化工自動化及儀表習(xí)題合肥工業(yè)大學(xué)..

1、習(xí)題課一、 選擇題、1. 構(gòu)成自動控制系統(tǒng)需要滿足下列哪個條件 ?（ ）A、閉環(huán)負(fù)反饋 B、開環(huán)負(fù)反饋 C、閉環(huán)正反饋2. 多數(shù)情況下，人們最希望自動控制系統(tǒng)在干擾作用下能夠得到 （ ）型的過 渡過程。A. 衰減振蕩 B. 非周期振蕩 C. 等幅振蕩 D. 發(fā)散振蕩3. 在管道上安裝孔板時，如果將方向裝反了會造成： （ ）A 差壓計指示變小 B 、差壓計指示變大 C 、差壓計倒指示 D 、 對差壓計 指示無影響4. 自動控制系統(tǒng)中，通常用（）表示液位控制器。A、 PCB、 LCC、 TCD 、 FC5. 在熱電偶的冷端溫度補償方法中，下列那些是不需要儀器或設(shè)備的補償方法 （）A保持冷端溫度為零

2、的方法B補償電橋法C冷端溫度修正方法D 補償熱電偶法6下列流量計中不屬于速度型流量計的有（）A、電磁流量計B橢圓齒輪流量計C、渦輪流量計D、轉(zhuǎn)子流量計7. （）表示流體通過控制閥的最大能力的參數(shù)A、可調(diào)比B、流量系數(shù)KVC、相對流量D、相對開度8. 關(guān)于用熱電偶與補償導(dǎo)線配接進行溫度測量時，以下說法不正確的是（）A、熱電偶與補償導(dǎo)線應(yīng)該配接B、補償導(dǎo)線也有極性C、采用了補償導(dǎo)線后可以不進行冷端溫度補償D在一定溫度范圍內(nèi)，熱電偶與補償導(dǎo)線有近似相同的熱電特性9. 電接點信號壓力表屬于（ ）壓力計。A. 液柱式 B. 彈性式 C. 電氣式 D. 活塞式10. 自動電子平衡電橋，當(dāng)熱電阻短路時，指針

3、會（）。A.不動B.移向始端C.移向終端D.反向指示11. 采用DDZ差壓變送器測量敞口容器的液位，若被測液位在測量下限時所對應(yīng)差壓為負(fù)數(shù)，則通過（）操作，可以使得儀表的輸出在測量下限時仍然為 4mAA、負(fù)遷移B、正遷移C、無遷移 D、無法確定12（）存在純滯后，通常不影響控制質(zhì)量A、控制通道B 、測量元件C、變送器D干擾通道13（）流量特性的控制閥在小開度時控制平穩(wěn)緩和，在大開度時控制 靈敏有效。B-直線特性D-等百分比（對數(shù)）特性A-快開特性C-拋物線特性14. 用K分度號的熱偶和與其匹配的補償導(dǎo)線測量溫度。但在接線中把補償導(dǎo)線的極性接反了，則儀表的指示（）A.偏大、B.偏小、C.可能大,

4、也可能小,要視具體情況而定。15. 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式應(yīng)根據(jù)下列哪個條件來確定？（）A、生產(chǎn)的安全B、流量的大小 C、介質(zhì)的性質(zhì)二、填空題：1. 干擾是指2. 被控對象是指3. 被控變量是指4 .工藝變量通常分為，三大類；5 .直接變量是指6. 間接變量是指7. 安全變量是指8 .給定值是，它反映的是9操作變量是指10.偏差11 閉環(huán)控制系統(tǒng)通常包括 一定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 三類。12. 定值控制系統(tǒng)是指 13. 隨動控制系統(tǒng)是指 14. 程序控制系統(tǒng)是指15偏差產(chǎn)生的原因通常分為 三個方面。16.閉環(huán)控制系統(tǒng)通常是由被控對象測量變送裝置控制器和執(zhí)行器四個部分組成。17.檢

