《化工仪表及自动化》 例题 主讲人：史继斌 E-mail: [email protected] 例题： 返回首页 1、如图15－11所示 为一加热炉出口温度 控制系统示意图。试 画出该控制系统的方 块图，确定调节阀的 气开、气关型式和调 节器的正反作用，并 简述物料流量突然增 加时该控制系统的调 节过程。 解：该控制系统的方块图如图15－12所示。 当调节阀上的气源中断时，为了防止炉温 过高，烧坏炉子，应关闭阀门，不再通入 燃料气，因此采用气开阀。 在该控制系统中，当燃料气流 量增加时，加热炉出口温度升高，因此， 加热炉为“正作用”对象；测量变送元 件的作用方向也为“正方向”；调节阀 为气开阀，也属于“正作用”方向；为 了保证系统具有负反馈，调节器应为 “反作用”方向。 当物料流量突然增加时，物料出口 温度会下降，使温度测量变送元件的输出信 号下降；该测量信号送至调节器作为输入信 号，由于调节器是反作用的，故其输出信号 升高；该调节信号送至调节阀作为输入信号， 由于调节阀是正作用的，故其输出信号升高， 即阀门开度增加，通过阀门的燃料气流量增 加；由于加热炉为正作用对象，故其输出增 加，即物料出口温度增加。这样，由物料流 量增加所引起的出口温度下降得到了克服， 物料出口温度可维持在恒定的数值上。 2、用4：l衰减曲线法整定一个控制系统的 调节器参数，已测得δs＝40％、Ts＝4min。 如果调节器采用PI、PID作用，试确定调节 器的参数值。 解：根据4：1衰减曲线法调节器参数计 算表得： ① PI作用时：比例度δ＝1．2δs＝ 48％；积分时间TI＝0.5 Ts ＝2 min ② PID作用时：比例度δ＝0．8δs＝ 32％；积分时间TI＝0．3Ts＝1．2 min 微分时间 TD＝ 0．1Ts＝ 0． 4 min.
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《化工仪表及自动化》
例题
主讲人：史继斌
E-mail: [email protected]
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例题：
返回首页
1、如图15－11所示
为一加热炉出口温度
控制系统示意图。试
画出该控制系统的方
块图，确定调节阀的
气开、气关型式和调
节器的正反作用，并
简述物料流量突然增
加时该控制系统的调
节过程。
Slide 3
解：该控制系统的方块图如图15－12所示。
当调节阀上的气源中断时，为了防止炉温
过高，烧坏炉子，应关闭阀门，不再通入
燃料气，因此采用气开阀。
Slide 4
在该控制系统中，当燃料气流
量增加时，加热炉出口温度升高，因此，
加热炉为“正作用”对象；测量变送元
件的作用方向也为“正方向”；调节阀
为气开阀，也属于“正作用”方向；为
了保证系统具有负反馈，调节器应为
“反作用”方向。
Slide 5
当物料流量突然增加时，物料出口
温度会下降，使温度测量变送元件的输出信
号下降；该测量信号送至调节器作为输入信
号，由于调节器是反作用的，故其输出信号
升高；该调节信号送至调节阀作为输入信号，
由于调节阀是正作用的，故其输出信号升高，
即阀门开度增加，通过阀门的燃料气流量增
加；由于加热炉为正作用对象，故其输出增
加，即物料出口温度增加。这样，由物料流
量增加所引起的出口温度下降得到了克服，
物料出口温度可维持在恒定的数值上。
Slide 6
2、用4：l衰减曲线法整定一个控制系统的
调节器参数，已测得δs＝40％、Ts＝4min。
如果调节器采用PI、PID作用，试确定调节
器的参数值。
解：根据4：1衰减曲线法调节器参数计
算表得：
① PI作用时：比例度δ＝1．2δs＝
48％；积分时间TI＝0.5 Ts ＝2 min
② PID作用时：比例度δ＝0．8δs＝
32％；积分时间TI＝0．3Ts＝1．2 min
微分时间 TD＝ 0．1Ts＝ 0． 4 min
Slide 7
3 、 如 图 15 一 16
所示的反应器为
温度控制系统。
它通过调节进入
