1、 绪论0-1 自动化仪表: 是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2 P5 第二段0-3 P56 0-4 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度1-4 定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。造成信号的不稳。共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。这
2、两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于 50mV)1-6 硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，
3、并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制 4-20mA 电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成 4-20mA 信号输入，输入电流与进程压力成反比。优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后
4、与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。在测量气体组分时，热敏元件吸附被测量气体，其电导率和热导率就会发生变化，元件的散热状态也就随之改变，当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化，电桥平衡被破坏而输出电压，通过对电压的测定即可得到气体测量结果。用途：热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体、氨气、二氧化碳和二氧化硫等气体的测定，并可作为低浓度可燃性气体的测定工作，另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析。2、 红 外 线 气 体 分 析 仪 的 基 本 原 理其 工 作 原 理 是 基 于 某 些 气 体 对 红 外 线 的
5、 选 择 性 吸 收 。 红 外 线 分 析 仪 常 用的 红 外 线 波 长 为 212m。简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度。用途：使用范围宽，可分析气体，也可分析溶液色 谱 分 析 仪 是 应 用 色 谱 法 对 物 质 进 行 定 性 、 定 量 分 析 ， 及 研 究 物 质 的物 理 、 化 学 特 性 的 仪 器 。 工 作 原 理 是 基 于 色 谱 法 对 样 品 进 行 检 测 ， 利 用 检
6、测器 对 分 离 出 来 的 色 谱 柱 进 行 分 析 ， 对 各 成 分 进 行 测 定氧 化 锆 氧 分 析 仪 工 作 原 理 ： 47 页 第 一 段用 途 ： 在 燃 烧 控 制 中 得 到 广 泛 应 用1-1 试述热电偶的测温原理，工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。d、在电路中引入一个随冷端
7、温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200 到+500 摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线 R 使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。1-3 说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入
8、电路、放大电路及反馈电路三部分。b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。c、由铜丝绕制的电阻 Rcu 安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源 Vz（约 5v）和高电阻 R1（约 10K 欧）建立的恒值电流 I2 流过铜电阻 Rcu，在 Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et 串联相接。当温度补偿升高时，热电动势 Et 下降，但由于 Rcu 增值，在
9、 Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。d、当变送器输出信号 Ymin 下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。1-5 力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？答：a、被测压力 P 经波纹管转化为力 Fi 作用于杠杆左端 A 点，使杠杆绕支点O 做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流 I。此电流通过反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆 B 点受到反馈力 Ff，形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，
10、杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流，形成反力矩与作用力矩平衡。b、因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的位移量非常小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略不计。1-7 试述节流式、容积式、涡流式、电磁式、漩涡式流量测量仪表的工作原理，精度范围及使用特点。答：a、节流式工作原理：根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小。差压流量计：根据节流元件前后的压差测流量。精度：正负 0.5%到 1% 使用特点：保证节流元件前后有足够长直管段靶式流量计：使用悬在管道
