化工儀表及自動(dòng)化復(fù)習(xí)題期中

.z.化工儀表及自動(dòng)化復(fù)習(xí)題〔1〕自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本概念1．根本要求：〔1〕掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，了解各組成局部的作用以及相互影響和聯(lián)系?！?〕理解自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的幾個(gè)術(shù)語，掌握方塊圖的意義及畫法。〔3〕掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，過渡過程的幾種根本形式及過渡過程品質(zhì)指標(biāo)的含義。2．復(fù)習(xí)題：1．何謂化工自動(dòng)化？所謂自動(dòng)化是在工藝設(shè)備上，配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來代替操作人員的〔局部〕直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)展，也即：用自動(dòng)化裝置來管理設(shè)備〔生產(chǎn)過程〕，使之的正常運(yùn)行。2．自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？各局部的作用是什么？自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由被控對(duì)象、測量元件及變送器、執(zhí)行器、控制器組成。其作用：測量元件及變送器用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定信號(hào)；控制器將測量元件及變送器送來的測量信號(hào)與給定值相比擬得出偏差，根據(jù)其大小按*種規(guī)律進(jìn)展運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送給執(zhí)行器；執(zhí)行器能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)相應(yīng)地改變流入〔或流出〕被控對(duì)象的物料或能量，克制干擾的影響。3．簡述過渡過程的幾種根本形式及過渡過程品質(zhì)指標(biāo)的含義過渡過程的根本形式有：衰減振蕩過程、非振蕩衰減過程、等幅振蕩過程、發(fā)散振蕩過程。最大偏差A(yù)：指過渡過程中被控變量偏離給定值的最大數(shù)值；衰減比：是指過渡過程曲線上同方向第一個(gè)波的峰值與第二個(gè)波的峰值之比；余差：過渡過程終了時(shí)，被控變量所到達(dá)的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值的差值；過渡時(shí)間：控制系統(tǒng)受干擾作用后，被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時(shí)間。4．什么叫負(fù)反響？將系統(tǒng)的輸入信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)后又返回輸入端并且使原信號(hào)減弱的作法叫負(fù)反響。TTTCTTTC載熱體附圖：反響釜溫度控制系統(tǒng)操縱變量、及可能引起的干擾各是什么？解：被控變量：釜溫；操縱變量：載熱體的流量；可能引起的干擾各是加料的流量、溫度及載熱體的溫度等。方塊圖為：干擾TC控制閥TC控制閥反響釜TTT6．*發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為40±2oC?？紤]到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6oC。現(xiàn)設(shè)計(jì)一定值控制系統(tǒng)，在階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下列圖所示。試確定最大偏差、衰減比、余差及過渡時(shí)間，并答復(fù)該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解：由反響曲線可知；最大偏差A(yù)=45-40=5oC；余差C=41-40=1oC；衰減比；過渡時(shí)間由題要求，被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的±2%就可認(rèn)為過渡過程已完畢，則限制范圍應(yīng)是oC；由圖可看出，過渡時(shí)間。第二章被控對(duì)象的特性1．根本要求：〔1〕了解用機(jī)理建模的方法建立簡單對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。〔2〕掌握表征對(duì)象特性的三個(gè)參數(shù)K、T、τ的物理意義及其對(duì)控制過程的影響。2．復(fù)習(xí)題：1．什么是對(duì)象的特性？什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？被控對(duì)象的特性是指當(dāng)被控對(duì)象的輸入量發(fā)生變化時(shí)，對(duì)象的輸出量是如何變化、變化快慢程度及最終變化的數(shù)值等。定量地表達(dá)對(duì)象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。2．簡述對(duì)象特性參數(shù)的物理意義及其對(duì)控制過程的影響。放大倍數(shù)K：放大倍數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出的變化量與出入的變化量之比，由于放大倍數(shù)K反映的是對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關(guān)系，所以放大倍數(shù)是描述對(duì)象靜態(tài)特性的參數(shù)。