自动化仪表及装置复习资料汇总

1.试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。

答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。

比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及时，克服干扰能力强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它的特点是能够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。

比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。2.什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪几种？各有什么基本特点？

调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。

基本控制规律有：①双位控制：输出不是最大，就是最小，只有两个位置。②比例控制：控制作用及时，有余差。③积分控制：具有消除余差的作用。④微分控制：具有超前调节的作用。

3.评价自动控制的过渡过程有哪些常用指标？其中超调量和最大偏差与余差有何关系？

评价自动控制系统的过渡过程常用指标有：(1)最大偏差；(2)过渡时间；(3)余差；

(4)衰减比；(5))振荡周期。其中超调量是最大偏差与余差的差值。

4.离心泵的阀门调节与变速调节有哪些差别？

（1）变速调节改变水泵的特性曲线，阀门调节则是改变管路特性曲线。（2）变速调节是一种节能的调节方式，阀门调节时一种耗能的调节方式。

5.何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使用过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。常用的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、抛物线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特性。

6.双位控制系统的优缺点有哪些？

答：优点：高效节能；延长设备使用寿命；功能齐全。缺点：精度低，水压波

动较大。

7.现场与控制室仪表之间采用直流电流信号

优点

答：a. 直流比交流干扰少 b. 直流信号对负载的要求简单 c. 电流比电压更利于远传信息要求接收仪表输入电阻小

缺点

答：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联△任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号△仪表无公共接地点，须浮空工作优点△任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。△各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求接收仪表的输入阻抗要足够高。8．试述电动执行器的校验步骤。

答：（1）当执行器校验接线无误后，接通电源，将伺服电机端盖上的：“手动——自动”开

关拨向“手动”位置，摇动手柄，当输出轴转到零位时，位置发送器的输出电流应为4mA，（2）摇动手柄，使执行机构的输出轴旋转90度，此时位置发送器的电流应等于20mA，否则应调整位置发送器内的调幅值电位器。输出轴的转角与位置发送器的输出电流成正比例关系，其误差应符合要求；（3）用双极开关改变输入信号的极性，使执行器向正、反两个方向旋转，输出轴应动作灵活，位置发送器的输出电流应随输出轴向转动而正确变化。

9.试述电动执行器和气动执行机构的就地如何手动操作？

答：（1）电动执行器就地手动操作时，可将电动机上的把手拨到“手动”位置，拉出手轮，

摇转即可；（2）气动执行机构就地手动操作时，可将控制箱上的平衡阀板到“手动”位置，将上、下缸气路连通。不带手轮的气动执行机构，在其支架转轴端部带有六万头，可使用专用扳手进行手动操作。

10.角行程执行器的机械调整主要指的是什么？若调节机构“全关”至“全开”，

而执行器转臂旋转已超过90度或不到90度时，应怎样调整？

答：（1）机械调整主要指调整调节机构转臂的长度，能使电动执行器转臂逆时针旋转90

度，或气动执行机构活塞杆由最低位置运动到最高位置时，调节机构从“全关”至“全开”，走完全行程；（2）或调节机构“全关”至“全开”，而执行器转臂旋转已超过90度时，应将调节机构转臂销轴孔向里移，即缩短转臂长度。若执行器转臂旋转不到90度时，则应将调节机构转臂销轴孔向外移，即增长转臂长度。

11.角行程电动执行器的安装位置应如何选择？

答：（1）执行器一般安装在被调节机构的附近，并便于操作维护和检修不影响通行；（2）拉杆不宜太长；（3）执行器与调节机构的转臂在同一平面内动作，否则应另装换向器；（4）安装完毕后，应使执行器手轮顺时针旋转，调节机构关小，反之开大，否则应在手轮旁标明开关方向；（5）执行器安装应保证在调节机构随主设备受热位移时

12．PID调节中，P、I、D各代表什么？它们在自动调节中各起什么作用？

答：P代表比例调节，是依据偏差大小来动作的，在自动调节中起稳定被调参数的作用；I 代表积分作用，是依据偏差是否存在来动作的，在自动调节中起消除余差的作用；D代表微分作用，是依据偏差变化速度来动作的，在自动调节中起超前调节作用。

13．DDZ--Ⅲ型仪表与DDZ--Ⅱ型仪表相比有哪些主要特点。

答案:五个主要特点（1）采用线性化的集成电路。（2）采用国际标准信号制（现场转输信号为4---20mAdc控制室联络信号为1--5vdc，信号电流与电压转换电阻为250Ω）（3）集中统一供电（由电源箱供给各单元，24v直流电源，）（4）结构合理，功能多样（5）可构成安全火花防爆系统。

14.什么是调节器“正”“反”作用？

答案:调节器的输出值，随正偏差值的增加而增加的为“正”作用，而调节器的输出值，随正偏差值的增加而减小的为“反”作用。

15.角行程执行机构自动调节系统，手动操作正常，投入自动运行，执行机构走向最大或最小，问是何原因？

答：因为手动操作正常，所以操作器控制电机线没接反，原因可能有两种：⑴调节器正反作用选错。⑵伺服放大器接线有误。

16.简述电容式差压变送器的工作原理

答：电容式差压变送器的检测元件采用电容式压力传感器，组成分测量和放大两大部分。输入差压作用于测量部分电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的减去电容之电容量发生变化，此电容变化量由电容/电流转换电路转换成电流信号Id，Id 和调零与零迁电路产生的调零信号IZ的代数和同反馈电路产生的反馈信号If进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号IO。>g2uM 140．

