过程控制系统设计仪表习题答案

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1、.一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。参考答案：最大偏差A=230-200=30℃余差C=205-200=5℃衰减比n=y1:y3=25:5=5:1振荡周期T=20–5=15（min）设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205×（±2％）＝±4.1℃在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影

2、线）。曲线进入时间点Ts=22min工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。最大偏差A=230-200=30℃余差C=205-200=5℃衰减比n=y1:y3=25:5=5:1二、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＝35280Pa

3、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）＝－37240Pa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。三、有一台电

4、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=12.24mA②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......四、

5、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。五、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

6、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%六、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。TC物料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；（A）......1.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；（B）2.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；（C）3.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；（D）A.气关调节阀，正作用调节器；B.气开调节阀，

7、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.七、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，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