放大倍數(shù)K大，控制作用強(qiáng)，但K過大會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。時(shí)間常數(shù)T：時(shí)間常數(shù)T是指當(dāng)對(duì)象受階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)T等于對(duì)象的容量系數(shù)與阻力系數(shù)的乘積，即：。時(shí)間常數(shù)T是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此它是對(duì)象的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)。時(shí)間常數(shù)T大被控變量的變化比擬緩慢，但過渡時(shí)間變長；假設(shè)時(shí)間常數(shù)T小則被控變量的變化速度快，不易控制，所以T應(yīng)適中考慮。滯后時(shí)間τ：對(duì)象的輸出落后于輸入變化的時(shí)間為滯后時(shí)間τ，它是純滯后時(shí)間與容量滯后時(shí)間的總和。純滯后一般由于介質(zhì)的輸送或能量的傳遞需一定時(shí)間引起；容量滯后則由于介質(zhì)的輸送或能量的傳遞需克制一定的阻力所致。滯后時(shí)間τ的存在，使得控制作用總落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增大，使控制質(zhì)量下降。因此應(yīng)盡量減小滯后時(shí)間τ。3．為了測定*物料枯燥筒的對(duì)象特性，在*一瞬間突然將蒸汽量從25m3/h增加到28m3/h，物料出口溫度記錄儀得到的響應(yīng)曲線如下圖。試寫出描述物料枯燥筒特性的微分方程〔溫度變化作為輸出變量，加熱蒸汽的量作為輸入變量；溫度測量儀表的測量范圍0~200oC；流量測量儀表的測量范圍0~解：由階躍反響曲線可知：放大倍數(shù)時(shí)間常數(shù)T=4min滯后時(shí)間τ=2min所以，物料枯燥筒特性的微分方程為：式中：T—物料枯燥筒溫度變化量；θ—加熱蒸汽流量變化量。第三章化工變量的測量及儀表1．根本要求：〔1〕熟悉檢測儀表的主要性能指標(biāo)?！?〕初步掌握各種壓力檢測儀表的根本原理及壓力表的選用方法?！?〕了解各種流量計(jì)的測量原理，重點(diǎn)掌握差壓式流量計(jì)及轉(zhuǎn)子流量計(jì)。〔4〕了解各種液位的測量方法，初步掌握液位測量中零點(diǎn)遷移的意義及計(jì)算方法?！?〕掌握熱電偶溫度計(jì)及熱電阻溫度計(jì)的測溫原理，熟悉熱電偶溫度計(jì)中冷端溫度補(bǔ)償方法?！?〕了解動(dòng)圈式顯示儀表的根本構(gòu)造及原理，掌握平衡式顯示儀表的工作原理，電位差計(jì)各電阻的作用。2．復(fù)習(xí)題：1．檢測儀表的主要性能指標(biāo)有哪些？測量誤差〔絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、允許誤差〕、準(zhǔn)確度、靈敏度、指示變差等。2．試述彈簧管壓力表的根本工作原理。彈簧管壓力表是利用彈簧管在正壓或負(fù)壓的作用下，自由端產(chǎn)生位移，帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)指針偏轉(zhuǎn)，從而指示出壓力值的。3．什么是節(jié)流現(xiàn)象？標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有哪幾種？應(yīng)用最廣泛的是哪種？流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有三種：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。應(yīng)用最廣泛的是標(biāo)準(zhǔn)孔板。4．什么是液位測量時(shí)的零點(diǎn)遷移問題？怎樣進(jìn)展遷移？其實(shí)質(zhì)是什么？當(dāng)被測液位為零時(shí)，將差壓變送器輸出零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入差壓由零遷移到*一不為零的數(shù)值，稱為液位測量時(shí)的零點(diǎn)遷移。測量始點(diǎn)由零變?yōu)?一正值叫正遷移，假設(shè)變?yōu)?一負(fù)值則叫負(fù)遷移；可調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差的作用，此為零點(diǎn)遷移方法。零點(diǎn)遷移的實(shí)質(zhì)是將測量范圍平移，不改變量程的大小。5．何謂熱電現(xiàn)象？兩種不同材料的金屬導(dǎo)線兩端互相連接起來，當(dāng)它們的兩端溫度不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱電勢。6．用熱電偶測溫時(shí)，為什么要進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償？其冷端溫度補(bǔ)償方法有幾種？采用補(bǔ)償導(dǎo)線后，把熱電偶的冷端從較高和較不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是0℃。而工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度-熱電勢關(guān)系曲線是在冷端溫度保持為0℃的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關(guān)系曲線進(jìn)展刻度的，由于操作室的溫度往往高于熱電偶測溫時(shí)，又有將冷端溫度保持0℃冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校骸?〕冷端溫度保持為0℃7．為什么說單杠桿氣動(dòng)壓力變送器的量程范圍比雙杠桿氣動(dòng)壓力變送器的量程范圍?。