化工儀表及自動化復習

1、第一章1.1 什么是化工自動化？它有什么重要意義？化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產過程自動化的簡稱。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過程的辦法，稱為化工自動化。實現(xiàn)化工生產過程自動化的意義：（1）加快生產速度，降低生產成本，提高產品產量和質量。（2）減輕勞動強度，改善勞動條件。（3）能夠保證生產安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設備使用壽命，提高設備利用能力的目的。（4）能改變勞動方式，提高工人文化技術水平，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。1.2 、化工自動化主要包括哪

2、些內容？一般要包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動控制等方面的內容。1.4 、自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)主要由測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(huán)節(jié)組成。1.8 在自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？測量元件與變送器：用來感受被控變量的變化并將它轉換成一種特定的信號（如氣壓信號、電壓、電流信號等）；控制器：將測量元件與變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的給定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預先設計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結果用特定的信號送住執(zhí)行器。執(zhí)行器：能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應地改變流入（或流出

3、）被控對象的物料量或能量，從而克服擾動影響，實現(xiàn)控制要求。1.9 試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量？被控對象：在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產設備或機器叫做。被控變量：被控對象內要求保持給定值的工藝參數(shù)。給定值：被控變量的預定值。操縱變量：受控制閥操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持給定值的物料量或能量。1.17 何謂階躍作用？為什么經(jīng)常采用階躍作用作為系統(tǒng)的輸入作用形式？階躍作用：在某一瞬間t0，干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并保持在這個幅度。采用階躍干擾的原因：階躍干擾比較突然，比較危險，對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效克服階躍干擾，對

4、其他比較緩和的干擾也一定很好地克服。階躍干擾形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算1.18 什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程?它有哪幾種基本形式？系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程，稱為系統(tǒng)的過渡過程。五種基本形式：非周期衰減過程、衰減振蕩過程、等幅振蕩過程、發(fā)散振蕩過程、單調振蕩過程。1. 21、某化學反應器工藝規(guī)定操作溫度為（90010）。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80。現(xiàn)設計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質指標：最大偏差、超調量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進入新穩(wěn)態(tài)值的1%（

5、即900（1%）=9）的時間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？950時間,mm題1-19圖溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線解最大偏差A=950900=50(C);超調量B=950908=42(C);由于B=918908=10(C),所以，衰減比n=B:B=42:10=4.2;余差C=908900=8C；振蕩周期T=459=36(min);過渡時間ts=47min。因為A=50C80C,C=8C10C,所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。1.22、 題l-20(a)圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產

6、需要，要求出口物料溫度從80c提高到81C,當儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20(b)圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質指標：最大偏差、衰減比和余差(提示：該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，新的給定值為81C)。MO.n時間/電值a)P氫鬼題1-20圖蒸汽加熱器溫度控制解蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。拄七設定假題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量?？赡艽嬖诘母蓴_主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化;環(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過渡過程品質指標：最大偏差A=81.581=0.5(C

7、);由于B=81.580.7=0.8(C),B=80.980.7=0.2(C),所以，衰減比n=B:B=0.8:0.2=4;余差C=80.781=0.3(C)。第二章2.1什么是對象特性？為什么要研究對象特性？對象特性指對象輸入量與輸出量之間的關系。各種對象千差萬別，有的操作很穩(wěn)定，操作很容易；有的稍不小心可能就會超越正常工藝條件，甚至造成事故。有經(jīng)驗的操作人員需要很熟悉這些對象，才能使生產操作得心應手；設計自動化裝置時，也必須深入了解對象的特性，了解它的內在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質量的要求，設計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，

8、也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)，使系統(tǒng)正常地運行2.8反映對象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和滯后時間放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即K輸出量的變化量輸入量的變化量對象的放大系數(shù)K越大，就表示對象的輸入量有一定變化時，對輸出量的影響越大，或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，K實質上是對象的靈敏度。時間常數(shù)T是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間；或當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變

9、化也越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越大對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時間表示。對象的滯后時間，使對象的被控變量對輸入的變化響應滯后，控制不及時。2.14令輸入量4=八2輸出量F=AkC；放大系數(shù)4=尸/*=(150-120)/(3.0-2,5)=60;又由圖（b）知純滯后時間工=2（mln）q無滯后時一階對象輸出表達式為：X/）-60乂-k有滯后時一階對象輸出表達式為；兒S=60x0,5（1-卜當t=時，其=Ar=14512。25T2,代入上式，有;25=60x0.5（1-解出丁、