反应器的冷却水
的流量来保持反
应器温度的稳定。
要求：
Slide 8
① 画出该控制系统的方块图，并说明
它是什么类型的控制系统；
② 若反应器温度不能过高，否则会发
生事故，试确定调节阀的气开气关型式；
③ 确定主调节器和副调节器的正反作
用；
④ 若冷却水压力突然升高，试简述该
控制系统的调节过程。
Slide 9
解：① 本系统是串级控制系统。其方块图
如图15一17所示。
② 因为反应器温度不能过高，调节阀
在气源中断时应是打开的，因此采用气关
阀。
③ 先确定副调节器。因为副对象是正
作用对象，调节阀是反作用方向，为了保
证副环为负反馈，副调节器采用正作用。
再确定主调节器。把整个副环看成一
个正作用环节，主对象为反作用对象，为
了保证主环为负反馈，主调节器采用正作
Slide 10
④ 从副环来看，当冷却水压力
升高时，冷却水的流量增加，由于副调节
器是正作用，其输出增加；又由于调节阀
是气关阀，故其输出减小，因而冷却水流
量减少，从而很及时地克服了由于压力升
高所引起的流量增加，使冷却水压力的波
动几乎不影响到反应器温度。
Slide 11
从主环来看，若副环对冷却水
压力的波动不能完全克服，而使反应器
温度有了微小的降低。这时，由于主调
节器是正作用调节器，其输出减小，即
副调节器的给定值减小，相当于副调节
器的测量值增加，所以其输出增加，调
节阀开度减小，冷却水流量减少，使反
应器温度回升。这样，主环和副环同时
作用，很及时地克服了冷却水压力的影
响。
Slide 12
4、设有一台精度等级为0．5级的电子电
位差计，量程为0－l000℃，在正常情况下
进行检验，测得的最大绝对误差为十6℃，
问该电子电位差计是否合格？
解：仪表允许的最大绝对误差为
ΔTmax=Nδ允=1000×（±0．5％）＝±5℃
现测得的最大绝对误差为6℃＞5℃，
故该电子电位差计不合格。
Slide 13
5、如图15－24所示的两种测温方法，问A
表和B表的指示值哪一个高？为什么？
Slide 14
答：A表指示与B表指示值一样高。① 图
中热电偶的热端温度为300℃，冷端温度为
30℃；② 图中热电偶热端温度也为300℃，
冷端由于接了补偿导线，其热电特性与热
电偶相同，相当于延伸到了30℃的地方，
故二者输入显示仪表的热电势完全相同，
因此A表与B表的指示值一样高。
Slide 15
6、现用一只分度号为K的热电偶测量
某炉温，已知热电偶冷端温度为20℃，
显示仪表（本身不带冷端温度补偿装置）
读数为400℃，①若没有进行冷端温度
补偿，试求实际炉温为多少？②若利用
补偿电桥（0℃时平衡）进行了冷端温
度补偿，实际炉温又为多少？为什么？
Slide 16
解：由K热电偶的分度表可知， E（400，O）＝
16．395mV， E（20，O）＝ 0．798mV
① 设实际温度为T℃。若没有进行冷端温度补
偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电
势，即：E入＝ E（T，20）＝ E（ T，0）－ E（20，
0）
由显示仪表读数为 400℃可知， E 入 ＝ E（400，
0），于是
E（ T，0）－ E（20，0）＝ E
（400，0）
即
E（ T，O） ＝ E（400，0）＋ E
（20，0）＝ 16.395＋ 0.798＝ 17.193mV
查K热电偶的分度表可知，对应的实际温度T＝
418．9℃。
Slide 17
②设实际温度为T℃。若进行了冷端温度补偿，则
输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势E（T，
20）加上补偿电桥的输出电势E补，即
E入= E（ T，20）＋ E补
由补偿原理可知，补偿电桥的输出电势为
E补= E（20，0）
由显示仪表读数为400℃可知
E入＝E（400，0）
故E（T，20）＋E（20，0）＝E（400，0）
即E（T，O）＝E（400，0）
因此，对应的实际温度T＝400℃。
Slide 18
