《控制儀表及系統(tǒng)》習題第一篇控制儀表1-1.舉例說明控制儀表與控制系統(tǒng)的關(guān)系。答：在自動控制系統(tǒng)中，檢測儀表將被控變量轉(zhuǎn)換成測量信號后，還需送控制儀表，以便控制生產(chǎn)過程的正常進行，使被控變量達到預(yù)期的要求。這里所指的控制儀表包括在自動控制系統(tǒng)中廣泛使用的控制器、變送器、運算器、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置。圖1-1（a）表示由控制儀表與控制對象組成的簡單控制系統(tǒng)框圖?？刂茖ο蟠砩a(chǎn)過程中的某個環(huán)節(jié)，控制對象輸出的是被控變量，如壓力、流量、溫度等工藝變量。這些被控變量首先由檢測元件變換為易于傳遞的物理量，再經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。該信號送到控制器中與給定值相比較。控制器按照比較后得出的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號，控制執(zhí)行器的動作，改變被控介質(zhì)物料或能量的大小，直至被控變量與給定值相等為止。圖1-1（b）為由加熱爐、溫度變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成的一個單回路溫度控制系統(tǒng)。溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，在控制儀表的作用下，通過執(zhí)行器將加熱爐的出口溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，控制系統(tǒng)是由控制儀表、檢測儀表和控制對象組成的。一個控制系統(tǒng)除了圖中表示的幾類控制儀表外，還可以根據(jù)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換器、運算器、操作器、顯示裝置和各種儀表系統(tǒng)，以完成復(fù)雜的控制任務(wù)。

被控介質(zhì)控制器控制對象執(zhí)行器變送器給定值被控變量TTTC變送器加熱爐溫度控制器執(zhí)行器原料燃料（a）簡單控制系統(tǒng)框圖（b）單回路溫度控制系統(tǒng)圖1-1控制系統(tǒng)簡圖1-5.防爆電氣設(shè)備如何分類？防爆標志ExiaⅡAT5和ExdIIBT4是何含義？答：按照國家標準GB3836.1規(guī)定，防爆電氣設(shè)備分為兩大類。①Ⅰ類煤礦用電氣設(shè)備。②Ⅱ類工廠用電氣設(shè)備。Ⅱ類電氣設(shè)備按爆炸性氣體特性，可進一步分為ⅡA、ⅡB、ⅡC三級。工廠用設(shè)備的防爆形式共有八種：隔爆型（d）本質(zhì)安全型（i）增安型（e）正壓型（p）充油型（o），充砂型（q），澆封型（m）和無火花型（n）。本質(zhì)安全型設(shè)備按其使用場所的安全程度又可分為ia和ib兩個等級。與爆炸性氣體引燃溫度的分組相對應(yīng)，Ⅱ類電氣設(shè)備可按最高表面溫度分為T1～T6六組，如表0-2所示。

表0-2Ⅱ類電氣設(shè)備的最高表面溫度分組

組別T1T2T3T4T5T6引燃溫度

t/℃45030020013510085ⅡA、ⅡB、ⅡC三級：見最大試驗安全間隙和最小點燃電流比。

ia是指在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物；ib是指在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸性氣體混合物。1-6.常用的防爆型控制儀表有哪幾類？各有什么特點？答：常用的防爆型控制儀表有隔爆型和本質(zhì)安全型兩類儀表。（一）隔爆型儀表隔爆型儀表具有隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi)，其表殼的強度足夠大，隔爆結(jié)合面足夠?qū)?，它能承受儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混和物傳播。這類儀表適用于1區(qū)和2區(qū)危險場所。隔爆型儀表安裝及維護正常時，能達到規(guī)定的防爆要求，但當揭開儀表外殼后，它就失去了防爆性能，因此不能在通電運行的情況下打開表殼進行檢修或調(diào)整。（二）本質(zhì)安全型儀表本質(zhì)安全型儀表（簡稱本安儀表）的全部電路均為本質(zhì)安全電路，電路中的電壓和電流被限制在一個允許的范圍內(nèi)，以保證儀表在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致引起其周圍爆炸性氣體混合物爆炸。本安儀表不需要笨重的隔爆外殼，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕的特點，可在帶電工況下進行維護、調(diào)整和更換儀表零件的工作。

1-7.如何使控制系統(tǒng)實現(xiàn)本安防爆的要求？答：要使控制系統(tǒng)具有本安防爆性能，應(yīng)滿足兩個條件：①在危險場所使用本質(zhì)安全型防爆儀表，如本安型變送器、電-氣轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器等；②在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危險場所的能量。圖0-6表示本安防爆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖1-6本安防爆系統(tǒng)應(yīng)當指出，使用本安儀表和安全柵是系統(tǒng)的基本要求，要真正實現(xiàn)本安防爆的要求，還需注意系統(tǒng)的安裝和布線：按規(guī)定正確安裝安全柵，并保證良好接地；正確選擇連接電纜的規(guī)格和長度，其分布電容、分布電感應(yīng)在限制值之內(nèi)；本安電纜和非本安電纜應(yīng)分槽（管）敷設(shè)，慎防本安電路與非本安電路混觸等。詳細規(guī)定可參閱安全柵使用說明書和國家有關(guān)電氣安全規(guī)程。

2、隔離式安全柵隔離式安全柵是通過隔離、限壓和限流等措施來保證安全防爆性能的。通常采用變壓器隔離的方式，使其輸入、輸出之間沒有直接電的聯(lián)系，以切斷安全側(cè)高電壓竄入危險側(cè)的通道。同時，在危險側(cè)還設(shè)置了電壓、電流限制電路，限制流入危險場所的能量，從而實現(xiàn)本安防爆的要求。變壓器隔離式安全柵的一種電路結(jié)構(gòu)如圖0-8所示。來自變送器的直流信號，由調(diào)制器調(diào)制成交流信號，經(jīng)變壓器耦合，再由解調(diào)器還原為直流信號，送入安全區(qū)域。變壓器隔離式安全柵的特點是線路較復(fù)雜，但其性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，可靠性高，使用也較方便。圖1-8變壓器隔離式安全柵安全柵防爆措施電阻式安全柵電阻限流齊納式安全柵齊納管限壓、電阻限流中繼放大器式安全柵放大器的高輸入阻抗光電隔離式安全柵光電隔離、限流、限壓變壓器隔離式安全柵變壓器隔離、限流、限壓線性光偶合隔離放大器光電隔離第二章習題