. 12.
?? P控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差； ?? I控制：控制缓慢，但能消除余差，不单独使用； ?? D控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。
4-12 如题4-12图所示热电偶测温系统，热电偶的型号为K，请回答： (1)这是工业上用的哪种温度计？
(2)显示仪表应采用哪种仪表？该仪表的输入信号是多少？应指示多少温度？
题4-12图 热电偶测温系统图
解 （1）这是工业上用的热电偶温度计。
（2）显示仪表应采用XCZ-101型动圈式显示仪表或电子电位差计显示仪表；仪表的输入信号是K型热电偶的热电势E(600，25)，
E(600，25)= E(600，0) ? E(25，0)=24902 ?1000=23902（?V）；
指示温度应为600℃（显示仪表内具有冷端温度自动补偿，能直接显示被测温度）。
4-13 测温系统如题4-13图所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶为K，但错用与E配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度tx为多少度？（室温为25℃）
题4-13图 测温系统图
解 这是工业上用的热电偶温度计。
当与E型热电偶配套的显示仪表指示为160℃、室温为25℃时，显示仪表的输入信号应为E型热电偶在热端为160℃、冷端为25℃时的热电势EE(160，25)。而显示仪表外实际配用的是K型热电偶，其输入的热电势EE(160，25)，实际应为K型热电偶在热端为tx℃、冷端为25℃时的热电势EK(tx，25)，即EK(tx，25)= EE(160，25)。
EE(160，25)= EE(160，0) ? EE(25，0)
查E型热电偶分度表EE(160，0) = 10501?V，EE(25，0)=1496.5?V，则
EE(160，25)=10501?1496.5=9004.5?V
EK(tx，0) =EK(tx，25)+ EK(25，0)
=9004.5+1000(查K型热电偶分度表) =10004.5（?V）
反查K型热电偶分度表，得tx=246.4℃
4-14 试述电子自动平衡电桥的工作原理？当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方？为什么？
解 电子自动平衡电桥的原理电路如下图所示。
26 / 46
.
题解4-14图 电子平衡电桥测温原理图
当被测温度为测量下限时，Rt有最小值及Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是
R3（Rt0+RP）=R2R4 （1）
当被测温度升高后，热电阻阻值增加?Rt，滑动触点应右移动才能使电桥平衡，此时电桥的平衡条件是
R3（Rt0+?Rt+RP?r1）=R2(R4+ r1) （2）
用式（1）减式（2），则得
?Rt R3? r1R3= R2r1
即
r1?R3?Rt （3）
R2?R3从上式可以看出：滑动触点B的位置就可以反映热电阻阻值的变化，亦即反映了被测温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。
当热电阻短路时，Rt=0，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向左滑动，直至始端；当热电阻断路时，Rt=?，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向右滑动，直至终终端；当电源停电时，指针指在任何位置，电桥输出都为0，（电桥“平衡”）。
16试述电-气阀门定位器的用途。
答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
4-19 有一分度号为Cul00的热电阻，接在配分度号为Ptl00的自动平衡电桥上，指针读数为143℃，问所测实际温度是多少?
解 温度为143℃时，分度号为Ptl00的热电阻阻值（查Ptl00分度表）为154.70?。而自动平衡电桥上实际接的是分度号为Cul00的热电阻，利用154.70?查Cul00分度表，得所测实际温度为128℃。
4-20有一配K分度号热电偶的电子电位差计，在测温过程中错配了E分度号的热电偶，此时仪表指示196℃，问所测的实际温度是多少?此时仪表外壳为28℃。
解 电子电位差计指示196℃，输入信号为
EK(196，28)= E(196，0)? E(28，0)=7.977?1.122=6.855(mV)，
而该热电势实际是由E型热电偶提供的。设所测的实际温度为t，则有
EE(t，0)= EE(t，28)? EE(28，0)= EK(196，28)+ EE(28，0)=6.855+1.679=8.534(mV) 查E型热电偶分度表，得所测的实际温度为t=132.2℃
第5章 自动控制仪表
P168
1、简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
27 / 46
. 检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。
执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。 被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。
5-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？
解 控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即
p?f(e)?f(z?x)
控制器的基本控制规律有：位式控制（其中以双位控制比较常用）；比例控制(P)；积分控制(I)；微分控制(D)。
5-4 何为比例控制器的比例度？一台DDZ—Ⅱ型液位比例控制器，其液位的测量范围为0~1.2m，若指示值从0.4m增大到0.6m，比例控制器的输出相应从5mA增大到7mA，试求控制器的比例度及放大系数。
解 比例控制器的比例度就是指控制器的输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为：
????x?x?maxmin式中 e ——输入变化量；
p ——相应的输出变化量；
xmax?xmin——输入的最大变化量，即仪表的量程；
?e?p??100% ?pmax?pmin?pmax?pmin——输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。
根据题给条件，该控制器的比例度为
0.6?0.47?5???100%?83.3%
1.2?010?0对于单元组合仪表，其放大系数为
KP=1/?=1/83.3%=120%
5-5 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 ??epmax?pmin20?41001.6?????80% pxmax?xminp1000?0p控制器的输出变化量 p=1.6/80%=2(mA)
7、操纵变量的选择应遵循哪些原则？
（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；
（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；
（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
5-9 一台具有比例积分控制规律的DDZ—Ⅱ型控制器，其比例度?为200％，稳态时输出为5mA。在某瞬间，输入突然变化了0.5mA，经过30s后，输出由5mA变为6mA，试问该控制器的积分时间TI为多少？
解 控制器的放大倍数
KP=1/?=1/200%=0.5
28 / 46
. 控制器的输入变化量为A=0.5mA；控制器的输出变化量为?p=6?5=1(mA)，经历时间t=30s。由
?p?KPA?得
KPAt TITI?KPAt0.5?0.5?30??10(s)
?p?KPA1?0.5?0.55-10 某台DDZ—Ⅲ型比例积分控制器，比例度?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？
解 控制器的放大倍数 KP=1/?=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
?p?KPA?KP1At?1?0.2??0.2?5?0.7(mA) TI2p=p0+?p=5+0.7=5.7(mA)
所以，经历时间5min后，控制器的输出为
2和12题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，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。
题7-2图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解7-2图 反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器TC。
根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用；所以，控制器应为“反”作用。
5-12 试写出比例积分微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。 解 PID控制器的控制规律的数学表达式为
?1de??p?KP?e?edt?TD??? Tdt1??其中，e—输入变化量；p—相应的输出变化量；KP—放大倍数；TI—称为积分时间；TD—微分时间。
29 / 46
. 13、试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解；
（2）题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。
题7-13图 温度控制系统
解 （1）根据工艺要求，题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）根据工艺要求，题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”作用。 5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。
解 比例控制规律的特点是反应快，控制及时；存在余差(有差控制) 积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差(无差控制)
微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或比例积分微分控制器。
3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。
14、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，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。 （1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Qo为操纵变量。
题7-14图 液位控制
30 / 46
化工仪表及自动化 课后 答案 第5版 厉玉鸣（史上最全版本）
