化工自动化及仪表习题合肥工业大学B.pdf

1 习题课习题课 一、选择题、选择题、 1. 构成自动控制系统需要满足下列哪个条件?（） A、闭环负反馈B、 开环负反馈C、闭环正反馈 2.多数情况下，人们最希望自动控制系统在干扰作用下能够得到（）型的过 渡过程。 A. 衰减振荡B. 非周期振荡C. 等幅振荡D. 发散振荡 3.在管道上安装孔板时，如果将方向装反了会造成：() A 差压计指示变小B、差压计指示变大C、差压计倒指示D、 对差压计 指示无影响 4.自动控制系统中，通常用（）表示液位控制器。 A、PCB、LC C、TCD、FC 5.在热电偶的冷端温度补偿方法中，下列那些是不需要仪器或设备的补偿方法 （） A 保持冷端温度为零的方法B 补偿电桥法 C 冷端温度修正方法D 补偿热电偶法 6下列流量计中不属于速度型流量计的有（） A、电磁流量计B、椭圆齿轮流量计 C、涡轮流量计D、转子流量计 7.（）表示流体通过控制阀的最大能力的参数 A、可调比B、流量系数 KV C、相对流量D、相对开度 8.关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时，以下说法不正确的是（） A、热电偶与补偿导线应该配接 B、补偿导线也有极性 C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿 D、在一定温度范围内，热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性 9.电接点信号压力表属于（）压力计。 A. 液柱式 B. 弹性式 C. 电气式 D. 活塞式 10.自动电子平衡电桥，当热电阻短路时，指针会（） 。 2 A. 不动 B. 移向始端C. 移向终端D. 反向指示 11.采用 DDZ-差压变送器测量敞口容器的液位，若被测液位在测量下限时所对 应差压为负数，则通过（）操作，可以使得仪表的输出在测量下限时仍然为 4mA。 A、负迁移B、正迁移 C、无迁移D、无法确定 12（）存在纯滞后，通常不影响控制质量。 A、控制通道B、测量元件 C、变送器D、干扰通道 13（） 流量特性的控制阀在小开度时控制平稳缓和，在大开度时控制 灵敏有效。 A-快开特性B-直线特性 C-抛物线特性D-等百分比（对数）特性 14.用 K 分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线 的极性接反了，则仪表的指示（）A.偏大、B.偏小、C.可能大,也可能 小,要视具体情况而定。 15.调节阀的气开、气关型式应根据下列哪个条件来确定?（） A、生产的安全B、流量的大小C、介质的性质 二、填空题：二、填空题： 1干扰是指 2被控对象是指 3被控变量是指 4工艺变量通常分为， 三大类； 5直接变量是指 6间接变量是指 7安全变量是指 8给定值是，它反映的是 9操作变量是指 10偏差 11闭环控制系统通常包括定值控制系统随动控制系统程序控制系统 三类。 12定值控制系统是指 3 13随动控制系统是指 14程序控制系统是指 15 偏差产生的原因通常分为三个方面。 16闭环控制系统通常是由被控对象被控对象测量变送装置测量变送装置控制器和执行器控制器和执行器 四个部分组成。 17 检测元件和变送器的作用是；比较机 构的作用是； 调节装置的作 用是；执 行器的作用是。 18自动控制系统中流动的是信号信号。 19LC 表示的是；L 是指；C 是指。 20自动控制系统的静态是指；动态是 指；过渡过程是 指； 21干扰的理想形式有； 22过渡过程的主要形式有 23定值控制系统衰减比通常规定在范围内；随动控制系统衰减比通常规定 _范围内； 24过渡过程的品质指标有，。 25 控制通道是指， 干扰通道是指； 26 描述对象特性的三个参数是指，； 27KO的含义是；一般希望该值；Kf 的含 义是；一般希望该值； 28纯滞后产生的原因是；容量滞后产生的原因是； 29绝对误差是指；相对误差 y 是 指。 30精度不仅和，也和。 31仪表的精度通常用来表示。 32 仪表等级度值越小， 表示仪表精度； 标准表精度一般为以上。 4 33工业生产上，感温元件通常有，。 34热电偶温度计由，三部分组成； 35 热电势 eAB和两方面因素有关， 一是取决于， 二是有 关。 