化工儀表及自動化第四版答案(終極版)

1、工儀表及自動化 （自制課后答案終極版）第一章自動控制系統(tǒng)基本概念1什么是化工儀表與自動化？它有什么重要意義？答：化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動化的簡稱。 在化工設備上， 配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，這 種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的方法，稱為化工自動化。它的重要意義如下加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。減輕勞動強度、改善勞動條件。能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設備使用壽命，提高設備利用率、保障人 身安全的目的。生產(chǎn)過程自動化的實現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應當代

2、信息技術(shù) 革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要。2. 化工自動化主要包括哪些內(nèi)容？答：自動檢測系統(tǒng)，利用各種儀表對生產(chǎn)過程中主要工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄的部分 自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，對某些關鍵性參數(shù)設有自動信號聯(lián)鎖保護裝置， 是生產(chǎn)過程中的 一種安全裝置 自動操縱及自動開停車系統(tǒng) 自動操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設備進行某種周期性操作。自動開停車系統(tǒng)可以按照預先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動地投入運行或自動停車。 自動控制系統(tǒng) 對生產(chǎn)中某些關鍵性參數(shù)進行自動控制，使它們在受到外界干擾的影響而偏 離正常狀態(tài)時，能自動地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。3. 閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同？答；

3、開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動地覺察被控變量的變化情況，也不能判斷操縱變量的校正作用是否 適合實際需要。也就是最本質(zhì)的區(qū)別是閉環(huán)控制系統(tǒng)有負反饋。開環(huán)系統(tǒng)中，被控變量是不反饋到輸入端的。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以及時了解被控對象的情況， 有針對性的根據(jù)被控變量的變化 情況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近與所希望的狀態(tài)。4. 自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？答：主要由測量與變送器、自動控制器、執(zhí)行器、被控對象組成。9. 試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量？答：在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設備或機器叫被控對象。生產(chǎn)過程中所要保持恒定的變量，在自動控制系統(tǒng)

4、中稱為被控變量。工藝上希望保持的被控變量即給定值。具體實現(xiàn)控制作用的變量叫做操縱變量。12.什么是負反饋？負反饋在自動控制系統(tǒng)中有什么重要意義？答：系統(tǒng)的輸出變量是被控變量，但是它經(jīng)過測量元件和變送器后，又返回到系統(tǒng)的輸入端， 能夠使原來的信號減弱的做法叫做負反饋。負反饋在自動控制系統(tǒng)中的重要意義是當被控變量， y受到干擾的影響而升高時，只有負反饋 才能使反饋信號升高，經(jīng)過比較到控制器去的偏差信號將降低，此時控制器將發(fā)出信號而使控 制閥的開度發(fā)生變化，變化的方向為負，從而使被控變量下降回到給定值，這樣就達到了控制 的目的。15.按給定值形式不同，自動控制系統(tǒng)可分為定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程

5、序控制系統(tǒng)。20.自動控制系統(tǒng)衰減振蕩過渡過程的品質(zhì)指標有哪些？影響這些品質(zhì)指標的因素是什么？ 答：自動控制系統(tǒng)衰減振蕩過渡過程的品質(zhì)指標有最大偏差或超調(diào)量、衰減比、余差、過渡時 間、振蕩周期或頻率。影響這些品質(zhì)指標的因素是換熱器的負荷大小，換熱器的結(jié)構(gòu)，尺寸、材質(zhì)、換熱器內(nèi)的換熱 情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。最大偏差或超調(diào)量：在過渡過程中，被控變量偏離給定值得最大數(shù)值。衰減比：前后兩個峰值的比。余差：當過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。過渡時間：從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止， 過渡過程所經(jīng)歷的時 間。振蕩周期或頻率：過渡過程同向兩波峰(或波

