過程裝備控制技術及應用第二版王毅張早校思考題及習題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 (2)如何處理可使示值與實際溫度相符。(3)把補償導線改為銅線時,示值變為多少?解:如圖所示:(1)查S型熱電偶的分度號表:t/℃ 1300 30 25E/mv 由E(t,t0)=E(t,0)E(t0,0)即 E(1300,30)＝E(1300,0)E(30,0)==查表,=1286℃,即儀表顯示的溫度為1286 ℃ 。（2）由于補償電橋是在20℃時平衡的，因此須將儀表的機械零位預先調到20 處，即可使示值與實際溫度相符。（3）若將補償導線改為銅線，則 ,則E(1300,80)=E(1300,0)E(80,0)===℃,℃。℃ ，但經檢定，該電阻R0=,電阻溫度系數α=103/℃.試求介質的實際溫度。解：∵在50℃～150℃ 的范圍內，銅電阻與溫度是線性關系： 查得他t＝84℃時R＝即： （封液為水銀）測溫度管道中水的壓力。（至肘管端口）處，壓力計同大氣一側肘管內水銀面距口80mm，兩管水銀面高度h=140mm，求水的表壓力（Pa)解：如圖所示：1－1截面壓力相等，即：= ∴表壓 17．四個應變片R1，R2（在上面），R3,R4（在下面）如圖3－81所示貼于梯形片簧，片簧以懸臂形式固定。（1）畫出應變片接成直流氣橋形式的電路圖； （2）當片簧受力P的作用時，貼片處產生350με的應變，供橋電壓10V，應變片靈敏系數為2，求電橋輸出。參考：化工測量及儀表 范玉文主編P31圖3－81輸出電壓：？試分析其誤差答：液柱式壓力計主要有：U型管壓力計，單管壓力計和微壓力計。以U型管壓力計：誤差產生主要有以下幾方面：a 讀數誤差，消除視察。b溫度變化產生液體ρ變化，產生測量誤差，故須修正。 c 安裝誤差：當U型管安裝不直時會產生安裝誤差。 d 毛細現象，修正19．試述彈簧管壓力計彈簧管結構特點與測壓原理。答：彈簧管壓力計由彈簧管壓力感應元件和放大指示機構兩部分組成，前者是彎成圓弧狀的空心管子，一端固定（作為壓力輸入端）；另一端自由，作為位移輸出端，接放大指示機構。其它是由拉桿，齒輪及指針組成。測壓原理：在彈性范圍內，彈簧管自由端的位移與被測壓力之間近似線性關系，即通過測量自由端的位移，可直接測得相應的被測壓力大小。20．~1MPa內波動，試選定彈簧管壓力的量程和精度等級。可供選用的壓力計量程系列為：0～。 0~.故選用0～精度等級： 故選用精度等級為1級的量程為0~。21．轉子流量計顯示流量的形式有幾種，是如何分度的。答：轉子流量計顯示流量的形式有3種，一種是玻璃轉子流量計，其錐型管是電玻璃制成，并在管壁標有流量刻度，直接根據轉子的高度進行讀數；另一類為電運轉轉子流量計，即將轉子的位移信號轉變為電信號；另一種為氣動運轉式轉子流量，將轉子的位移信號變為壓力信號，進行遠距離傳送。22．標準節流裝置有哪幾部分組成，對各部分有哪些要求？答：標準節流裝置有：節流元件，取壓裝置和前、后管道三部分組成。標準節流裝置的設計、加工、安裝和使用都有規定的技術要求，規定和數據，可參見GB/T 262423．試比較節流裝置與轉子流量計在工作原理與使用特點上的異同點。答：工作原理使用特點節流裝置利用節流元件前后的差壓與流速之間的關系，獲得被測流量的大小使用已標準化、系列化，使用范圍：管徑為50～1000mm，~100000m3/h，但使用產生的壓力損失大，精度177。1～2%轉子流量計基于力平衡原理，利用錐形管內的轉子把流體的流速轉換成轉子的位移，進而獲得被測流量的大小。相同點：都是測流速然后得流量。使用已系列化，測量時若介質變化，應修正，可測小流量，結構簡單，維修方便，壓力損失小。缺點：機械傳逆信號，儀表性能和準確度難以提高，轉子易卡死，測量管徑范圍4~150mm,測量范圍：~3000m3/h, 精度177。1~%24．從渦輪流量計得基本原理分析其結構特點，輸出信號方法和使用要求。答：渦輪流量計得基本原理：流體對置于管內渦輪得作用力，使渦輪轉動，其轉動速度在一定流速范圍內與管內流體得流速成正比。其結構主要由：渦輪、導流器、磁電轉換裝置，外殼以及信號放大電路等部分組成。輸出信號方法：將葉輪轉動時得轉速轉換成脈動電信號輸出，經進一步放大整形后獲得分撥信號，對其進行脈沖計數和單位換算可得到積累流量；通過頻率——電流轉換單元可得到瞬時流量。