制药过程控制原理与仪表
16.作为感受压力的弹性元件有哪几种？各有什么特点？
答 主要的弹性元件有：①弹簧管，可分单圈弹簧管与多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000MPa的压力；②膜片，可分平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器；③波纹管，这种弹性元件易变形，常用于微压与低压的测量。
24.体积流量、质量流量、瞬时流量、累积流量的含义各是什么？
答 流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，称为总量或累积流量。
以体积表示的瞬时流量称为体积流量，以质量表示的瞬时流量称为质量流量。 26.什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？
答 节流现象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处，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，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化，根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。
27.试述差压式流量计测量流量的原理。并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？
答 根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程，可以导出流体流经节流装置时的压差与流量之间有一定的对应关系，其定量关系符合流量基本方程式。根据这个方程式，就可以由测量得到的压差来计算出流过的流量值，这就是差压式流量计测量流量的原理。
由于流量基本方程是在一定的条件下推导而得的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件(密度、温度、压力、雷诺数等)，当以上这些条件改变时都会影响流量的测量。
37.根据工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型？
答 按其工作原理主要有下列几种类型。
(1)直读式物位仪表(2)差压式物位仪表(3)浮力式物位仪表(4)电磁式物位仪表(5)核辐射式物位仪表(6)声波式物位仪表(7)光学式物位仪表。 40.在液位测量中，如何判断“正迁移”和“负迁移”？
答 在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输人信号△p>0，则为“正迁移”；反之，当H=0时，△p 50.热电偶补偿导线的作用是什么？在选择使用补偿导线时需要注意什么问题？ 答 由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。茬实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间， 第10页 制药过程控制原理与仪表 易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。当然也可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但是这样做会多消耗许多贵重金属材料。解决这一问题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。 在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不应超过100℃。 52.用热电偶测温时，要进行冷端温度补偿，其冷端温度补偿的方法有哪几种？ 答 冷端温度补偿的方法有以下几种：(1)冷端温度保持为0℃的方法；(2)冷端温度修正方法；(3)校正仪表零点法；(4)补偿电桥法；(5)补偿热电偶法。 56.试述DDZ-III型温度变送器的用途。 答 DDZ-III型温度变送器的用途在于它与各种类型的热电偶、热电阻配套使用，将温度转换成4~20mA和1~5V的统一标准信号，又可与具有毫伏输出的各种变送器配合，使其转换成4~20mA和1~5V的统一输出信号。然后，它和显示单元、控制单元配合，实现对温度及其他各种参数进行显示、控制。 二. 例题分析 1. 如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得出下列数据： 被校表读数/MPa 标准表正行程读数/MPa 标准被校表反行程读数/MPa (1)求出该压力表的变差； (2)问该压力表是否符合1. 0级精度？ 解(1)首先计算出各点正、反行程标准表读数的差值，找出其中的最大差值(指绝对值)。本题的最大绝对差值发生在6MPa处，其值为6.06-5.94=0.12(MPa)。 变差?最大绝对差值0.12?100%??100%?1.2% 量程10?00 0 0 2 1.98 2.02 4 3.96 4.03 6 5.94 6.06 8 7.97 8.03 10 9.99 10.01 (2)由于该表的变差已超过1.0级表的允许误差，故不符合1.0级精度。 2. 某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1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0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？ 解 最大绝对误差?max?(1?0)?1%?0.01(MPa) 在0.5MPa处，校验得到的绝对误差为0.508-0.5=0.008(MPa)，此值小于该压力表的允许 第11页 制药过程控制原理与仪表 最大绝对误差，故在这一校验点符合1级精度。 3. 如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为1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0~1.0MPa，精度为1级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解 测量范围为0~1.6MPa，精度为1级的压力表的允许最大绝对误差为 (1.6?0)?1%?0.016(MPa) 已经超出了工艺上允许的最大绝对误差，故不能符合工艺上的误差要求。