5、測元件和變送器的作用是:比較機構(gòu)的作用是;調(diào)節(jié)裝置的作用是:執(zhí)行器的作用是。18.自動控制系統(tǒng)中流動的是信號。19. LC表示的是；L是指:C是指。20.自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)是指:動態(tài)是指:過渡過程是指；21 .干擾的理想形式有；22. 過渡過程的主要形式有23. 定值控制系統(tǒng)衰減比通常規(guī)定在 范圍內(nèi)；隨動控制系統(tǒng)衰減比通常規(guī)定 范圍內(nèi)；24. 過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)有 , , , 。25 控制通道是指 ，干擾通道是指 ;26. 描述對象特性的三個參數(shù)是指 ,;27. Ko的含義是; 一般希望該值 ; Kf的含義是; 一般希望該值;28. 純滯后產(chǎn)生的原因是 ;容量滯后產(chǎn)生的原因是 ;29 . 絕

6、對誤差 是指; 相對誤差 y 是扌旨。30. 精度不僅和,也和。31. 儀表的精度通常用 來表示。32. 儀表等級度值越小，表示儀表精度;標(biāo)準(zhǔn)表精度一般為以上。33. 工業(yè)生產(chǎn)上，感溫元件通常有 , 。34. 熱電偶溫度計由 , , 三部分組成；35. 熱電勢eab和兩方面因素有關(guān)，一是取決于，二是有關(guān)。36. 熱電偶溫度補償方法通常包括 , ;37. 熱電偶溫度變送器結(jié)構(gòu)通常分為,三部分；38 .熱電偶的分度表是指;分度號是指；39 .在高溫區(qū)通常采用作為測溫元件，在中、低溫區(qū)通常采用作為測溫元件；40 .熱電阻是由 ,三部分組成；41. 熱電阻溫度變送器結(jié)構(gòu)通常分為 , , 三部分；42.

7、 顯示儀表又叫；43. “XCZ”中各字母代表的含義，X, C, Z；44. “XCT”中各字母代表的含義，X, C, T；45. 基本控制規(guī)律通常包括 , , , ；46. 比例控制規(guī)律是研究；47. 比例度S的定義式對單元組合儀表，S和kp之間的關(guān)系為48 .比例度S越大表示比例控制作用 , S越小表示比例控制作用；49. 一般工業(yè)用調(diào)節(jié)器的比例度 S在范圍內(nèi)；50. 積分調(diào)節(jié)規(guī)律最大的優(yōu)點是能夠消除；51. 輸入一輸出關(guān)系符合關(guān)系式的調(diào)節(jié)規(guī)律稱為積分規(guī) 律；52. 積分速度ki的含義是, ki越大表示積分作用 ；53 .微分時間Td的含義是, Td越大表示微分作用；54. 氣動執(zhí)行器分為

8、兩部分，分別為 、；55. 當(dāng)時，叫正裝；56. 當(dāng)時，叫反裝；57. 控 制 閥 的 理 想 流 量 特 性 包58. 可調(diào)比R的定義式為，國產(chǎn)控制閥可調(diào)比 R般為59. 執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)選擇的主要依據(jù)是 ；60. 干擾通道存在純滯后時，對被控變量 y影響；61. 常用的工程整定方法有 、問答題:1. 過渡過程的基本形式有哪幾種(用圖表示)？簡要闡述其特點；工業(yè)生產(chǎn)般需要什么類型的過渡過程?2. 試闡述下圖所示的溫度控制系統(tǒng)為開環(huán)的原因?-肺肯V 出口富度fl tr_3.4.解:團4閉環(huán)控制系統(tǒng)分為哪三類？簡要闡述各類的特點。畫出簡單控制系統(tǒng)的方塊圖，并簡要闡述各環(huán)節(jié)的作用a. 檢測元件和

