Автоматизация технологических процессов. Задания

В течение семестра на кафедре проводятся еженедельные консультации по

предмету.

Задача №1. В производственном цеху установлен технический термометр со шкалой 0-50ºС. при действительной температуре 23+N·0,1ºС термометр показывает 24ºС. определить абсолютную, относительную и приведенную относительную погрешности измерения.

Задача №2. Измерение расхода газа в производственном цеху осуществляется калориметрическим расходомером. Мощность нагревателей определяется по показаниям амперметра и вольтметра. Оба прибора имеют класс точности 0,5, эксплуатируются в нормальных условиях и имеют шкалы соответственно 0-5А и 0-30В. Номинальные значения составляют: силы тока 3,6+N·0,1А, напряжения 26+N·0,1В. Какова величина погрешности, с которой производится измерение мощности?

Задача №3. В складском помещении установлен термометр -40÷0÷+60ºС. При действительной температуре tg=20+N·0,1ºC термометр показывает

tп=20,8+N·0,1ºC. Определить приведенную относительную погрешность

измерения.

Задача №4. В производственном цеху установлен термометр со шкалой 20 100ºС. При действительной температуре 30·N+0,1ºС термометр показывает 29,4ºС. Определить приведенную относительную погрешность измерения.

Задача №5. Для измерения силы тока используется миллиамперметр с равномерной шкалой, разделенной на 50 интервалов. Нижний предел измерения Iн= -10+N·0,1 mA, верхний Iв=+10+N·0,1 mA. Определить цену деления шкалы

и чувствительность миллиамперметра.

Задача №6. Определить пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерительного прибора класса точности 0,5 с диапазоном измерений от 25+N·0,1 мВ до 50+N·0,1 мВ.

Задача №7. Для технического манометра класса точности 1,5 нормальная температура окружающей среды 20±5 С, рабочая температура +5 +50 С. Одинаковыми ли погрешностями будут характеризоваться показания прибора при температуре окружающей среды t=24+N·0,1, t=10+N·0,1 и t=55+N·0,1 С при условии, что остальные влияющие величины имеют нормальные значения?

Задача №8. Допустимое отклонение температуры стали на выпуске из печи не должно превышать ±10+N·0,1 С от заданного значения. Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности σ=8 С. Кроме того, имеет место систематическая погрешность -6 С, вызванная сдвигом стрелки прибора в сторону занижения. Определите вероятность, с которой результат измерения температуры уложится в заданный интервал ±10+N·0,1 С. Случайная погрешность распределена по нормальному закону.

Задача №9. Погрешность измерения давления пара распределена по нормальному закону и состоит из систематической и случайной составляющих.

11

Систематическая погрешность вызвана давлением столба жидкости в импульсной линии и завышает показания на 0,12+N·0,01 МПа. Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей равно ±0,08 МПа. Найдите вероятность того, что отклонение измеренного значения от действительного не превышает по абсолютному значению 0,15 МПа.

Задача №10. Сопротивление медного термометра связано с температурой зависимостью Оцените возможные погрешности измерения температуры термопреобразователем сопротивления градуировки 100М за счет отклонения и α при 100+N·0,1 и 150+N·0,1 С.

Задача №11. Термометр сопротивления медный градуировки 100М имеет сопротивление при 30ºС R30=112,84 Ом. Каково будет его сопротивление при

80+N*0,1 и 140+N·0,1ºС? Температурный коэффициент электрического

сопротивления для меди α=0,00428 С-1.

Задача №12. Какие вторичные приборы используются с термометрами сопротивления (ТС)? Чем отличается трехпроводная схема соединения от двухпроводной (нарисуйте схемы для пояснений)? Запишите условие равновесия

имеющего шкалу 100 делений. Насколько эта погрешность больше погрешности на последнем — сотом делении шкалы прибора?

Задача №14. Термоэлектродвижущая сила Е (ТЭДС) хромельалюмелевой

Задача №15. Совпадают ли значения коэффициентов объемного теплового расширения и видимого объемного теплового расширения термометрического вещества?