若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1级的压力表，这时允许的最大绝对误差为 (1.0?0)?1%?0.01(MPa) 故能符合工艺上的误差要求。 4. 某控制系统根据工艺设计要求，需要选择一个量程为0~100m3/h的流量计，流量检测误差小于±0.6m3/h，试问选择何种精度等级的流量计才能满足要求？ 解 工艺上允许的相对百分误差为 ???0.6?100%??0.6% 100?0因此选择0.5级精度的流量计才能满足要求。 5. 某温度控制系统，最高温度为700℃，要求测量的绝对误差不超过±10℃，现有两台量程分别为0~1600℃和0~1000℃的1.0级温度检测仪表，试问应该选择哪台仪表更合适？如果有量程均为0~1000℃，精度等级分别为1. 0级和0.5级的两台温度变送器，那么又应该选择哪台仪表更合适？试说明理由。 解 对于量程为0~1600℃和0~1000℃的l.0级仪表，其允许的最大绝对误差分别为：(1600-0)×1%=16(℃)和(1000-0) ×1%=10(℃)，因此。0~1600℃量程的仪表其绝对误差已经超出了工艺上允许的绝对误差(±10℃)，故不能选用。另外，对于最高温度仅为700℃的温度控制系统，其量程也没有必要选0~1600℃这么大量程的仪表。因此，本温度控制系统应该选择0~1000℃量程的1.0级温度检测仪表，这时其绝对误差也能满足要求(±10℃)。 如果有量程均为0~1000℃，精度等级分别为1.0级和0.5级的两台温度变送器，应该选择1.0级的更为合适。这时两台仪表都能满足工艺要求，应该选择其中精度较低的仪表，这样可以节省投资，日常维护也比较方便。 6. 某一标尺为0~500℃的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 0 0 100 103 200 198 300 303 400 406 500 495 第12页 制药过程控制原理与仪表 (1)求出仪表最大绝对误差值； (2)确定仪表的允许误差及精度等级； (3)经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？ 解(1)首先计算出各点的绝对误差，找出其中的最大绝对误差是在400℃这一点，其值为)； ?max?406?400?6(℃ (2) ?允??max6?100%??100%?1.2%故该温度计的精度等级确定为1.5级； 量程500?08?100%?1.6%，已经超过 500?0(3)当仪表最大绝对误差变为±8℃后，相对百分误差??了1.5级仪表的最大允许相对百分误差1.5%，故已不符合仪表出厂时的精度要求。 7. 如何根据待测工艺变量的要求来选择仪表的量程和精度？现欲测往复泵出口压力(约1.2MPa)，工艺要求±0.05MPa，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0级，1.5级，2.5级，4.0级，测量范围为0~1.6MPa，0~2.5MPa，0~4.0MPa。试选择压力表的量程和精度。 解 量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。一般而言，仪表的上限应为被测工艺变量的4/3倍或3/2倍，若工艺变量波动较大，例如测量泵的出口压力，则相应取为3/2倍或2倍。为了保证测量值的准确度，通常被测工艺变量的值以不低于仪表全量程的1/3为宜。 仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。一般来说，所选用的仪表越精密，则测量结果越精确、可靠。但不能认为选用的仪表准确度越高越好，因为越精密的仪表，一般价格越贵，操作和维护越费事。因此，在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用准确度较低、价廉耐用的仪表。 当往复泵的出口压力为1.2MPa时，由于往复泵的出口压力波动较大，可取仪表上限为正常压力的2倍，即2.4MPa，所以应选择测量范围为0~2.5MPa的弹簧管压力表。由于出口压力不低出2.5MPa的1/3，故能保证测量值的准确度。 根据题意，允许的相对百分误差???0.05?100%??2%，故应选择的精度等级为1.5级。 2.510.某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度级)。 解 由于合成塔内的压力比较平稳，故压力测量上限可选工作压力的3/2倍，即14×3/2=21(MPa)，测量范围可选0~25MPa。 第13页 制药过程控制原理与仪表 根据所选量程和误差要求，算得允许相对百分误差 ??0.4?100%?1.6%，压力表的精度等级应选1.5级。 25?0由于所测的介质是氨气，由产品目录可选氨用压力表YA-100。 11.有一台DDZ-III型两线制差压变送器，已知其测量范围为20~100kPa，当输人信号为40kPa和70kPa时，变送器的输出信号分别是多少？ 解 当输入为40 kPa时，其输出为 I0?20?4(40?20)?4?8(mA) 100?20当输入为70kPa时，其输出为 I0?20?4(70?20)?4?14(mA) 100?2018.图3-15所示的液位测量系统中采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位。已知介质液位的变化范围h=0~950mm，介质密度ρ=1200kg/m3，两取压口之间的高度差H=1200mm，变送器毛细管中填充的硅油密度为ρ1= 950kg/m3，试确定变送器的量程和迁移量。 图3-15 液位测量系统 解 ?pmax?hmax?g?0.95?1200?9.81?11183.4(Pa) 因此变送器量程可选0~16kPa。 负迁移量为H?1g?1.2?950?9.81?11183.4(Pa) 19.用K热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端(室温)为25℃，求设备的温度？如果改用E热电偶来测温时，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？ 解((1)当热电势为20mV时，此时冷端温度为25℃，即 E(t,t0)?20mV 查表可得 E(t0,0)?E(25,0)?1mV 因为 E(t,0)?E(t,t0)?E(t0,0)?20?1?21mV 由此电势，查表可得t=509℃，即设备温度为509℃。 (2)若改用E热电偶来测温时，此时冷端温度仍为25℃。查表可得 第14页