化工儀表與自動化復(fù)習題及答案

《化工儀表與自動化》課程測試試題一填空題（36分）1、過程控制系統(tǒng)是由—控制器―、_執(zhí)行器__、―測量變送―和一被控對象一等環(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)學模型的方法有兩種。其中一種是根據(jù)過程的內(nèi)在機理，通過—物料—和—能量_物料平衡關(guān)系，用—機理建模—的方法求取過程的數(shù)學模型。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)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）。.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。.描述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標的參數(shù)有最大偏差、衰減比和余差等。.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。.儀表自動化標準中，氣動儀表標準信號范圍是 0.02~0.1MPa;電11型標準信號范圍是4~20mA :電川1型標準信號范圍是010mA。二、綜合題（54分）1、（10分）畫出氣關(guān)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：11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，當燃料量為操縱變量時,其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當信號中斷時，切斷燃料，保證安全。2、(14分)熱電偶為什么要進行冷端溫度補償？有哪些冷端溫度補償方法？原理是什么？答：①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，所以要進行熱電偶的冷端溫度補償。②熱電偶常用的冷端溫度補償方法有：冰浴法、公式計算法、儀表機械零點調(diào)整法、電橋補償法和補償熱電偶③冰浴法：用冰槽使％保持零度。計算法：EAB&0)=EAB(t,%)+EAB(%0)儀表零點調(diào)整法：將儀表的機械零點調(diào)到%補償電橋法：用電橋產(chǎn)生EAB(90)與EAB(t,%)疊加，即可消除%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。(1)P輸出，已知：比例度3=50% (2)PI輸出，已知：比例度3=100%積分時間Ti=1分2

①指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量、控制變量、干擾量是什么？②在下圖中畫出控制流程圖；③選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型以及控制器的作用方向；④畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖；⑤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）。③3

④簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖。④簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖。⑤該系統(tǒng)克服干擾的過程：當干擾作用使溫度1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）計算下圖各熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢（10分）。注：AB----K型熱電偶；A'B，----K型熱電偶補償導(dǎo)線CD----S型熱電偶；C-D-----S型熱電偶補償導(dǎo)線;600V.A50℃ 600V.A50℃ O-C'25℃-Cr-50℃-Cr-50℃Q25℃Ceoor/一Ceoor/一50℃-O-25c OTS口50℃362答：1、E1=Eab(300,50)+Ecd(50,25)=(12.207-2.002)+(0.299-0.142)=10.362(mV)E2=Ecd(300,50)-Ecd(50,25)=(2.323-0.299)-(0.299-0.142)=1.867(mV)《化工儀表與自動化》課程測試試題二填空題（28分）.控制系統(tǒng)引入積分作用是為了一消除余差,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，小放到倍先用純比例調(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)二數(shù).。小放到倍.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一、—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。.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：①（對于進入副回路的干擾有很強的克服能力）；②（提高了工作頻率兀③（具有）。.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??；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。.簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本特征是一閉合回路和負反饋。.常用的標準節(jié)流件有孔板和噴嘴。.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：①②如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變量時，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型,當信號中斷時，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？寫出各自的表達式？它們各應(yīng)用在什么場所？答：①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、PIDO②:PD：:PD：IAy=Kp(e+jr^edt)……與1PID：Av=Kp(e+亍11③P：自衡能力強，滯后小的對象且控制質(zhì)量要求不高PI：對象滯后小，負荷變化幅度大，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：①電子電位差計是使用電壓平衡原理工作。②在嬖檢測中熱電偶配套下圖是其線路圖。③起到零點調(diào)整的電阻是RG，起到量程調(diào)整的電阻是RM。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:a--流量系數(shù)； Q——被測流體流量￡一一體膨脹校正系數(shù) F0—-節(jié)流件的開口面積q一—被測流體的密度 △「一一節(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=0—10m h=1.2m p=35kg/ms gQ10m/s2則這臺去的量程是多少？基本誤差是多少？最大絕對誤差是多少？允許誤差是多少？答：①1000Pa②0.5%③土5Pa④0.5%《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；控制作用遍少；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50?850 ；允許基本誤差是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，采用二線制連接，其連接導(dǎo)線的電阻規(guī)定為2x2,5Q。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、同步電機、傳動機構(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：電子電位差計電子平衡電橋電子電位差計電子平衡電橋儀表平衡時

