昆明理工大學(xué) 化工儀表與自動(dòng)化復(fù)習(xí)題及答案

1、化工儀表與自動(dòng)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(dòng)態(tài)特性對過渡過程的影響是:干擾通道的時(shí)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

2、，純滯后越大，質(zhì)量越差_。5、  選擇控制方案時(shí)，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）。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(bǔ)償。9儀表自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)中，氣動(dòng)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 ；

3、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)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(shí)，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(shí)，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當(dāng)信號中斷時(shí)，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(bǔ)償？有哪些冷端溫度補(bǔ)償方法？原理是什么？答：因?yàn)楦鞣N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(shí)候做出的。但實(shí)際中熱電偶冷端溫度不等于零，且經(jīng)常波動(dòng)，這必然造成輸出減少，所以要進(jìn)行熱電

4、偶的冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有：冰浴法、公式計(jì)算法、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、電橋補(bǔ)償法和補(bǔ)償熱電偶 Ø       冰浴法：用冰槽使t0保持零度。Ø       計(jì)算法：EAB（t，0） EAB（t，t0） EAB（t0，0）Ø       儀表零點(diǎn)調(diào)整法：將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到t0 Ø       補(bǔ)償電

5、橋法：用電橋產(chǎn)生EAB（t0， 0）與EAB（t，t0）疊加，即可消除t0變化對測量的影響。Ø       補(bǔ)償熱電偶：用與測量熱電偶同型號的熱電偶進(jìn)行補(bǔ)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=50%  （2）PI輸出，已知：比例度=100% 積分時(shí)間Ti=1分     答： 4、(20分)下圖為加熱爐裝置，工藝要求利用燃料

6、量來控制爐出口介質(zhì)溫度t(簡單控制系統(tǒng))；   指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)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(dòng)作過程  答：       構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)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。    &#

7、160;  控制流程圖見下圖。       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(jì)算題：（10分） 計(jì)算下圖各熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢（10分）。注：A B-K型熱電偶；AB-K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線C D

8、- S型熱電偶； CD-S型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線；  答：1、E1=EAB(300,50)+ECD(50,25)=(12.207-2.002)+(0.299-0.142) =10.342 (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(dòng)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(huì)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，先用純比例調(diào)整到合適的

9、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(shí),上述關(guān)系稱為_理想_ 特性;實(shí)際使用中,閥前后的壓差總是變化的,此時(shí)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(gè)特點(diǎn)：(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(dòng)態(tài)特性對過渡過程的影響是:干擾通道的時(shí)間常數(shù)愈大,

10、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(diǎn)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(shí)，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當(dāng)信號中斷時(shí)，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

11、制規(guī)律？寫出各自的表達(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(jì)結(jié)構(gòu)原理圖，請補(bǔ)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(jì)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(diǎn)、量程的電阻。 答：電子電位差計(jì)是使用電壓平衡原理工作。在溫度檢測中

12、熱電偶配套。下圖是其線路圖。起到零點(diǎn)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(jì)的基本方程式；說明公式中各個(gè)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(jì)算題(20分) 1、（10分）計(jì)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 (Pa) 2、（

13、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：1000Pa0.5%±5Pa0.5%化工儀表與自動(dòng)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(dòng)放大 和 顯示 三個(gè)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(shí)間；控制作用 減少 ；增加微分時(shí)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

14、然 誤差及 疏忽 誤差。4、   描述對象特性的三個(gè)參數(shù)是 放大系數(shù) 、 時(shí)間常數(shù) 和 滯后時(shí)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 。6、   熱電偶溫度計(jì)中常用的冷端溫度補(bǔ)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(diǎn)法 、 補(bǔ)償電橋法 、 補(bǔ)償熱電偶法 五種。7、自動(dòng)平衡電橋配熱電阻測溫時(shí)，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

15、）比較電子電位差計(jì)與電子平衡電橋在測量原理和結(jié)構(gòu)上有哪些異同點(diǎn)。答：原理的相同點(diǎn)：都是利用滑動(dòng)觸點(diǎn)位置的變化來反映被測溫度的大小。 結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)： 放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的不相同點(diǎn)：檢測元件、測量橋路。原理的不相同點(diǎn)： 2、（15分）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)行冷端溫度補(bǔ)償？如不能應(yīng)如何處理？ 答：使用補(bǔ)償導(dǎo)線的目的是將熱電偶的冷端從溫度較高、波動(dòng)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(bǔ)償導(dǎo)線還不能達(dá)到冷端溫度補(bǔ)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(bǔ)償方法有：公式計(jì)算法、冰浴法、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整

16、法和電橋補(bǔ)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))，為保證塔正常操作，回流量不允許中斷。    指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)的被控變量、操縱變量、主要干擾是什么？ （4   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）  

17、; 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(dòng)作過程） 答：       構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)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。       控制圖見下圖，執(zhí)行器為氣關(guān)式。       控制器為反作用方向。      

18、 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，塔頂溫度下降，回復(fù)給定。 三、計(jì)算題（10分）計(jì)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(dòng)化課程測試試題四一、  &

19、#160;  填空題（32分）1、表征控制規(guī)律的參數(shù)是 比例度 、 積分時(shí)間 及 微分時(shí)間 。2、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)回路，分別稱為 主 回路和 副 回路；有兩個(gè)被調(diào)參數(shù)，分別稱為 主參數(shù)和 副 參數(shù)；有 一 個(gè)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、不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)影響的流量計(jì)是：_電磁流量計(jì)_、_漩渦流量計(jì)_、橢圓齒輪流量計(jì)_（說出三種即可）。5、  差壓式流量計(jì)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(shí)，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(cuò)接了K型熱

20、電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線則產(chǎn)生的熱電勢會(huì) 增加 。如果補(bǔ)償導(dǎo)線的型號正確但正負(fù)接反，則產(chǎn)生的熱電勢會(huì) 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(diǎn)有哪些？怎樣實(shí)現(xiàn)均勻控制？答：均勻控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)的相同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相同；不同點(diǎn)：目的和特點(diǎn)不同，其目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量間能互相兼顧和協(xié)調(diào)操作，特點(diǎn)是使兩個(gè)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(shí)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

21、到大整定，且比例度（和積分時(shí)間）都較大。 2、（8分）從保證控制質(zhì)量的角度，控制閥設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪幾個(gè)方面？閥的理想流量特性有哪幾種形式？答：控制閥的設(shè)計(jì)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)，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(shí)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（90

22、7;1）。已知主要干擾為蒸汽壓力的波動(dòng)。（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)器工藝規(guī)定操作溫度為400±2ºC，考慮安全

23、因素，調(diào)節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過6ºC?，F(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)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(shí)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(shí)間：Ts=23min三、計(jì)算題：（10分） 計(jì)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(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線接反引入的誤差是多少？  答：E1=ES(800,50)-ES(

24、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(dòng)化課程測試試題五 一、     填空題（36分）1、在階躍擾動(dòng)作用下，自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn) _。4、液位變送器測量進(jìn)行零點(diǎn)遷移時(shí)只改變_測量范圍_，不改

25、變_量程_。5、 在常用的熱電偶溫度計(jì)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。7描述對象特性的三個(gè)參數(shù)是放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間 ，如果時(shí)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 。8差壓式流量計(jì)由 節(jié)流件 、 導(dǎo)壓管 和 顯示儀器 組成。常用的標(biāo)準(zhǔn)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(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)行器的氣開氣關(guān)類型2、（14分）比較差壓式流量計(jì)與轉(zhuǎn)子式流量計(jì)的異同點(diǎn)。