化工自動化及儀表習題課件

《化工自動化及儀表》習題

華東理工大學孫自強2007.4.28《化工自動化及儀表》習題華東理工大學1一些基本概念題1、簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動（干擾）量、設定（給定）值、偏差的含義。被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數需要控制的生產過程、設備或機器。被控變量：被控對象內要求保持設定數值的工藝參數。操縱變量：受控制器操縱的，用于克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或能量。擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控量變化的因素。一些基本概念題1、簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動（干2設定值：被控變量的預定值偏差：被控變量的設定值與實際值之差。2、什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程？答：系統(tǒng)受到擾動作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量發(fā)生波動，在自動控制作用下，經過一段時間，使被控變量回復到新的穩(wěn)定狀態(tài)，把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。設定值：被控變量的預定值33、衰減振蕩過程的品質指標有哪些？答：衰減振蕩過程的品質指標主要有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）等。3、衰減振蕩過程的品質指標有哪些？44、什么是反饋、什么是正反饋、負反饋？答：把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的作法稱為反饋。反饋信號的作用方向與設定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋稱為負反饋。反之稱為正反饋。4、什么是反饋、什么是正反饋、負反饋？55、什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？答：自動控制系統(tǒng)的方框圖是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合點、分支點構成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每個方框代表系統(tǒng)的一個組成部分，方框內填入表示其自身特性的數學表達式；方框間用帶有箭頭的線段表示相互間的關系及信號流向。采用方框圖可以直觀地表達系統(tǒng)各組成部分及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進行分析和研究。5、什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？6一些基本概念題1、什么是被控對象特性？什么是被控對象數學模型？研究被控對象特性有何意義？答：過程特性是指當被控過程的輸入變量（操縱變量或擾動變量）發(fā)生變化時，其輸出變量（被控變量）隨時間的變化規(guī)律。定量地表達對象輸入輸出關系的數學表達式稱為對象的數學模型。在充分研究過程特性及其規(guī)律的基礎上，可以確定合適的被控變量和操縱變量，進而選用合適的檢測和控制儀表，選擇合理的控制器參數，設計合乎工藝要求的控制系統(tǒng)。一些基本概念題1、什么是被控對象特性？什么是被控對象數學模型72、什么是控制通道和擾動通道？答：對于一個被控對象來說，輸入量是擾動量或操縱變量，而輸出是被控變量。由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道；擾動量至被控變量的信號聯(lián)系稱為擾動通道。一般來說，對于不同的通道，對象的特性參數（K、T和

）對控制作用的影響是不同的。2、什么是控制通道和擾動通道？81.某物料加熱后與添加料混合，工藝要求混合時物料溫度θo穩(wěn)定，工藝采用改變換熱器蒸汽流量Qs來穩(wěn)定罐內溫度θo。影響θo的因素有：閥前蒸汽壓力Ps，冷物料流量Qi和溫度θi，環(huán)境溫度θc等。（1）畫出溫度控制系統(tǒng)的方塊圖；（2）指出該控制系統(tǒng)的被控變量、操作變量、被控過程及擾動；（3）若蒸汽閥前壓力Ps突然變大時，簡述該系統(tǒng)的控制過程。1.某物料加熱后與添加料混合，工藝要求混合時物料溫度θo92.圖a為流量控制系統(tǒng)，主要克服閥前壓力P1波動來穩(wěn)定流量Q1。圖b是儲槽液位控制系統(tǒng)，主要克服Q2流量變化的擾動，保持液位穩(wěn)定。（1）指出兩圖中的各控制系統(tǒng)的被控變量、操縱變量、被控過程及主要擾動；（2）若采用圖a系統(tǒng)來控制液位，試比較與圖b系統(tǒng)的不同點。圖a圖b2.圖a為流量控制系統(tǒng)，主要克服閥前壓力P1波動來穩(wěn)定流量103.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)（設定值是30℃）在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖所示。