17.试述电动执行器的校验步骤

答：（1）当执行器校验接线无误后，接通电源，将伺服电机端盖上的：手动自动开关拨向手动位置，摇动手柄，当输出轴转到零位时，位置发送器的输出电流应为4mA，（2）摇动手柄，使执行机构的输出轴旋转90度，此时位置发送器的电流应等于20mA，否则应调整位置发送器内的调幅值电位器输出轴的转角与位置发送器的输出电流成正比例关系，其误

差应符合要求；（3）用双极开关改变输入信号的极性，使执行器向正反两个方向旋转，输出轴应动作灵活，位置发送器的输出电流应随输出轴向转动正确变化

二、计算题

1.如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为 0～3.0m，如果当地重力加速度 g＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。

当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为

ρ1gHmax＝ 1200×9.8×3.0＝35280 Pa

根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa

当H＝0时，有

Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950×9.8×（5.0－1.0）＝－37240 Pa

所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为37.24kPa

迁移后该差变的测量范围为－37.24～2.76kPa

若选用 DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出 I＝4mA时，表示 H＝0；当I＝20mA时，H＝40×3.0／35.28＝3.4m，即实际可测液位范围为 0～3.4m。

如果要求H＝3.0m时差变输出满刻度（20mA），

则可在负迁移后再进行量程调整，

使得当Δp＝－37.24＋35.28＝－1.96kPa时，差变的输出达到20mA。

2.有一台电动差压变送器，表量程为25000Pa，对应的最大流量为50t/h，工艺要求40t/h时报警。问：①不带开方器时，报警值设定在多少？②带开方器时，报警信号设定在多少？

参考答案：

①不带开方器时对应40t/h流量的差压

ΔP1= 25000(40/50)2=16000Pa

对应40t/h流量的输出

I出1=（16000/25000）16+4=12.24mA

∴报警值S=12.24mA

②带开方器时, ∵ΔQ=KΔP

对应40t/h流量的差压

ΔP2= 25000(40/50)=20000Pa

对应40t/h流量的输出

I出2=（20000/25000）16+4=16.8mA

∴报警值S=16.8mA

3.某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变到700℃时，控制器相应的输出从8mA 变为16mA。求设定的比例度。

即：温度的偏差在输入量程的50％区间内（即200℃）时，e和y是2倍的关系。

4.有一台比例积分调节器，它的比例度为50%，积分时间为1分，开始时，测量、给定和输出都在50%，当测量变化到55%时，输出变化到多少？1分钟后又变化到多少？

(1)当测量由50%跃变到55%的一瞬间，时间t=0。已知调节器的比例度δ=50%，积分时间TI=1分，ε=ΔI入=55%-50%=5%

代入上式可得Δy(0+)= ΔI出 (0+)= =10%

即输出变化为10%加上原有的50%，所以输出跃变到60%。

(2)一分钟后，输出变化为Δy(1)= ΔI出(1)=20%

加上原有的50%，所以一分钟后输出变到50%+20%=70%

5.请判定图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。

1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；

2.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；

3.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水

时；

4.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水

时；

A.气关调节阀，正作用调节器；

B.气开调节阀，反作用调节器；

C.气开调节阀，正作用调节器；

D.气关调节阀，反作用调节器.

答案：（A ）（ B ）（ C）（ D ）

6.对于图示的加热器串级控制系统。

要求：

（1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？

（2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式；

（3）确定主、副控制器的正反

作用；

（4）当蒸汽压力突然增加时，

简述该控制系统的控制过程；

（5）当冷物料流量突然加大时，

T

物料

简述该控制系统的控制过程；

（注：要求用各变量间的关系来阐述）

解：（1）该控制系统的方框图

扰动1扰动2

（2）由于工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，所以控制阀应选用

气开型式，一但气源故障断气，控制阀自动关闭，蒸汽不再进入加热器，以避免

介质温度过高发生事故。

（3）确定主、副控制器的正反作用：

在副回路中，由于流量对象是“＋”作用（阀开大，流量增加）的（Ko2>0），控制阀也是“＋”作用（气开式）的（Kv>0），故副控制器FC是“＋”特性（Kc2>0），选反作用，这样才起到负反馈的控制作用；

在主回路中，由于主对象是“＋”作用（副变量蒸汽流量增大，主变量出口温度

也增大）的（Ko1>0），故主控制器TC是“＋”特性（Kc1>0），选反作用，这样

才起到负反馈的控制作用。

（4）当蒸汽压力突然增加时，该控制系统的控制过程如下：蒸汽压力增加，则

蒸汽流量增加，由于FC为反作用，故其输出降低，因而气开型的控制阀关小，

蒸汽流量减少以及时克服蒸汽压力变化对蒸汽流量的影响，因而减少以致消除蒸

汽压力波动对加热炉出口物料温度的影响，提高了控制质量。

（5）当冷物料流量突然加大时，该控制系统的控制过程如下：冷物料流量加大，加热炉出口物料温度降低，反作用的TC输出增加，因而使FC的给定值增加， FC

为反作用，故其输出也增加，于是气开型的控制阀开大，蒸汽流量增加以使加热

炉出口物料温度增加，起到负反馈的控制作用。

7.试判断图示两系统各属于何种控制系统？说明其理由，并画出相应

的系统方框图。

右图是以加热器出口温度为主被控变量，以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型串级控制系统；

左图是一种形似串级控制但实际是一种前馈－反馈控制系统。两个控制器TC与FC串级工作，TC的输出作为FC的给定，形似串级控制，但并没有副回路，只有一个反馈回路，执行器的输出并不能改变原料的流量，所以不能认为是一个串级