化工儀表模擬考試題簡答

1、 四、簡答 1.熱電偶測溫時(shí)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線的目的是什么？它能否進(jìn)行冷端補(bǔ)償？如不能應(yīng)如何處理？ 答：由熱電偶測溫原理知道，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢才是被測溫度的 單值函數(shù)。但實(shí)際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間，易 受到周圍環(huán)境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當(dāng)然也可以把熱電偶做得很長， 使冷端遠(yuǎn)離工作端，但是這樣做會多消耗許多貴重金屬材料。解決這一問題的方法是采用一種 專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用導(dǎo)線稱為“償導(dǎo)線”。 補(bǔ)償導(dǎo)線不能進(jìn)行冷端補(bǔ)償，因?yàn)榘褵犭娕嫉睦涠藦臏囟容^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)，

2、冷端溫度還不是 0 攝氏度。 進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：(1)冷端溫度保持為 0的方法；(2)冷端溫度修正方 法；(3)校正儀表零點(diǎn)法；(4)補(bǔ)償電橋法；(5)補(bǔ)償熱電偶法。 2.熱電偶溫度計(jì)為什么可以用來測量溫度？它由哪幾部分組成？各部分有何作用？ 答：熱電偶溫度計(jì)是通過熱電現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)溫度的測量的，即兩根不同材料的金屬導(dǎo)線焊接在 一起后，當(dāng)閉合回路兩端溫度不一致時(shí)，由于電子效應(yīng)從而使閉合回路中產(chǎn)生熱電勢，而熱電 偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，因此可以用來測量溫度。 熱電偶溫度計(jì)是由三部分組成的： 1）熱電偶：直接測量溫度的感溫元件； 2）測量儀表：即毫伏計(jì)或電位差計(jì)

3、，將測量的溫度通過表觀顯示出來； 3）連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線：將熱電偶的冷端延伸出來，即補(bǔ)償導(dǎo)線，同時(shí)傳輸測 量信號。 3.試述雙金屬溫度計(jì)的原理，如何使用雙金屬溫度計(jì)自動控制電冰箱的溫度？ 答：雙金屬溫度計(jì)中的感溫元件使用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起而制成的。 雙金屬片受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹長度差就 越大，因而引起彎曲的角度就越大。在溫度計(jì)中用雙金屬金屬片制成螺旋 4 形感溫元件，外加金屬保護(hù)套管，當(dāng)溫度變化時(shí)，螺旋的自由端便圍著中 心軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動指針在刻度盤上指示出相應(yīng)的溫度數(shù)值，這就是雙金 3 屬溫度計(jì)的測溫原理。 12 如圖將

4、雙金屬信號器的信號燈換成降溫裝置，當(dāng)溫度升高時(shí)，雙金屬 接觸使電路接通，冰箱降溫裝置開啟，即可使冰箱溫2產(chǎn)生彎曲，與 1片 度相對穩(wěn)定地控制在設(shè)定值。 4. 測壓儀表有哪幾類？各基于什么原理？ 答：測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要有四大類： 1 液柱式壓力計(jì)，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進(jìn)行測量的； 彈性式壓力計(jì)，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移來進(jìn)行測量的； 電氣式壓力計(jì)，它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行測量的； 活塞式壓力計(jì)，它是根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來進(jìn)行 測量的。 5. 作為感測壓力的彈性元件有哪幾種？各有何特點(diǎn)？ 答：主要的彈性元

5、件有： 彈簧管式彈性元件，可分單圈彈簧管與多圈彈簧管，它們的測壓范圍較寬，最高可測量 高達(dá) 1000MPa 的壓力； 薄膜式彈性元件，可分平薄膜、波紋膜、膜盒等，它的測壓范圍較彈簧管式的為低，通 ?？膳c其他轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應(yīng)的變送器； 波紋管式彈性元件，這種彈性元件易變形，常用于微壓與低壓的測量。 6.噴嘴擋板機(jī)構(gòu)由哪幾部分組成？它的作用是什么？ 答：噴嘴擋板機(jī)構(gòu)即由一個(gè)恒氣阻、氣容和噴嘴擋板型變氣阻串聯(lián)而成的節(jié)流通室。 它的作用是把輸入的微小位移（即擋板相對于噴嘴的距離）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號作為它 的輸出。 7.差壓變送器由哪幾個(gè)部分組成？它是根據(jù)什么原理工作的？比較氣動差壓變送器與