7、用分度号为K的热电偶进行测温，误用
了分度号为E的补偿导线接配在型号为K的电
子电位差计（本身带冷端温度补偿）上，如
图15－26所示。已知电子电位差计读数为
650℃，问被测实际值为多少？
Slide 19
解：由电子电位差计的读数为650℃可知，输
入电子电位差计的电势为
E入＝ EK（650，20）
设被测实际值为T，由外接线路可知：
E 入＝ EK（T，40）＋ EE（40，20）
于是
EK （T，40）＋ EE （40，20）＝ EK （650，20）
∴EK（T，40）＝ EK（650，20）－ EE（40，20）
而EK（T，40）＝ EK（T，0）－ EK（40，0）
Slide 20
即
EK（ T，0）＝EK（40，0）+ EK（T，40）
=EK（40，0）－EE（40，20）＋EK（650，20）
而 EK（650，20）＝EK（650，0）－EK（20，0）
=26．224 mV
EE（40，20）＝EE（40，0）- EE（20，
0）=1．227 mV
代入上式得
EK （ T ， 0 ） ＝ 1 ． 611 －
1．227十26．224＝ 26．608mV
查K热电偶的分度表可得
T=640．2℃
Slide 21
8、某压力容器压力波动不大，压力控制指
标为6MPa，要求测量误差不大于0.18MPa，
试选用一台合适的单圈弹簧管压力表。
解：① 选用压力表应先确定仪表类型，
题中已经给定。
② 再确定仪表的量程范围。
因为压力波动不大，最大工作压力不超
过满量程的2／3，即6＜（2／3）N，故N＞
6×（3／2）＝9MPa，选用量程范围为0－
10MPa的压力表。
Slide 22
③ 最后确定仪表的精度等级。
工艺允许的相对误差最大值为
δ 允 ＝ ±0 ． 18/(10 － 0) ＝
1．8%
所以仪表的精度等级应选1．5级。
Slide 23
9、LZB－50型转子流量计，转子材料为不
锈钢，密度为 7920kg/m3，测量范围对于密
度 为 1000kg ／ m3 的 水 来 说 是 l6000 －
l60000m3 ／h，试求对于密度为 640kg／m3
的液体，其测量范围是多少？
解：设转子、水、被测液体的密度分别为
ρf、ρo、ρ，由液体流量的修正公式可知：
密度修正系数为：
Slide 24
因此，对于密度为 640kg／m3的液体，
其测量范围是 20480－204800m3／h。
注意：此处K为体积流量密度修正系
数KQ 的倒数，即K=1/ KQ ； Q测即Q f 。
《化工仪表及自动化》
例题
主讲人：史继斌
E-mail: [email protected]
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例题：
返回首页
1、如图15－11所示
为一加热炉出口温度
控制系统示意图。试
画出该控制系统的方
块图，确定调节阀的
气开、气关型式和调
节器的正反作用，并
简述物料流量突然增
加时该控制系统的调
节过程。
Slide 3
解：该控制系统的方块图如图15－12所示。
当调节阀上的气源中断时，为了防止炉温
过高，烧坏炉子，应关闭阀门，不再通入
燃料气，因此采用气开阀。
Slide 4
在该控制系统中，当燃料气流
量增加时，加热炉出口温度升高，因此，
加热炉为“正作用”对象；测量变送元
件的作用方向也为“正方向”；调节阀
为气开阀，也属于“正作用”方向；为
了保证系统具有负反馈，调节器应为
“反作用”方向。
Slide 5
当物料流量突然增加时，物料出口
温度会下降，使温度测量变送元件的输出信
号下降；该测量信号送至调节器作为输入信
号，由于调节器是反作用的，故其输出信号
升高；该调节信号送至调节阀作为输入信号，
由于调节阀是正作用的，故其输出信号升高，
即阀门开度增加，通过阀门的燃料气流量增
加；由于加热炉为正作用对象，故其输出增
加，即物料出口温度增加。这样，由物料流
量增加所引起的出口温度下降得到了克服，
物料出口温度可维持在恒定的数值上。
Slide 6
