化工儀表與自動化復(fù)習(xí)題及答案

1、化工儀表與自動化課程測試試題一一、填空題(36分1、過程控制系統(tǒng)是由_控制器_、_執(zhí)行器_、_測量變送_和_被控對象_等環(huán)節(jié)組成。2、過程控制系統(tǒng)中按被控參數(shù)的名稱來分有_壓力_、_流量_、_溫度_、_液位_等控制系統(tǒng)。3、目前求取過程數(shù)學(xué)模型的方法有兩種。其中一種是根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理,通過_物料_和_能量_物料平衡關(guān)系,用_機(jī)理建模_的方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。4、控制對象的干擾通道的動態(tài)特性對過渡過程的影響是:干擾通道的時間常數(shù)愈大,對被控變量的影響_越小_;干擾通道容量滯后愈多,則調(diào)節(jié)質(zhì)量_越差_;干擾通道的純滯后對調(diào)節(jié)質(zhì)量_有影響,純滯后越大,質(zhì)量越差_。5、選擇控制方案時,總是力圖使調(diào)

2、節(jié)通道的放大倍數(shù)(增益大于_干擾通道的放大倍數(shù)(增益。6.某調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調(diào)節(jié)器,先用純比例調(diào)整到合適的調(diào)節(jié)輸出,再加入積分作用的后,應(yīng)_減小調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)_,才能使穩(wěn)定性不變。7.描述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的參數(shù)有 最大偏差 、衰減比 和 余差 等。8.串級調(diào)節(jié)系統(tǒng),一般情況下主回路選擇_PID_或_PI_調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器,副回路選用_P_調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器;如果副回路采用差壓法測流量,應(yīng)采用什么裝置_開放器_補償。9.儀表自動化標(biāo)準(zhǔn)中,氣動儀表標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是 0.020.1MPa ;電型標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是 420mA ;電型標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是 010mA 。二、綜合題(54分1、(10分畫出氣關(guān)

3、式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖;在控制系統(tǒng)中如何選擇執(zhí)行器類型?舉例說明。答: 在控制系統(tǒng)中,執(zhí)行器是按安全原則選擇類型的,也就是當(dāng)控制信號中斷時,要保證設(shè)備和操作人員的安全。如:加熱爐溫度控制,當(dāng)燃料量為操縱變量時,其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型,當(dāng)信號中斷時,切斷燃料,保證安全。2、(14分熱電偶為什么要進(jìn)行冷端溫度補償?有哪些冷端溫度補償方法?原理是什么?答:因為各種顯示儀表和熱電偶分度表都是在熱電偶冷端溫度為零的時候做出的。但實際中熱電偶冷端溫度不等于零,且經(jīng)常波動,這必然造成輸出減少,所以要進(jìn)行熱電偶的冷端溫度補償。熱電偶常用的冷端溫度補償方法有:冰浴法、公式計算法、儀表機(jī)械零點調(diào)整法、

4、電橋補償法和補償熱電偶冰浴法:用冰槽使t0保持零度。計算法:E AB(t,0=E AB(t,t0+E AB(t0,0儀表零點調(diào)整法:將儀表的機(jī)械零點調(diào)到t0補償電橋法:用電橋產(chǎn)生E AB(t0,0與E AB(t,t0疊加,即可消除t0變化對測量的影響。補償熱電偶:用與測量熱電偶同型號的熱電偶進(jìn)行補償,用于多支熱電偶。3、(10分控制器輸入偏差是階躍信號(見下圖,請根據(jù)已知參數(shù),畫出P、PI的輸出響應(yīng)曲線。(1P輸出,已知:比例度=50% (2PI輸出,已知:比例度=100%積分時間Ti=1分 答: 4、(20分下圖為加熱爐裝置,工藝要求利用燃料量來控制爐出口介質(zhì)溫度t(簡單控制系統(tǒng);指出構(gòu)成控

