何道清《仪表与自动化》课后答案.

仪表与自动化第二版第1章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解 自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中307、303、305所代表的意义。题1-5图加热器控制流程图解 307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制 仪表；工段号为3，仪表序号为03;305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制 仪表；工段号为3，仪表序号为05。1-7在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解 测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等） 送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的 被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结 果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来 改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。1-8 试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操 纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）自动控制系统中，工艺参数需要 控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量被控对象内要求保持设定值的工艺参数。 控系 统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统 等。给定值（或设定值或期望值）人们希望控制系统实现的 目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按 程序变化的。操纵变量 （调节变量）对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。操纵介质（操纵剂）一一用来实现控制作用的物料。1-11题11图所示为一反应器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。试画出该温度控制系统的方块 图，并指出该系统中的被控对象、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 有负反馈的闭环系统。该温度控制系统的方块图题解1-11图反应器温度控制系统方块图其中，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。可能影响被控变量的干扰因素主要有 A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。若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，冷却水流量增大， 这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具 有负反馈的闭环控制系统。1-12 题 1-11 图所示的温度控制系统中，如果由于进料温 度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统 的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对 被控变量影响的？解：当 反应器内的温度超过给定值（即升高）时，温度测量元件测出温度值与给定值比较，温度控制器将比较的偏差经 过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增 大冷却水流量，使反应器内的温度降下来，这样克服干扰作用 对被控变量影响。1-13 按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？ 解：按给定值形式不同， 自动控制系统可以分为以下三类： 定值控制系统一一给定值恒定的控制系统。随动控制系统（自动跟踪系统）一一给定值随机变化的系统。程序控制系统给疋值按一疋时间程序变化的系统。1- 19某化学反应器工艺规定操作温度为 (900 10) C。考 虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80 Co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 程曲线如题1-19图所示。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、振荡周期和过渡时间(被控 温度进入新稳态值的1%(即卩900 ( 1% = 9C)的时间)，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？肘阿min题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线解 最大偏差950 900=50 (C)；超调量 950908=42 (C)；由于 B =918 908=10 (C),所以，衰减比 =42:10=4.2 ;余差 908 900=8C;振荡周期45 9=36();过渡时间47。因为50C 1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。3-7 .什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力 (真空度) 之间有何关系？解 (1) 工程上的压力是物理上的压强，即(压强)。（2）绝对压力是指物体所受的实际压力;表压力=绝对压力大气压力； 负压力（真空度）=大气压力绝对压力3-10 .作为感受压力的弹性元件有哪几种？解弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和 膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。3-11 .弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力 计的主要组成及测压过程。