試分別求出衰減比、最大偏差、余差、回復時間。3.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)（設定值是30℃）在階躍擾動作用114.已知某換熱器被控變量是出口溫度θ，操縱變量是蒸汽流量Q。在蒸汽流量作階躍變化時，出口溫度響應曲線如圖所示。該過程通?？梢越谱鳛橐浑A滯后環(huán)節(jié)來處理。試估算該控制通道的特性參數K、T、τ，寫出該控制通道的動態(tài)方程。4.已知某換熱器被控變量是出口溫度θ，操縱變量是蒸汽流量Q125.如果用K熱電偶測量溫度，其儀表指示值是600℃，而冷端溫度是65℃，則實際溫度是665℃，對不對？若不對，正確值應為多少，為什么？6.用K熱電偶測量溫度，冷端溫度是30℃，測得的熱電勢是33.29mv，求被測爐子的實際溫度。7.何謂變送器零點調整、零點遷移和量程調整，試舉一例說明之。8.熱電偶配接溫度變送器測溫時，為什么除了要確定測量溫度的范圍外，還需確定分度號？若電動Ⅱ型溫度變送器量程為0～150℃，當介質為90℃時，該變送器的輸出為多少mA？若采用電動Ⅲ型溫度變送器，量程和介質溫度同上，則變送器的輸出又為多少mA？（設ΔI∝Δθ）5.如果用K熱電偶測量溫度，其儀表指示值是600℃，而冷端139.某一標尺為0～500℃的溫度計出廠前經過校驗，其刻度標尺各點的測量結果值為：被校表讀數（℃）0100200300400500標準表讀數（℃）0103198303406495（1）求出儀表最大絕對誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精度等級；（3）儀表經過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為±8℃，問該儀表是否還符合出廠時的精度等級？9.某一標尺為0～500℃的溫度計出廠前經過校驗，其刻度1410.現(xiàn)欲測往復泵出口壓力（約1.2MPa），工藝要求±0.05Mpa，就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表的精度為：1.0,1.5,2.5,4.0級，量程為0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。試選擇壓力表的精度和量程。11.熱電偶與電子電位差計配套測溫應注意什么問題？熱電阻與電子自動平衡電橋配套測溫應注意什么問題？12.顯示儀表有哪幾種類型？各有什么主要特點？13.熱電偶與數字式顯示儀表測溫線路如圖所示。這種接法是否正確？為什么？10.現(xiàn)欲測往復泵出口壓力（約1.2MPa），工藝要求±01514.用差壓變送器與孔板配套測量過熱蒸汽流量，儀表按P’=3MPa（表壓），θ’=400℃的工作狀態(tài)標定?，F(xiàn)過熱蒸汽的工作狀態(tài)發(fā)生了變化。若P=3.2MPa，θ=380℃，則當儀表示值為6000kg/h時，實際流量為多少？（設ρ∝P/T，P：絕對壓力，T：絕對溫度）15.常用的流量計有哪幾種？各有何主要特點？16.常用的壓力、液位檢測元件有哪些？17.用差壓變送器測量如圖所示敞口儲槽液位。已知被測介質密度ρ=900kg/m3，液位高度量程為0～1m，靜液柱高度Ho=0.8m。(1)應該采用正遷移還是負遷移？遷移量是多少？(2)確定變送器量程及應調整的量程范圍。(3)當儲槽液位h是0.5m時，變送器（氣動）的輸出為多少？14.用差壓變送器與孔板配套測量過熱蒸汽流量，儀表按P’=1618.什么是控制閥理想流量特性？控制閥理想流量特性有哪幾種？19.為什么氣動執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場用得最多？電氣閥門定位器又有何作用？20.說明P、PI、PD、PID控制規(guī)律特點及在控制系統(tǒng)中的作用。21.說明比例度、積分時間、微分時間的改變對過渡過程有何影響。22.某比例調節(jié)器輸入信號為4～20mA,輸出信號為1～5V,當比例度δ為60%時，輸入變化6mA所引起的輸出變化量是多少？23.某控制系統(tǒng)采用PI控制規(guī)律，若整定參數過渡過程的曲線如下圖。試判定應如何改變參數δ或Ti，并簡述理由。18.什么是控制閥理想流量特性？控制閥理想流量特性有哪幾種1724.已知某夾套反應器溫度控制系統(tǒng)如圖所示，反應大量放熱。要求控制溫度為50℃，在供氣中斷時保證冷卻。(1)選擇合適的檢測元件及變送器；(2)選擇調節(jié)閥的氣開、氣關特性并說明理由；(3)確定調節(jié)器正、反作用并說明理由。25.數字式控制器硬件和軟件各有哪幾個主要部分組成？什么叫組態(tài)？26.可編程序控制器（PLC）有何主要特點？如何選用PLC？27.簡述DCS、FCS系統(tǒng)特點。24.已知某夾套反應器溫度控制系統(tǒng)如圖所示，反應大量放熱。1828.為保證精餾塔提餾段重組分產品質量，擬采用以再沸器熱蒸汽流量為副變量、提餾段靈敏板溫度為主變量的串級控制方案，工藝要求在供氣中斷時切斷熱源，試：(1)確定調節(jié)閥氣開、氣關特性；(2)確定調節(jié)器的正反作用；(3)畫出控制系統(tǒng)方塊圖；(4)簡單說明流量副回路的主要作用。28.為保證精餾塔提餾段重組分產品質量，擬采用以再沸器熱蒸1929.生產聚乙烯醇時，要求聚醋酸乙烯與氫氧化鈉以一定比例混合?，F(xiàn)采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，主動量（Q1）是聚醋酸乙烯，從動量（Q2）是氫氧化鈉。