6、電動 差壓變送器的異同。 答：差壓變送器主要有氣阻、氣容、節(jié)流盲室、節(jié)流通室 、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、功率放大器 幾個(gè)部分。 差壓變送器的主要原理是將壓差信號通過膜片或膜盒等感受元件轉(zhuǎn)換成力的形式，再利用 力矩平衡原理送往調(diào)節(jié)器或顯示器或顯示儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)、指示和記錄，從而實(shí)現(xiàn)測量。 氣動和電動差壓變送器的比較： 1)兩種變送器都是根據(jù)力矩平衡原理工作； 2)都采用了 “負(fù)反饋”； 3)只是使用部件不同，即前者采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)和氣動放大器，而后者采用位移檢測片平 面檢測線圈和電子高頻震蕩放大器。 8.簡述橢圓齒輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì)及電磁流量計(jì)的工作原理和使用特點(diǎn)。 答：橢圓齒輪流量計(jì)工作原理：當(dāng)流體流過

7、橢圓齒輪流量計(jì)是，由于要克服阻力將會引起 阻力損失，從而使進(jìn)口側(cè)壓力大于出口側(cè)壓力，在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒 輪連續(xù)轉(zhuǎn)動。由于橢圓齒輪每轉(zhuǎn)動一周所排出的被測介質(zhì)質(zhì)量為半月形容積的 4 倍，因此可以 用來檢測流量。 2 使用特點(diǎn)：橢圓齒輪流量計(jì)對被測流體的粘度變化不敏感，特別適合于測量高粘度的流體 （聚乙烯醇、樹脂、重油），甚至糊狀物的流量。且測量精度較高，壓力損失較小。但被測介 質(zhì)不能含有固體顆粒，更不能夾雜有機(jī)械物，否則會引起齒輪磨損以至損壞。 渦輪流量計(jì)工作原理：流體通過葉輪時(shí)，流體的動能使葉輪旋轉(zhuǎn)，再將流量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿~ 輪的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兊碾娦盘柕念l率，從而實(shí)

8、現(xiàn)測量流量。 使用特點(diǎn)：安裝方便，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與葉片間沒有密封和齒輪傳動機(jī)構(gòu)，測量精度高， 可耐高壓，靜壓可達(dá) 50MPa。同時(shí)由于基于磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換原理，其反應(yīng)快，可測脈動流量。輸 出信號為電頻率信號，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。但被測介質(zhì)不能帶機(jī)械雜質(zhì)，因此須安過濾器。 電磁流量計(jì)工作原理：當(dāng)被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢 信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的 010mA 的直流信號輸出，以便進(jìn)行指示、記錄或與電動單元組合儀表配套 使用，從而實(shí)現(xiàn)流量測量。 使用特點(diǎn)：用來測具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)（導(dǎo)電率不小于水的），如酸、堿、鹽溶液以及 含有固體顆粒（如泥漿）或纖維液體的流量。但由于液體中所感

9、應(yīng)的電勢很小，要引入放大倍 數(shù)的放大器。且安裝時(shí)要遠(yuǎn)離一切磁源，不能有振動。 9.差壓式液位計(jì)的工作原理是什么？當(dāng)測量有壓容器的液位時(shí)，差壓計(jì)的負(fù)壓室為什么一 定要與容器的氣相相連接？ 答：差壓式液位變送器是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)， 由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原 理而工作的。 即將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為 p ， 則， p = gH p p = p +21由此可得 p = p ? p = gH 21式中，H 為液位高度； 為介質(zhì)密度；g 為重力加速度； 、分別為差壓變送器正、負(fù)壓室的壓力。當(dāng)被測介質(zhì)的密度是已知的，則差壓變 p p 21送器測得

10、的差壓與液位高度成正比。這樣就把測量液位高度轉(zhuǎn)換為測量差壓的問題了。 當(dāng)測量有壓容器的液位時(shí)，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負(fù)壓室與容器的氣相相 連接，以平衡氣相壓力 p 變化時(shí)對液位測量的影響。 10. 生產(chǎn)中欲連續(xù)測量液體的密度，根據(jù)已學(xué)的測量壓力及液位的原理，試考慮一種利用 差壓變送器來連續(xù)測量液體密度的方案。 答：如圖所示，設(shè)計(jì)一開口溢流容器， 且負(fù)壓室加一密度為的標(biāo)準(zhǔn)液柱。 0（1）負(fù)壓室不加標(biāo)準(zhǔn)液柱時(shí)，容器壓 差的變化范圍為： 3 gg ppHHp00pmaxHmax g；pminHmin g pmaxminHmax g Hmin gH（maxmin）g 被測液體密度最小時(shí)的壓