解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生 变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端 的位移大小，就能反映被测压力 p的大小。（2） 弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放 大机构，游丝，指针，表盘。（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力 时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的 位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。3-14电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？解 见教材第3章节。当差动电容传感器的中间弹 性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量 变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。3-15某压力表的测量范围为 01,精度等级为1.0级， 试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来 校验该压力表，在校验点为0.5时，标准压力计上读数为0.508 , 试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？解压力表允许的最大绝对误差为在校验点0.5处，绝对误差为=0.50.508=0.008()该校验点的测量误差为0.0080.508100%1.57%故该校验点不符合1.0级精度。3-16 .为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选 取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工 作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量 程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量 误差，仪表的量程又不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差m由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。3-17如果某反应器最大压力为 0.8，允许最大绝对误差为0.01。现用一台测量范围为 01.6，精度为1.0级的压力表来 进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范 围为01.0，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？ 试说明其理由。解 用01.6、精度为1.0级的压力表来进行测量的基本误 差11.61.00.0160.01（允许值）该表不符合工艺上的误差要求。用01.0、精度为1.0级的压力表来进行测量的基本误差21.01.00.010.01（允许值）该表符合工艺上的误差要求。3-18某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6，工 艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐 内压力的5%,试选择一台合适的压力计（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。解 空压机缓冲器内压力为稳态压力， 其工作压力下限1.1 ,工作压力上限1.6。设所选压力表量程为P,则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有3P max P41Pmin3 P根据压力表量程系列P 3 p min（附表1），可选1.62.13(MPa)1.13.3(MPa)150型、测量范围为02.5的电接点压力表。根据测量误差要求，测量的最大误差为1.150.055()则所选压力表的最大引用误差应满足0.055max 100% 2.2%2.5 0要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。3-19某合成氨厂合成塔压力控制指标为14，要求误差不超过0.4，试选用一台就地指示的压力表（给出型号、测量范围、 精度等级）。P，解 合成塔控制压力14为高压，设所选压力表的量程为1423.3(MPa)5P 3根据压力表量程系列（附表 1），可选150型、测量范围为025的电接点压力表。根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足0.4max100% 1.6% 25要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。3-20现有一台测量范围为01.6，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其结果为：被校表读数000.40.81.21.6标准表上行程读数0. 0000.3850.7901.2101.595标准表下行程读数0.0000.4050.8101.2151.595试问这台表合格否？它能否用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.81.0，测量的绝对误差不允许大于0.05）？解压力表的校验表3-1压力表的校验数据及其数据处理结果被校表读数0.00.40.81.21.6最大误差标准表上行程读数0.0001.5950.3850.7901.210标准表下行程读数0.0001.5950.4050.8101.215升降变差0.0000.0000.0200.0200.0050.020标准表上、下行程读数平均值0.0001.5950.3950.8001.2125绝对误差0.0000.0050.0050.000-0.013-0.013maxPfs0.0201.6100%1.25%仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对 值最大者做为 m，求仪表的最大引用误差）所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。空气贮罐的压力属稳态压力，且1.01.62/3 ;0.81.61/3 ;最大误差 1.61.50.0240.05。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。3-24 .