5、制系統(tǒng)時的被控變量、控制變量、干擾量是什么?在下圖中畫出控制流程圖;選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型以及控制器的作用方向;畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖;簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程(可設(shè)溫度t升高,分析調(diào)節(jié)動作過程。 答:構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量是出口介質(zhì)溫度;操縱變量是燃料量,干擾量是:進(jìn)料流量和溫度、燃料的壓力、爐膛溫度和壓力以及環(huán)境溫度?？刂屏鞒虉D見下圖。 執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型,控制器為反作用方向。簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖。 該系統(tǒng)克服干擾的過程:當(dāng)干擾作用使溫度t升高,測量大于給定,控制器輸入偏差增大,其輸出控制信號減少,氣開閥關(guān)小,燃料量減少,塔頂溫度下降,維持給定。三、計算題:(10分計算下圖

6、各熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢(10分。注:A B-K型熱電偶;AB-K型熱電偶補償導(dǎo)線C D- S型熱電偶; CD-S型熱電偶補償導(dǎo)線; 答:1、E1=E AB(300,50+E CD(50,25=(12.207-2.002+(0.299-0.142 =10.342 (mVE2=E CD(300,50-E CD(50,25 =(2.323-0.299-(0.299-0.142 =1.867 (mV 化工儀表與自動化課程測試試題二一、填空題(28分1.控制系統(tǒng)引入積分作用是為了_消除余差_,但積分的引入會使系統(tǒng)_不穩(wěn)定,引入微分作用是為了_克服容量滯后_。某調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調(diào)節(jié)器,先用純比

7、例調(diào)整到合適的調(diào)節(jié)輸出,在加入積分作用的過程中,應(yīng)_減小放到倍數(shù)_。2.被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量(Q/Qmax與閥門相對行程(l/L之間的關(guān)系,稱為調(diào)節(jié)閥的 流量_特性;若閥前后的壓差保持不變時,上述關(guān)系稱為_理想_ 特性;實際使用中,閥前后的壓差總是變化的,此時上述關(guān)系為_工作_ 特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性有_直線_、_等百分比_、_拋物線_和_快開_,流量特性的選擇主要是與_廣義對象_相匹配。3. 與單回路控制系統(tǒng)相比,串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下三個特點:(對于進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力 ;( 提高了工作頻率 ;(具有。4.控制對象的干擾通道的動態(tài)特性對過渡過程的影響是:干擾通道的時間常數(shù)愈

8、大,對被控變量的影響越小 ;干擾通道容量滯后愈多,則調(diào)節(jié)質(zhì)量 越差 ;干擾通道的純滯后對調(diào)節(jié)質(zhì)量 有影響,純滯后越大,質(zhì)量越差 。5.簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本特征是 閉合回路 和 負(fù)反饋 。6.常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有 孔板 和 噴嘴 。7. 熱電偶的熱電特性與 熱電偶材料、兩節(jié)點溫度 _有關(guān),與熱電偶幾何尺寸 無關(guān)。二、綜合題(分1、(10分畫出氣開式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖;控制系統(tǒng)在什么情況下選擇氣開類型執(zhí)行器?舉例說明。答: 如:加熱爐溫度控制,當(dāng)燃料量為操縱變量時,其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型,當(dāng)信號中斷時,切斷燃料,保證安全。2、(20分在控制系統(tǒng)應(yīng)用中,有哪些基本控制規(guī)律和組合控制規(guī)律?寫