2、用4：l衰减曲线法整定一个控制系统的
调节器参数，已测得δs＝40％、Ts＝4min。
如果调节器采用PI、PID作用，试确定调节
器的参数值。
解：根据4：1衰减曲线法调节器参数计
算表得：
① PI作用时：比例度δ＝1．2δs＝
48％；积分时间TI＝0.5 Ts ＝2 min
② PID作用时：比例度δ＝0．8δs＝
32％；积分时间TI＝0．3Ts＝1．2 min
微分时间 TD＝ 0．1Ts＝ 0． 4 min
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3 、 如 图 15 一 16
所示的反应器为
温度控制系统。
它通过调节进入
反应器的冷却水
的流量来保持反
应器温度的稳定。
要求：
Slide 8
① 画出该控制系统的方块图，并说明
它是什么类型的控制系统；
② 若反应器温度不能过高，否则会发
生事故，试确定调节阀的气开气关型式；
③ 确定主调节器和副调节器的正反作
用；
④ 若冷却水压力突然升高，试简述该
控制系统的调节过程。
Slide 9
解：① 本系统是串级控制系统。其方块图
如图15一17所示。
② 因为反应器温度不能过高，调节阀
在气源中断时应是打开的，因此采用气关
阀。
③ 先确定副调节器。因为副对象是正
作用对象，调节阀是反作用方向，为了保
证副环为负反馈，副调节器采用正作用。
再确定主调节器。把整个副环看成一
个正作用环节，主对象为反作用对象，为
了保证主环为负反馈，主调节器采用正作
Slide 10
④ 从副环来看，当冷却水压力
升高时，冷却水的流量增加，由于副调节
器是正作用，其输出增加；又由于调节阀
是气关阀，故其输出减小，因而冷却水流
量减少，从而很及时地克服了由于压力升
高所引起的流量增加，使冷却水压力的波
动几乎不影响到反应器温度。
Slide 11
从主环来看，若副环对冷却水
压力的波动不能完全克服，而使反应器
温度有了微小的降低。这时，由于主调
节器是正作用调节器，其输出减小，即
副调节器的给定值减小，相当于副调节
器的测量值增加，所以其输出增加，调
节阀开度减小，冷却水流量减少，使反
应器温度回升。这样，主环和副环同时
作用，很及时地克服了冷却水压力的影
响。
Slide 12
4、设有一台精度等级为0．5级的电子电
位差计，量程为0－l000℃，在正常情况下
进行检验，测得的最大绝对误差为十6℃，
问该电子电位差计是否合格？
解：仪表允许的最大绝对误差为
ΔTmax=Nδ允=1000×（±0．5％）＝±5℃
现测得的最大绝对误差为6℃＞5℃，
故该电子电位差计不合格。
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5、如图15－24所示的两种测温方法，问A
表和B表的指示值哪一个高？为什么？
Slide 14
答：A表指示与B表指示值一样高。① 图
中热电偶的热端温度为300℃，冷端温度为
30℃；② 图中热电偶热端温度也为300℃，
冷端由于接了补偿导线，其热电特性与热
电偶相同，相当于延伸到了30℃的地方，
故二者输入显示仪表的热电势完全相同，
因此A表与B表的指示值一样高。
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6、现用一只分度号为K的热电偶测量
某炉温，已知热电偶冷端温度为20℃，
显示仪表（本身不带冷端温度补偿装置）
读数为400℃，①若没有进行冷端温度
补偿，试求实际炉温为多少？②若利用
补偿电桥（0℃时平衡）进行了冷端温
度补偿，实际炉温又为多少？为什么？
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解：由K热电偶的分度表可知， E（400，O）＝
16．395mV， E（20，O）＝ 0．798mV
① 设实际温度为T℃。若没有进行冷端温度补
偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电
