2）在S＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。 4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？

1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。 气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式。 2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的开关状态应能保证

工艺设备和操作人员的安全。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

气开式调节阀。

4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。

1）用途： 为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。

2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙。

喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号。经过气动功率放大器的放大后，输出20～l00kPa的气压信号p去推动阀门。 4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程。

在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。

4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所？安全火花是什么意思？

12

1）必须是采取安全防爆措施的仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量。使其不会给现场带来危险。

2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下

4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么？它是怎样限压、限流的？ 解答：

1）结构：图4-19所示。

2）利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压，用电阻进行限流。

第5章 思考题与习题

5-1 什么是被控过程的数学模型？

被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。

5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？

1 设计过程控制系统及整定控制参数； 1）目的：○

2 指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○

3 对被控过程进行仿真研究； ○

4 培训运行操作人员； ○

5 工业过程的故障检测与诊断。 ○

2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。

5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？ 1）方法：机理法和测试法。 2）机理法： 测试法：

5-4 什么是流入量？什么是流出量？它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系？

1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。 流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。

13

2）区别与联系：

控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。 控制系统的输出变量：系统的被控参数。 5-5 机理法建模一般适用于什么场合？

对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。

5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？

1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。

2）被控过程输出对扰动存在负反馈。

5-7 什么是单容过程和多容过程？ 1）单容：只有一个储蓄容量。 2）多容：有一个以上储蓄容量。

5-8 什么是过程的滞后特性？滞后又哪几种？产生的原因是什么？ 1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。

2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后。 纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引起的纯滞后。

5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为Q1，流出量为Q2、Q3，液位h为被控参数，水箱截面为A，并设

R2、R3为线性液阻。

（1）列写液位过程的微分方程组； （2）画出液位过程的框图；

（3）求出传递函数H(s)Q1(s)，并写出放大倍数K和时间常数T的表达式。 解答：

14

?Q1??Q2??Q3?A（1）

d?hdt?h ?Q2?R2?Q3??hR3（2）框图如图： （3）

5-10 以Q1为输入、h2为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组，并求出传递函数H2(s)Q1(s)。 解答：

?Q1??Q2?A1d?h1dt?h?h?Q2?1?2R2R2H(s)R2R3 ?Q1(s)AR2R3s?R2?R31）方程组：

d?h2?Q2??Q3?Adt?h?Q3?2R3

2）传递函数：

H2(s)R3 ?2Q11(s)T1T2s?(T1?T2?T12)s?13式中：T1?A1R2,T2?A2R3,T12?A1R3

5-12 何为测试法建模？它有什么特点？ 解答：

1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。

15