9、出各自的表達(dá)式?它們各應(yīng)用在什么場所?答:在控制系統(tǒng)應(yīng)用中,基本調(diào)節(jié)規(guī)律有:P、I、D,基本組合調(diào)節(jié)規(guī)律有PI、PD、PID。 P:自衡能力強(qiáng),滯后小的對象且控制質(zhì)量要求不高PI:對象滯后小,負(fù)荷變化幅度大,要求無差PD:一階滯后較大允許有余差的對象PID:負(fù)荷變化大,容量滯后大,被控變量變化緩慢,質(zhì)量要求高。3、(12分下圖為電子電位差計結(jié)構(gòu)原理圖,請補充完整連接線(包括電源和電流及輸入信號的方向,并回答:電子電位差計是根據(jù)什么原理工作的?在溫度檢測中與何種檢測元件配套使用?指出調(diào)整零點、量程的電阻。 答:電子電位差計是使用電壓平衡原理工作。在溫度檢測中熱電偶配套。下圖是其線路圖。起到零點調(diào)

10、整的電阻是R G,起到量程調(diào)整的電阻是R M。 4、(10分寫出差壓式流量計的基本方程式;說明公式中各個符號所代表的含義。答: 流量系數(shù);Q被測流體流量體膨脹校正系數(shù)F0節(jié)流件的開口面積1被測流體的密度P節(jié)流件前后差壓三、計算題(20分1、(10分計算下圖液位差壓變送器的量程、測量范圍及遷移量。已知:H=010m h=1.2m =35kg/m3 g 10m/s2 答:P=P+-P-=Hg+hg=3500H+4200 Pa差壓變送器:量程=35000 (Pa測量范圍=420039200 (Pa遷移量=4200 (Pa2、(10分某壓力儀表的測量范圍是1001100Pa,其精度為0.5級,則這臺表

11、的量程是多少?基本誤差是多少?最大絕對誤差是多少?允許誤差是多少?答:1000Pa0.5%5Pa0.5%化工儀表與自動化課程測試試題三一、填空題(28分1、檢測儀表的基本組成有 測量 、 傳動放大 和 顯示 三個部分。2、在控制系統(tǒng)中,增加比例度,控制作用 減少 ;增加積分時間;控制作用 減少 ;增加微分時間,控制作用 增加。3、按誤差出現(xiàn)的規(guī)律,可將誤差分為 系統(tǒng) 誤差、偶然 誤差及 疏忽 誤差。4、描述對象特性的三個參數(shù)是 放大系數(shù) 、 時間常數(shù) 和 滯后時間 。5、某溫度表的精度為0.5級,其測量下限是50,上限是850。則此表的量程是 800 ;測量范圍是 50850 ;允許基本誤差是

12、 0.5% ;最大絕對誤差是 4 。6、熱電偶溫度計中常用的冷端溫度補償方法有 冷端溫度保持0度法 、冷端溫度修正法 、校正儀表零點法 、 補償電橋法 、 補償熱電偶法 五種。7、自動平衡電橋配熱電阻測溫時,采用 三線制 連接,其連接導(dǎo)線的電阻規(guī)定為 2x2.5_。二、綜合題(62分1、(15分比較電子電位差計與電子平衡電橋在測量原理和結(jié)構(gòu)上有哪些異同點。答:原理的相同點:都是利用滑動觸點位置的變化來反映被測溫度的大小。結(jié)構(gòu)的相同點: 放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的不相同點:檢測元件、測量橋路。原理的不相同點: 2、(15分熱電偶測溫時,使用補償導(dǎo)線的目的是什么?它能否進(jìn)行冷端溫度

13、補償?如不能應(yīng)如何處理?答:使用補償導(dǎo)線的目的是將熱電偶的冷端從溫度較高、波動較大的地方移到溫度較低、且相對穩(wěn)定的地方。如果只使用補償導(dǎo)線還不能達(dá)到冷端溫度補償?shù)哪康?必須與其它方法配合起來使用。具體方法如下:熱電偶常用的冷端溫度補償方法有:公式計算法、冰浴法、儀表機(jī)械零點調(diào)整法和電橋補償法。3、(12分畫出串級控制系統(tǒng)的方框圖;分別說出副回路及主回路所起到的作用。答:下圖為串級控制系統(tǒng)的方框圖;副回路是克服作用于副對象的干擾,使副被控變量基本穩(wěn)定,減少對主變量的影響;而主回路主要克服作用于主對象的干擾,保證主被控變量穩(wěn)定。 4、(20分工藝要求利用回流量來控制塔頂溫度t(簡單控制系統(tǒng),為保證