9、變送器：把被控變量 y (t)轉(zhuǎn)化為測量值z (t), z (t)是統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)信號。b. “O比較機構(gòu)：作用是計算偏差e (t)。c. 調(diào)節(jié)裝置：依據(jù)偏差的大小、正負(fù)，按照一定的規(guī)律給出調(diào)節(jié)作用d. 執(zhí)行器：接受調(diào)節(jié)器送來的信號 p (t)，發(fā)出相關(guān)的信號，改變操作變量5. 對下列液位控制對象，試?yán)L圖說明被控變量的變化情況。解: 變化情況如右圖所示：自身有能力達到新的平衡狀態(tài)隨q增大，h增高，隨h增高的增高，Q也隨之變大，最終達到新的平衡6. 當(dāng)輸入流量qi作階躍變化，試?yán)L圖說明被控變量 hi、h2的變化情況。曾大，則h2也會隨之而升高, 較緩慢，因為這時/ hi增加不隨著hi的增高，qi會隨

10、之而增逐漸加快；而h2的升高t，也必06 1緩趨勢;/ hi增加越高,是h2開始變化比 qi也增加越高，h2的速度會 后階段h2的變化呈現(xiàn)平A國8飛然導(dǎo)致q0的加大，即解：變化圖線如下:JhzJhi7. 熱電偶冷端溫度為什么必須要進行補償？試簡要說明補償步驟和原理。解：原因：一是冷端和熱端很靠近，所以熱端溫度必然影響到冷端溫度;是熱電偶在使用過程中，冷端總是暴露在空氣中，冷端溫度必然受到周圍環(huán)境的 影響。所以要進行補償。第一：補償導(dǎo)線的使用(解決冷端溫度恒定)；第二：冷端溫度修正法，原 亠E(t,t )= E(t,0 ) E(t ,0 )理：熱電偶產(chǎn)生的即電勢為0)= E(t,to )+E(t

11、o,O)第三：校正儀表零點法8. 什么是“三線制”？引入“三線制”的作用是什么？解：“三線制”：從熱電阻引出三根導(dǎo)線，其中與熱電阻相連的兩根導(dǎo)線分別 接入橋路的兩個相鄰橋臂上，第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連。作用：當(dāng)環(huán)境 溫度變化時，兩根導(dǎo)線電阻同時變化，便可抵消對儀表讀數(shù)的影響。9. 結(jié)合下圖，簡要說明電子電位差計的工作過程說明：R是由錳銅絲繞制而成的滑線電阻，線性度非常好，由穩(wěn)壓電源供電，電流I是恒定的，G是檢流計，靈敏度很咼，Et是被測的未知電勢。測量過程：移動觸點C， BC上的電壓差Ubc =irbc =R RBC 當(dāng)移動C時，UBC也跟著改變，當(dāng)EtBC時，檢流計指針 不會指向零，只

12、有當(dāng) EtBC時，流過檢流計的電流I檢=0。 這時EtBC。根據(jù)觸點位置，便可以直接讀出Et值的大小。又Ubc =IRbc，所以根據(jù)電阻RBC直接讀出UBC。10. 為什么說比例控制作用一定產(chǎn)生余差？說明理由。11. 基本控制規(guī)律有哪些？簡要說明 3、Ti、Td對過渡過程的影響。解：基本控制規(guī)律通常包括1）位式控制（主要指雙位控制），2）比例控制（P）,3）積分控制（I），4）微分控制（D）;3 :比例控制最大優(yōu)點：反映非常迅速，能很快地克服擾動，使系統(tǒng)穩(wěn)定下TI短，積分作用增強，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。Td太大，微分作用強，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩；而 Td太小或為零，表示微分作用弱

13、或沒 有，對系統(tǒng)無影響。12. 為什么說等百分比特性又叫對數(shù)特性？與線性特性相比它具有什么優(yōu)點？13. 控制通道、干擾通道存在純滯后時，試分別分析它對被控變量的影響。解：如果t 0=0,操作變量對y（t）的影響如圖中A所示；當(dāng)純滯后為t 0時，曲 線A平移到B位置，曲線A和C之間的合成就是曲線D，曲線B和C之間的合 成為曲線E。很顯然，E和D相比惡化多了?？刂仆ǖ赖募儨髴?yīng)盡量減少。當(dāng)干擾通道存在純滯后時，結(jié)論是沒有影響。如下圖，曲線 C表示沒有滯 后存在，干擾變量對被控變量的影響，當(dāng)滯后為T f時，C平移到C位置。但在t f時間內(nèi)，由于y(t)沒有變化，操作變量對y(t)也沒有影響，所以控制

