第二章 过程特性及数学模型
一、基本要求
1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法； 2. 掌握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型； 3. 掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响； 4. 了解被控对象特性的实验测定方法。
二、常用概念
1. 被控对象的数学模型：用数学的方法来描述被控对象输入量与输出量之间的关系
2. 通道：由对象的输入量至输出量的信号联系
3. 被控对象的放大倍数：数值上等于对象重新稳定后的输出变量与输入变量之比
4. 被控对象的时间常数：当对象受到阶跃输入后，被控变量重新达到稳态值所需的时间
5. 被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和
三、选择题
1.一般认为，经过（ A ）时间后，动态过程便结束了。 A. 3T； B. T ； C. 5T； D．10T
2.在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是（ C ）。 A. 传递滞后又称为纯滞后；
B. 容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的；
C. 容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，再经过一段时间时间后被控变量才开始变化；
D. 滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。 四、填空题
1. 目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过 物料 _和__能量 _平衡关系，用_ 机理建模 _的方法求取过程的数学模型。
2.描述对象特性的三个参数是 放大倍数 、 时间常数 和 滞后时间 ，如果时间常数越大，系统的响应速度越 慢 ，系统的稳定性越 好 。
3.过程特性是指被控过程的 输入变量 发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。
4.由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为 容量滞后 。 五、综合题：
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1. 为了测量某物料干燥筒的对象特性，在T＝0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试求出该对象的特性。已知流量仪表量程为0～40，温度仪表为0～200℃
图 干燥筒的阶跃响应曲线
解：由阶跃应曲线可看出该回想具有一阶纯滞后特性： 放大倍数K=【（150-120）/200】/【（28-25）/40】=20 时间常数T=4min 滞后时间τ=2min
作业11.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2，试写出描述该对象特性的一阶微分方程。 解：根据题意可知 K=10 T=5 τ=2
则起一阶微分方程为
T【dyτ（t+τ
）/dt）】+y2（t+τ）=Kx（t）
5【dyτ（t+2）/dt）】+y2（t+2）=10x（t）
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第三章 检测仪表与传感器
一、基本要求
1．掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。 2．了解仪表的性能指标。
3．初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4．了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5．了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。
6．掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。
7．了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。 二、常用概念
1. 精度 2. 绝对误差 3. 相对误差
4. 相对百分误差
5. 允许相对误差：衡量仪表优劣的重要指标之一
6. 仪表精度等级：0.005 0.02 0.05 0.1 0.2 0.4 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0
7. 灵敏度：引起这个位移的被测参数变化量之比值
8. 灵敏限：能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变测量 9. 分辨力：数字显示器的最末尾数字间隔所代表的被测参数变化量
10. 线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论曲线的吻合程度
11. 反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出参数的品质指标 三、问答题：（不考）
1. 工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原理。
答：（1）液柱式压力计（2）活塞式压力计(3)弹性式压力计 (4) 电气式压力计
2. 试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。 答：量程选择，精度选择，取压位置与隔离 3. 试述流量计的分类及其工作原理。 答：速度流量计，容积式流量计，质量流量计 4. 试述物位计的分类及其工作原理。 5. 试述温度测量仪表的种类及其工作原理 四、选择题：