14、塔正常操作,回流量不允許中斷。指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量、操縱變量、主要干擾是什么? (4分在圖上畫出控制流程圖并確定執(zhí)行器類型; (5分選擇控制器的作用方向; (3分畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖; (4分簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程(可設(shè)溫度t升高,分析控制動作過程。(4分 答:構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量是塔頂溫度;操縱變量是塔頂回流量,主要干擾量是:進(jìn)料的流量和溫度,回流的溫度和流量,加熱蒸汽量等?？刂茍D見下圖,執(zhí)行器為氣關(guān)式?？刂破鳛榉醋饔梅较?。簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖 該系統(tǒng)克服干擾的過程:當(dāng)干擾作用使溫度t升高,測量大于給定,控制器輸入偏差增大,其輸出控制信號增加,氣開閥開大,回流量加大,

15、塔頂溫度下降,回復(fù)給定。三、計算題(10分計算下圖液位差壓變送器量程、測量范圍及遷移量(10分。已知:H=010m; =35kg/m3; g10m/s2 。 答:P=P+-P-=Hg=3500H Pa差壓變送器量程:35000 (Pa測量范圍:035000 (Pa遷移量:0 (Pa 化工儀表與自動化課程測試試題四一、填空題(32分1、表征控制規(guī)律的參數(shù)是 比例度 、 積分時間 及 微分時間 。2、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有兩個回路,分別稱為 主 回路和 副 回路;有兩個被調(diào)參數(shù),分別稱為 主參數(shù)和 副 參數(shù);有 一 個調(diào)節(jié)參數(shù)。3、彈簧管壓力表是利用 彈簧 產(chǎn)生_位移_與被測壓力相平衡來測量的。4、

16、不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)影響的流量計是:_電磁流量計_、_漩渦流量計_、橢圓齒輪流量計_(說出三種即可。5、差壓式流量計是利用_節(jié)流_原理進(jìn)行測量流量的。6、電容式液位傳感器測量液位時,如測量高粘度導(dǎo)電介質(zhì)則測量精度受_虛擬液位_的影響。7、分度號為S型的熱電偶,如果錯接了K型熱電偶的補償導(dǎo)線則產(chǎn)生的熱電勢會 增加 。如果補償導(dǎo)線的型號正確但正負(fù)接反,則產(chǎn)生的熱電勢會 減少 。8、電容式差壓變送器的測量部分是先將 差壓 轉(zhuǎn)變成 位移 ,然后再變成_電容變化量_作為轉(zhuǎn)換部分的輸入。二、綜合題(58分1、(10分均勻控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)的異同點有哪些?怎樣實現(xiàn)均勻控制?答:均勻控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)

17、的相同點:結(jié)構(gòu)相同;不同點:目的和特點不同,其目的是為了解決前后工序的供求矛盾,使兩個變量間能互相兼顧和協(xié)調(diào)操作,特點是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。均勻控制的實現(xiàn)可以從以下2方面來做:1調(diào)節(jié)規(guī)律上采用P或PI,而不采用D調(diào)節(jié),2參數(shù)整定上比例度從小到大整定,且比例度(和積分時間都較大。2、(8分從保證控制質(zhì)量的角度,控制閥設(shè)計中應(yīng)考慮哪幾個方面?閥的理想流量特性有哪幾種形式?答:控制閥的設(shè)計應(yīng)考慮:閥口徑的選擇、氣開氣關(guān)形式的選擇和流量特性選擇。理想流量特性有4種形式:1直線特性2等百分比特性3快開特性4拋物線特性3、(10分控制器輸入偏差是階躍信號(見下圖,請根據(jù)已知參數(shù)

