化工仪表与自动化复习题及答案.doc

化工儀錶與自動化課程測試試題一一、 填空題（36分）1、 過程控制系統是由_控制器_、_執行器_、_測量變送_和_被控對象_等環節組成。2、 過程控制系統中按被控參數名稱來分有_壓力_、_流量_、_溫度_、_液位_等控制系統。3、 目前求取過程數學模型方法有兩種。其中一種是根據過程內在機理，通過_物料_和_能量_物料平衡關係，用_機理建模_方法求取過程數學模型。4、控制對象干擾通道動態特性對過渡過程影響是:干擾通道時間常數愈大,對被控變數影響_越小_;干擾通道容量滯後愈多,則調節品質_越好_;干擾通道純滯後對調節品質_無影響_。5、 選擇控制方案時，總是力圖使調節通道放大倍數（增益）大於_干擾通道放大倍數（增益）。6某調節系統採用比例積分作用調節器，先用純比例調整到合適調節輸出，再加入積分作用後，應_減小調節器放大倍數_,才能使穩定性不變。7描述控制系統品質指標參數有 最大偏差 、 衰減比 和 餘差 等。8串級調節系統,一般情況下主回路選擇_PID_或_PI_調節規律調節器,副回路選用_P _調節規律調節器；如果副回路採用差壓法測流量，應採用什麼裝置_開方器_補償。9儀錶自動化標準中，氣動儀錶標準信號範圍是 0.020.1MPa ；電型標準信號範圍是 420mA ；電型標準信號範圍是 010mA 。二、綜合題（54分）1、（10分）畫出氣關式類型執行器兩種簡單結構示意簡圖；在控制系統中如何選擇執行器類型？舉例說明。答：在控制系統中，執行器是按安全原則選擇類型，也就是當控制信號中斷時，要保證設備和操作人員安全。如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變數時，其執行器應選擇氣開類型，當信號中斷時，切斷燃料，保證安全。 2、（14分）熱電偶為什麼要進行冷端溫度補償？有哪些冷端溫度補償方法？原理是什麼？答：因為各種顯示儀錶和熱電偶分度表都是在熱電偶冷端溫度為零時候做出。但實際中熱電偶冷端溫度不等於零，且經常波動，這必然造成輸出減少，所以要進行熱電偶冷端溫度補償。熱電偶常用冷端溫度補償方法有：冰浴法、公式計算法、儀錶機械零點調整法、電橋補償法和補償熱電偶 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 計算法：EAB（t，0） EAB（t，t0） EAB（t0，0） 儀錶零點調整法：將儀錶機械零點調到t0 補償電橋法：用電橋產生EAB（t0， 0）與EAB（t，t0）疊加，即可消除t0變化對測量影響。 補償熱電偶：用與測量熱電偶同型號熱電偶進行補償，用於多支熱電偶。3、（10分）控制器輸入偏差是階躍信號（見下圖），請根據已知參數，畫出P、PI輸出回應曲線。（1）P輸出，已知：比例度=50%（2）PI輸出，已知：比例度=100%積分時間Ti=1分答：4、(20分)下圖為加熱爐裝置，工藝要求利用燃料量來控制爐出口介質溫度t(簡單控制系統)； 指出構成控制系統時被控變數、控制變數、干擾量是什麼？ 在下圖中畫出控制流程圖； 選擇執行器氣開、氣關類型以及控制器作用方向； 畫出簡單控制系統方框圖； 簡單說明該系統克服干擾過程（可設溫度t升高，分析調節動作過程）。 答： 構成控制系統時被控變數是出口介質溫度；操縱變數是燃料量，干擾量是：進料流量和溫度、燃料壓力、爐膛溫度和壓力以及環境溫度。 控制流程圖見下圖。 執行器應選擇氣開類型，控制器為反作用方向。 簡單控制系統方框圖見下圖。該系統克服干擾過程：當干擾作用使溫度t升高，測量大於給定，控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號減少，氣開閥關小，燃料量減少，塔頂溫度下降，維持給定。