势，即：E入＝ E（T，20）＝ E（ T，0）－ E（20，
0）
由显示仪表读数为 400℃可知， E 入 ＝ E（400，
0），于是
E（ T，0）－ E（20，0）＝ E
（400，0）
即
E（ T，O） ＝ E（400，0）＋ E
（20，0）＝ 16.395＋ 0.798＝ 17.193mV
查K热电偶的分度表可知，对应的实际温度T＝
418．9℃。
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②设实际温度为T℃。若进行了冷端温度补偿，则
输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势E（T，
20）加上补偿电桥的输出电势E补，即
E入= E（ T，20）＋ E补
由补偿原理可知，补偿电桥的输出电势为
E补= E（20，0）
由显示仪表读数为400℃可知
E入＝E（400，0）
故E（T，20）＋E（20，0）＝E（400，0）
即E（T，O）＝E（400，0）
因此，对应的实际温度T＝400℃。
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7、用分度号为K的热电偶进行测温，误用
了分度号为E的补偿导线接配在型号为K的电
子电位差计（本身带冷端温度补偿）上，如
图15－26所示。已知电子电位差计读数为
650℃，问被测实际值为多少？
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解：由电子电位差计的读数为650℃可知，输
入电子电位差计的电势为
E入＝ EK（650，20）
设被测实际值为T，由外接线路可知：
E 入＝ EK（T，40）＋ EE（40，20）
于是
EK （T，40）＋ EE （40，20）＝ EK （650，20）
∴EK（T，40）＝ EK（650，20）－ EE（40，20）
而EK（T，40）＝ EK（T，0）－ EK（40，0）
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即
EK（ T，0）＝EK（40，0）+ EK（T，40）
=EK（40，0）－EE（40，20）＋EK（650，20）
而 EK（650，20）＝EK（650，0）－EK（20，0）
=26．224 mV
EE（40，20）＝EE（40，0）- EE（20，
0）=1．227 mV
代入上式得
EK （ T ， 0 ） ＝ 1 ． 611 －
1．227十26．224＝ 26．608mV
查K热电偶的分度表可得
T=640．2℃
Slide 21
8、某压力容器压力波动不大，压力控制指
标为6MPa，要求测量误差不大于0.18MPa，
试选用一台合适的单圈弹簧管压力表。
解：① 选用压力表应先确定仪表类型，
题中已经给定。
② 再确定仪表的量程范围。
因为压力波动不大，最大工作压力不超
过满量程的2／3，即6＜（2／3）N，故N＞
6×（3／2）＝9MPa，选用量程范围为0－
10MPa的压力表。
Slide 22
③ 最后确定仪表的精度等级。
工艺允许的相对误差最大值为
δ 允 ＝ ±0 ． 18/(10 － 0) ＝
1．8%
所以仪表的精度等级应选1．5级。
Slide 23
9、LZB－50型转子流量计，转子材料为不
锈钢，密度为 7920kg/m3，测量范围对于密
度 为 1000kg ／ m3 的 水 来 说 是 l6000 －
l60000m3 ／h，试求对于密度为 640kg／m3
的液体，其测量范围是多少？
解：设转子、水、被测液体的密度分别为
ρf、ρo、ρ，由液体流量的修正公式可知：
密度修正系数为：
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因此，对于密度为 640kg／m3的液体，
其测量范围是 20480－204800m3／h。
注意：此处K为体积流量密度修正系
数KQ 的倒数，即K=1/ KQ ； Q测即Q f 。