正常生產時，Q1=7M3/h,Q2=0.25M3/h,且Q1m=10M3/h,Q2m=0.3M3/h。若用孔板配差壓變送器測量流量，試確定用開方器和不用開方器時，儀表設置的比值系數K各為多少？當用開方器時，電動III型調節(jié)器FC設定值約為多少？30.下圖為某加熱爐控制系統(tǒng)，原料油出口溫度為被控變量。(1)這是什么控制系統(tǒng)？它對什么擾動的克服能力最強？為什么？(2)若要進一步提高控制質量，可對系統(tǒng)如何改進？畫出控制流程圖并簡述理由。29.生產聚乙烯醇時，要求聚醋酸乙烯與氫氧化鈉以一定比例混2031.均勻控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)有何區(qū)別？32.分程控制系統(tǒng)一般是如何實施的？應用在什么場合？31.均勻控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)有何區(qū)別？21《化工自動化及儀表》習題

華東理工大學孫自強2007.4.28《化工自動化及儀表》習題華東理工大學22一些基本概念題1、簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動（干擾）量、設定（給定）值、偏差的含義。被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數需要控制的生產過程、設備或機器。被控變量：被控對象內要求保持設定數值的工藝參數。操縱變量：受控制器操縱的，用于克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或能量。擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控量變化的因素。一些基本概念題1、簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動（干23設定值：被控變量的預定值偏差：被控變量的設定值與實際值之差。2、什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程？答：系統(tǒng)受到擾動作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量發(fā)生波動，在自動控制作用下，經過一段時間，使被控變量回復到新的穩(wěn)定狀態(tài)，把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。設定值：被控變量的預定值243、衰減振蕩過程的品質指標有哪些？答：衰減振蕩過程的品質指標主要有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）等。3、衰減振蕩過程的品質指標有哪些？254、什么是反饋、什么是正反饋、負反饋？答：把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的作法稱為反饋。反饋信號的作用方向與設定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋稱為負反饋。反之稱為正反饋。4、什么是反饋、什么是正反饋、負反饋？265、什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？答：自動控制系統(tǒng)的方框圖是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合點、分支點構成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每個方框代表系統(tǒng)的一個組成部分，方框內填入表示其自身特性的數學表達式；方框間用帶有箭頭的線段表示相互間的關系及信號流向。采用方框圖可以直觀地表達系統(tǒng)各組成部分及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進行分析和研究。5、什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？27一些基本概念題1、什么是被控對象特性？什么是被控對象數學模型？研究被控對象特性有何意義？答：過程特性是指當被控過程的輸入變量（操縱變量或擾動變量）發(fā)生變化時，其輸出變量（被控變量）隨時間的變化規(guī)律。定量地表達對象輸入輸出關系的數學表達式稱為對象的數學模型。在充分研究過程特性及其規(guī)律的基礎上，可以確定合適的被控變量和操縱變量，進而選用合適的檢測和控制儀表，選擇合理的控制器參數，設計合乎工藝要求的控制系統(tǒng)。一些基本概念題1、什么是被控對象特性？什么是被控對象數學模型282、什么是控制通道和擾動通道？答：對于一個被控對象來說，輸入量是擾動量或操縱變量，而輸出是被控變量。由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道；擾動量至被控變量的信號聯(lián)系稱為擾動通道。一般來說，對于不同的通道，對象的特性參數（K、T和