11、中央的靶作为节流元件精度：2%到 3%使用特点：可用于测量悬浮物，沉淀物的流体流量转子流量计：以一个可以转动的转子作为节流元件使用特点：可从转子的平衡位置高低，直接读出流量数值b、容积式工作原理：直接安装固定的容积来计量流体。精度：可达 2%较差时亦可保证 0.5%1%使用特点：适用于高黏度流体的测量c、涡轮式工作原理：利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮，并且根据磁阻变化产生脉冲的输出。精度：0.25%1%使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度。由于有转子，易被流体中的颗粒及污物堵住，只能用于清洁流体的流量测量。d、电磁式工作原理：以电磁感应定律为基础，在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当
12、作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测管内液体的流量。精度：0.5%1%使用特点：只能测导电液体的流量e、漩涡式工作原理：根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量精度：正负 0.2%正负 1%使用特点：量程比达到 30:1，可测液体和气体。2-3 PID 调节器中，比例度 p，积分时间常数 Ti,微分时间常数 Td,积分增益 Ki,微分增益 Kd 分别有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若令 Ti取，Td 取 0，分别代表调节器处于什么状态？答：1 在比例积分运算电路中，RI,CI 组成输入电路，CM 为反馈元件1）比例度 P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下，能使输
13、出量做满量程变化的输入量变化的百分数。2）积分时间 Ti=RICI Ti 愈小，由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短，积分作用愈强。Ti 越大，积分作用越弱。3）积分增益 Ki=CM/CIXA A 为放大器增益，Ki 越大，调节静差越小。比例微分运算电路中，由 Rd Cd 及分压器构成无源比例微分电路4）kd 为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比。5）微分时间 Td=KdRdCd2,Ti 取无穷时，调节器处于 PD 状态。Td 取零时 调节器处于 PI 状态。2-4 什么是 PID 调节器的干扰系数答： 用 PI，PD 串联运算获得 PID 调节规律时，在整
14、定参数上存在相互干扰的现象，常用干扰系数 F=1+Td/Ti 表示2-5 调节器为什么必须有自动/手动切换电路？怎样才能做到自动/手动双向无扰切换？为了适应工艺过程启动、停车或发生事故等情况，调节器除需要“自动调节”的工作状态外，还需要在特殊情况时能由操作人员切除 PID 运算电路，直接根据仪表指示做出判断，操纵调节器输出的“手动”工作状态。在 DDZ-III 型调节器中 ，自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关 S1 实现的，如下图所示其中开关接点“A”为自动调节；“M”为软手动操作；“H”为硬手动操作。切换分析：“A” “M”为保持，无扰切换。“M” “A”：S1、2 在
15、M，S2 把 CI 接 VB，VO2 以 10V 起对 CI 充电，但 CI 右端电位被钳位不变（10V） ，A3 的 V-V+=10V，当“M” “A” ，两点电位几乎相等，所以为无扰切换。“M” “H”：断开前，必然先断开 S4，M 为保持。切换后，接入“H” ，V-与 RH 的电位相同时，则为无扰切换，所以切换前应平衡 RPH，有条件无扰切换。“H“”M“：切换后，S41S44 瞬间是断开的，CM 和 V-为保持状态，所以为无扰切换。2-7 什么是调节器的正反作用？调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成 4-20mA 电流的？（1）测量值增加(偏差信号
16、e 减少)，调节器输出增加，则调节器静态放大放大系数为负，KC 为负值，称正作用调节器；反之，测量值增加（偏差减小） ，调节器输出减小，则调 节器静态放大系数为正，KC 为正值，称反作用调节器。（2）由于所有的仪表都用同一个电源供电，在公共电源地线上难免出现电压降，为了避免这些压降带来误差，输入电路需要采用差动输入方式。（3）调节器的输出电路是一个电压-电流转换器，它将 PID 电路在 1-5V 间变化的输出电压转换为 4-20mA 的电流，输出电路实际就是一个比例运算器，通过强烈的电流负反馈使输出电流保持在 4-20mA，输出电路的电路图如下：其中经过运算得出取 Rf=62.5，则当 V03
17、=1-5V 时，输出电流为 4-20mA。3-2 集散控制系统中，哪些功能是集中的？哪些功能是分散的？这样的设计有何优点？答：操作监视与管理为集中，控制功能为分散。优点：开放系统：互操作、可移植等分级递阶控制：垂直方向和水平方向分级分散控制：危险分散自制和协调：相对独立集中管理：管控一体化等 3-6 什么是“现场总线”， 现场总线控制系统与集散控制系统相比，有哪些优点？答:现场总线（fieldbus）是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路，它是用于工业自动化领域的许多局域网之一。现场总线技术与传统的 420mA 模拟传输技术相比，其优势是明显的，首先，双向数