什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？解：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后 的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变， 造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。3-28为什么说转子流量计是定压式流量计？解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压 差 p为一常数，即p P1 P2（恒量）3-32用转子流量计来测气压为0.65、温度为40C的2气体的流量时，若已知流量计读数为50,求2的真实流量（已知2在标准状态时的密度为 1.977 / m）。解 由题知：p0=0.101325, 3=0.65+0.101325=0.751325（）;T=293K,=273+40=313 (K);。=1.2933;1=1.977 3, Q=50。则Qio Pi To Qo1293 0751325 293 50 105(L/s),1 p0 T11.977 0.101325 3133-33用水刻度的转子流量计，测量范围为010,转子用密 度为7920/mi的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831 /L苯的 流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750/m的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量 范围各为多少？解由题知 7920/ mi,0.831 / 831 / m,1000/ m,Q=10测苯的流量的修正系数为twftfwKq(7920 1000) 831 比(7920 831) 1000010/0.911.1()所以，苯的流量测量范围为011.1。当转子材料改为铝时，2750/ m，此时测水的流量的修正系数为KrQ(79201000)22750 10000010/2=5()所以，此时测水的流量的测量范围为05测苯的流量的修正系数为rwfrfwK fQ：(2750 1000) 8310 87,(2750 831) 100005/0.87=5.75()所以，此时测苯的流量的测量范围为05.753-36涡轮流量计的工作原理及特点是什么?解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使 叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将 叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小 流速与管道截面的乘积就是流体的流量。（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高 压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。3-37电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什 么要求？解 电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。 电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。3-46什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？解（1）当被测容器的液位 0时，差压液位计所感受的压差 pH 0的现象，称为液位测量时的零点迁移，3-48测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况）时，经常在负压管上装有冷凝罐（见题3-19图），问这时用差压 变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何 考虑？解：差压液位计正压室压力pi=1+0负压室压力P2=2+ p 0正、负压室的压差i p2=（h2 hi）g0 时，（h2 hi） go这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使0时，0,该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为（h2 hi）g3-54什么是热电偶的热电特性？热电偶的热电势由哪两 部分组成？解：（1）将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度（T、To）不同，则 回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为 热电动势效应或塞贝克（）效应。回路中的电势称为热动势， 用（T，To）或（t，to）.（2）热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。3-22 .常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什 么？为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪 几点？解：（1）常用的热电偶有如下几种:牝号旧止诩电極负幣酝fit宜朋烧用WRRBEX 2抽黑n合盘300-16001800WRPSLB 3金却 130CI6MWRNKEU-2裸的會令-50* 10001200wkWREE4OSO0900WRF1-铁金T0700750WRCTCK*400 3003S0（2）所配用的补偿导线如下:n补倦爭疑工梅嘲为LMC*冷射为0L 时的林淮烘电爵,tttY1E极负极诩槌U祐M*G. n n 红悍wA白a M&a. os? 4.009a IM 6.S17O, ITO4- 277 0. Q4f（3）用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其 温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注 意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同 或相近的热电特性； 保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。3- 56 用热电偶测温时， 为什么要进行冷端温度补偿？其冷 端温度补偿的方法有哪几种？