18、,畫出P、PI的輸出響應(yīng)曲線。已知:比例度=200%已知:比例度=100%積分時間Ti=2分 答: 4、(20分 某列管式蒸汽加熱器,工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在(901。已知主要干擾為蒸汽壓力的波動。(1確定被控變量,并選擇相應(yīng)的測量元件。(2制定合理的控制方案。(3 如物料溫度不允許過高,否則易裂解,試確定控制閥的氣開、氣關(guān)式。(4畫出控制流程圖與方框圖。 答:被控變量為列管式蒸汽加熱器物料出口溫度,因測量溫度較低但精度較高選擇鉑熱電阻為測量元件。干擾為蒸汽壓力,控制方案選用副參數(shù)為蒸汽壓力主參數(shù)為物料出口溫度的串級控制?？刂崎y選用的氣開式控制流程圖與方框圖如圖 5、(10分某化學(xué)反應(yīng)器工藝

19、規(guī)定操作溫度為4002C,考慮安全因素,調(diào)節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過6C?，F(xiàn)設(shè)計運行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng),在最大階躍干擾下的過渡過程曲線如圖所示。問該過程的最大偏差、余差、衰減比、過渡時間(按被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的2%為準(zhǔn)和振蕩周期。答: 由反應(yīng)曲線可知:最大偏差A(yù)=45-40=5余差C=41-40=1衰 減 比過渡時間:T s=23min三、計算題:(10分計算下圖各熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢(10分。如圖為S型熱偶測溫線路,由于疏忽將其中第二段補償導(dǎo)線接反,求:輸入到顯示儀表的總電勢為多少?由于第二段補償導(dǎo)線接反引入的誤差是多少? 答:E1=E S(800,50-E S(50,0 =(7.

20、345-0.299-0.299=6.747 (mV E2=E CD(800,0-6.747= 7.345-6.747 =0.598(mV化工儀表與自動化課程測試試題五一、填空題(36分1、在階躍擾動作用下,自動控制系統(tǒng)的過渡過程有_發(fā)散震蕩_、等幅震蕩_、非震蕩衰減_ 和_衰減震蕩_等基本形式。2、自動控制系統(tǒng)按按設(shè)定值的不同形式可分為_定值控制系統(tǒng)_、_隨動控制系統(tǒng)_、_程序控制系統(tǒng)_等控制系統(tǒng)。3、對象的數(shù)學(xué)模型就是_利用數(shù)學(xué)的表達(dá)式來描述對象的特點_。4、液位變送器測量進(jìn)行零點遷移時只改變_測量范圍_,不改變_量程_。5、在常用的熱電偶溫度計中,精度較高的是_S _熱電偶,線性最好的是_

21、K_熱電偶,靈敏度較高的是_E _熱電偶。6.常用的熱電阻材料是_銅、鉑_,分度號是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100 _,線性好的是_銅_熱電阻,它適于測量_低_溫度。7描述對象特性的三個參數(shù)是放大倍數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間 數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度 越慢 8差壓式流量計由 節(jié)流件 的標(biāo)準(zhǔn)取壓方式有 ，系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和 越好 。 ，如果時間常 、 導(dǎo)壓管 顯示儀器 。 組成。常用 角接取壓 和 法蘭取壓 9指出你所知道的幾種復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系 統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)等。 二、綜合題（54 分） 1、（10 分）在控制系統(tǒng)中如何得到執(zhí)行器的類型？畫出執(zhí)行器類型的簡單 結(jié)構(gòu)示意簡圖。 答： 在控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器類型的獲得是靠改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用方向來 得到的，一般情況下，對于大口徑的執(zhí)行器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用正作用，靠改變調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)的正反裝來得到執(zhí)行器的氣開氣關(guān)類型，對于小口徑的執(zhí)行器，調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)選擇正裝，故只能靠改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用來得到執(zhí)行