6、谷)之間的間隔時間叫振蕩周期或工作周期，其 倒數(shù)稱為振蕩頻率。Ex22.(1)方塊圖乞 ft14 flyc一 *If *-» It 1fl ft I4Si ft «fo(2) 祓控對*b微控受* :出口 *馳 * :加議蒸汽沁;可能的f t :進料流冒進料*度、加燥蒸it壓力等寸(3) IQ l-o.sn； 衰攏比n=B : BJ =(8 1.5 0-7) : (8 0-9-« 0.7)=4 : 1; 余邃 Y 0.7-8 1一0.3X2,第二章過程特征及數(shù)學模型1. 什么是對象特性？為什么要研究對象特性？答：對象特性是數(shù)字的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關

7、系。在自動控制系統(tǒng)中，當采用一些自動化裝置來模擬人工操作時，首先必須深入了解對象的特性， 了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求， 設計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控 變量和控縱變量。選擇合適的測量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性 選擇合適的控制器系數(shù)，使系統(tǒng)正常地運行，特別是一些比較復雜的控制設計方案設計，例如前饋控制，計算機最優(yōu)控制等離不開對象特性的研究。4.建立對象打的數(shù)學模型有哪兩類主要方法 ？答：機理建模法：根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理，列出各種有關的平衡方程，從而獲取對 象(或過程)的數(shù)學模型。 實驗測取：實驗測取法是在所研究的對象上加上一個人為的輸入作

8、用，然后用儀表測取并 記錄表征對象特性的物理量隨時間變化的規(guī)律，得到一系列實驗數(shù)據(jù)(或曲線)，然后對這些數(shù)據(jù)(或曲線)進行必要的數(shù)據(jù)處理，求得對象的特性參數(shù)，進而得到對象的數(shù)學模型。10. 對象的純滯后和容量滯后各是什么原因造成的？對控制過程有什么影響？答：純滯后的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的傳送或熱的傳遞需要一段時間引起的。容量滯后一般是由于物料或能量得傳遞需要一定阻力而引起的。滯后時間的存在，使得控制作用總是落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增長， 控制質(zhì)量下降。第三章檢測儀表與傳感1 什么是測量過程？答：測量過程是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程。2何謂測量誤差？測量誤差的表

9、示方法主要有哪兩種？各有什么意義？答：測量誤差指由儀表讀得的被測值與被測量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對誤差和相對誤差。絕對誤差在理論上指儀表指示值和被測量的真值之間的差值。相對誤差等于某一點的絕對誤差與標準表在這一點的指示值之比。3何謂儀表的相對百分誤差和允許的相對百分誤差？答：相對百分誤差是指絕對誤差中的最大值 max與儀表量程的百分比。max100%測量范圍上限值測量范圍下限值允許的相對百分誤差是儀表在規(guī)定的正常情況下允許的相對誤差的最大值。儀表允許的最大絕對誤差值 100% 允 測量范圍上限值測量范圍下限值04何謂儀表的精度等級？答：將儀表的允許相對百分誤差去掉“土”號及“

10、”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。 目前常用的精確度等級有0.005 , 0.02 , 0.05, 0.1 , 0.2 , 0.4 , 0.5, 1.0 , 1.5 , 2.5, 4.0等。27.壓力計安裝要注意什么問題？答：壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。 安裝地點應力求避免振動和高溫影響。 測量蒸汽壓力時，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸，對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應加裝有中性介質(zhì)的隔離罐。 壓力計的連接處，應根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當?shù)牟牧希鳛槊芊鈮|片，以 防泄漏。 當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時， 對由此高度而引起的測量誤差應按 p

11、=± Hp g進行修正。 為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處， 以防發(fā)生意外。29.試述化工生產(chǎn)中測量流量的意義？答：在化工生產(chǎn)中，測量流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)，使產(chǎn)過程達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安 全生產(chǎn)以及進行經(jīng)濟核算所必需的一個重要參數(shù)。41 橢圓齒輪流量計的特點是什么？在使用中要注意什么問題？答：橢圓齒輪流量計的特點是：測量精度高、對流體黏度變化不敏感，特別適用于測量高黏 的流體流量，但要求被測介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，一般不宜在高溫或低溫下使用。使用橢圓齒輪流量計時，要特別注意被測介質(zhì)的溫度不能大于流量計的使用溫度。因為度過高時，齒