解：（1）热电偶的热电势只有当 To （或to）恒定是才是被 测温度T （或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以 To= 0C 为参考温度条件下测试制定的， 只有保持To= 0C,才能直接应 用分度表或分度曲线。若 ToM 0C,则应进行冷端补偿和处理。（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0C恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。3- 57 试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和 仪表？输入、输出信号各是什么？解：热电偶温度计由热电偶（感温元件） 、显示仪表和连接 导线组成；输入信号是温度，输出信号是热电势。热电阻温度计由热电阻 （感温元件）、显示仪表和连接导线 组成；输入信号是温度，输出信号是电阻。3-58用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20,冷端（室温）为25C,求设备的温度？如果改用 E型热电偶来 测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？解 用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t ,25)=20，查K型热电偶分度表，E(25，0)=1.000。根据中间温 度定律，E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000反查K型热电偶分度表，得508.4 C若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定 律，测得热电势为(508.4 , 25)= (508.4 , 0)(25 ,0)=37678.61496.5=36182.1 V 36.18。3- 59现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其 冷端温度为30C，显示仪表的机械零位在0C时，这时指示值为400C,则认为换热器内的温度为 430C对不对？为什么？正 确值为多少度？解 认为换热器内的温度为 430C不对。设换热器内的温度为t，实测热电势为E(t , 30)，根据显示仪表指示值为400C,则有E(t , 30)= E(400 , 0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍(E型)热电偶分度表，有E(t , 0)= E(t , 30)+ E(30 , 0)=曰400 , 0)+ E(30 , 0)=28943+180仁30744 V反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度422.5 C3-60 .试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要有几种？相应的R0各为多少？解：(1 )热电阻测温原理：电阻温度效应，即大多数金 属导体的电阻值随温度而变化的现象。(2) 常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。(3) 铂热电阻的分度号主要有：100 , ( R=100 );50 , (R0=50);1000 , ( F0=1000 );等铜热电阻的分度号主要有：100 , ( F=100 );50 , (R=50);等3-62用分度号为00铂电阻测温，在计算时错用了00的分度表，查得的温度为140C，问实际温度为多少？解 查00的分度表，140C对应电阻为159.96，而该电阻值实际为00铂电阻测温时的电阻值，反查 00的分度表，得实 际温度为157C3- 63用分度号为50、百度电阻比V(100) 1000=1.42的铜热 电阻测某一反应器内温度，当被测温度为50 C时，该热电阻的阻值R5o为多少？ 若测某一环境温度时热电阻的阻值为92该环境温度为多少？解 分度号为50、百度电阻比V(100)=1.42的铜热电阻，其R)=50 ，Roo=5O 1.42=71。则该铜热电阻测温的灵敏度k7150100 00.21 (被测温 度 为民0=50+0.21/ C50 C =60.5当测某一环境温度时，若热电阻的阻值92,则对应的环境温度为(9250)/0.2仁200 C第4章显示仪表4-10对于标尺始端为 0C的电子电位差计，当热电偶的热 端为0C,冷端为25C时，问这时应指示多少度？输入信号为 多少？若热端为0C,冷端也为0C时，这时应指示多少度？输 入信号为多少？解 当热电偶的热端为0C,冷端为25C时，应指示0C;输入信号为 E(0 , 25)=E(25 , 0)。若热端为0C,冷端也为0C时，这时应指示0C;输入信号为 E(0 , 0)=04- 12如题4-12图所示热电偶测温系统，热电偶的型号为K请回答:(1)这是工业上用的哪种温度计?(2)显示仪表应米用哪种仪表？该仪表的输入信号是多少？应指示多少温度?6DV匯示仪表题4-12图 热电偶测温系统图解(1)这是工业上用的热电偶温度计。(2)显示仪表应米用101型动圈式显示仪表或电子电位差计显示仪表；仪表的输入信号是K型热电偶的热电势 E(600,25),E(600 , 25)= E(600,0)E(25 , 0)=24902 1000=23902( V);指示温度应为600 C(显示仪表内具有冷端温度自动补偿， 能直接显示被测温度)。4- 13测温系统如题4-13图所示。请说出这是工业上用的哪 种温度计？已知热电偶为 K但错用与E配套的显示仪表，当 仪表指示为160 C时，请计算实际温度为多少度？(室温为 25C)j控制*题4-13图测温系统图解 这是工业上用的热电偶温度计。当与E型热电偶配套的显示仪表指示为160C、室温为25C时，显示仪表的输入信号应为E型热电偶在热端为160C、冷端为25C时的热电势(160 , 25)。而显示仪表外实际配用的是 K 型热电偶，其输入的热电势(160 , 25)，实际应为K型热电偶在 热端为C、冷端为25C时的热电势(，25)，即(，25)= (160 , 25)。(160 , 25)= (160 , 0)(25 , 0)查 E型热电偶分度表(160 , 0) = 10501 V (25 , 0)=1496.5V,则(160, 25)=105011496.5=9004.5 V(,0) ( , 25)+ (25 , 0)=9004.5+1000( 查K型热电偶分度表)=10004.5( V)反查K型热电偶分度表，得246.4 C4- 14试述电子自动平衡电桥的工作原理？当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方？为什么?