1． 1.5级仪表的精度等级可写为：（ A ） A.1.5级 B. +(- ) 1.5级 C. +1.5级 D. 1.5
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2. 下列不属于节流装置的是（ D ）。
A、孔板； B、喷嘴； C、长径喷嘴 D、阿纽巴管
3．温度越高，铂、镍、铜等材料的电阻值越（ A ）。 A. 大 B. 小 C. 不变 D. 不一定
4． 双金属温度计的感温元件，测量温度时必须是（ B ） A 浸液1/2； B 全部浸液； C 浸液2/3； D 浸入任何长度 5.关于压力计安装的描述错误的是（ A ） A. 要选择测量介质拐弯处安装；
B. 测量流动介质时，应使取压点与流动方向垂直安装； C. 测量液体压力时，取压点应安装在管道下部； D. 测量蒸汽压力时应安装凝液管。
6.下列仪表中属于衡压降的仪表是（ D ）。 A.孔板流量计 B.文丘里管式流量计 C.电磁流量计 D.转子流量计
7.在下列物位检测仪表中，能够检测出两种不同液体界面的仪表是（ C ）
A.压差式物位仪表 B.压力式物位仪表 C.电容式物位仪表 D.称重式液罐计量仪
8.在下列物位检测仪表中，不与被测物体发生实际接触并可以检测物位的仪表是（ B ）。
A.称重式液罐计量仪 B.核辐射物位仪表 C.压差式物位仪表 D.电容式物位仪表
9.在下列工业用流量计中，属于容积式流量计的是 （ C ）。 A. 转子流量计 B. 电磁流量计
C. 椭圆齿轮流量计 D. 科里奥利力式流量计
10.测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力不得超过仪表量程的( C )。 A.1／2； B.1／3； C.2／3； D.3／5
11.关于压力测量仪表的下列描述中，错误的是 （ D ）。
A. 液柱式压力计是根据流体静力学的原理，将被测压力转换成为液柱高度进行测量的；
B. 弹性式压力计利用弹性元件变形的位移进行测量的； C. 电气式压力计是将压力转换为电量来进行测量的；
D. 活塞式压力计是将压力转换为活塞位移来进行测量的。 12.关于温度检测仪表的下列描述中错误的是 （ C ）。 A. 玻璃管温度计属于膨胀式温度计的一种； B. 测量的温度大于600度的温度计为高温计；
C. 热电偶是由两种不同的金属材料构成的，不同材料构成的热电偶在相同的触点温度下所产生的电势相同；
D.在热电偶回路中引入第三种导线对热电偶所产生的电势无影响。 13.热电偶输出电压与（ B ）有关。
A. 热电偶两端温度 B. 热电偶两端温度和电极材料
C.热电偶热端温度 D.热电偶两端温度、电极材料及长度 14.镍铬－镍硅热电偶的分度号是（ C ）。 A、E B、S C、K D、B
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15.关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时，以下说法不正确的是（ C ） A、热电偶与补偿导线应该配接 B、补偿导线也有极性
C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿
D、在一定温度范围内，热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性 五、填空题
1. 某温度表的精度为0.5级，其测量下限是50℃，上限是850℃。则此表的量程是 800℃ ；测量范围是 50~850 ℃ ；允许相对百分误差是 ±0.5% ；最大绝对误差是 4℃ 。
2.热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有冷端温度保持0℃、冷端温度修正法、 校正仪器零点法、 补偿电桥法、 补偿热电偶法五种。
3.弹簧管压力表是利用 输入压力 产生_位移量 与被测压力相平衡来测量的。 4.差压式流量计是利用 节流_原理测量流量的。
5.电容式差压变送器的测量部分是先将 压差 转变成 位移 ，然后再变成_电容量
变化 作为转换部分的输入。
6.液位变送器测量进行零点迁移时只改变_ 测量范围_，不改变_量程 _。
7. 在常用的热电偶温度计中，精度较高的是_ S _热电偶，线性最好的是_ _K 热电偶，灵敏度较高的是_ E __热电偶。 8．常用的热电阻材料是__金属铜和铂 ，分度号是_ cu-50 、 cu-100 ， pt-10 、 pt-100 __ ，线性好的是_ 铜 __热电阻，它适于测量_ 较低 __温度。
9.热电偶是基于 热点效应 原理工作的。 六、综合题：
1. 热电偶测温时，使用补偿导线的目的是什么？它能否进行冷端温度补偿？如不能应如何处理？
答：为了使热电偶冷端温度保持恒定，不能进行冷端温度补偿
2. 某压力仪表的测量范围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？允许相对百分误差是多少？最大绝对误差是多少？ 答：1000，±0.5%，5
3.一台测温仪表，其测温范围为0～300 ℃，已知其最大绝对误差为±2℃，则其精度等级为多少？
答：2/（300-0）%=±0.7%，没有0.7级，则精度等级为1.0级
4.有一台测压仪表，其标尺范围为0～400 KPa，要求测量时最大绝对误差不超过5 KPa ，则应该选择精度等级为多少的仪表才能满足要求。
答：5/（400-0）%=1.25% 一级
作业20．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?
答：最大误差=（1-0）*1%=0.01MPa
在校验点为 0.5MPa处，校验得到的绝对误差=0.508-0.5=0.008 MPa<0.01 MPa 故在该校验点符合1级精度
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