）對控制作用的影響是不同的。2、什么是控制通道和擾動通道？291.某物料加熱后與添加料混合，工藝要求混合時物料溫度θo穩(wěn)定，工藝采用改變換熱器蒸汽流量Qs來穩(wěn)定罐內溫度θo。影響θo的因素有：閥前蒸汽壓力Ps，冷物料流量Qi和溫度θi，環(huán)境溫度θc等。（1）畫出溫度控制系統(tǒng)的方塊圖；（2）指出該控制系統(tǒng)的被控變量、操作變量、被控過程及擾動；（3）若蒸汽閥前壓力Ps突然變大時，簡述該系統(tǒng)的控制過程。1.某物料加熱后與添加料混合，工藝要求混合時物料溫度θo302.圖a為流量控制系統(tǒng)，主要克服閥前壓力P1波動來穩(wěn)定流量Q1。圖b是儲槽液位控制系統(tǒng)，主要克服Q2流量變化的擾動，保持液位穩(wěn)定。（1）指出兩圖中的各控制系統(tǒng)的被控變量、操縱變量、被控過程及主要擾動；（2）若采用圖a系統(tǒng)來控制液位，試比較與圖b系統(tǒng)的不同點。圖a圖b2.圖a為流量控制系統(tǒng)，主要克服閥前壓力P1波動來穩(wěn)定流量313.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)（設定值是30℃）在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖所示。試分別求出衰減比、最大偏差、余差、回復時間。3.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)（設定值是30℃）在階躍擾動作用324.已知某換熱器被控變量是出口溫度θ，操縱變量是蒸汽流量Q。在蒸汽流量作階躍變化時，出口溫度響應曲線如圖所示。該過程通?？梢越谱鳛橐浑A滯后環(huán)節(jié)來處理。試估算該控制通道的特性參數K、T、τ，寫出該控制通道的動態(tài)方程。4.已知某換熱器被控變量是出口溫度θ，操縱變量是蒸汽流量Q335.如果用K熱電偶測量溫度，其儀表指示值是600℃，而冷端溫度是65℃，則實際溫度是665℃，對不對？若不對，正確值應為多少，為什么？6.用K熱電偶測量溫度，冷端溫度是30℃，測得的熱電勢是33.29mv，求被測爐子的實際溫度。7.何謂變送器零點調整、零點遷移和量程調整，試舉一例說明之。8.熱電偶配接溫度變送器測溫時，為什么除了要確定測量溫度的范圍外，還需確定分度號？若電動Ⅱ型溫度變送器量程為0～150℃，當介質為90℃時，該變送器的輸出為多少mA？若采用電動Ⅲ型溫度變送器，量程和介質溫度同上，則變送器的輸出又為多少mA？（設ΔI∝Δθ）5.如果用K熱電偶測量溫度，其儀表指示值是600℃，而冷端349.某一標尺為0～500℃的溫度計出廠前經過校驗，其刻度標尺各點的測量結果值為：被校表讀數（℃）0100200300400500標準表讀數（℃）0103198303406495（1）求出儀表最大絕對誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精度等級；（3）儀表經過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為±8℃，問該儀表是否還符合出廠時的精度等級？9.某一標尺為0～500℃的溫度計出廠前經過校驗，其刻度3510.現(xiàn)欲測往復泵出口壓力（約1.2MPa），工藝要求±0.05Mpa，就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表的精度為：1.0,1.5,2.5,4.0級，量程為0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。試選擇壓力表的精度和量程。11.熱電偶與電子電位差計配套測溫應注意什么問題？熱電阻與電子自動平衡電橋配套測溫應注意什么問題？12.顯示儀表有哪幾種類型？各有什么主要特點？13.熱電偶與數字式顯示儀表測溫線路如圖所示。這種接法是否正確？為什么？10.現(xiàn)欲測往復泵出口壓力（約1.2MPa），工藝要求±03614.用差壓變送器與孔板配套測量過熱蒸汽流量，儀表按P’=3MPa（表壓），θ’=400℃的工作狀態(tài)標定?，F(xiàn)過熱蒸汽的工作狀態(tài)發(fā)生了變化。若P=3.2MPa，θ=380℃，則當儀表示值為6000kg/h時，實際流量為多少？（設ρ∝P/T，P：絕對壓力，T：絕對溫度）15.常用的流量計有哪幾種？各有何主要特點？16.常用的壓力、液位檢測元件有哪些？17.用差壓變送器測量如圖所示敞口儲槽液位。已知被測介質密度ρ=900kg/m3，液位高度量程為0～1m，靜液柱高度Ho=0.8m。(1)應該采用正遷移還是負遷移？遷移量是多少？(2)確定變送器量程及應調整的量程范圍。(3)當儲槽液位h是0.5m時，變送器（氣動）的輸出為多少？14.用差壓變送器與孔板配套測量過熱蒸汽流量，儀表按P’=3718.什么是控制閥理想流量特性？控制閥理想流量特性有哪幾種？19.為什么氣動執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場用得最多？電氣閥門定位器又有何作用？20.說明P、PI、PD、PID控制規(guī)律特點及在控制系統(tǒng)中的作用。21.說明比例度、積分時間、微分時間的改變對過渡過程有何影響。22.某比例調節(jié)器輸入信號為4～20mA,輸出信號為1～5V,當比例度δ為60%時，輸入變化6mA所引起的輸出變化量是多少？23.某控制系統(tǒng)采用PI控制規(guī)律，若整定參數過渡過程的曲線如下圖。試判定應如何改變參數δ或Ti，并簡述理由。18.什么是控制閥理想流量特性？控制閥理想流量特性有哪幾種3824.已知某夾套反應器溫度控制系統(tǒng)如圖所示，反應大量放