12、輪發(fā)生膨脹，有卡死的可能。此外，也應注意被測介質(zhì)中不應含有固體顆粒 夾雜機械物，以免引起齒輪磨損或損壞。47.試述物位測量的意義？答：通過物位測量，可以正確獲知容器中的所儲物質(zhì)的體積或質(zhì)量; 監(jiān)視或控制容器內(nèi)的介質(zhì) 物位，使他保持在一定的工藝要求的高度， 或?qū)λ纳舷聵O限位置進行報警，以及根據(jù)物位來 連續(xù)監(jiān)視或調(diào)節(jié)容器中流入與流出物料的平衡。52.用熱電偶測溫時，要進行冷端溫度補償，其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答 冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N:度修正方法； 校正儀表零點法； 補償電橋法；（5）補償熱電偶法。56.試述電容式物位計的工作原理。答：在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時，電容量得大小

13、也有所不同。由兩個同軸圓柱極板1,2組成的圓柱器，當圓筒內(nèi)電極的外徑和外電極的外徑一定時，電容器的大小與極板的長度 和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。這樣，將電容傳感器（探頭）插入被測物料中，電極浸入物 料中的深度隨物料位高低變化，必然引起其電容量的變化，從而可檢測出物位。59.試述溫度檢測儀表的種類有哪些？各用在什么場合？答：按照測量方式不同，溫度檢測儀表可分為接觸式和非接觸式兩類。前者測量元件與被測介 質(zhì)接觸，這樣可以使被測介質(zhì)與測溫介質(zhì)進行充分的熱交換而達到測溫目的。 后者測溫元件與 被測介質(zhì)不相接觸，通過輻射或?qū)α鲗崿F(xiàn)熱交換來達到測溫的目的。接觸法測溫時，有測溫滯后現(xiàn)象，對運動狀態(tài)固體測溫

14、困難較大；由于材料限制，也不能應用 于很高的溫度測量。非接觸法只能測被測物質(zhì)的表征溫度，精度較低，可測運動物體表溫。62.用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端補償？其冷端補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答:采用補償導線后，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是 0°C。而工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度-熱電勢關系曲線 是冷端溫度保持為 0C的情況下得到的，與它配套的使用的儀表也是根據(jù)這一曲線進行刻度 的，由于操作室的溫度變化而變化，這樣測量結(jié)果就會產(chǎn)生誤差。因此，要進行冷端補償。補償方法：（1）冷端溫度保持為0C的方法（2）冷端溫度修正方法（3）校

15、正儀表零點法（4） 補償電橋法（5）補償熱電偶法第四章顯示儀表1. 顯示儀表分為幾類？各有什么特點？答：顯示儀表分為模擬式顯示儀表、數(shù)字顯示儀表、屏幕顯示儀表模擬式：測量速度較慢，精度較低，讀數(shù)易造成多值性，但它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價廉且又 能反映被測值變化趨勢。數(shù)字式：測量速度快，精度高，讀數(shù)直觀，對所測參數(shù)便于進行數(shù)值控制和數(shù)字打印記錄，便 于和數(shù)字計算機或其它數(shù)字裝置聯(lián)用。屏顯式：可同一瞬間在屏幕上顯示出一連串的數(shù)據(jù)信息及其構(gòu)成的曲線或圖像。2. 自動電子電位差計時如何基于補償測量法工作的？線路電阻（即外阻）值的變化，對電子 電位差計的測量有無影響？為什么？答：自動電子電位差計是基于將被