18、字通信使我们不仅可以从现场纪实读取大量实时信息，而且可以根据需要，实现远程组态与维护。其次，现场总线的网络化结构可以大大节省连接网络，降低安装费用。此外，传统控制器中的标准功能，如 PID 控制算法，输入/输出处理等，均可在现场总线设备中完成，使控制功能比 DCS 更加分散，可减少硬件设备，降低控制系统的总成本。最后，现场总线设备的一致性与可相互操作性，保证了现场总线系统的开放性，以及在数字通信条件下，来自不同厂商设备的互换性第四章4-1 执行器是安全测控中不可缺少的重要部分，它在系统中的作用是根据调节器的命令，直接控制被测物体的状态和参数。4-2 调节阀根据结构分为九个大类： (1)单座调节
19、阀；适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合 (2)双座调节阀；适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合 (3)套筒调节阀；适用于单座阀场合 (4)角形调节阀；适用于泄漏要求些 压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合 (5)三通调节阀；用于分流和合流及两相流、温度差不大于 150 的场合 (6)隔膜阀；适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合 (7)蝶阀；适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合 (8)球阀；适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合 (9)偏心旋转阀。故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合 执行机构是执行器的推动部分 规则 P178 最顶上一段4-6
20、具有一定的防燃防爆措施 安全火花：不会引起引燃、爆炸等事故的火花Nullnull4-3 什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性？为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要？答：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。在各种具体的使用条件下，阀芯位移对流量的控制特性，称为工作流量特性。 从自动控制的角度看，调节阀一个最重要的特性是他的流量特性，即调节阀阀芯位移与流量之间的关系，值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响4-4 为什么合理选择调节阀的口径，也就是合理确定调节阀的流通能力 C 非常重要？答：在控制系统中，为保证工艺操作的正常
21、进行，必须根据工艺要求，准确计算阀门的流通能力，合理选择调节阀的尺寸。如果调节阀的口径选的太大，将是阀门经常工作在小开度位置，造成调节质量不好。如果口径选的太小，阀门完全打开也不能满足最大流量的需要，就难以保证生产的正常进行。4-5 电-气阀门定位器（含电-气转换器和阀门定位器）是怎样工作的？它们起什么作用？答:由电动调节器送来的电流 I 通入线圈，该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动，当输入电流 i 增大时，线圈与磁铁产生的吸引增大，使杠杆作逆时针方向旋转，并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙使气动执行器能够接收电动调节器的命令，必须把调节器输出的标准电流信号转换为
22、 20100kPa 的标准气压信号。4-8 防爆栅的基本结构是什么？它是怎样实现限压限流的？分齐纳式和隔离式两种齐纳式安全栅电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：1、 安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于 1，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证。2、 要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号
23、无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。3、 齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。4、 由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，所以易造成输出不稳定。隔离式安全栅采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。与齐纳式安全相比，虽然价格较贵，但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受益：1.由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。2.对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。3.由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号