繗鈩?dòng)壓力變送器與電動(dòng)壓力變送器有又何不同？由單杠桿氣動(dòng)壓力變送器的放大倍數(shù)及雙杠桿氣動(dòng)壓力變送器的放大倍數(shù)可知，單杠桿氣動(dòng)壓力變送器只能整，而雙杠桿氣動(dòng)壓力變送器可調(diào)整、，故單杠桿氣動(dòng)壓力變送器的量程范圍比雙杠桿氣動(dòng)壓力變送器的量程范圍小。氣動(dòng)壓力變送器與電動(dòng)壓力變送器主要區(qū)別在于信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的不同：氣動(dòng)壓力變送器為噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)+氣動(dòng)功率放大器，電動(dòng)壓力變送器為位移檢測片-平面檢測線圈+電子高頻振蕩放大器。8．動(dòng)圈儀表的作用原理是什么？動(dòng)圈儀表測量機(jī)構(gòu)就是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。用張絲把動(dòng)圈吊置于永久磁鐵的空間磁場中，測量電路所產(chǎn)生的豪伏信號(hào)使動(dòng)圈中流過一個(gè)相應(yīng)的電流，載流先圈將受磁場力的作用而旋轉(zhuǎn)，支承動(dòng)圈的張絲由于扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個(gè)反力矩。當(dāng)兩個(gè)力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在*一位置上。由于動(dòng)圈的位置與輸入豪伏信號(hào)相對(duì)應(yīng)，裝在動(dòng)圈上的指針即可在刻度標(biāo)尺上指出豪伏或溫度的數(shù)值。9．電子平衡電橋與電子電位差計(jì)測量橋路有什么區(qū)別？〔1〕所配用的測溫元件不同：電子平衡電橋—熱電阻，電子電位差計(jì)—熱電偶；〔2〕兩者的作用原理不同：電子平衡電橋—平衡電橋〔輸出=0〕，電子電位差計(jì)—不平衡電橋〔輸出≠0〕；〔3〕測溫元件的聯(lián)結(jié)方式不同：電子平衡電橋—三線制接法，電子電位差計(jì)—兩線制接法；〔4〕測量的電量形式不同：電子平衡電橋—電阻，電子電位差計(jì)—熱電勢；〔5〕電子電位差計(jì)要考慮溫度補(bǔ)償問題，而電子平衡電橋可不考慮。10．*氣氨貯罐，其正常工作壓力范圍為本14MPa，并要求測量誤差小于±0.4MPa，試選擇一個(gè)適宜的就地指示壓力表〔類型、量程、精度等級(jí)等〕，并說明理由。解：〔1〕選量程因被測壓力為高壓、穩(wěn)定壓力，故所選壓力表的上限值應(yīng)為：，查得Y-100型彈簧管壓力表的量程0~25MPa較適宜，又由于>1/3這是允許的；〔2〕選精度，精度等級(jí)選1.5級(jí)可滿足要求。所以：選擇的壓力表為Y-100型彈簧管壓力表，量程0~25MPa，精度1.5級(jí)。11．*T型管路中，兩支管分別裝有孔板流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)〔轉(zhuǎn)子密度為7500kg/m3〕，當(dāng)密度為900kg/m3流體以最大流量50L/min從主管中流入時(shí)，測得孔板流量計(jì)的流量值為此時(shí)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)是多少？假設(shè)改用密度為2625kg/m3〔20℃水的密度為1000kg/解：〔1〕：，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)〔2〕。其量程變?yōu)?~15L/min。12．用單法蘭電動(dòng)差壓變速送器來測量敞口罐中硫酸的密度，利用已溢液來保持罐內(nèi)液位H恒為1m。差壓變送器的輸出信號(hào)為0~10mA，硫酸的最小和最大密度分別為/cm3和/cm3。試問：〔1〕差壓變送器的測量范圍；〔2〕假設(shè)要提高儀表的靈敏度，怎么辦？〔3〕如不加遷移裝置，可在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器，以抵消正壓室附加壓力的影響，請(qǐng)計(jì)算水恒壓器所需的高度h。解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí)，變送器的測量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化量來計(jì)算，當(dāng)ρ=ρma*時(shí)：如果選擇變送器的測量范圍為0~20KPa。則當(dāng)ρ=ρma*時(shí)對(duì)應(yīng)的變送器輸出為：當(dāng)ρ=ρmin時(shí)：此時(shí)變送器的輸出為：由以上分析可知，當(dāng)硫酸密度由最小值變到最大值時(shí)，差壓變送器的輸出由6.475mA變到8.925mA,僅變化了2.45mA,靈敏度很低?！?〕為了提高儀表的靈敏度，可考慮進(jìn)展量程壓縮，提高測量的起始點(diǎn)。如果選擇變送器的測量范圍為10~20KPa。則當(dāng)ρ=ρma*時(shí)對(duì)應(yīng)的變送器輸出為：當(dāng)ρ=ρmin時(shí)變送器的輸出為：這時(shí)當(dāng)硫酸密度由最小值變到最大值時(shí)，差壓變送器的輸出由7.85mA變到2.95mA,變化了4.90mA,靈敏度大大提高?！?〕如不加遷移裝置，在負(fù)壓側(cè)加裝水恒壓器，而遷移量為上述的量程壓縮量，即10KPa根據(jù)，可得〔水的密度為1000kg/m3〕：13．用分度號(hào)Pt100鉑電阻測溫，在計(jì)算錯(cuò)用了Cu100的分度表，查得溫度為140℃解：查表得，當(dāng)溫度為140℃時(shí)，CuΩΩ；查Pt100分度表得，溫度為157℃。故實(shí)際溫度為第四章自動(dòng)控制儀表1．根本要求：〔1〕掌握根本控制規(guī)律及其特點(diǎn)。〔2〕熟悉比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間?！?