使用要求：①僅適用潔凈得被測介質，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；②流量計前后需由一定的直管段長度，③流量計的轉換系數231。一般在常溫下用水標定的，當介質的密度和粘度發生變化時需重新標定或進行補償。25．已知：流體為過熱蒸汽，工作壓力P＝14MPa，工作溫度t＝550℃；管道D20＝221mm, 材料X20CrMoV21無縫管，節流裝置為角接標準噴嘴，材料為1Cr18Ni9Ti，d20＝；差壓0p= KPa，求：（1）在假定0p下的蒸汽流量；（2）計算測量時的壓力損失。解：計算參考《過程控制檢測技術與儀表》 杜維主編…p81。查附數據表可得管道材質和孔板材質的熱膨脹系數為： 則工作狀態下管道內徑為電表2－5查得管道內壁粗糙度k＝ 則: 在工作壓力下,過熱蒸汽 等熵指數其中因為：流體為水，工作壓力p＝，工作溫度t＝215℃；管道D20＝233mm，材料20號無縫鋼管；截流裝置為法蘭標準孔板，材料為1Cr18Ni9Ti。d20＝，差壓Δp＝.求：（1）在給定的Δp下的流量qm（2）測量時的壓力損失。解： 液體, 27．當工作壓力偏離額定壓力時，如何由差壓顯示的水位值求出真實的水位。答：當工作壓力偏離額定壓力時，可通過差壓計的正、負遷移，求出遷移量，即利用正負遷移改變變送器的零點，同時改變量程的上下限，即可求出真實的水位。28．差壓式液位計如何測量液位? 當差壓變送器高于或低于最低液位時，應如何處理？答：差壓式液位計是采用壓差計測量氣、液兩相的壓差，壓差大小通過氣動或電動差壓變送器傳送，并轉化位電信號，最終顯示處液位的大小及其變化。當差壓變送器高于或低于最低液位時，可對差壓變送器進行零點遷移，由正遷移和負遷移（低于最低液位時，采用正遷移，高于最低液位時，采用負遷移。）第四章 過程控制裝置1．單杠桿式氣動差壓變送器式由哪些部分組成的？各部分由何作用？試說明其工作原理。答：單杠桿式氣動差壓變送器電氣動轉換部分和測量部分組成，測量部分的作用是將被測量的壓力信號轉換成力的形式；氣動轉換部分的作用，是將被測差壓Δpi轉換成為作用于主杠桿下端的輸入力Fi。其工作原理為：①正負壓容的輸入壓力經敏感元件轉換成輸入力Fi。即 。②Fi作用于主杠桿的下端，對支點產生一個順時針方向的輸入力矩Mi，使主杠桿發生順時針方向的偏轉。③變送器輸出信號P0，引入反饋波紋管中，并產生反饋力矩Ff作用于主杠桿上，使主杠桿對支點產生一個逆時針方向的力矩Mf。④當 時，主杠桿就處于平衡狀態，噴嘴擋板間的距離不再改變，若Mf≠Mi時，則杠桿系統產生偏角α，位移檢測片產生微小位移s，其變化量再通過放大器10轉換并方大為20～100KPa的輸出壓力，即變送器的輸出信號與被測差壓Δpi成正比。2．什么時氣阻？什么是氣容？它們在氣路中各起什么作用？答：在氣路中安裝的節流元件稱為氣阻，作用是阻礙氣體的流動，起著降壓（產生壓力降）和限流（調節氣體流量）的作用。氣容是在氣路中能儲存或釋放處氣體的氣容，在氣路中起著緩沖，防止振蕩的作用。3．噴嘴擋板機構由哪些氣動元件組成？它們的作用是什么？答：噴嘴擋板機構是由噴嘴和擋板構成的變氣阻，一個恒氣阻和一個氣容串聯而成的節流通室，作用是將輸入的微小位移信號（即擋板相對于噴嘴的距離）轉換成相應的氣壓信號輸出。4．DD8－III型電動差壓變送器是按什么原理工作的？它是由哪幾部分組成的？試簡述其工作過程。答：DD8－III型電動差壓變送器是按力矩平衡原理工作的，由測量部分（杠桿系統）；電磁反饋裝置；矢量機構；低額位移檢測放大器。其工作過程如下：被測差壓信號p1,p2分別送入敏感元件兩側的正負壓室，敏感元件將其轉換成作用于主杠桿下端的輸入力Fi，使主杠桿以軸封膜片為支點偏轉，并以力F1沿水平方向推動矢量機構，矢量機構將推力分解成F2和F3。F2使矢量機構的推板向上偏轉，并通過連接簧片帶動副杠桿L4以支點M逆時針偏轉，使固定在副杠桿上的差動變壓器B的銜鐵靠近差動變壓器，兩點之間的距離變化量再通過低頻位移檢測放大器轉換并方大為4～20mA直流電流，作為便送器的輸出信號；同時該電流又流過電磁反饋裝置的反饋動圈，產生電磁反饋力Ff，使副杠桿順時偏轉o，當輸入力與反饋力對杠桿系統說產生的力矩Mi, Mf達到平衡時，變送器便達到一個新的穩定狀態。此時低頻位移檢測放大器的輸出電流Io便反映了說測電壓Δpi的大小。