化工儀表與自動化復習題及答案

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)學模型的方法有兩種。 其中一種是根據(jù)過程的內在機理， 通過 _物料 _和 _能量 _物料平衡關系，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 ,則調節(jié)質量 _越好_;干擾通道的純滯后對調節(jié)質量_無影響

2、 _。5、 選擇控制方案時，總是力圖使調節(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某調節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調節(jié)器，先用純比例調整到合適的調節(jié)輸出，再加入積分作用的后，應_減小調節(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)的品質指標的參數(shù)有最大偏差、 衰減比和余差 等。8串級調節(jié)系統(tǒng),一般情況下主回路選擇_PID _或_PI _調節(jié)規(guī)律調節(jié)器 ,副回路選用 _P _調節(jié)規(guī)律調節(jié)器； 如果副回路采用差壓法測流量， 應采用什么裝置 _開方器 _補償。9儀表自動化標準中，氣動儀表標準信號范圍是準信號范圍是420mA；電型標準信號范圍是0.020.1MPa010mA；電型標。

3、二、綜合題（ 54 分）1、（ 10 分）畫出氣關式類型執(zhí)行器的兩種簡單結構示意簡圖；在控制系統(tǒng)中如何選擇執(zhí)行器類型？舉例說明。答：精選文庫在控制系統(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：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。熱

4、電偶常用的冷端溫度補償方法有：冰浴法、公式計算法、儀表機械零點調整法、電橋補償法和補償熱電偶? 冰浴法：用冰槽使 t 0 保持零度。? 計算法： E AB（t ，0） EAB（ t，t 0） EAB （t0，0）? 儀表零點調整法：將儀表的機械零點調到 t0? 補償電橋法：用電橋產生 EAB （t0， 0）與 EAB（ t，t 0）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 的輸出響應曲線。（ 1） P 輸出，已知：比例度 =50% （2） PI

5、 輸出，已知：比例度 =100%積分時間 Ti=1 分答：-2精選文庫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溫度 t( 簡單控制系統(tǒng) ) ； 指出構成控制系統(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 （可設溫度 t 升高，分析調節(jié)動作過程） 。答： 構成控制系統(tǒng)時的被控變量是出口介質溫度；操縱變量是燃料量，干擾量是：進料流量和溫度、燃料的壓力、爐膛溫度和壓力以及環(huán)境溫度。控制流程圖見下圖。執(zhí)行器應選擇氣開類型，控制器為反作用方向。

6、-3精選文庫簡單控制系統(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生的熱電勢（10 分）。注： A B-K型熱電偶； AB-K型熱電偶補償導線C D- S型熱電偶； CD-S型熱電偶補償導線；答： 1、E1=EAB(300,50)+E CD(50,25)=(12.207-2.002)+(0.299-0.142) =10.342(mV)E2=E CD(300,50)-E CD(50,25) =(2.323-0.299)

7、-(0.299-0.142) =1.867 (mV)化工儀表與自動化課程測試試題二-4精選文庫一、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 _。某調節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調節(jié)器，先用純比例調整到合適的調節(jié)輸出，在加入積分作用的過程中，應_減小放到倍數(shù) _。2. 被調介質流過閥門的相對流量 (Q/Qmax)與閥門相對行程 (l/L) 之間的關系 , 稱為調節(jié)閥的 流量 _特性 ; 若閥前后的壓差保持不變時 , 上述關系稱為 _理想 _ 特性 ; 實際使用中 , 閥前后的壓差總是變化的, 此時上述關系

8、為 _工作 _特性。調節(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，串級調節(jié)系統(tǒng)具有以下三個特點： ( 對于進入副回路的干擾有很強的克服能力 ); ( 提高了工作頻率 ); ( 具有魯棒性 ) 。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 , 則調節(jié)質量 越好 ; 干擾通道的純滯后對調節(jié)質量 無影響 。5簡單調節(jié)系統(tǒng)的基本特征是閉合回路和負反饋。6常用的標準節(jié)流件有孔板和噴嘴。7.熱電偶的熱電特性與熱電偶

9、材料、兩節(jié)點溫度_有關，與熱電偶幾何尺寸無關。二、 綜合題 ( 分)1、（10 分）畫出氣開式類型執(zhí)行器的兩種簡單結構示意簡圖；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：-5精選文庫如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變量時，其執(zhí)行器應選擇氣開類型，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？它們各應用在什么場所？答：在控制系統(tǒng)應用中， 基本調節(jié)規(guī)律有： P、I 、D，基本組合調節(jié)規(guī)律有 PI 、PD、PID。P：自衡能力強，滯后小的對象且控制質量要求不高PI ：對象滯后小，負荷變化幅度大，要求無差PD：一階