〕了解模擬式控制器的特點(diǎn)和根本組成。2．復(fù)習(xí)題：1．試簡述控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用?？刂破魇亲詣?dòng)控制系統(tǒng)中的核心組成局部。它的作用是將被控變量的測量值于給定值相比擬，產(chǎn)生一定的偏差，控制器根據(jù)該偏差進(jìn)展一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。2．控制器的控制規(guī)律是什么？常用控制規(guī)律有哪些？所謂控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)p與輸入信號(hào)e之間的關(guān)系，即：；常用的控制規(guī)律有位式控制、比例控制、積分控制、微分控制以及它們的組合控制規(guī)律，例PI、PD、PID等。3．何謂比例度？它的大小對(duì)系統(tǒng)過渡過程或控制質(zhì)量有什么影響？比例度是反映比例控制器的比例控制規(guī)律作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。在數(shù)值上比例度等與輸入偏差變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值紙幣的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為：比例度也可理解為使控制器的輸出變化滿刻度時(shí)，相應(yīng)所需的輸入偏差變化量占儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)。比例度越大，表示比例控制作用越弱。減小比例度，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，使系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度提高。4．什么是積分時(shí)間？它對(duì)系統(tǒng)過渡過程有什么影響？積分時(shí)間是指在階躍偏差的作用下，PI控制器的輸出到達(dá)比例輸出的兩倍時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間越小，表示積分作用控制愈強(qiáng)，積分時(shí)間的減小，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性能下降，動(dòng)態(tài)性能變差，但能加快消除余差的速度，提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度。6．什么是微分時(shí)間？它對(duì)系統(tǒng)過渡過程有什么影響？微分時(shí)間是指在線性輸入作用下，到達(dá)同樣輸出值，理想PD作用比P作用超前一段時(shí)間。微分時(shí)間越大，表示微分作用控制愈強(qiáng)，增加微分時(shí)間，能克制對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性.。但微分時(shí)間不能過大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。7．電動(dòng)調(diào)節(jié)器DTL-121型由哪幾局部組成？各局部的作用如何？DTL-121調(diào)節(jié)器由輸入電路、自激調(diào)制式直流放大器、隔離電路、PID運(yùn)算反響電路以及手動(dòng)操作電路等組成。輸入回路的作用是將測量信號(hào)與給定信號(hào)相比擬，得出偏差信號(hào)，其值由偏差指示表示。自激調(diào)制式直流放大器是將輸入電路送來的偏差信號(hào)與反響回路送來的反響信號(hào)疊加后的綜合信號(hào)進(jìn)展放大，最后得到0~10mA的直流輸出信號(hào)。隔離電路的作用是通過磁耦合將輸出電路的變化耦合到反響電路的輸入端。手動(dòng)操作電路的作用是當(dāng)控制器切換到手動(dòng)時(shí)，給出一個(gè)手操電流直接送往執(zhí)行器，進(jìn)展手動(dòng)操作。PID運(yùn)算反響電路是通過電阻、電容構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將輸出電流的變化以不同方式反響到放大器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算。8．與DDZ-=2\*ROMANII型儀表相比，DDZ-=3\*ROMANIII型儀表有何特點(diǎn)？其主要特點(diǎn)有：〔1〕采用國際電工委員會(huì)〔IEC〕推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，現(xiàn)場傳輸信號(hào)為4~20mADC，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1~5VDC；〔2〕采用線性集成電路，使可靠性提高，維修工作量減少；〔3〕由電源箱集中統(tǒng)一供應(yīng)24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源；〔4〕構(gòu)造合理，功能多樣；〔5〕整套儀表可構(gòu)成平安火花型防爆系統(tǒng)。9．一臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的DDZ-=2\*ROMANII型控制器，其比例度為80%，積分時(shí)間為1分鐘。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為6mA。*瞬間，輸入偏差突然增加了0.3mA，問其比例輸出為多少？經(jīng)過3min后，其輸出將為多少？解：由于δ=80%，故比例放大倍數(shù)。，假定控制器為正作用式的，輸出將在6mA的根底上增加0.375mA，故為6.375mA。由于積分時(shí)