36热电偶温度补偿方法通常包括，； 37热电偶温度变送器结构通常分为，三部分； 38热电偶的分度表是指；分度号是 指； 39在高温区通常采用作为测温元件，在中、低温区通常采用 作为测温元件； 40热电阻是由，三部分组成； 41热电阻温度变送器结构通常分为，三 部分； 42显示仪表又叫； 43 “XCZ”中各字母代表的含义，X，C，Z； 44 “XCT”中各字母代表的含义，X，C，T； 45基本控制规律通常包括，； 46比例控制规律是研究； 47比例度的定义式对单元组合仪表，和 kp之间的关系为 48比例度越大表示比例控制作用，越小表示比例控制作 用； 49一般工业用调节器的比例度在范围内； 50积分调节规律最大的优点是能够消除； 51输入输出关系符合关系式的调节规律称为积分规 律； 52 积分速度 kI的含义是， kI越大表示积分作用； 53 微 分 时 间 TD的 含 义 是， TD越 大 表 示 微 分 作 用； 54气动执行器分为两部分，分别为、； 5 55当时，叫正装； 56当时，叫反装； 57控制阀的理想流量特性包 括，； 58 可调比R的定义式为， 国产控制阀可调比R一般为； 59执行器的气开、气关选择的主要依据是； 60干扰通道存在纯滞后时，对被控变量 y影响； 61常用的工程整定方法有、。 二、问答题：二、问答题： 1过渡过程的基本形式有哪几种（用图表示）？简要阐述其特点；工业生产一 般需要什么类型的过渡过程？ 2试阐述下图所示的温度控制系统为开环的原因？ 3闭环控制系统分为哪三类？简要阐述各类的特点。 4画出简单控制系统的方块图，并简要阐述各环节的作用。 解： a检测元件和变送器检测元件和变送器：把被控变量把被控变量 y（t）转化为测量值转化为测量值 z（t） ，z（t）是统一标是统一标 准信号。准信号。 b“O”比较机构：作用是计算偏差比较机构：作用是计算偏差 e（t） 。 c调节装置：依据偏差的大小、正负，按照一定的规律给出调节作用。调节装置：依据偏差的大小、正负，按照一定的规律给出调节作用。 6 d执行器：接受调节器送来的信号执行器：接受调节器送来的信号 p（t）,发出相关的信号，改变操作变量。发出相关的信号，改变操作变量。 5对下列液位控制对象，试绘图说明被控变量的变化情况。 解： 变化情况如右图所示：自身有能力达到新的平衡状态 随 q 增大， h 增高，随 h 增高的增高，Q 也随之变大，最终达到新的平衡 6当输入流量 qi作阶跃变化，试绘图说明被控变量 h1、h2的变化情况。 解：变化图线如下： 随着 h1 的增高，q1 会随之而增大，则 h2 也会随之而升高，但是 h2 开始变化比 较缓慢，因为这时h1 增加不多；h1 增加越高，q1 也增加越高，h2 的速度会 逐渐加快；而 h2 的升高，也必然导致 q0 的加大，即最后阶段 h2 的变化呈现平 缓趋势 7热电偶冷端温度为什么必须要进行补偿？试简要说明补偿步骤和原理。 解：原因：一是冷端和热端很靠近，所以热端温度必然影响到冷端温度；二 7 是热电偶在使用过程中，冷端总是暴露在空气中，冷端温度必然受到周围环境的 影响。所以要进行补偿。 第一：补偿导线的使用（解决冷端温度恒定） ；第二：冷端温度修正法，原 理：热电偶产生的热电势为： 第三：校正仪表零点法 8什么是“三线制”？引入“三线制”的作用是什么？ 解： “三线制” ：从热电阻引出三根导线，其中与热电阻相连的两根导线分别 接入桥路的两个相邻桥臂上，第三根导线与稳压电源的负极相连。作用：当环境 温度变化时，两根导线电阻同时变化，便可抵消对仪表读数的影响。 9.结合下图，简要说明电子电位差计的工作过程。 0 ,0 , 0 ,0 , 00 00 tEttEtE tEtEttE 即： 8 10.为什么说比例控制作用一定产生余差？说明理由。 11.基本控制规律有哪些？简要说明、TI、TD对过渡过程的影响。 解： 基本控制规律通常包括 1） 位式控制 （主要指双位控制） ， 2） 比例控制 （P） ， 3）积分控制（I） ，4）微分控制（D） ； ：比例控制最大优点：反映非常迅速，能很快地克服扰动，使系统稳定下 TI 短，积分作用增强，系统振荡加剧，稳定性下降，导致系统的不稳定。 Td 太大，微分作用强，导致系统振荡；而 Td 太小或为零，表示微分作用弱或没 有，对系统无影响。 12.为什么说等百分比特性又叫对数特性？与线性特性相比它具有什么优点？ 13.控制通道、干扰通道存在纯滞后时，试分别分析它对被控变量的影响。 解：如果0=0，操作变量对 y(t)的影响如图中 A 所示；当纯滞后为0 时，曲 线 A 平移到 B 位置， 曲线 A 和 C 之间的合成就是曲线 D， 曲线 B 和 C 之间的合 成为曲线 E。很显然，E 和 D 相比恶化多了。