三、計算題：（10分） 計算下圖各熱電偶回路所產生熱電勢（10分）。注：A B-K型熱電偶；AB-K型熱電偶補償導線C D- S型熱電偶； CD-S型熱電偶補償導線； 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)化工儀錶與自動化課程測試試題二 一、 填空題（28分）1控制系統引入積分作用是為了_消除餘差_,但積分引入會使系統_不穩定,引入微分作用是為了_克服容量滯後_。某調節系統採用比例積分作用調節器，先用純比例調整到合適調節輸出，在加入積分作用過程中，應_減小放到倍數_。2.被調介質流過閥門相對流量(Q/Qmax)與閥門相對行程(l/L)之間關係,稱為調節閥 流量_特性;若閥前後壓差保持不變時,上述關係稱為_理想_ 特性;實際使用中,閥前後壓差總是變化,此時上述關係為_工作_ 特性。調節閥流量特性有_直線_、_等百分比_、_拋物線_和_快開_，流量特性選擇主要是與_廣義對象_相匹配。3. 與單回路控制系統相比，串級調節系統具有以下三個特點：(對於進入副回路干擾有很強克服能力 );( 提高了工作頻率 );(具有魯棒性)。4.控制對象干擾通道動態特性對過渡過程影響是:干擾通道時間常數愈大,對被控變數影響越小 ;干擾通道容量滯後愈多,則調節品質 越好 ;干擾通道純滯後對調節品質 無影響 。5簡單調節系統基本特徵是 閉合回路 和 負回饋 。6常用標準節流件有 孔板 和 噴嘴 。7. 熱電偶熱電特性與 熱電偶材料、兩節點溫度 _有關，與 熱電偶幾何尺寸 無關。二、綜合題(分)1、（10分）畫出氣開式類型執行器兩種簡單結構示意簡圖；控制系統在什麼情況下選擇氣開類型執行器？舉例說明。答：如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變數時，其執行器應選擇氣開類型，當信號中斷時，切斷燃料，保證安全。2、（20分）在控制系統應用中，有哪些基本控制規律和組合控制規律？寫出各自運算式？它們各應用在什麼場所？答：在控制系統應用中，基本調節規律有：P、I、D，基本組合調節規律有PI、PD、PID。 P：自衡能力強，滯後小對象且控制品質要求不高 PI：對象滯後小，負荷變化幅度大，要求無差PD：一階滯後較大允許有餘差對象PID：負荷變化大，容量滯後大，被控變數變化緩慢，品質要求高。3、（12分）下圖為電子電位差計結構原理圖，請補充完整連接線（包括電源和電流及輸入信號方向），並回答：電子電位差計是根據什麼原理工作？在溫度檢測中與何種檢測元件配套使用？指出調整零點、量程電阻。答：電子電位差計是使用電壓平衡原理工作。在溫度檢測中熱電偶配套。下圖是其線路圖。起到零點調整電阻是RG，起到量程調整電阻是RM。4、（10分）寫出差壓式流量計基本方程式；說明公式中各個符號所代表含義。答：流量係數； Q被測流體流量體膨脹校正係數 F0節流件開口面積1被測流體密度 P節流件前後差壓三、計算題(20分) 1、（10分）計算下圖液位差壓變送器量程、測量範圍及遷移量。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)測量範圍=420039200 (Pa)遷移量=4200 (Pa)2、（10分）某壓力儀錶測量範圍是1001100Pa，其精度為0.5級，則這臺表量程是多少？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%化工儀錶與自動化課程測試試題三一、 填空題（28分）1、 檢測儀錶基本組成有 測量 、 傳動放大 和 顯示 三個部分。 2、 在控制系統中，增加比例度，控制作用 減少 ；增加積分時間；控制作用 減少 ；增加微分時間，控制作用 增加。3、 按誤差出現規律，可將誤差分為 系統 誤差、 偶然 誤差及 疏忽 誤差。