16、測電勢與已知的標準電勢相比較， 當兩者的差值為零時，被 測電勢就等于已知的標準電勢有影響， 線路電阻值變化，流向滑線電阻的電流值發(fā)生變化， 故 對電子電位差計的測量產(chǎn)生影響。3 與熱電偶配套的自動電子電位差計是如何進行冷端溫度補償?shù)模看穑喝缬覉D所示是電位差計的測量電橋,熱電偶冷端處于同一溫 度。因為銅電阻的阻值隨著溫度升高而增加，則 R2上的電位差也增加。而熱電偶的熱電 勢卻隨 冷端溫度的升高而降低，如配置得當，就可以達 到溫度補償?shù)哪康?0. 數(shù)字式顯示儀表主要有哪幾部分組成？各部分由何作用？答數(shù)字式顯示儀表通常包括信號變換、前置放大、非線性校正或開方運算、模數(shù)（A/ D）轉(zhuǎn)換、標度變換、數(shù)

17、字顯示、電壓/電流轉(zhuǎn)換及各種控制電路等部分組成。信號變換電路是將產(chǎn)生過程中的工藝流量經(jīng)過檢測變換后的信號轉(zhuǎn)換成相應的電壓/電流值。 前置放大電路是將輸入的微小信號放大至伏級電壓信號：非線信校正電路是為了校正檢測元件的非線性特征：開方運算電路是為了將差壓信號轉(zhuǎn)換成相應的流量值；A/D轉(zhuǎn)換是將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)學量；標變變換電路是進行比例尺的變更，使數(shù)顯儀表的顯示值和被測原 始參數(shù)統(tǒng)一起來；數(shù)字顯示部分是被測數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示出來；V/1轉(zhuǎn)換電路是將電壓信號轉(zhuǎn)換成直流電流標準信號；控制電路可以根據(jù)控制規(guī)律進行運算，輸出控制信號。第五章自動控制儀表1. 什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本

18、控制規(guī)律？答：所謂控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號P與輸入偏差信號 e之間的關系，即p=f（e）=f（z-x） 式中，Z為測量值信號；x為給定值信號；f為某種函數(shù)關系。常用的控制規(guī)律有位式控制，比例控制（P），積分控制（I）,微分控制（D）,以及它們的組合 控制規(guī)律，例PI,PD,PID等。2. 雙位控制規(guī)律是怎樣的？有何優(yōu)缺點？答：雙位控制的動作規(guī)律是當測量值大于給定值時，控制器的輸出為最大（或最?。敎y量值小于給定值時，則輸出為最小（或最大），即控制器只有兩個輸出值，響應的控制機構(gòu)只 有開和關兩個極限位置，因此又稱為開關控制。雙衛(wèi)控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實現(xiàn)，因而應用普遍；但

19、受到生產(chǎn)工藝的限制，如果生 產(chǎn)允許被控變量在較寬范圍內(nèi)波動， 雙位控制器中間去可寬一些，從而使部件動作減少，降低 磨損。3比例控制規(guī)律是怎樣的？什么是比例控制的余差？為什么比例控制會產(chǎn)生余差？答：控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系，即P=KPe式中，Kp為比例放大系數(shù)。比例控制器的輸入、輸出量之間存在對應的比例關系， 變化量經(jīng)比例調(diào)節(jié)達到平衡時， 新穩(wěn)態(tài) 值與給定值的偏差稱為余差。由于比例控制器的p與e成一一對應關系，當負荷改變時，需要產(chǎn)生一定的控制作用P,與之對應必然要有一定的偏差e存在。7 試寫出積分控制規(guī)律的數(shù)學表達式。為什么積分控制能消除余差？答：表達式為KI j

