第二章 过程特性及数学模型
一、基本要求
1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法； 2. 掌握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型； 3. 掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响； 4. 了解被控对象特性的实验测定方法。
二、常用概念
1.被控对象的数学模型：被控对象的动态特性的数学表达式，即被控对象的输出（被控量）在输入量（控制量和扰动量）作用下变化的数学函数关系式。 2. 通道：由对象的输入变量至输出变量的信号联系。
3.被控对象的放大倍数：如果有一定的输入变化量?Q1,通过对象就被放大了K倍变为输出变化量?h，则K称被控对象的放大倍数。 4.被控对象的时间常数：对象受到干扰后，被控变量达到新的稳态值所需要的时间。
5.被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和。
三、选择题
1.一般认为，经过（ A ）时间后，动态过程便结束了。 A. 3T； B. T ； C. 5T； D．10T
2.在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是（ C ）。 A. 传递滞后又称为纯滞后；
B. 容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的；
C. 容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，再经过一段时间时间后被控变量才开始变化；
D. 滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。 四、填空题
1. 目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过物料和能量平衡关系，用机理建模的方法求取过程的数学模型。
2.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。
3.过程特性是指被控过程的被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。
4.由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为容量滞后。 五、综合题：
1. 为了测量某物料干燥筒的对象特性，在T＝0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试求出该
对象的特性。已知流量仪表量程为0～40m3/h，温度仪表为0～200℃
图 干燥筒的阶跃响应曲线
解：
由阶跃应曲线可看出该回想具有一阶纯滞后特性：
150?120240?2 放大倍数K?28?2540时间常数T?4min 滞后时间??2min
作业11.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2，试写出描述该对象特性的一阶微分方程。 解：根据题意可知
K?10 T?5 ??2
则起一阶微分方程为:
5
dy?t?2??y?t?2??10x?t? dt第三章 检测仪表与传感器
一、基本要求
1．掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。 2．了解仪表的性能指标。
3．初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4．了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5．了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。
6．掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。
7．了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。 二、常用概念
1.精度：测量值与真值的接近程度。
2.绝对误差：指仪表指示值xi与被测量的真值xt之间的差值，可表示为
??xi?xt。
3.相对误差：某一点的绝对误差?与标准表在这一点的指示值之比x0，可表示为??x?x0。
4.相对百分误差：绝对误差折合成仪表测量范围的百分数，可表示为
???max?100%。
测量范围上限值?测量范围下限值5.允许相对误差：在正常情况下允许的最大误差，可表示为
?允??仪表允许的最大绝对误差值?100%。
测量范围上限值?测量范围下限值6.仪表精度等级：用来统一规定仪表的精确度等级。
7.灵敏度：仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量
?a的比值，可表示为S?。
?x8.灵敏限：指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。
9.分辨力：指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。
10.线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。
11.反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。 三、问答题：
1. 工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原理。
答:
（1）液柱式压力计：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的；
（2）活塞式压力计：根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的；
（3）弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的； （4）电气式压力计：通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的。
2. 试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。 答：
（1）仪表类型选择：类型选用必须满足工艺生产要求。 （2）量程与盘面选择：根据操作中需测量的参数大小来确定。 （3）精度选择：根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定。 注意：取压位置与隔离。
3. 试述流量计的分类及其工作原理。 答：
（1）速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量的依据来计算流量。
（2）压差流量计：基于流体流动的节流原理，在节流面积不变的情况下，以压差变化来反应流量的大小。
（3）转子流量计：以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小。 （4）电磁流量计：根据电磁感应定律，在非磁性管道中，利用测量导电流体平均速度而显示流量。
（5）超声波流量计：利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。 （6）涡轮流量计：利用在一定流量范围内，对一定的流体介质黏度，涡轮旋转的角速度与流体的流速成正比来反应流量。
（7）容积式流量计（齿轮流量计、活塞流量计）：利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。
（8）质量流量计：以流体流过的质量M为依据计算流量。
（9）间接质量流量计：通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式。
（10）直接质量流量计：由检测元件直接检测出流体的质量流量。 4. 试述物位计的分类及其工作原理。
答：
（1）直读式物位计：主要有玻璃管液位计，玻璃板液位计。
（2）浮力式物位计：利用浮子高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中的浮子的浮力随液位高度而变化的原理工作。
（3）压差式物位计：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理工作。 （4）电磁式物位计：使物位的变化转换为一些电量的变化，通过测量这些电量的变化来测知物位。
（5）核辐射式物位计：利用辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而变化的原理工作。
（6）超声波物位计：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波的反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位。
（7）光电式物位计：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。 5. 试述温度测量仪表的种类及其工作原理。 答：
（1）接触式温度计：测温元件与被测介质直接接触，两者进行充分的热交达测温目的。
①膨胀式温度计：根据物体受热时体积膨胀的原理工作。
②玻璃液体温度计：当温度变化时，玻璃球中的液体体积会发生膨胀或收缩，使进入毛细管中的液柱高度发生变化，从刻度上可指示出温度的变化。
③双金属温度计：利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的。 ④压力式温度计：根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化的原理工作。 ⑤热电偶温度计：根据热电效应原理工作。
⑥热电阻温度计：根据导体或半导体电阻值随温度的变化关系的原理工作。 （2）非接触温度计：测温元件与被测介质不接触，通过辐射或对流实现热交换来测温。
①辐射温度计：根据物体辐射的能量来测量温度。
②红外温度计（光电温度计、热电温度计）：一切温度高于零度的物体都在不停向周围四周发出红外辐射能量。 四、选择题：
1． 1.5级仪表的精度等级可写为：（ A ） A.1.5级 B. ± 1.5级 C. +1.5级 D. 1.5 2. 下列不属于节流装置的是（ D ）。
A、孔板； B、喷嘴； C、长径喷嘴 D、阿纽巴管
3．温度越高，铂、镍、铜等材料的电阻值越（ A ）。
化工仪表及自动化总复习题目及答案