4、 描述對象特性三個參數是 放大係數 、 時間常數 和 滯後時間 。 5、 某溫度錶精度為0.5級，其測量下限是50，上限是850。則此表量程是 800 ；測量範圍是 50850 ；允許基本誤差是 0.5% ；最大絕對誤差是 4 。6、 熱電偶溫度計中常用冷端溫度補償方法有 冷端溫度保持0度法 、冷端溫度修正法 、校正儀錶零點法 、 補償電橋法 、 補償熱電偶法 五種。7、自動平衡電橋配熱電阻測溫時，採用 三線制 連接，其連接導線電阻規定為 2x2.5_。二、綜合題（62分）1、（15分）比較電子電位差計與電子平衡電橋在測量原理和結構上有哪些異同點。答：原理相同點：都是利用滑動觸點位置變化來反映被測溫度大小。 結構相同點： 放大器、可逆電機、同步電機、傳動機構結構不相同點：檢測元件、測量橋路。原理不相同點： 2、（15分）熱電偶測溫時，使用補償導線目是什麼？它能否進行冷端溫度補償？如不能應如何處理？答：使用補償導線目是將熱電偶冷端從溫度較高、波動較大地方移到溫度較低、且相對穩定地方。如果只使用補償導線還不能達到冷端溫度補償目，必須與其它方法配合起來使用。具體方法如下：熱電偶常用冷端溫度補償方法有：公式計算法、冰浴法、儀錶機械零點調整法和電橋補償法。3、（12分）畫出串級控制系統方框圖；分別說出副回路及主回路所起到作用。答：下圖為串級控制系統方框圖；副回路是克服作用於副對象干擾，使副被控變數基本穩定，減少對主變數影響；而主回路主要克服作用於主對象干擾，保證主被控變數穩定。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)，為保證塔正常操作，回流量不允許中斷。 指出構成控制系統時被控變數、操縱變數、主要干擾是什麼？ （4分） 在圖上畫出控制流程圖並確定執行器類型； （5分） 選擇控制器作用方向； （3分） 畫出簡單控制系統方框圖； （4分） 簡單說明該系統克服干擾過程（可設溫度t升高，分析控制動作過程）。（4分） 答： 構成控制系統時被控變數是塔頂溫度；操縱變數是塔頂回流量，主要干擾量是：進料流量和溫度，回流溫度和流量，加熱蒸汽量等。 控制圖見下圖，執行器為氣關式。 控制器為反作用方向。 簡單控制系統方框圖見下圖 該系統克服干擾過程：當干擾作用使溫度t升高，測量大於給定，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，回復給定。三、計算題（10分）計算下圖液位差壓變送器量程、測量範圍及遷移量(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)測量範圍：035000 (Pa)遷移量：0 (Pa)化工儀錶與自動化課程測試試題四一、 填空題（32分）1、表徵控制規律參數是 比例度 、 積分時間 及 微分時間 。2、串級調節系統結構上有兩個回路，分別稱為 主 回路和 副 回路；有兩個被調參數，分別稱為 主參數和 副 參數；有 一 個調節參數。3、彈簧管壓力錶是利用 彈簧 產生_位移_與被測壓力相平衡來測量。4、不受被測介質物理性質影響流量計是：_電磁流量計_、_漩渦流量計_、橢圓齒輪流量計_（說出三種即可）。5、 差壓式流量計是利用_節流_原理進行測量流量。6、電容式液位感測器測量液位時，如測量高粘度導電介質則測量精度受_虛擬液位_影響。7、分度號為S型熱電偶，如果錯接了K型熱電偶補償導線則產生熱電勢會 增加 。如果補償導線型號正確但正負接反，則產生熱電勢會 減少 。8、電容式差壓變送器測量部分是先將 差壓 轉變成 位移 ，然後再變成_電容變化量_作為轉換部分輸入。二、綜合題（58分）1、（10分）均勻控制系統和一般控制系統異同點有哪些？怎樣實現均勻控制？