14、結(jié)果也一 樣，僅僅延遲了滯后時間T f三、判斷題21圖5所示是簡單貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止抽空， 試在下面兩種情況下，分別確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用 以Q為操縱變量；以Q0為操縱變量。解：(1)為安全起見，在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，即沒有控制信號，控制閥應(yīng) 處于關(guān)閉狀態(tài)，也就是有氣就開，沒氣就關(guān)，所以應(yīng)當(dāng)選氣開。(2)為安全起見，在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，即沒有控制信號，控制閥應(yīng)處于 打開狀態(tài)，也就是沒氣就開，有氣就關(guān)，所以應(yīng)當(dāng)選氣關(guān)。2假定在如圖所示的反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中， 反應(yīng)器內(nèi)需維持一定溫度，以利反原料應(yīng)進行，但溫度不允許過高，否則有爆炸危險

15、。試確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式 和控制器的正、反作用。3.試確定下圖所示兩個系統(tǒng)中執(zhí)行器的正、反作用及控制器的正、反作用。(a) 為一加熱器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能過高，否則容易分 解；(b) 為一冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料溫度不能太低，否則容易結(jié) 晶。四、計算題1. 圖2所示是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖， 工藝要求反應(yīng)器溫度需要控制，通 過冷卻水流量的變化可以達到溫度控制的目的。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能的干擾？現(xiàn)因生產(chǎn)因素的變化，要求 反應(yīng)溫度從開始的120C提高到122C，當(dāng)給定值作階躍變化后，被控變量的 變化曲線如圖所示，試求

16、該系統(tǒng)的過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比和 余差。解:冷折水檢測變送器被控對象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器溫度；操作變量：冷卻水流量；可能干擾：冷卻水溫度變化和物料流量變化;最大偏差A(yù) =122.8 一120.0 二 28C余差 C =121.2 120.0 =12C衰減比 第一個波峰 B =122.8121.2 =1.6 C第二個波峰 B =121.6 一121.2 = 0.4C0?4= 4:12. 為測量某反應(yīng)器的對象特性，在某瞬間突然將參加反應(yīng)的反應(yīng)物的流量從1t/h增加到1.5t/h，這時反應(yīng)器出口溫度的階躍變化曲線如圖3所示。假設(shè)該對象為二階對象（可以看成由一個一階對象和純滯后對象

17、組成），試寫出描述該對象的微分方程（反應(yīng)物的流量為輸入量，反應(yīng)器出口溫度為輸出量） 并解出反應(yīng)物的流量作單位階躍變化時反應(yīng)器出口溫度變化量的函數(shù)表達式3現(xiàn)用一支鎳鉻一銅鎳熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為 30C，顯示 儀表的機械零點在0C時，這時指示值為400C，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430C 對不對？為什么？正確值為多少度？解：不對，因為此時冷端溫度為30C，而儀表的指示值（400C ）是在儀表的機械零位在 0C 時的值，所以此時儀表指示值不是換熱器的實際溫度。查表可得：E(400,0) = 28.943mV。此時電勢即為E(t,30),即E(t,30) = E(400,0) = 28

18、.943mVE(t,0) =E(t,t)E(t,0)二 E(t,30)E(30,0)-28.943 1.801二 30.744mV查表得t = 422 C4用K熱電偶溫度計測某設(shè)備溫度，測得的熱電勢為 20mV，冷端(室溫)為 25C,求設(shè)備的溫度？如果改為E熱電偶來測溫，在相同的條件下，E熱電偶測 得的熱電勢為多少？解：當(dāng)熱電勢為20mV時，此時冷端溫度為25C，即查表可得:因為:E(t0,O) = E(25,0) = 1mVE(t,0) =E(t,t) E(t0,0)=20 1 =21mV由此電勢，查表可得t=509C，及設(shè)備溫度為509Co若改用E熱電偶來測溫，此時冷端溫度仍為 25C。查表可得：E(t,O) =E(25,0) =1.50mV設(shè)備溫度為509 C，查表可