化工仪表及自动化课堂例题稿.docx

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1、化工仪表及时化课堂例题集团文件版本号：(M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988) 为4:lo当电压蓦地由0上升到220V后，指针最高能摆到252VO问经三 次摆动，指针能到多少伏(即第三个波峰值)。解：由于第一个波峰离开稳态值为252 - 220 = 32 (V)第二个波峰值为第一个波峰值的1/4,故为32X1/4 = 8 (V)第三个波峰值为第二个波峰值的1/4 ,故为8X1/4 = 2 (V)所以指针第三次摆动的最高峰值为222VO1.某温度计是一静态放大系数为1的一阶环节。当温度计由温度为0C 的地方蓦地插入温度为100的沸水中，经Imin后，温度

2、指示值达到 98.5o试确定该温度计的时间常数T,并写出其相应的微分方程式。解：参照式(2-33),已知K= 1,输入阶跃幅值为100, t= 60s98.5 = 10。| 1-拜 I时，其温度值y= 98A5,则有由上式可以解得T= 14. 3 (s)由此可写出描述该温度计的微分方程为式中，y表示输出量(温度值)；x表示输入变化量，式中的时间量纲 为So教材外课堂例题(注：部份例题不需要掌握，所以未列出)1.某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa,测量误差不得大于 lMPa0工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力 表，指出型号、精度与测量范围。解由于往复式压缩机的出口

3、压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选 用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。由于W H，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3,这是允许x100% = 1.67%60的。此外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为所以，精度等级为L5级的仪表彻底可以满足误差要求。至此，可 以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0 60Mpa,精度等级为1.5级。2.如果某反应器最大压力为0. 6MPa,允许最大绝对误差为0. 02MPa。 现用一台测量范围为0口.6MPa,准确度为1.5级的压力表来进行测量， 问能否

4、符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为Ol.OMPa,准确 度为L5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解：对于测量范围为01.6MPa,准确度为1.5级的压力表，允许的最大 绝对误差为1.6X1. 5% = 0. 024(MPa)因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对 于测量范围为。口. OMPa,准确度亦为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为1.0X1. 5% = 0. 015 (MPa)因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差，故符合对测量准确度的 要求，可以采用。1.某差压式流量计的流量刻度上限为320m3/h ,差压上限2500Pao当仪表 指

5、针指在160nl3/h时,求相应的差压是多少(流量计不带开方器)解：由流量基本方程式可知流量是与差压的平方根成正比的。当测量的所有条件都不变时，可以 认为式中的a、F0, P 1均为不变的数。如果假定上题中的Q1 = 320nl3/h ; Api = 2500Pa ; Q2 = 160ni3/h ;所求的差压为 Ap，则存在下2述关系Q jApQ2H =京由此得AP2=QTAP12 21代入上述数据，他=：x2500 = 625(Pa) 2.通常认为差压式流量计是属于定节流面积变压降式流量计，而转子流量 计是属于变节流面积定压降式流量计，为什么解：差压式流量计在工作过程中，只要节流元件结构已定

6、，则其尺寸是不 变的，因此它是属于定节流面积的。当流量变化时，在节流元件两侧的压 降也随之而改变,差压式流量计就是根据这个压降的变化来测量流量的， 因此是属于变压降式的。转子流量计在工作过程中转子是随着流量变化而上下挪移的，由于锥 形管上部的直径较下部的大,所以转子在锥形管内上下挪移时，转子与锥 形管间的环隙是变化的，即流体流通面积是变化的，因此它是属于变节流面积的。由于转子在工作过程中截面积不变,重力也不变,而转子两端的 静压差作用于转子上的力恒等于转子的重力，转子才干平衡在一定的高度 上,所以在工作过程中，尽管转子随着流量的变化上下挪移，但作用在转子 两侧的静压差却是恒定不变的，所以它是属