答：均勻控制系統和一般控制系統相同點：結構相同；不同點：目和特點不同，其目是為了解決前後工序供求矛盾，使兩個變數間能互相兼顧和協調操作，特點是使兩個互相聯繫變數都在允許範圍內緩慢地變化。均勻控制實現可以從以下2方面來做：1）調節規律上採用P或PI，而不採用D調節，2）參數整定上比例度從小到大整定，且比例度（和積分時間）都較大。2、（8分）從保證控制品質角度，控制閥設計中應考慮哪幾個方面？閥理想流量特性有哪幾種形式？答：控制閥設計應考慮：閥口徑選擇、氣開氣關形式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），請根據已知參數，畫出P、PI輸出回應曲線。已知：比例度=200%已知：比例度=100%積分時間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定在（901）。已知主要干擾為蒸汽壓力波動。（1） 確定被控變數，並選擇相應測量元件。 （2） 制定合理控制方案。 （3） 如物料溫度不允許過高，否則易裂解，試確定控制閥氣開、氣關式。 （4）畫出控制流程圖與方框圖。 答：被控變數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為蒸汽壓力主參數為物料出口溫度串級控制。控制閥選用氣開式控制流程圖與方框圖如圖5、（10分）某化學反應器工藝規定操作溫度為4002C，考慮安全因素，調節過程中溫度偏離給定值不得超過6C。現設計運行溫度定值調節系統，在最大階躍干擾下過渡過程曲線如圖所示。問該過程最大偏差、餘差、衰減比、過渡時間（按被控變數進入新穩態值2%為准）和振盪週期。答：由反應曲線可知：最大偏差A=45-40=5餘 差C=41-40=1衰 減 比 過渡時間：Ts=23min三、計算題：（10分） 計算下圖各熱電偶回路所產生熱電勢（10分）。如圖為S型熱偶測溫線路，由於疏忽將其中第二段補償導線接反，求：輸入到顯示儀錶總電勢為多少？由於第二段補償導線接反引入誤差是多少？答：E1=ES(800,50)-ES(50,0) =(7.345-0.299)-0.299=6.747 (mV) E2=ECD(800,0)-6.747= 7.345-6.747 =0.598(mV)化工儀錶與自動化課程測試試題五 一、 填空題（36分）1、在階躍擾動作用下，自動控制系統過渡過程有_發散震盪_、等幅震盪_、非震盪衰減_ 和_衰減震盪_等基本形式。2、自動控制系統按按設定值不同形式可分為_定值控制系統_、_隨動控制系統_、_程式控制系統_等控制系統。3、對象數學模型就是_利用數學運算式來描述對象特點 _。4、液位變送器測量進行零點遷移時只改變_測量範圍_，不改變_量程_。5、在常用熱電偶溫度計中，精度較高是_S _熱電偶，線性最好是_K_ _熱電偶，靈敏度較高是_E _熱電偶。6常用熱電阻材料是_銅、鉑_，分度號是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100 _，線性好是_銅_熱電阻，它適於測量_低_溫度。7描述對象特性三個參數是放大倍數、時間常數、滯後時間 ，如果時間常數越大，系統回應速度 越慢 ，系統穩定性 越好 。8差壓式流量計由 節流件 、 導壓管 和 顯示儀器 組成。常用標準取壓方式有 角接取壓 和 法蘭取壓 。9指出你所知道幾種複雜控制系統串級控制系統、均勻控制系統、分程式控制制系統、選擇控制系統、前饋控制系統、比值控制系統等。二、綜合題（54分） 1、（10分）在控制系統中如何得到執行器類型？畫出執行器類型簡單結構示意簡圖。答：在控制系統中，執行器類型獲得是靠改變執行機構和調節機構作用方向來得到，一般情況下，對於大口徑執行器，執行機構採用正作用，靠改變調節機構正反裝來得