第一章 自动控制系统基本慨念
P16-2.化工自动化主要包括哪些内容？
答：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
P16-4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？
答：自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装臵，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器（测量变送装臵）、控制器、执行器等，另一部分是受自动化装臵控制的被控对象。
P16-6. 图1-17为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。（图略）
答：PI-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； TRC-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；
FRC-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。
表示该压力仪表安装在现场。
表示该温度仪表安装在集中仪表盘正面，操作员监视用。
P16-8. 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？
答：在自动控制系统中：
测量变送装臵（检测元件及变送器）用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。
执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）操作变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
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P16-11. 图1-18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框图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量的干扰是什么？（图略）
答：该温度控制系统的方框图如下：
被控对象：反应器 被控变量：反应器内温度 操作变量：冷却水流量
干 扰：A、B两种物料的流量、温度、成分等，冷却水的温度、压力等，搅拌器的速度（电压、电流），夹套的结垢情况等等
P16-18. 什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？
答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的客观存在。系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态。把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。
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过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。在阶跃扰动作用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。
①发散振荡过程 如图1-4(a)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量上下波动，且波动幅度逐渐增大，即被控变量偏离设定值越来越远，以致超越工艺允许范围。
②非振荡发散过程 如图1-4(b)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在设定值的某一侧做非振荡变化，且偏离设定值越来越远，以致超越工艺允许范围。
③等幅振荡过程 如图1-4(c)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量作上下振幅恒定的振荡，即被控变量在设定值的某一范围内来回波动，而不能稳定下来。
④衰减振荡过程 如图1-4(d)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量上下波动，且波动幅度逐渐减小，经过一段时间最终能稳定下来。
⑤非振荡衰减过程 如图1-4(e)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在设定值的某一侧做缓慢变化，没有上下波动，经过一段时间最终能稳定下来。
在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满足控制要求。但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离设定值，所以一般不采用。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。
P16-20. 自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？
答：衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期（或频率）等。其各自的含义是：
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最大偏差 是指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。图1-5中A表示最大偏差。最大偏差描述了被控变量偏离设定值的程度，最大偏差愈大，被控变量偏离设定值就越远，这对于工艺条件要求较高的生产过程是十分不利的。
衰减比 是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的峰值之比。图1-5中衰减比n=B：B'。对于衰减振荡而言，n总是大于1的。若n接近1，控制系统的过渡过程曲线接近于等幅振荡过程；若n小于1，则为发散振荡过程；n越大，系统越稳定，当n趋于无穷大时，系统接近非振荡衰减过程。根据实际操作经验，通常取n=4～10为宜。
余差 是指过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与设定值之间的差值。图1-5中C表示余差。余差是一个重要的静态指标，它反映了控制的精确程度，一般希望它为0或在一预定的允许范围内。
过渡时间 是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳定状态回复到新的平衡状态所经历的最短时间。从理论上讲，对于具有一定衰减比的衰减振荡过程，要完全达到新的平衡状态需要无限长的时间。所以在实际应用时，规定只要被控变量进入新的稳态值的±5%（或±2%）的范围内且不再越出时为止所经历的时间。过渡时间短，说明系统恢复稳定快。即使干扰频繁出现，系统也能适应；反之，过渡时间长说明系统稳定慢，在几个同向扰动作用下，被控变量就会大大偏离设定值而不能满足工艺生产的要求。一般希望过渡时间愈短愈好。
振荡周期（或频率） 是指过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间，其倒数为振荡频率。在衰减比相同的条件下，周期与过渡时间成正比。一般希望振荡周期短些好。
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第三章 检测仪表与传感器
P100-1. 什么叫测量过程？
答：测量过程实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般都是利用专门的技术工具，即测量仪表将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
按测量结果的获得过程不同，测量方法一般分为直接测量和间接测量。
P101-4. 何谓仪表的精度等级？
答：仪表的精确度简称精度，是用来表示仪表测量结果的可靠程度。任何测量过程都存在着测量误差。在使用仪表测量生产过程中的工艺变量时，不仅需要知道仪表的指示值，而且还应该了解仪表的精度。
仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。目前中国生产的仪表精度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。仪表的精度等级是将仪表允许相对百分误差的“±”号及“%”号去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板上，如1.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，说明该仪表允许相对百分误差为±1.0%。
精度等级数值越小，表征该仪表的精度等级越高，也说明该仪表的精准度越高。0.05级以上的仪表常用来作为标准表；工业用的测量仪表的精度等级是0.5级以下的。
P101-9. 测压仪表有哪几类？各基于什么原理？
答：测压仪表按其转换原理不同，主要有四大类：
液柱式压力计，它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；
弹性式压力计，它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移来进行测量的； 电气式压力计，它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的； 活塞式压力计，它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
P101-10. 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
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