5．DD8－III型溫度變送器為什么要采用線性化措施？熱電偶溫度變送器時怎樣實現線性化的。答：熱電偶溫度變送器要求的輸出電壓信號與相應的變送器輸入的溫度信號成線性關系，而熱電偶是非線性關系的，溫度變送器放大回路是線性的，若將熱電偶的熱電勢直接接到變送器的放大回路，則溫度t℃與變送器的輸出電壓Usc之間的關系是非線性的。因此需要采用線性化措施，措施是:采用反饋電路非線性，使放大回路具有線性，依據輸入輸出關系，當放大系數k很大時，要使熱電偶輸入的溫度變送器保持線性，就要使反饋電路的特性曲線與熱電偶的特性曲線相同，從而實現線性化。6．試分析電動差壓變送器如何實現量程遷移（零點遷移）的。答：電動差壓變送器的輸入與輸出間的關系：式中Ad，I1，I2，I3，I3是固定不變的，故輸出電流與輸入差壓之間的比例關系通過調整tgθ和kf來改變，即改變變送器的量程，θ↑，Io↑，量程變小，j，kf，的改變是通過改變反饋線圈的匝速w實現的，w↑，kf↑，量程↑。7．試分析四線制變送器與兩線制變送器與電源的連接方式并畫出示意圖。答：電動變送器輸出信號與電源的連接方式有兩種：四線制和兩線制，四線制中，供電電源通過兩根導線接入，另兩根導線與負載電阻R2相連，輸出0～10mA DC信號。這種連線方式中，同變送器連接的導線共有4根，成為四線制，如圖（a）所示。如圖b中所示，同變送器連接的導線只有兩根，同時傳送變送器所需的電源電壓和4～20mA DC輸出電流，稱為兩線制。220V現場變送器現場變送器 （a） （b）8．本質安全防爆型系統是由哪些要素構成的？需要采取哪些措施才能保證整個系統達到防爆要求？答：本質安全防爆型系統是由安裝載危險場所中的本質安全電路及安裝載非危險場所中的非本質安全電路和防爆安全柵組成。采取措施以達到防爆要求的方法有：① 本質安全防爆儀表采用低的工作電壓和小的工作電流。② 用防爆安全柵將危險場所和非危險場所的電路隔開。③ 在現場儀表導控制室儀表之間的連接導線不得形成過大的分布電感和電容。9．試分析氣動調節儀表與電動調節儀表各自具有什么特點。答：氣動調節儀表線路簡單，直觀，容易被使用者掌握，使用壓縮空氣作為氣源，是天然防爆儀表，信號范圍為20～100KPa，電動調節儀表采用統一標準的電信號，4～20mA DC傳輸信號，并采用線路集成電路，使可靠性提高，維修工作量減少，結構合理，功能多樣，整套儀表可構成安全火花型防爆系統，而且可與計算機連用。10．簡述膜片式PI調節器的工作原理。答：膜片式PI調節器是根據力矩平衡原理工作的，由比較部分，比例部分，積分部分，放大部分，開關部分等組成。其中比較部分由測量氣室，給定氣容，和比較部分芯桿所聯系起來的膜片組，比例部分使輸出。積分部分用積分氣容和跟蹤氣室串聯在積分正反饋回路里，開關部分用以控制調節器輸出的通斷。輸入回路作用是將輸入信號與給定信號進行比較，取出偏差信號，并進行電平移動。11．PID調節器是由哪些基本部分組成的？試分析各部分所完成的功能。答：PID調節器的基本組成有輸入電路，運算電路和輸出電路組成。輸入電路是檢測偏差信號，信號經濾波電路后輸出導PID運算電路。（輸入電路包括偏差檢測電路，內給定穩壓電源電路，內外給定切換開關，正反作用開關及濾波電路等）。PID運算電路：根據整定好的參數用以對偏差信號進行比例，微分和積分的運算，是調節器實現PID控制規律的關鍵環節。輸出電路：將運算電路的輸出信號做最后一次放大，或者作為運算電路之回路中放大器的組后一級，提供調節器的輸出信號。12．何為基型調節器？它具有哪些主要特點？答：基型調節器是一種具有PID運算功能，并能對被調參數，給定值及閥門位置進行顯示的調節器。特點：①采用了高增益、高阻抗線性集成電路組件，提高萬儀表的精度，穩定性和可靠性，降低了能耗。②有軟、硬兩種手動操作方式，軟手動與自動之間由于有保持狀態而使調節器輸出能夠長期保持，因而在互相切換時具有雙向無平衡無抗擾特性，提高了操作性能。③采用集成電路便于各種功能的擴展。④ 采用標準信號制，接受1－5V DC測量信號，輸出4～20mA DC信號，由于空氣受點不是從零點開始的，故容易識別斷電、斷線等故障⑤ 能與計算機聯用。13．試說明基型調節器產生積分飽和現象的原因。答：∵在基型調節器的PI電路中，接有運算放大器，對于理想的比例積分電路，只要輸入信號Usc2存在，積分作用就不會終止