10、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，質量要求高。-6精選文庫3、（12 分）下圖為電子電位差計結構原理圖，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。起到零點調整的電阻是RG，起到量程調整的電阻是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： 流量系數(shù)；Q 被測流體流量體膨脹校正系數(shù)F 0節(jié)流件的開口面積1 被測流體的密

11、度 P 節(jié)流件前后差壓三、計算題 (20 分)-7精選文庫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=010mh=1.2m=35kg/m3g 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 (Pa)2、（ 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： 1000Pa 0.5%± 5Pa0.5%化工儀表與自動化課程測試試題三

12、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0.5%；最大絕對誤差是4。-8精選文庫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

13、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構上有哪些異同點。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。結構的相同點：放大器、可逆電機、同步電機、傳動機構結構的不相同點：檢測元件、測量橋路。原理的不相同點：2 、（ 15 分）熱電偶測溫時，使用補償導線的目的是什么？它能否進行冷端溫度補償？如不能應如何處理？答：使用補償導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。如果只使用補償導線

14、還不能達到冷端溫度補償?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、 儀表機械零點調整法和電橋補償法。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。-9精選文庫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。 指出構成控制系統(tǒng)時的被控變量、操縱變量、主要干擾是什么？（4分） 在圖上畫

15、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 （可設溫度 t 升高，分析控制動作過程） 。（4 分）答： 構成控制系統(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)行器為氣關式?？刂破鳛榉醋饔梅较颉：唵慰刂葡到y(tǒng)方框圖見下圖-10精選文庫 該系統(tǒng)克服干擾的過程：當干擾作用使溫度 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，塔頂溫度下降，回復給定。三、計算題（ 10 分）計算下圖液

16、位差壓變送器量程、測量范圍及遷移量(10 分) 。已知： H=0 10m； =35kg/m3； g 10m/s2 。答：P=P+-P- =Hg=3500H Pa差壓變送器量程： 35000 (Pa) 測量范圍： 0 35000 (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、串級調節(jié)系統(tǒng)結構上有兩個回路，分別稱為 主 回路和 副 回路；有兩個被調參數(shù)，分別稱為 主參數(shù)和 副 參數(shù)；有 一 個調節(jié)參數(shù)。3、彈簧管壓力表是利用彈簧產生 _位移 _與被測壓力相平衡來測量的。4、不受被測介質物理性質影響的流

17、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）。-11精選文庫5、 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， 如測量高粘度導電介質則測量精度受 _虛擬液位 _的影響。7、分度號為 S 型的熱電偶，如果錯接了 K 型熱電偶的補償導線則產生的熱電勢會 增加 。如果補償導線的型號正確但正負接反，則產生的熱電勢會 減少 。8、電容式差壓變送器的測量部分是先將差壓轉變成位移，然后再變成_電容變化量 _作為轉換部分的輸入。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

18、控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)的相同點：結構相同；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)調操作，特點是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內緩慢地變化。均勻控制的實現(xiàn)可以從以下2 方面來做： 1）調節(jié)規(guī)律上采用P 或 PI ，而不采用 D 調節(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）從保證控制質量的角度，控制閥設計中應考慮哪幾個方面？閥的理想流量特性有哪幾種形式？答：控制閥的設計應考慮：閥口徑的選擇、氣開氣關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

19、） 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 的輸出響應曲線。已知：比例度=200%已知：比例度=100%積分時間 Ti=2 分-12精選文庫答：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（90± 1）。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。-

20、13精選文庫干擾為蒸汽壓力，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）某化學反應器工藝規(guī)定操作溫度為400±2oC，考慮安全因素，調節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過 6oC。現(xiàn)設計運行的溫度定值調節(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：由反應曲線可知：最大偏差A=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生

21、的熱電勢（10 分）。-14精選文庫如圖為 S 型熱偶測溫線路， 由于疏忽將其中第二段補償導線接反， 求：輸入到顯示儀表的總電勢為多少？由于第二段補償導線接反引入的誤差是多少？答： E1=ES(800,50)-E S(50,0) =(7.345-0.299)-0.299=6.747 (mV) E2=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_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)按按設定值的不同形式可分為_

22、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_S _熱電偶，線性最好的是 _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。-15精選文庫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，如果時間常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應速度越慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。8差壓式流量計由節(jié)流件、導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。9指出你所知道的幾種復雜控制系統(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)行器類型的簡單結構示意簡圖。答：在控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器類型的獲得是靠改變執(zhí)行機構和調節(jié)機構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)行機構采用正作用，靠改變調節(jié)機構的正反