11、差為：pminHmin g0，為正遷移，遷移量為 Hmin g。 （2）負(fù)壓室加標(biāo)準(zhǔn)液柱時(shí)，容器壓差的變化范圍為： （） ggppHhgHp hg 0000； ghmax gHhming gpminpmaxH 00（）（）ghmax pmaxgminminHmax gHh g Hgmin 00被測液體密度最小時(shí)的壓差為： ，遷移量為。 hHgminpmin Hmin ggh g 00 11.試述電容式物位計(jì)和核輻射物位計(jì)工作原理與使用場合。 答：電容式物位計(jì)：在平行電容器之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有不同，可通 過測量電容量的變化來測量液位、料位和兩種不同液體的分界面。 電容式物位計(jì)的

12、應(yīng)用：主要應(yīng)用于液位的測量，如導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量、密封罐內(nèi)的酸、 堿、鹽等溶液的貯存量的測量，同時(shí)適用于非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量和料位的測量。 核輻射物位計(jì)：放射性同位素的輻射線射入一定厚度的介質(zhì)時(shí)，部分粒子因克服阻力與碰 撞,動能消耗,被吸收，另一部分粒子則透過介質(zhì)。射線的透射強(qiáng)度 I 隨通過介質(zhì)層厚度的增加 而減弱。入射強(qiáng)度為 I 的放射源，隨介質(zhì)厚度而呈指數(shù)規(guī)律衰減。當(dāng)放射源已定，被測的介質(zhì) 不變時(shí)，I 只與介質(zhì)層厚度有關(guān)。 核輻射物位計(jì)的應(yīng)用：能透過鋼板等各種固體，因而能夠完全不接觸被測物質(zhì)，適于高溫、 高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、粘滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的測量，還和測量高 溫

13、熔融金屬液位。由于核輻射線的特性不受溫度、濕度、壓力、電磁場的影響，可在高溫、煙 霧、塵埃、強(qiáng)光及強(qiáng)電磁場等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，劑量要嚴(yán)加控制。 12.自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？各部分作用是什么？ 答：自動控制系統(tǒng)主要由：1）測量元件及變送器的測量與信號輸送；2）自動控制器的運(yùn) 算及命令的傳出；3）執(zhí)行器的執(zhí)行三個(gè)環(huán)節(jié)組成。 各部分作用： 1）作用是測量被控變量并將其轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號； 2）作用是接受變送器送來的信號，與工藝需要保持的被控變量的值進(jìn)行比較得出偏差， 并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號發(fā)送出去； 3）作用是自動地根據(jù)控制器送來的

14、信號值來改變閥門（執(zhí)行器通常是控制閥）的開啟度。 13.什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程？在階躍擾動作用下，其過渡過程有哪些基本形式？ 4 哪些過渡過程能基本滿足控制要求？ 答：系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。 在階躍作用下，過渡過程有下面四種： 1.非周期衰減過程； 2.衰減振蕩過程； 3.等幅振蕩過程； 4.發(fā)散振蕩過程。 衰減振蕩過程能夠滿足大多數(shù)情況下的控制要求，非周期衰減過程在當(dāng)生產(chǎn)上不允許有波 動時(shí)滿足控制要求，等幅振蕩過程只有當(dāng)被控變量在工藝許可范圍內(nèi)振蕩時(shí)才滿足控制要求。 14.什么是控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)？為什么說研究控制系統(tǒng)的動態(tài)比其靜態(tài)更有意義？

15、 答：在自動化領(lǐng)域中，把被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被控變 量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。 在生產(chǎn)過程中，干擾是不可避免的，這些干擾是破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)引起被控變量發(fā)生變化 的外界因素。自動控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻都有干擾作用破壞其正常的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。因此， 就需要通過自動化裝置不斷地施加控制作用對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持 在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。所以自動控制系統(tǒng)在正常工作時(shí)總是處于波動不止往復(fù) 不息的動態(tài)過程中，因而研究動態(tài)比靜態(tài)更有意義。 15.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(dá)式？它們 各應(yīng)用在什么

16、場所？ 答：在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，主要有位式控制、比例控制、積分控制、微分控制四個(gè)基本控制 規(guī)律和比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制（PID）三個(gè)組合控制規(guī)律： 1）雙位控制： 應(yīng)用場所： 對象容量大，負(fù)荷變化小，控制質(zhì)量要 求不高，允許等幅振蕩的場所。 ）比例控制：2p?Ke P 應(yīng)用場所：對象容量大，負(fù)荷變化不大、純滯后小，允許有余差存在，例如一些塔釜液位、 貯槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)等。 pKedt? ）積分控制：3 I 應(yīng)用場所：自力式氣壓調(diào)節(jié)閥，但多數(shù)情況不單獨(dú)使用。 de 4）微分控制： p? dt T D 5 應(yīng)用場所：微分控制器不能作為一個(gè)單獨(dú)的控制器使