解 电子自动平衡电桥的原理电路如下图所示当被测温度为测量下限时，有最小值及0，滑动触点应在的 左端，此时电桥的平衡条件是R3 （ 0） 2R4（ 1）当被测温度升高后，热电阻阻值增加，滑动触点应右移动才能使电桥平衡，此时电桥的平衡条件是R3 （ 0+r 1） 2（R4+ r 1）（ 2）用式（1）减式（2），则得R3 r 1R3= R2r 1(3)从上式可以看出：滑动触点 B的位置就可以反映热电阻阻值的变化，亦即反映了被测温度的变化。并且可以看到触点的 位移与热电阻的增量呈线性关系。当热电阻短路时，0,为了使电桥平衡，指针应尽可能地向左滑动，直至始端；当热电阻断路时，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向右滑动，直至终终端；当电源停电时，指针 指在任何位置，电桥输出都为0，(电桥“平衡”)。4- 19有一分度号为00的热电阻，接在配分度号为00的自动平衡电桥上，指针读数为 143C，问所测实际温度是多少？解 温度为143C时，分度号为00的热电阻阻值(查00分 度表)为154.70 。而自动平衡电桥上实际接的是分度号为00的热电阻，利用 154.70 查00分度表，得所测实际温度为 128C。4-20有一配K分度号热电偶的电子电位差计，在测温过程中错配了 E分度号的热电偶，此时仪表指示196C，问所测的实际温度是多少？此时仪表外壳为28Co解 电子电位差计指示196 C，输入信号为(196 , 28)= E(196 , 0)E(28 , 0)=7.9771.122=6.855(),而该热电势实际是由 E型热电偶提供的。设所测的实际温度为t，则有(t ,0)=(t ,28)(28 ,0)=(196 ,28)+(28 ,0)=6.855+1.679=8.534()查E型热电偶分度表，得所测的实际温度为132.2 C第5章自动控制仪表5- 1什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？解 控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即P f（e） f（z x）控制器的基本控制规律 有：位式控制（其中以双位控制比 较常用）；比例控制（P）;积分控制；微分控制（D）。5- 4何为比例控制器的比例度？ 一台一H型液位比例控制 器，其液位的测量范围为01.2m,若指示值从0.4m增大到0.6m, 比例控制器的输出相应从5增大到7试求控制器的比例度及放大系数。解 比例控制器的比例度就是指控制器的输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为:Pmin100%式中 e输入变化量；p 相应的输出变化量;Xmax Xmin输入的最大变化量，即仪表的量程；Pmax Pmin输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围根据题给条件，该控制器的比例度为0.6 .4100%83.3%1.2 0 丿 10 0对于单元组合仪表，其放大系数为1/=1/83.3120%5- 5 台一山型温度比例控制器，测量的全量程为01000 c，当指示值变化100 C，控制器比例度为 80%，求相应 的控制器输出将变化多少？解2 E max Pmin 20 41001.6 go%p xmax xminp1000 0 p控制器的输出变化量1.6/802()5- 9 台具有比例积分控制规律的一H型控制器，其比例度为200%，稳态时输出为5。在某瞬间，输入突然变化了 0.5 , 经过30s后，输出由5变为6，试问该控制器的积分时间为多 少？解控制器的放大倍数1/=1/2000.5控制器的输入变化量为0.5 ;控制器的输出变化量为6 5=1()，经历时间30s。由p KpA $ AtT|得Ti 士L 5 5 3010(s)p KpA 10.5 0.55-10某台一山型比例积分控制器，比例度为100%，积分时间为2。稳态时，输出为5。某瞬间，输入突然增加了 0.2 ,试问经过5后，输出将由5变化到多少？解控制器的放大倍数1/ =1/1001控制器的积分时间2，稳态输出po=5；控制器的输入变化量 为0.2。经历时间5。则输出变化量K1p A 扌At 1 0.2 -。2 50.7（mA）所以，经历时间5后，控制器的输出为0+ 5+0.7=5.7（）5-12试写出比例积分微分（）三作用控制规律的数学表达 式。解控制器的控制规律的数学表达式为Kp e丄T1edtde dt其中，e 输入变化量；p相应的输出变化量；一放大倍数；称为积分时间；一微分时间。5-13试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。解 比例控制规律的特点是反应快， 控制及时；存在余差（有 差控制）积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差（无差控制）微分控制规律的特点是控制响应快，故有 超前控制之称; 但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很 大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以 不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比 例微分或比例积分微分控制器。5-26请写出下面对应的80的指令1O(XXX)!00000解（1）000000000300002000010000500004000030000600002-0100000001第6章执行器6-1气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用?解 气动执行器由执行机构和控制机构 （阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小产 生相应的推力F和直线位移I，推动控制机构动作，所以它是 将控制信号的大小转换为阀杆位移的装置；控制机构是执行器 的控制部分，它直接与操纵介质接触，控制流体的流量，所以 它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。6- 4试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？常用的控制阀理想流量特性有哪些？解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：2 f丄QmaxL式中，相对流量是控制阀某一开度时流量 Q与全开时流量之比; 相对开度是控制阀某一开度行程 I与全开行程L之比。在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：直线流量特性Q1I；1 (R 1)-QmaxRL等百分比（对数）流量特性IQL 1 ；-R L ；Qmax抛物线流量特性1 2d Q QmaxkQ；d # LQmax快开流量特性2Q1-I1 ( R 1) QmaxRL等四种。