控制通道的纯滞后应尽量减少。 9 当干扰通道存在纯滞后时，结论是没有影响。如下图，曲线 C 表示没有滞 后存在，干扰变量对被控变量的影响，当滞后为f 时，C 平移到 C位置。但在 f 时间内，由于 y(t)没有变化，操作变量对 y(t)也没有影响，所以控制结果也一 样，仅仅延迟了滞后时间f 三、判断题三、判断题 21 图 5 所示是简单贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止抽空， 试在下面两种情况下， 分别确定执行器的气开、 气关型式及控制器的正、 反作用。 以 Qi为操纵变量； 以 Qo为操纵变量。 解： （1）为安全起见，在自动控制系统出现故障时，即没有控制信号，控制阀应 处于关闭状态，也就是有气就开，没气就关，所以应当选气开。 (2) 为安全起见，在自动控制系统出现故障时，即没有控制信号，控制阀应处于 打开状态，也就是没气就开，有气就关，所以应当选气关。 2.假定在如图所示的反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反 10 应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式 和控制器的正、反作用。 3.试确定下图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。 （a）为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分 解； （b）为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结 晶。 四、计算题四、计算题 1.图 2 所示是一反应器温度控制系统示意图， 工艺要求反应器温度需要控制， 通 过冷却水流量的变化可以达到温度控制的目的。试画出该系统的方块图，并指 出被控对象、被控变量、操纵变量和可能的干扰？现因生产因素的变化，要求 反应温度从开始的 120提高到 122，当给定值作阶跃变化后，被控变量的 变化曲线如图所示，试求该系统的过渡过程的品质指标：最大偏差、衰减比和 余差。 解： 11 被控对象：反应器； 被控变量：反应器温度； 操作变量：冷却水流量； 可能干扰：冷却水温度变化和物料流量变化； 最大偏差8 . 20 .1208 .122A 余差2 . 10 .1202 .121C 衰减比第一个波峰6 . 12 .1218 .122B 第二个波峰4 . 02 .1216 .121 B 1:4 4.0 6.1 B B n 2.为测量某反应器的对象特性，在某瞬间突然将参加反应的反应物的流量从 1t/h 增加到 1.5t/h，这时反应器出口温度的阶跃变化曲线如图 3 所示。假设 该对象为二阶对象（可以看成由一个一阶对象和纯滞后对象组成） ，试写出描 述该对象的微分方程（反应物的流量为输入量，反应器出口温度为输出量） ， 并解出反应物的流量作单位阶跃变化时反应器出口温度变化量的函数表达式。 3现用一支镍铬铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为 30，显示 仪表的机械零点在 0时， 这时指示值为 400， 则认为换热器内的温度为 430 对不对？为什么？正确值为多少度？ 解：不对， 因为此时冷端温度为 30，而仪表的指示值(400)是在仪表的机械零位在 0 时的值，所以此时仪表指示值不是换热器的实际温度。 12 查表可得：mVE943.28)0 ,400(。此时电势即为),30,(tE即 mVEtE943.28)0 ,400()30,( mV EtE tEttEtE 744.30 801. 1943.28 )0 ,30()30,( )0 ,(),()0 ,( 00 查表得422t 4用 K 热电偶温度计测某设备温度，测得的热电势为 20mV，冷端（室温）为 25，求设备的温度？如果改为 E 热电偶来测温，在相同的条件下，E 热电偶测 得的热电势为多少？ 解：当热电势为mV20时，此时冷端温度为 25，即 mVttE20),( 0 查表可得：mVEtE1)0 ,25()0 ,( 0 因为： mV tEttEtE 21120 )0 ,(),()0 ,( 00 由此电势，查表可得509t，及设备温度为 509。 若改用 E 热电偶来测温，此时冷端温度仍为 25。查表可得： mVEtE50. 1)0 ,25()0 ,( 0 设备温度为 509，查表可得： mVEtE