10、335（min）o二微分方程式為灰2）十匕2）=函數(shù)表達式為乂（力=30（1-/.工4）第三章3.4何謂儀表的精度等級？儀表的精確度等級是將儀表允許的相對百分誤差的“土”號及“%去掉后的數(shù)值，以一定的符號形式表示在儀表標尺板上。精確度等級目前是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。3.5某一標尺為07000c的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗，其刻度標尺上的各點測量結果分別為:標準表讀數(shù)/c02004006007008009001000被校表讀數(shù)/c02014026047068059031001(1)求出該溫度儀表的最大絕對誤差值;(2)確定該溫度儀表的精度等級；(1)校驗數(shù)據(jù)處理:標準表讀數(shù)/

11、C02004006007008009001000被校表讀數(shù)/C02014026047068059031001絕對誤差/C0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：+6C；6(2)儀表誤差：max100%0.6%,1000儀表的精度等級應定為1.0級；3.15電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點？工作原理：將彈性元件的位移轉換為電容量的變化。將測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定極板組成可變電容器。當被測壓力變化時，由于測壓膜片的彈性變形產生位移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。特點：結構緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達0.2級、可以測量壓力和差

12、壓。3.21為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)測量大小來選?。窟x一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值有何問題？解：(1)為了保證敏感元件能在其安全的范圍內可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實際使用時的測量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。(2)由于儀表的基本誤差m由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內其大小是一定的，選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大測量誤差。3.29什么叫節(jié)流現(xiàn)象硫體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產生靜壓差？流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體

13、經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流速發(fā)生變化，使流體的動能發(fā)生變化。根據(jù)能量守恒定律，動能的變化必然引起靜壓能的變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產生靜壓差。3.38用水刻度的轉子流量計，測量范圍為010L/min,轉子用密度為7920kg/m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.831kg/L苯的流量，問測量范圍為多少？若這時轉子材料改為由密度為2750kg/m3的鋁制成，問這時用來測量水的流量及苯的流量，其測量范圍各為多少？解由題知t=7920kg/m3,f=0.831kg/L=831kg/m3,W=1000/m3,Qo=10L/min測苯的流量的修正系數(shù)為Kq(7920 1000) 831.(7920

14、 831) 10000.9Qr=Q0/KQ=10/0.911.1(L/min)所以，苯的流量測量范圍為011.1L/min。當轉子材料改為鋁時，r=2750kg/m3,此時測水的流量的修正系數(shù)為(79201000)227501000Qr0=Q0/KrQ=10/2=5（L/min）所以，此時測水的流量的測量范圍為05L/min測苯的流量的修正系數(shù)為K fQ(27501000)831087(2750831)1000Qrf=Qro/KfQ=5/0.87=5.75(L/min)所以，此時測苯的流量的測量范圍為0 5.75L/min。3.49491）利用差壓式液位計可以測液體的分界面q4t=（%*名+/

15、）戶1f+4Xp=A=%3-Pl）”區(qū)先，AA與分界面育度4或正比口2注意：測學界面時，網(wǎng)種液體應互不相溶，且有明顯的密度著；差壓變送器的正取壓口應在最低分界面之下，負取壓口應在最高分界面之上，但不能離干容器內的液位離度（即不能氣相取壓。）3.60用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：（1）熱電偶的熱電勢只有當To（或t。）恒定是才是被測溫度T（或t）的單值函數(shù)。熱電偶標準分度表是以To=0C為參考溫度條件下測試制定的，只有保持To=0C,才能直接應用分度表或分度曲線。若TowOC,則應進行冷端補償和處理。（2）冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導線法，0c恒溫法

16、，冷端溫度修正法，冷端溫度自動補償法等。第四章4.3比例控制規(guī)律是怎樣的？為什么比例控制會產生余差？比例控制是按偏差大小進行控制的，控制器的輸出信號p與其輸入信號e成正比。余差的產生是由比例控制本身的特性所決定的。因為比例控制作用是與偏差成比例的，只有偏差存在，才能產生控制作用。當系統(tǒng)受到一定的擾動后，為了克服擾動，必定要有一定的控制作用，才能使系統(tǒng)達到新的平衡，所以必定存在與該控制作用相對應的偏差，即余差。4.6比例控制器的比例度對控制過程有什么影響？選擇比例度時要注意什么問題？Ti和Td對控制過程有什么影響？比例度對控制過程的影響：比例度越大，比例控制越弱，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大