6- 7什么叫控制阀的可调范围？在串、并联管道中可调范围为什么会变化？解 控制阀的可调范围(可调比)是其所能控制的最大流量与最小流量的比值，即rQmaxQmin在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会 变小。6- 8已知阀的最大流量=50m,可调范围R= 30。(1) 计算其最小流量，并说明是否就是阀的泄漏量。(2) 若阀的流量特性为直线流量特性， 问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q(3) 若阀的流量特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q解 (1)由 R Qmax ,得Qmin Qmax 50 1.67(m3/h)。不是阀QminR30的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。(2 ) 由直线流量特性1 1 (R 1)L,得Qmax RLQ Qma 1 (R 1)丄，RL0.2 时，Q0.2 50 1 (30 1) 0.2 11.33(m3/h)30(3)由等百分比流量特性lR L 1，得 QQmax0.2 时，Q0.250 30 0.2 13.29(m3/h)丄1rl ,Qmax25.32(m3/h)0.8 时，Q0.8 50 30 0.8 16-9阀的理想流量特性分别为直线流量特性和等百分比流量特性，试求出在理想情况下，相对行程分别为=0.2和0.8d Q时的两种阀的相对放大系数-/QmaxK相对。(阀的可调比30)d lL解 当阀的理想流量特性为直线流量特性时，由d QQ丄1 (R 1)丄，得仝RLd lL所以，对于相对行程分别为=0.2和0.8QQmax关，性阀，均有max K1 R，即K相对K 1 R与的值无时的直线流量特K相对=1111/30=0.967。当阀的理想流量特性为等百分比流量特性时，卜l由 2 rl1 ,Qmax得 dH lnR dlL，则K相对lnR当=0.2时，d QdQmax当=0.8时，dlLd QQmaxK相对lIn R R Lln 3030 0.210.22d lLK相对lIn R R Lln 300.8 1301.72试分别计算在理想情况下阀的相对行程为0.1、0.2、0.8、0.9时的流6-10已知阀的最大流量=100m,可调范围R= 30量值Q并比较不同理想流量特性的控制阀在小开度与大开度时的流量变化情况。(1) 直线流量特性。(2) 等百分比流量特性。解(1)根据直线流量特性，相对流量与相对行程之间的关系：-1 (R 1)丄Qmax RL分别在公式中代入数据=100朋，R= 30, 0.1、0.2、0.8、0.9等数据，可计算出在相对行程为0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值：333Q.1 = 13mQ.2 = 22.67 mQ.8 = 80.67 mQ.9 = 90.33 m3。(2)根据等百分比流量特性的相对流量与相对行程之间的关系：I分别代入上述数据，可得：Q.8 = 50.65m333Q.1 = 4.68mQ.2 = 6.58m3Q.9 = 71.17m。由上述数据可以算得，对于直线流量特性的控制阀，相对行程由10%变化到20%时，流量变化的相对值为：22.6713100%74.4% ；13相对行程由80%变化到90%时，流量变化的相对值为：9033 80-67 100% 12%80.67由此可见，对于直线流量特性的控制阀，在小开度时，行程变化了 10%，流量就在原有基础上增加了 74.4 %，控制作用很强，容易使系统产生振荡；在大开度时（80 %处）；行程同样变化了 10%，流量只在原有基础上增加了12%，控制作用很弱，控制不够及时、有力，这是直线流量特性控制阀的一个缺陷。对于等百分比流量特性的控制阀，相对行程由10%变为20%时，流量变化的相对值为:相对行程由6.584.68 100%40% ；4.6880%变到90%时，流量变化的相对值为：71.1750.65100%40%。50.65故对于等百分比特性控制阀，不管是小开度或大开度时，行程 同样变化了 10%，流量在原来基础上变化的相对百分数是相等 的，故取名为等百分比流量特性。具有这种特性的控制阀，在 同样的行程变化值下，小开度时，流量变化小，控制比较平稳 缓和；大开度时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它的一个 优点。6-11什么是串联管道中的阻力比s? s值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？解串联管道中的阻力比s为控制阀全开时阀上的压差s系统总压差即系统中最大流量时动力损失总和s值变化时，管道阻力损失变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的变化，即理想流量特性发生畸变。s = 1时，管道阻力损失为零，系统总压差全降在阀上，工作特性与理想 特性一致。随着s值的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性， 等百分比特性渐渐接近于直线特性。所以，在实际使用中，一 般希望s值不低于0.3，常选0.30.5。s 0.6时，与理想流 量特性相差无几。6-12什么是并联管道中的分流比 x ？试说明x值对控制 阀流量特性的影响？解并联管道中的分流比x为并联管道控制阀全开时 流量Q1maxx总管最大流量Qmaxx值变化时，控制阀的流量变化，控制阀所控制的流量与总管的流量产生差异，因此，其理想流量特性将会发生畸变。1时，控制阀的流量就是总管的流量，工作特性与理想特性一致。随着x值的减小，旁路阀逐渐打开，虽然控制阀的流量特性变 化不大，但可调范围却降低了。6-13已知某控制阀串联在管道中，系统总压差为100,阻力比为0.5。阀全开时流过水的最大流量为 60用。阀的理想可 调范围30,假设流动状态为非阻塞流。问该阀的额定 （最大）流 量系数及实际的可调范围为多少？解 由控制阀全开时阀上的压差卩! 得控制S系统总压差即系统中最大流量时动力损失总和P 阀全开时阀上压差pi=p100 0.5=50，贝UKmax 10Qmaxp 10 60 丄。84.42实际的可调范围为RrR、s300.521.216-14某台控制阀的额定流量系数=100。当阀前后压差为 200时，其两种流体密度分别为 1.2g /3和0.8g /3,流动状态 均为非阻塞流时，问所能通过的最大流量各是多少？解 由 Kmax 10Qmax/p，得 QmaxJ当=1.2g /3 时，Qmax眷：2% 129（m3/h