橋路不平衡平衡儀表平衡時

橋路不平衡平衡測溫元件

連接方式考慮冷端溫度補償熱電偶用補償導(dǎo)線接在對角線上熱電阻用三線制接在橋

臂中（曹分）熱測溫元件

連接方式考慮冷端溫度補償熱電偶用補償導(dǎo)線接在對角線上熱電阻用三線制接在橋

臂中（曹分）熱電偶測溫時，使用補償導(dǎo)線的目的是什么溫度補償？如不能應(yīng)如何處理？答：①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。②如果只使用補償導(dǎo)線還不能達到冷端溫度補償?shù)哪康模仨毰c其它方法配合起來使用。③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。

測量值副港量，變送W主變量測量值副港量，變送W主變量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)），為保證塔正常操作，回流量，不允許中斷?壹交送K4、TOC\o"1-5"\h\z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）②在圖上畫出控制流程圖并確定執(zhí)行器類型； （5分）③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）

給定值偏差A(yù)控制部控制信號—3執(zhí)行器操縱變量^_I———*被控對象干擾被控變量給定值偏差A(yù)控制部控制信號—3執(zhí)行器操縱變量^_I———*被控對象干擾被控變量⑤該系器輸入下降，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=0—10m;p=35kg/m3; g210m/s2o答:不凝氣體AP=P+-p即pg=3500HPa差壓變送器 q量程：35000（Pa）測量范圍：0n）5000%）遷移量：0(Pa)1、址工儀表與自動化》課程測試試題四填空題（32分）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，分別稱為土回路和其回路；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3、彈簧管壓力表是利用彈簧產(chǎn)生與被測壓力相平衡來測量的。4、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、橢圓齒輪流量計量計、橢圓齒輪流量計（說出三種即可）。115、差壓式流量計是利用_節(jié)流—原理進行測量流量的。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接反，則產(chǎn)生的熱電勢會遍少_。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：①均勻控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)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。②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：①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。②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)，畫出P、PI的輸出響應(yīng)曲線。已知：比例度b=200%已知：比例度b=100%積分時間Ti=2分12

PI輸出34、(20分)某已知主要干擾列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在(90±1)℃。為蒸汽壓力的波動。PI輸出34、(20分)某已知主要干擾列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在(90±1)℃。為蒸汽壓力的波動。(1)⑵

⑶確工璃控變量，并選擇相應(yīng)的測量元件。制定合理的控制方案 _如物料溫度不允許過高4否貝照裂解，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。原料答：①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。13

②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。③控制閥選用的氣開式④控制流程圖與方框圖如圖蒸汽5、（10分）某化學反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為400±2C，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過6J現(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（按被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的±2%為準）和振蕩周期。答.: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）。14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：①輸入到顯示儀表的總電勢為多少？②由于第二段補償導(dǎo)線接反引入的誤差是多少？答:①E1=ES(800,50)-ES(50,0)=(7.345-0.299)-0.299=6.747(mV)②E2=Ecd(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)的過渡過程有一發(fā)散震蕩_、等幅震蕩一、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一定值控制系統(tǒng)_、_隨動控制系統(tǒng)、―程序控制系統(tǒng)一等控制系統(tǒng)。3、對象的數(shù)學模型就是—利用數(shù)學的表達式來描述對象的特點。4、液位變送器測量進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___$_熟電偶，線性最好的是5__—熱電偶，靈敏度較高的是—￡熱電偶。.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。15.描述對象特性的三個參數(shù)是放大倍數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間一，如果時間常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。.差壓式流量計由節(jié)流件、導(dǎo)壓管和顯示儀器組成。常用的標準取壓方式有角接取壓和法蘭取壓 。.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：①相同點：兩者都是利用節(jié)流原理來測量流量。②不同點:差壓式流量計轉(zhuǎn)子式流量計節(jié)流件固定安裝節(jié)流件安裝不固定節(jié)流件前后差壓變化節(jié)流件前后差壓固定輸入輸出非線性輸入輸出線性16

3、（10分）控制器輸入偏