17、；比例度越小，比例控制越強，過渡過程曲線越振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但余差也越小，提高了系統(tǒng)的靜態(tài)準確度；比例度過小，可能會出現(xiàn)發(fā)散振蕩。選擇比例度要注意：若對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以及放大系數(shù)較小，可選擇小比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，使過渡過程曲線形狀較好；反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應選擇大的比例度。積分時間Ti過大，積分作用不明顯，余差消除很慢；積分時間Ti過小，易于消除余差，但系統(tǒng)振蕩加劇。微分時間Td對慣性打的對象可以改善控制質量，減小最大偏差，節(jié)省控制時間，有抑制振蕩的效果，但如果加得過大，由于控制作用過強，反而會引起被控變量大幅度的振蕩。4.9某臺DDZ-m型比例積分控制

18、器，比例度為100%,積分時間為2min。穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA某瞬間，輸入突然增加了0.6mA,試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？AUFil解：勺言。.+u(0)-0.2(l-i-5)+5-5.74.13電動控制器DDZ-m型有何特點？1 .采用國際電工委員會推薦的統(tǒng)一標準信號，現(xiàn)場傳輸出信號為420mADC,控制室聯(lián)絡信號為15VDC,信號電流與電壓的轉換電阻為250Q。2 .廣泛采用集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。3 .田型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源。4 .結構合理，比之II型有許多先進之處。5 .整套儀表可構成安全火花型防爆系統(tǒng)。第五章5

19、.43、試分別說明什么叫控制閥的流量特性和理想流量粒性？常用的控制閥理想流量特性有哪些？答：控制閥的流艮特性是指操縱介質渡過閥門的相對流量與閥門的相對開度時這關系.在不考慮控制陶前后用禁變化時得到的流量特性稱為理想流量特性，常用的控制閥理想流星特性仃,有線、等百分比、附物線及快等幾種流最特性.5.113.什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式和氣關式，其選擇原則是什么有壓力信號時閥關，無信號壓力時閥開的為氣關式.反之,為氣開式。選擇原則：信號壓力中斷時，應保證設備和操作人員安全，如果陽處J打開位置時危害小，則應選用汽關式，反之，閥處r關閨時危害性小，貝I應選用氣開閥.第六章6.7操縱變量的選擇應遵循哪些原則

20、？(1)操縱變量應是工藝上允許加以控制的可控變量；(2)操縱變量應是對被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量；(3)操縱變量的選擇還應考慮工藝的合理性和生產的經(jīng)濟性。6.5被控變量的選擇原則是什么？答：一般原則是：(1)被控變量應能代表一定的工藝操作指標或是反映工藝操作狀態(tài)的重要變量；(2)被控變量應是工藝生產過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變量；(3)被控變量應盡可能選擇工藝生產過程的直接控制指標，當無法獲得直接控制指標信號，或其測量或傳送滯后很大時，可選擇與直接控制指標有單值對應關系的間接控制指標；(4)被控變量應是能測量的，并具有較大靈敏度的變量；(5)被控變量應是獨立可控的；(6)應

21、考慮工藝的合理性與經(jīng)濟性。6.43.付內明直接指標變制和間強指標控制?芥便用在什么場介？堀果或捶變量本身就是芾簟控制的工藝指標則稱為直接指標簽制；如果被控變量本身不是靠要控倒的工藝指標.但與其有一定的間接對應關系由為間接指標控制工在控制系統(tǒng)設計時.盡量采用直播指標控制，只有當被控變量無法直接檢利，成員能檢別，但信號很彼冊或滿后極大.力薦虛采用同接指標控制.6.157.控制器參數(shù)整定的任務是什么?工程上常用的控制器參鍬整定有哪幾種方法?I管；控制器參數(shù)整定的任符是；根據(jù)已定的控制方案，來確定控制器的最佳參數(shù)值(包括比例度6積分對忸?。壕确謺r間三)，以便使系玩能獲得好的挖制質量.拄制器參數(shù)整定的方法有理論計算和工程整定兩大類.其中常用的是工程整定法。屬于控制器參數(shù)的工程整定法主要看貼界比例度法、衰被曲線法和經(jīng)驗模武法等.第七章7.2.串級控制系統(tǒng)有哪些特點？主要使用在哪些場合？特點：1、 在系統(tǒng)結構上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器