20、 edt P 度。因為有偏差存在時，輸出信號將隨時間增長(或減小)。當偏差為零時，輸出才停止變化而穩(wěn) 定在某一值上，所以積分控制能消除余差。16什么叫控制器的無擾動切換？答：控制器一般具有自動與手動兩種功能, 在進行自動與手動兩種功能互相切換時， 在切換瞬 間，應保持控制器的輸出不變，這樣使執(zhí)行器的位置在切換過程中不致于突變， 不會對生產(chǎn)過 程引起附加的擾動，這稱為無擾動切換。17. 數(shù)字式控制器的主要特點是什么？答：實現(xiàn)了模擬儀表與計算機一體化。 具有豐富的運算控制功能。 使用靈活方便，通用信強。 具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴展。 可靠性高，維護方便。20試簡述PLC的分類答：PLC主要有兩種分

21、類方法 按容量分(1)小型PLCI/O點總數(shù)一般為20128點(2)中型PLCI/O點總數(shù)通常為129512 點(3)大型PLCI/O點總數(shù)在513以上按硬件結(jié)構(gòu)分(1) 整體式PLC (2)模塊式PLC (3)疊裝式PLC21.PLC主要由哪幾部分組成？ 答：PLC主要包括中央處理器、存儲器、輸入輸出接口、編程器。第六章執(zhí)行器1.氣動執(zhí)行器主要由哪些部分組成？各起什么作用？ 答：氣動執(zhí)行器主要由執(zhí)行機構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)的作用：是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制信號(由控制器發(fā)出)壓力的大小產(chǎn)生相 應的推力，推動控制結(jié)構(gòu)動作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置 控制機構(gòu)：是

22、指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量所 以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。2.試問控制閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類型，各作用在什么場合？類型作用場合直通單座控制閥小口徑，低壓差直通雙座控制閥最為常用，泄露量大對生產(chǎn)影響小角形控制閥要求直角聯(lián)接，高壓差，介質(zhì)黏度大， 含少量懸浮物和顆粒固體三通控制閥配比控制或旁路控制隔膜控制閥強酸、強堿、強腐蝕性，高黏度，含懸 浮黏狀介質(zhì)蝶閥大口徑、大流量、低壓差，含少量纖維 或懸浮顆粒狀介質(zhì)球閥流體的黏度咼，污穢，雙位控制凸輪撓曲閥介質(zhì)黏度高，含懸浮顆粒籠式閥壓差大，要求噪音小的場合，不適用咼 溫、高粘度及含固體顆粒的介質(zhì)11

23、什么叫氣動執(zhí)行器的起開式與氣關式？其選擇原則是什么？答：隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關式。 氣開、氣關式的選擇主要由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的，一般來講，閥全開時，生產(chǎn)過程或設 備比較危險的選擇氣開式；閥全關時，生產(chǎn)過程或設備比較危險的選擇氣關式。18. 電動執(zhí)行器有哪幾種類型？各使用在什么場合？ 答：角行程：適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。 直行程：適用于操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機構(gòu)。 多轉(zhuǎn)式：用于開啟和關閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門，一般用作就地操作和遙控。第七章簡單控制系統(tǒng)1.簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么

24、？ 答：簡單控制系統(tǒng)通常是由檢測變送裝置、控制器、執(zhí)行器及被控對象組成。 檢測變送裝置的作用是檢測被控變量的數(shù)值并將其轉(zhuǎn)化為一種特定的輸出信號。 控制器的作用：接受檢測裝置送來的信號，與給定值相比較得到出偏差，并按某種運算規(guī)律算 出結(jié)果送往執(zhí)行器。執(zhí)行器作用：自動地根據(jù)控制器送來的信號來改變操作變量的數(shù)值以達到控制被控變量的目 的。被控對象是指要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設備或裝置。1. 什么叫直接控制指標和間接控制指標？ 各用在什么場合？ 答：直接控制指標：被控變量本身是需要控制的工藝指標。控制指標：工藝中本應作為被控變量的量缺乏獲取信號的檢測手段，或雖然能測，但信號微弱或滯后很大，這時選取與指標有對應關系的另一變