7、于定压降式流量计。1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图所示。已知被测液位的变化范围为03叫被测介质密度P =900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度P =950kg/m3 o变送器的安装尺寸为h =lm, h =4mo求变送器的测量范围, 012并判断零点迁移方向，计算迁移量，当法兰式差压变送器的安装位置升高或者降低时，问对测量有何影响H图法兰式差压变送器测液位解：当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来 计算。液位为3m时,其压差为所以液柱压力用H Pg计算时，只要H用m, P用kg/m3, g用m/s2为单位时,相乘结果的单位就是Pao上述计算结果Ap为2

8、6.487kPa,经过圆整后，max测量范围可选030kPa。根据图示，当液位高度为H时，差压变送器正压室所受的压力p为1负压室所受的压力P为因此，差压变送器所受的压差为由上式可知,该差压变送器应进行负迁移，其迁移量为h P go 20当差压变送器安装的高度改变时，只要两个取压法兰间的尺寸h不变, 2其迁移量不变。3 .如果用两支柏错10-伯热电偶串联来测量炉温,连接方式分别如图(a)、 (b)、 (c)所示。已知炉内温度均匀，最高温度为1000C,试分别计算测量 仪表的测量范围(以最大毫伏数表示)。解：(a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对应于1000时的 热电势可以查得E(1000

9、 , 0) = 9. 585 (mV)两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为Emax = 2X9. 585 = 19. 17 (mV)根据这个数值可以确定仪表的测量范围。(b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度(30),而且 要考虑炉旁边补偿导线与热电偶的接线盒内的温度(100C)对热电势的影 响。假定补偿导线C、D与热电偶A、B本身在100C以下的热电特性是相同 的,所以在冷端处形成的热电势为E(30 , 0) = 0. 173 (mV)在补偿导线C、D与热电偶的连接处1、4两点可以认为不产生热电 势,但在接线盒内2、3两点形成的热电偶相当于热电偶在100时形成的 热电势，即

10、E(100 , 0) = 0. 645 (mV)由于该电势的方向与两支热电偶在热端产生的电势方向是相反的，所 以这时总的热电势为E max = 2E(1000 , 0) - E(100 , 0) - E(30 , 0)=2X9. 585 - 0. 645 - 0. 173 = 18. 352 (mV)根据这个数值可以确定仪表的测量范围。(c)由于这时两支热电偶冷端都用补偿导线引至远离炉子处,冷端温 度为30,故总的热电势为Emax = 2E(1000 , 0) - 2E(30 , 0)=2X9. 585 - 2X0. 173 = 18. 824 (mV)4 .在上题所述三种情况时，如果由测量仪

11、表得到的信号都是15mV,试分别 计算这时炉子的实际温度。解：在(a)情况时，由于2E(t,0) =15mV,即E(t,0) = 7. 5mV,查表可得实际温度约为814. 30在(b)情况时，由于2E(t, 0) = 15 + E(30 , 0) + E(100 , 0)=15 + 0.173 + 0.645 = 15. 818 (mV)E(t, 0) = 7. 909 ( mV)查表可得实际温度约为851. 2o在(c)情况时，由于2E(t, 0) = 15 + 2E(30 , 0) = 15 + 2X0. 173 = 15. 346 (mV)即E(t, 0) = 7. 673 (mV)查

12、表可得实际温度约为830o2.图4-7是自动平衡电桥的工作原理图。请问在下列情况时，仪表的指 针(即滑动触点的位置)、起点温度、仪表量程会如何变化简述其原因 温度升高；(2)仪表停电；(3)加大R6；(4)减小R5；(5)电阻体被烧断。解：(1)当温度升高时,滑动触点将向右挪移,这是因为当温度升高后,Rt 增加,惟独滑动触点向右移，使与Rt串联的这个桥臂的电阻值减小，才干 使电桥达到新的平衡。(2)仪表停电时，指针随拨随停，因为此时放大器的输入与输出均没有 信号,可逆机电不可能自行转动。(3)加大R6,滑动触点将向右挪移，这是因为R6增加,会使与Rt串联 的这个桥臂的电阻值增加，惟独滑动触点右