24、的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个习题可靠性4.隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理、热电阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。5.隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。因此，对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出，隔离式安全栅有着突出的优点和更为广泛用途，虽然其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、调试及维护成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐纳式安全栅。在要求较高的工程现场几乎无一例外地采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离
25、式安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，在安全防爆领域得到了日益广泛的应用.5-1.为什么说研究自动控制系统的动态比研究其静态更为重要？答: 再连续生产过程中，最基本的关系是物料平衡和能量平衡，在静态条件下，单位时间流图对象的物料或能量等于从系统中流出的物料或能量，然而，对象的动特性是研究参数随时间而变化的规律，在动态条件下，物料平衡和能量平衡的关系是：单位时间内进入系统的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）储存量的变化率5-3 测定对象动特性飞升曲线的方法及注意要点。答：飞升特性是指输入为阶越函数时的输出量变化曲线。采用时域方法，输入量作阶越变化，测绘输出量随时间变化曲线就得到飞升特性。实验
26、时，可以让对象在某一稳态下稳定一段时间后，快速的改变它的输入量，是对象达到另一稳定状态。注意要点：采取措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。为克服其他干扰影响，同一飞升曲线应重复测试两三次。求出其中合理部分的平均值，据此平均曲线来分析对象的动态特性。需特别注意被调量离开起始点状态时的情况，应准确记录加入阶越作用的计时起点，以便计算对象滞后的大小。5-8 为什么要用闭路测定对象的频率特性？答：因为正弦波方法和频率特性相关测试法都是在开路状态下输入周期信号x(t)，测定其输出 y(t)，这种测定方法的缺点是，被调量 y(t)的震荡中线零点的漂移不能消除，误差大，因而不能长期进行试验。另外，它
27、要求输入的振幅不能太大，以免增大非线性的影响，降低测定频率特性的精度。采用闭路系统则可以避免上述缺点。优点：精度高：削弱了对象的零漂。减少了开路测定时的非线性环节所引起的误差。安全： 调节器串接在系统中，即使突然有干扰加入，也不会产生过大的偏差而发生事故。此外，这种方法可以对自衡特性对象进行频率特性的测定，也可以同时测得调节器的动态特性。6-4.何谓单回路调节系统？单回路调节系统适用于哪些场合？答：单回路调节系统，一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数恒定，而调节器只接收一个测量信号，其输出也只是控制一个执行机构。在一般连续生产过程中，单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求，因此
28、它的用量很大。只有在单回路调节系统不能满足生产的更高要求的情况下，才用复杂的调节系统。6-5.试分析对象的干扰通道和控制通道特性对控制性能的影响？答：干扰通道的放大系数Kf影响着干扰加在系统上的幅值。若调节系统是有差系统，则干扰通道，控制系统的静差也愈大。干扰通道时间常数Tf的影响，如果干扰通道是一阶惯性环节，其时间常数为Tf1，则阶跃干扰通过惯性环节，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值减小了，这样一来，使控制过程最大偏差随着Tf1的增大而减小，从而提高了调节质量。当干扰作用点的位置离测量点近，则动态偏差大；反之，干扰离测量点远，则动态偏差小，调节质量高。6-6.稳定边界法又称临界比例度法，即在
29、生产工艺容许的情况下，用试验方法找出。当一个比例调节系统的被调量作等幅振荡时，按经验公式求出调节器的整定参数。反应曲线法，用反应曲线法整定调节器的参数应先测定对象的动特性，即对象输入量作单位阶跃变化时被调量的反应曲线，亦即飞升特性，根据飞升特性曲线定出几个能代表该调节对象动态特性的参数，然后可直接按这个数据定出调节器最佳整定参数。衰减曲线法，是在总结“稳定边界法”和其他一些方法的基础上，经过反复实验得出来的。反应曲线法的优点是进行飞升特性实验比其他两种方法的实验容易掌握，做实验所需时间比其他方法短些；缺点是在实际生产中做飞升曲线试验，往往不太容易。这个方法适用于被调量允许变化较大的对象。稳定边
30、界法的优点是，在稳定边界的条件下，调节器的比例度P较小，动作很快，结果被调量的波动幅度很小，一般生产过程是允许的；缺点是，对于比例度特别小的系统和调节对象/T值很大、时间常数T也很大的系统不适用。该方法适用于一般的流量、压力、液面和温度调节系统。衰减曲线法的优点是，被调量偏离工作点不大，也不需要把调节系统推进到稳定的边界，因而比较安全，且容易掌握，能适用于各种类型的调节系统；缺点是，整个实验很浪费时间。7-6 前馈调节系统有哪些典型的结构形式？什么是静态前馈和动态前馈？答：典型结构形式 1 静态前馈 2 前馈反馈控制系统 3 前馈串级控制系统73、 简述串级控制系统的设计原则答：、主被控参数和主回路的选择主参数：主回路设计与单回路设计基本相同。凡直接或间接反映生产过程的产品质量和产量、并可测量的参数作为主被控参数，所构成的回路为主回路。、副被控参数的选择和副回路设计串级控制系统的所有优点是该系统具有副回路，因此副回路设计尤为重要。副被控参数的选择应使副回路的时间常数、纯滞后小，以保证控制通道短和快速性，副被控参数须对住被控参数有足够的灵敏度，控制参数应对副被控参数影响快。副回路必须包括生产过程中变化剧烈、频繁、幅度大的干扰，并且尽可能多的干扰，使得干扰被尽快的消除。应使主、副回路的时间常数匹配，一般 T01/T02=310，既时间常数错开，有利于动态指标。