Задача №16. Термопреобразователь, измеряющий температуру воздуха, стоит в воздухопроводе. Температура термопреобразователя tT=356+N·0,1 С,

температура стенки воздухопровода tСT=270+N·0,1 С, термопреобразователь

погружен в воздухопровод на глубину l=100 мм, защитный чехол термопреобразователя выполнен из стали с теплопроводностью =18 Вт/(м·К), наружный диаметр чехла dн=24 мм, внутренний диаметр чехла dв=16 мм,

коэффициент теплоотдачи от воздуха к термопреобразователю αχ=50 Вт/(м2·К).

определите действительную температуру воздуха и погрешность, вызванную отводом теплоты по чехлу термопреобразователя. Погрешность, обусловленную лучистым теплообменом между термопреобразователем и стенкой воздухопровода, во внимание не принимать.

Задача №17. Определите, какое начальное давление должно быть создано в системе манометрического газового термометра при 0 С, чтобы при

12

изменении температуры от 0 до 500 С давление в системе изменялось на

10+N·0,1 МПа. Термический коэффициент расширения газа =0,00366К-1. Задача №18. Какими будут показания потенциометра со шкалой -10 +10

мВ при обратной полярности подключения источника измеряемого напряжения с ЭДС -3+N·0,1 мВ? +5+N·0,1 мВ?

Задача №19. В газовом потоке, движущемся со скоростью 350 м/с, стоит термопреобразователь сопротивления, который имеет температуру t=560+N·0,1 С. Удельная теплоемкость газа ср=1500 Дж/(кг·К). Коэффициент восстановления

термопреобразователя сопротивления r=0,91. Определите термодинамическую температуру газового потока Тс и температуру торможения Т*.

Задача №20. Определите постоянную времени термопреобразователя сопротивления, если известно, что через 10сек после скачкообразного изменения температуры среды температура термопреобразователя сопротивления составляла tT(τ)=43+N·0,1 С. температура среды до изменения была tсн=0+N·0,1 С,

температура среды после изменения tск=100+N·0,1 С. теплообмен между

термопреобразователем и средой описывается дифференциальным уравнение первого порядка.

Задача №21. Составить схему измерения расхода жидкости по методу переменного перепада давления. Описать известные виды сужающих устройств. Какие требования предъявляются к установке сужающих устройств в трубопроводе?

Задача №22. Определить скорость движения потока воды в трубопроводе, если перепад давления, создаваемый комбинированной напорной трубкой, равен 480+N·0,5 Па, коэффициент трубки ξ=0,96, плотность воды при

условиях измерения ρ=985 кг/м3.

Задача №23. Каков перепад давления, создаваемый комбинированной напорной трубкой, если известно, что поток воздуха в трубопроводе движется со скоростью 44+N·0,5 м/с. коэффициент трубки ξ=0,97, плотность воздуха при

условиях измерения ρ=1,98 кг/м3. Конечный результат выразить в мм рт. ст. Задача №24. Кратко опишите основные принципы и физический смысл,

заложенные в работу расходомеров переменного и постоянного перепада давления, тахометрические, электромагнитные расходомеры.

Задача №25. Кратко опишите принцип действия электромагнитного расходомера. Каковы достоинства и недостатки данного метода?

Задача №26. Составьте схему измерения расхода жидкости по методу переменного перепада давления. Какие виды сужающих устройств известны Вам? Какие требования предъявляются к установке сужающих устройств в трубопроводе?

Задача №27. Поясните принцип действия расходомера постоянного перепада давления. Назовите силы, действующие на поплавок. Каким образом учитывается плотность контролируемой среды?

13

Задача №28. Тахометрические расходомеры жидкостей. Принципы, заложенные в основу работы. Вторичные приборы.

Задача №29. Сопло Вентури (длинное) используется на насосной станции в схеме регулирования расхода воды. Относительная площадь сопла m=0,25. Автоматический регулятор поддерживает постоянным перепад давления на сопле, равный 35+N·0,1 кПа. Расчетная температура воды 20 С, однако в дневное время температура воды поднимается до 27+N·0,1 С, а в ночное время опускается до 10+N·0,1 С. Определите, на сколько процентов будет увеличиваться или уменьшаться действительное значение расхода в дневное и ночное время. Давление воды 0,6+N·0,01 МПа.

Задача №30. Определите массовый расход воды через трубопровод D=100 мм с учетом коэффициента коррекции на число Рейнольдса, если расход измеряется диафрагмой с m=0,6. Верхний предел измерения расходомера 10 т/ч, показание расходомера 4 т/ч, параметры воды: р = 5+N·0,1 МПа; t=100+N·0,1 С.