13、移，才干使这个桥臂的电阻值 恢复到原来的数值，电桥恢复平衡。若其他电阻值都不变，增加R6会使起点温度降低，这是因为滑动触点 移至最左端时，代表的是起始温度,这时要使电桥平衡,Rt必然要小一些， 以抵消增加R6对整个桥臂电阻值的影响。Rt小，就表示这时的起点温度 降低。(4)减小R5,量程会降低，这是因为R5减小，滑线电阻组件的等效电阻 值减小，使滑动触点由最左端移到最右端的电位差变小，故量程减小。(5)电阻体被烧断,滑动触点将移向最右端,这是因为电阻体烧断后,Rt 趋于无穷大,放大器始终有一个正的电位输入，可逆机电转动，直至滑向最 右端指针被挡住为止。1. 一只比例作用的电动温度控制器，它的量

14、程是100200C,电动控制器的输出是OlOmA，假如当指示值从140变化到160c时,相应的 _(190 -140)/(200 -100)o c控制器输出从勺斛诫辛伟G2. 对一台比例积分控制器作开环试验。已知K =2, T = 0. 5mino若输入 CI偏差如图所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。图1输入偏差信号变化曲线解：对于PI控制器 其输入输，出系式为 1: J分的别关画人P = K僻+ J edt将输出分为比例和积分两部分出后再。叠机就得如PI控制器的输Ap = K e出波形。比P例部c分的输出为当K二2时,输出波形如图2 (a)所示。C积分部份的输出为An K j .Ap

15、= c J edt当 K = 2 , T = 0. 5mi n 时CI在t=0Imin期间，由于e=0，故输出为0。在t=P3min期间，由于e=l,所以t=3min时,其输出在t=34min期间，由于1-2,故t=4min时，其积A周总亦期42dt二。 113故Api输出波形如图2 (b)所示。将图2(a)、 (b)曲线叠加，便可得到PI控制器的输出，如图2 (c)所示。图2输出曲线图1.在生产实际中，由于生产负荷的变动，使原设计的控制阀尺寸不能相适应,会有什么后果为什么解：当生产中由于负荷增加，使原设计的控制阀尺寸显得太小时,会使控 制阀时常工作在大开度，调节效果不好。此时若开启旁路阀，会

16、使控制阀 特性发生畸变，可调范围大大降低；当生产中由于负荷减少，使原设计的控制阀尺寸显得太大时,会使控 制阀时常工作在小开度,调节显得过于灵敏（特殊是对于直线流量特性的 控制阀），控制阀有时会振动，产生噪声,严重时发出尖叫声。 此时，为 了增加管路阻力，有时会适当关小与控制阀串联的工艺阀门，但这样做的 结果会使控制阀的特性发生严重畸变,严重时会使控制阀失去调节作用。所以当生产中负荷有较大改动时，在可能的条件下，应相应地更换控 制阀，或者采用其他控制方案。1 .如图所示为一水箱的液位控制系统。试画出其方块图，指出系统中被控 对象、被控变量、控制变量各是什么简要叙述其工作过程,说明带有浮球 及塞子的杠杆装置在系统中的功能。图水箱液位控制系统解：系统中水箱里水的液位为被控变量;进水流量为控制变量;水箱为被 控对象。带有浮球及塞子的杠杆装置在系统中起着测量与调节的功能。 其工作过程如下：当水箱中的液位受到扰动变化后，使浮球上下挪移,通 过杠杆装置带动塞子挪移,使进水量发生变化,从而克服扰动对液位的影 响。例如由于扰动使液位上升时，浮球上升，带动塞子上移，减少了进水量, 从而使液位下降。2 .某一电压表在稳定时能够准确显示被测电压值。在被测电压蓦地变化时，指针来回摆动，最后能够稳定在被测数值上。假定指示系统的衰减比