2021 計測及び制御

13問 • 2年前

問題一覧

各種の温度計の原理や特徴について示す。材質の異なる2本の金属線を両端で接続し、二つの接点を異なる温度に保つと両端に起電力が乗じる。( 1 )効果といい、起電力の大きさから接点間の温度差を温度差を測定する温度計を熱電温度計という。2本の金属線の組み合わせを熱電対といい、その種類と使用温度の上限はJISで規定されている。R、S及びBの熱電対は( 2 )系の熱電対であり、高温まで使用できるのは、JIS規格外ではあるがダングステン・レニウム熱電対で、その使用温度範囲は( 3 )[℃]である。

ゼーベック, 白金, 0〜2300

各種の温度計の原理や特徴について示す。全ての物体はその表面から電磁波の形で熱エネルギーを放射している。入射した熱放射エネルギーをすべて吸収する理想的な物体を( 1 )といい、その単位面積・単位時間当たりの熱放射エネルギーは、物体の温度と電磁波の波長の関数として表される。放射温度計のうち、ある特定の波長の熱放射エネルギーを測定することで温度を求める放射温度計を( 2 )と呼ぶ。

黒体, 単色放射温度計

各種の温度計の原理や特徴について示す。バイメタルは( 1 )の異なる2枚の金属薄板を貼り合わせたものであり、温度指示計や、所定の温度で電気接点をオンオフさせる( 2 )に使用されている。

熱膨張率, サーモスタット

各種の流量計の原理や特徴について示す。差圧式流量計は、流体の流れる管路の絞り部の前後に生ずる圧力差が流量の( 1 )乗に比例することを利用した流量計である。JISに規定されている絞り構造にはオリフィフ、ノズル及びベンチュリ管があるが、このうち、一般に最も圧力損失が大きい絞り機構は( 2 )である。

2, オリフィス

各種の流量計の原理や特徴について示す。容積式流量計にはオーバルギア等の回転子を利用した流量計や、気体用としては膜式や湿式ドラム式等の流量計があり、次のような長所がある。 ①流体の量を「ます」で測る方式であることから( ? )流量を高精度で得ることができる。 ②高い粘度の液体に適している。 ③外部エネルギーを要しない。

積算体積

各種の流量計の原理や特徴について示す。超音波流量計には、伝播速度差式と( 1 )式がある。そのうち、伝播速度差式超音波流量計の原理を図に示す。図のように、管内流速がvの管の流れ方向に対して角度θを持って斜めに超音波を発射すると、流れの順方向に発射した超音波の伝播速度(V₁)は、音速C、速度v、入射角θを用いて、式 V₁=C+( 2 )で表される。一方、逆方向に発射した超音波の伝播速度(V₂)は、式 V₂=C-( 2 )で表される。この両者の伝播速度差から流速vが求められる。仮にθを60°とした場合には、管内の流速vは( 3 )となる。

ドップラー, v cosθ, V₁-V₂

各種の流量計の原理や特徴について示す。ブルドン管圧力系は、一端を閉じた断面が楕円形の金属を、( 1 )字形、渦巻形あるいはつる巻き形などの形に巻き、閉端側の先端が開端に加えられた圧力に( 2 )して変位することを利用した圧力形である。構造が簡単であること、管の材料や寸法を選べば非常に広い圧力範囲に対応できること、また、外部からのエネルギー供給も必要ないことなどから広く用いられている。

C, 比例

図は、タンク内の温水の温度が所定の値になるように、蒸気を使って制御する装置の一例を示したものである。図においては、制御の目的からタンク内の温水の温度θが( 1 )である。また、タンク内の温水の温度を一定とする制御を低値制御と呼び、目標が変化する制御を( 2 )制御と呼ぶ。加熱する蒸気の温度やタンクに加える水の温度等の変化は制御系の状態に影響を与えるため、( 3 )と呼ばれる。

制御量, 追値, 外乱

図は、タンク内の温水の温度が所定の値になるように、蒸気を使って制御する装置の一例を示したものである。図では、目標値と測定値を比較して( 1 )がなくなるように蒸気調節弁の開度を変化させる制御を行なっている。この制御の結果、タンク内の温水の温度が変化するため、再度目標値と測定値を比較するというループが構成されている。この制御手法は( ? )制御と呼ばれている。

偏差, フィードバック

図は、タンク内の温水の温度が所定の値になるように、蒸気を使って制御する装置の一例を示したものである。自動制御ではPID制御が多く用いられている。この場合、適用する工業プロセスの特性に合わせてPID定数を調整する必要がある。プロセス特性の測り方には、( 1 )法と限界感度法がある。図2は、図1の制御装置における応答の例であるが、二つの方法のうち前者の方法によるものである。図中のLは等価( 2 )、Tは等価( 3 )と呼ばれている。また、「Xの変化を与えたときの最終的な温度の変化量を調節計の測定スパンで除した値」をY[%]としたときのY/Xの値を( 4 )と呼ぶ。これらの値を使ってPID定数を調整する手法が目的に応じて種々提案されている。

ステップ応答, むだ時間, 時定数, プロセスゲイン

流量制御に用いられる操作部の一つである調節弁について考える。調節弁として最も多く使用されているのが空気作動式( 1 )調節弁である。これは、ケースの上部より操作信号である空気圧が加えられると、その面積と空気圧の積に比例する力が発生し、ステムを押し下げる構造になっている。なお、現在、空気式調整計の生産は非常にわずかになっており、電子式調整計が主流になっている。

ダイアフラム

流量制御に用いられる操作部の一つである調節弁について考える。電子式調節計と空気作動式調節弁を組み合わせるときは、( 1 )あるいは( 2 )を併用する。前者は電子式調節計の出力信号である4〜20mADCの電流値を、空気式調節計の出力信号である( 3 )[kPa]の圧力値に変換する機械で、後者は調節弁のステムに取り付け、空気圧の助けを借りて電子式調節計の出力信号と調節弁の弁開度を一致させる機器である。

電空変換器, 電空ポジショナ, 20〜100

流量制御に用いられる操作部の一つである調節弁について考える。調節弁による流量制御では、必ず圧力損失に伴うエネルギー損失が生じる。この損失を少なくするように考えられた流量制御として最も省エネルギー性に優れているのが、( ? )を用いてポンプの電動機の回転速度を制御する方式である。

インバータ

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