5.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

1)Развитие комплексной автоматизации и механизации производственных процессов в промышленности.

2)Эффективность автоматизации. Влияние автоматизации технологических процессов на экономию энергоресурсов, сырья, материалов и на экологию.

3)Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП).

4)Технологические объекты управления (ТОУ). Требования, предъявляемые к ТОУ. Классификация ТОУ.

5)Система управления технологическим объектом. Классификация систем управления.

6)По каким принципам осуществляется выбор регулируемых, контролируемых, сигнализируемых величин; выбор параметров, способов защиты и средств автоматизации.

7)Метрология. Виды и методы измерений. Приведите примеры применения различных методов измерения на практике.

8)Погрешности измерений и средств измерений. Приведите методику

9)Классы точности средств измерений. Приведите примеры определения класса точности средств измерений.

10)Виды средств измерений. Метрологические характеристики средств

измерений.

11)Измерительные преобразователи и их классификация.

12)Укажите назначение межсистемных преобразователей. Приведите схемы и объясните принцип работы преобразователей типа ЭПП и ПЭ-55М.

13)Укажите назначения нормирующих преобразователей. Приведите схему и поясните принцип работы нормирующего преобразователя типа НП-П3.

14

14)Понятие об автоматическом контроле. Классификация систем автоматического контроля.

15)Системы дистанционного и телеметрического контроля. Их схемы, назначение элементов схем. Чем отличаются дистанционные и телеметрические системы?

16)Электрические системы дистанционного контроля. Виды электрических передач. Приведите схему дифференциальнотрансформаторной дистанционной передачи.

17)Пневматические системы дистанционного контроля. Основной элемент пневматической дистанционной передачи. Приведите схему пневматического дистанционного контроля.

18)Укажите виды давлений и классификацию приборов для измерения давления. Изобразите эти приборы условно по ГОСТу 21.404-85.

19)На каком принципе работают жидкостные приборы контроля давления? Приведите схемы приборов и укажите, какие виды давлений ими

20)На каком принципе работают поплавковые и колокольные манометры? Приведите схемы.

21)На каком принципе работают пружинные приборы? Виды пружинных приборов. Приведите схему манометра с трубчатой пружиной и объясните его работу.

22)Сделайте сравнительный анализ приборов с упругими чувствительными элементами, учитывая такие факторы, как: универсальность в применении, диапазон измеряемых величин класс точности приборов, возможность дистанционного измерения давления.

23)На каком принципе работают тензометрические датчики давления ?

24)Приведите схему и укажите типы измерительных преобразователей .

25)Укажите особенности выбора, установки и эксплуатации манометров. Какие средства необходимо иметь для поверки манометров?

26)Приведите схемы и объясните принцип работы скоростных счетчиков для жидкостей. Какие условия должны соблюдаться для нормальной работы счетчиков?

27)Приведите схемы объемных счетчиков и объясните их работу. Недостатки и достоинства счетчиков.

28)Приведите схемы объемных газовых счетчиков и объясните их работу. Приведите их характеристики.

29)Измерение массы твердых материалов. Приведите схемы поворотных

ирычажных весов и объясните их работу.

30)Как классифицируются расходомеры? Объясните принцип измерения расхода по методу переменного перепада давления. Из каких элементов состоит промышленная расходомерная установка, работающая по методу переменного перепада давления? Изобразите установку условно по ГОСТу 21.404-85.

31)Стандартные сужающие устройства. Какие условия должны

15

Изобразите схему расходомера переменного перепада давления согласно ГОСТ 21.404-85.

32)Основные правила монтажа и эксплуатации расходомеров. С учетом, каких факторов производится выбор сужающих устройств?

33)Расходомеры постоянного перепада давления. Почему ротаметры нельзя устанавливать на горизонтальных участках трубопроводов? Приведите схему ротаметра с дифференциальнотрансформационной передачей.

34)Приведите схему и объясните работу электромагнитного расходометра. Достоинства электромагнитных расходомеров.

35)Уровнемеры для жидкостей. Приведите схемы и объясните работу поплавкового, буйкового, пьезометрического и гидростатического уровнемеров.

