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仪表与自动化课后习题与答案
1-3、自动控制系统主要由哪些环节组成？
答：一个自动控制系统主要是由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套仪表，称自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器；另一部分是自动化装置所控制的生产设备。
1-5、在自动控制系统中，测量变装置、控制器、执行器各起什么作用？ 答：测量元件与变送器，用于测量液位，并将测得的液位转化成统一的标准信号输出。
控制器，接受测量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至执行器。
执行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，从而起到控制作用。
1-8、图1-15为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意？ 答：PI-307：具有指示功能的压力 表，该仪表就地安装，工号段为07。 TRC-303：具有记录功能的温度 控制仪表，该仪表集中仪表盘面 安装，工号段为3，仪表序号为07。 FRC-305：具有记录功能的流量控制 仪表该仪表集中仪表盘面安装，工 号段为3，仪表序号屡05。
1-11、图1-16所示为一反应温度控制系统示意图A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试现出该温度控制系统的方块图，并指出该项系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么，并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的团环系统。
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答：被控对象 ：反应器； 被控变量：反应器内的温度；
操纵变量：冷却水流量 ；可能干扰：进料和冷却水的流量、压力和温度的改变 当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出 控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增加，这样使反应器的温度降下来，所以该项温度控制系统为一个具有负反馈的闭环系统。
1-19、某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10℃）。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过60℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-17所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差和振荡周期。该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？
答：最大偏差：A=950-900=50℃ 超调量：B=50-（908-900）=42℃ 衰减比：n=B： ′=
=21：5 余差：C=908-900=8℃
振荡周期：45-9=36 min
1-20、图1-18（a）是蒸汽加热器的温度控制原理图。试现出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么。现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如图1-18（b）所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。
答：被控对象：蒸汽加热器 被控变量：出口物料温度
操纵变量：蒸汽流量 可能干扰；物料和蒸汽输入的流量、压力、温度 2-1、什么是对象特性？为什么要研究对象特性？
答：对象的特性即对象的输入量与输出量之间的关系，是对象的外部特征，但它是由对象的内部结构机理等所决定。
研究控制对象的特征，掌握其内在规律，可以为合理地选择自动控制方案，设计最佳的控制系统、选择合适的控制器及控制器参数提供依据，使系统正常地运行。
2-8、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？
答：反映对象特性的参数有：放大系数Ｋ、时间常用数Ｔ、滞后时间τ 放大系数Ｋ在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。对象放大系数越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出 量的影响越大。 时间常数Ｔ：当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，达到新的稳态值所需的时间越长。
滞后时间τ：在受到输入作用后，被控变量不能立即迅速地变化。系统受到
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限制干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是不能及时产生控制作用，整个系统的控制量就会受到严重的影响。
2-11、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5min，放大系数为了10，纯滞后时间为2 min，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。 解：5
2-12、如图所示的RC电路中，已知R=5Ω，C=2000μF。试画出 突然由0V阶跃 变化到5V时的 变化曲线，并计算出t=T、t=2T、t=3T时的 值 解：根据基尔霍定律得： =iR+ (t),其中i=C∴RC
+ τ(t+2)=10χ(t)
+ = ∴ (t)= (1- )=5(1- ) T=RC=10s
(T)=3.16V (2T)=4.32V (3T)=4.75V
2-13、已知一个简单水槽，其截面积为0.5㎡，水槽中的液体由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在稳定的情况下，输入流量突然在原来的基础上增加了0.1 ，试画出水槽液位△h的变化曲线。 解：
由△Qt=△hA 得△h=
3-5、某一标尺为0~1000℃的温度仪表，出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果如下表所示。 标准表计数/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表计数/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001 1、 求出该温度仪表的最大绝对误差值； 2、 确定该温度仪表的精度等级；
3、 如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该温度仪表是否符合要求？ 解：1、△max=706-700=6℃ 2、δmax=
量程
=0.2t m
×100%=
×100%=0.6% ∴该温度表为1.0级
3、△max=1000×±1%=±10℃>±8℃ ∴该温度表不符合要求
3-6、如果有一台压力表，其测量范围为0~10 MPa，经校验得出下表数据。 标准表读数/ MPa 0 2 4 6 8 10 被校表正行程读数/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程读数/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 1、 求出该压力表的变差； 2、 问该压力表是否符合1.0级精度？ 解：
升降变差：△max=6.06-5.94=0.12 MPa
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