17、用，其總是與比例作用或比例積分控 制作用同時(shí)使用組成比例微分或三作用控制器。 5）比例積分控制： pK(eKedt)? IP 應(yīng)用場所：對象滯 后較大，但變化緩慢，要求控制結(jié)果無余 差。此種規(guī)律廣泛應(yīng)用于壓力、流量、液位和那些沒有大的時(shí)間滯后的具體對象。 6）比例微分控制： d)Te?(p?K Pe dt D 應(yīng)用場所：對象滯后大，負(fù)荷變化不大，被控變量變化不頻繁，控制結(jié)果允許有余差存在 的場所。 ? Tde1 I ）比例積分微分控制 ：（PID7T?p?K(e?edt) DPdt 應(yīng)用場所：對象滯后大，負(fù)荷變化較大，但不甚頻繁，對控制質(zhì)量要求高，例如精餾塔、 反應(yīng)器、加熱爐等溫度控制系統(tǒng)及某

18、些成分控制系統(tǒng)。 什么是控制器的控制規(guī)律？什么是余差？控制器有哪些基本控制規(guī)律？16. ）所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系?？刂破鞯妮斎胄盘柎穑? 之差。在分析z x 與變送器送來的測量值信號 e是經(jīng)比較機(jī)構(gòu)后的偏差信號 ，它是給定值信號 ，但在單獨(dú)分析控制儀表時(shí)，習(xí)慣上采用測量值減去給定值作 e=x-z自動化系統(tǒng)時(shí)，偏差采用 p為偏差?？刂破鞯妮敵鲂盘柧褪强刂破魉屯鶊?zhí)行器的信號 p。所謂控制器的控制規(guī)律就是指 p=f(e)=f(z-x)。e 之間的函數(shù)關(guān)系，即： 與 2)余差：當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。也可說 表示。 C 是過渡過程終

19、了時(shí)的殘余偏差，以 ）基本控制規(guī)律有位式控制、比例控制、積分控制、微分控制，組合控制規(guī)律有比例積3 分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。 比例控制規(guī)律是怎樣的？為什么單純的比例控制系統(tǒng)不能消除余差？17. 答：比例控制規(guī)律即控制器輸出的變化量（即閥門開度的變化量）與被控變量的偏差信號表示即成比例的控制規(guī)律，用 e. p=K PP t=t 。時(shí)出水量增加后水位下降，此時(shí)需要開大進(jìn)水閥門，以簡單的液位控制系統(tǒng)為例，當(dāng) 而閥桿上移時(shí)浮球必然下降。因?yàn)楦軛U是剛性結(jié)構(gòu)，所以達(dá)到新的平衡時(shí)浮球位置必然下移， 液位就穩(wěn)定在一個(gè)比原液位低的位置上，其差值就是余差。所以單純的比例控制不能消除余差。 積分控制

20、規(guī)律是怎樣的？為什么積分控制能消除余差？為什么積分控制規(guī)律一般不單18. 獨(dú)使用？ 6 答：1）積分控制規(guī)律即 P 與輸入偏差 e 的積分成比例，用字母 I 表示.?？刂破鞯妮敵?變化量： p?Kedt? ；為積分比例系數(shù)，稱為積分速度。 I K I p?Kedt） ?At=K2I I 即輸出是一條直線，當(dāng)偏差存在時(shí)，輸出信號將隨時(shí)間增長。當(dāng)偏差為零時(shí)，輸出停止變 化而穩(wěn)定在某一值上，因而積分控制器組陳的控制系統(tǒng)可以達(dá)到無余差。 ）輸出信號的變化速度與偏差及成正比，而其控制作用是隨著時(shí)間積累才逐漸增強(qiáng) 3K e I的，所以控制動作緩慢，會出現(xiàn)控制不及時(shí)，當(dāng)對象慣性較大時(shí)，被控變量將出現(xiàn)大的超調(diào)量， 過渡時(shí)間也將延長，因此常常把比例與積分組合起來，這樣控制既及時(shí)，又能消除余差。 19.微分控制規(guī)律是怎樣的？特點(diǎn)是什么？為什么不單獨(dú)使用微分控制規(guī)律？ 答：1）微分控制規(guī)律即按被控變量變化的速度來確定控制作用的大小，用 D 表示： de p?T Ddt 1）在階躍偏差信的號作用下，瞬時(shí)控制器的輸出為無窮大，在2）微分控制規(guī)律的特點(diǎn)：）這超前控制；）當(dāng)偏差固定不變時(shí)，微分控制的輸出為零；后，則輸出變化量為零 2tt 30 樣的控制結(jié)果不