36)Приведите схемы и объясните работу электрических и радарных уровнемеров?

37)Уровнемеры для сыпучих твердых материалов. Приведите схему и объясните работу весового и механического уровнемеров?

38)Какие типы уровнемеров используются на Вашем предприятии? Изобразите системы автоматического контроля уровня по ГОСТу 21.404-85.

39)Как классифицируются приборы контроля температуры? Приведите основные характеристики основных типов преобразователей температуры.

40)Термометры расширения. Укажите источники погрешностей жидкостных термометров расширения. Изобразите стеклянный жидкостный

41)На каком принципе работают манометрические термометры? Их разновидности. Достоинства, недостатки и особенности эксплуатации.

42)На каком принципе работают электрические термометры сопротивления? Укажите различия термометров сопротивления и терморезисторов.

43)Какие типы вторичных приборов работают в комплекте с термометрами сопротивления? Приведите схемы и объясните работу неуравновешенных и уравновешенных мостов.

44)Приведите схему и объясните работу электронного автоматического уравновешенного моста. Преимущества трехпроводной схемы подключения термопреобразователей сопротивления.

45)Приведите схему и объясните работу логометра. Почему на шкале логометров указывают тип стандартного термометра сопротивления, с которым он должен работать?

46)Объясните сущность термоэлектрического эффекта. Основные положения применения термопар. Типы термопар. Укажите источники погрешностей термоэлектрического метода измерения температуры.

47)Какие типы вторичных приборов применяются для измерения термо -ЭДС промышленных термопар? Приведите схему и объясните работу милливольтметра. Изобразите систему автоматического контроля температуры условно по ГОСТу

21.404-85.

48)Приведите схему и объясните работу электронного автоматического потенциометра.

16

49)Какие требования необходимо соблюдать при установке первичных преобразователей температуры на технологических объектах?

50)Пирометры излучения. Разновидности пирометров. Приведите схемы и объясните работу радиационного, оптического и цветового пирометров.

51)Приведите способы измерения температуры вращающихся поверхностей и температуры газовых потоков.

52)Какими методами измеряют концентрацию растворов? Объясните принцип действия кондуктометров, применяемых для промышленных измерений концентрации растворов. Что собой представляет вторичный прибор промышленного электродного кондуктометра?

53)Приведите схемы и объясните принцип действия оптических концентратомеров. В чем достоинства и недостатки оптических концентратомеров

54)В чем принципиальные отличия автоматического спектрометрического рефрактомера от автоматического колориметра? Как измеряется концентрация непрозрачных жидкостей?

55)Приведите схему и объясните принцип действия датчика и вторичного прибора для определения рН-растворов. Изобразите комплект по ГОСТу 21.404-85.

56)Как классифицируются приборы для измерения плотности жидкостей? Объясните принцип работы весовых и пьезометрических плотномеров. Какие факторы ограничивают применение пьезометрических и весовых плотномеров?

57)Принципиальная схема технического психрометра. Принцип автоматического измерения влажности газа.

58)Принципиальная схема влагомера, основанного на методе «точки росы».

59)Сущность гигрометрического метода измерения влажности газов. Принципиальные схемы гигрометров.

60)Влагомеры для твердых тел. Принципиальные схемы.

61)Особенности измерения вязкости жидкостей. Принципиальные схемы вискозиметров.

62)Газовый анализ. Классификация методов и приборов. Примеры из своего производства, изображение приборов по ГОСТу 21.404-85.

63)Принципиальная схема физико-химического газоанализатора.

64)Приведите схему термокондуктометрического газоанализатора. Источники погрешностей измерения.

65)Магнитные газоанализаторы. Принципиальная схема и область применения.

66)Оптические и оптико-акустические газоанализаторы. Принципиальная схема и область применения.

67)Укажите классификацию систем управления. В чем отличие САР от автоматизированной системы управления (АСУ)?

68)Приведите функциональную схему САР и объясните назначение элементов (звеньев).

69)Статические и динамические характеристики. Передаточная функция.

17

70)Укажите назначение структурных схем САР. Для каких целей применяют различные методы соединения динамических звеньев САР?

71)Как классифицируются типовые элементарные звенья по динамическим свойствам? Приведите примеры реальных звеньев.

72)Приведите схемы разомкнутой и замкнутой САР. В чем различие этих

систем?

