在化工生产中，测量流量，以便为生产操作和控制提供依据，使产过程达到优质高产和安 全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。
41 ．椭圆齿轮流量计的特点是什么？在使用中要注意什么问题？ 答：椭圆齿轮流量计的特点是： 测量精度高、 对流体黏度变化不敏感， 特别适用于测量高黏 的流体流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，一般不宜在高温或低温下使用。
使用椭圆齿轮流量计时， 要特别注意被测介质的温度不能大于流量计的使用温度。 因为 度过高时，齿轮发生膨胀，有卡死的可能。此外，也应注意被测介质中不应含有固体颗粒 夹杂机械物，以免引起齿轮磨损或损坏。
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