73)Приведите схемы и объясните работу стабилизирующей и следящей САР.

Вчем различие этих систем?

74)Приведите схемы и объясните работу программной и стабилизирующей системы регулирования.

75)Что такое устойчивость САР? Понятие о возмущающих воздействиях.

76)Объекты регулирования классификация объектов регулирования. Приведите примеры типовых объектов управления химических производств.

77)Свойства объектов регулирования. Как влияет самовыравнивание объектов на процесс управления?

78)Укажите причины возникновения запаздывания в САР. Как влияет величина чистого и переходного запаздывания на процесс управления?

79)Опишите основные свойства объектов регулирования.

80)Опишите принципы регулирования, используемые в САР.

81)Дайте основные понятия об устойчивости САР.

82)Поясните работу интегрального регулятора прямого действия, покажите его структурную схему. Отметьте преимущества и недостатки астатических регуляторов.

83)Основные понятия о замкнутой и разомкнутой системах автоматического регулирования.

84)По каким признакам классифицируются регуляторы? Какой признак является основным и почему?

85)Приведите принципиальную схему позиционного регулятора и объясните работу. Регулирование каких объектов осуществляется позиционными регуляторами (привести примеры)?

86)Приведите принципиальную схему интегрального И- регулятора. В чем отличие интегрального регулятора от пропорционального?

87)Приведите схему пропорционального П-регулятора и объясните работу. В каких случаях применяются пропорциональные регуляторы? В чем отличие П- регулятора от И-регулятора?

88)Приведите схему пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и объясните работу. В каких объектах находят применение ПИ-регуляторы?

89)Укажите разновидности и область применения регуляторов с предварением. Что такое время дифференцирования и как оно влияет на свойства регулятора?

90)На каком принципе работают электрические исполнительные механизмы? С какими регуляторами работают соленоидные и электродвигательные исполнительные механизмы?

18

Номера заданий теоретической части

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ УСВОЕНИЯ КУРСА

2.Методы измерений.

3.Классификация погрешностей измерений.

4.Классификация технических средств измерений.

5.Погрешности средств измерений. Класс точности.

6.Оценка погрешности при использовании измерительных систем.

7.Классификация методов и приборов для измерения давления.

8.Электрические датчики давления.

9.Жидкостные приборы для измерения давления.

19

10.Измерение давления. Виды давления. Единицы измерения

давления.

11.Приборы для измерения давления с упругим чувствительным элементом. Манометр с одновитковой трубчатой пружиной.

12. Измерение расхода и количества вещества. Единицы измерения расхода. Классификация расходомеров.

13.Расходомеры переменного перепада давления.

14.Расходомеры постоянного перепада давления (на примере ротаметра).

15.Кориолисовые расходомеры.

16.Электромагнитные расходомеры.

17.Расходомеры с осредняющей напорной трубкой.

18.Измерение уровня жидкости и сыпучих тел. Классификация уровнемеров. Магнитострикционные уровнемеры.

19.Гидростатические уровнемеры.

20.Электрические уровнемеры.

21.Радарные уровнемеры. Метод направленного электромагнитного излучения.

22.Магнитострикционные датчики уровня.

23.Измерение температуры. Классификация методов измерения температуры.

24.Классификация методов измерения температуры. Милливольтметры.

25.Термоэлектрические термометры. Термоэлектрический эффект.

26.Термометры расширения.

27.Манометрические термометры.

28.Термопреобразователи сопротивления.

29.Автоматические уравновешенные мосты.

30.Уравновешенные мосты (неавтоматические).

31.Неуравновешенные мосты.

32.Милливольтметры.

33.Потенциометры (неавтоматические).

34.Компенсационный мост для введения поправки на температуру свободных концов термопары.

35.Пропорциональные регуляторы (П-регуляторы).

36.Интегральные регуляторы (И-регуляторы).

37.Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИрегуляторы).

38.Пропорционально-дифференциальные регуляторы (ПДрегуляторы).

39.Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы (ПИДрегуляторы).

40.Системы двухпозиционного регулирования.

41.Автоматический регулятор. Законы регулирования.

42.САР по возмущению. Недостатки.

43.Схема регулирования по комбинированному принципу.

44.Принцип регулирования по отклонению.

45.Автоматическое регулирование параметров процесса.