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过程控制系统试题库 过程控制系统试题库 宿迁学院 宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 编辑 机电系 自动化学科 20XX年6月3日星期五 第一章 绪论 - 1 - 79过程控制系统试题库11过程控制（英文：Process Control）通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一11-1过程控制是生产过程自动化的简称，泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中的连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。11-2连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体，在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。11-3从控制的角度，通常将工业生产过程分为三类，即：连续型、离散型和混合型。过程控制主要是针对连续生产过程采用的控制方法。11-4过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制“工业四大参数”是：温度、压力、流量、物（液）位的自动控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续生产过程自动地进行下去。11-5过程控制系统的定义：为实现对某个工艺参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪表、装置及工艺对象、设备构成的 一个整体11-6在讨论控制系统工作原理时，为清楚地表示自动控制系统各组成部分的作用及相互关系，一般用原理框图来表示控制系统。11-7过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。11-8过程控制的特点：控制对象被控过程复杂、控制要求多样控制方案丰富多彩控制过程大多数属于慢过程与参数控制定值控制是过程控制的主要形式过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控制仪表或自动化装置组成12过程控制的发展概况12-0过程控制的发展历程，就是过程控制装置（自动化仪表）与系统的发展历程12-1过程控制装置与系统的发展过程1局部自动化阶段（20世纪 5060年代）：自动化仪表安装在现场生产设备上，只具备简单的测控功能2模拟单元仪表控制阶段（20世纪6070年代）：控制仪表集中在控制室，生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往控制室。操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。宿迁学院 机电系 自动化学科 - 2 - 79过程控制系统试题库3集散控制阶段（20世纪70年代中期至今）12-2过程控制策略与算法发展13过程控制系统的性能指标13-1干扰阶跃响应和给定阶跃响应的区别：13-2系统阶跃响应的单项性能指标衰减比、衰减率 衰减比：n=y1y=(B1B);n取整数，习惯上常表示为n:1,例如4:1、10:132衰减率：j=y1-y3=1-y31yy=1-11n 最大动态偏差、超调量最大动态偏差：y1超调量:s=y1y()100%残余偏差：系统设定值r与稳态值y()的差值，即e()=r-y() 调节时间、峰值时间、振荡频率调节时间:tS峰值时间:tp振荡频率:w13-3 系统阶跃响应的综合性能指标偏差积分IE（Integral of Error）宿迁学院 机电系 自动化学科 - 3 - 79过程控制系统试题库绝对偏差积分IAE(Integral Absolute value of Error)平方偏差积分ISE（Integral of Squared Error）时间与绝对偏差乘积积分ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error)13-4-1某换热器的温度控制系统，给定值为200 。在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间。 解：最大偏差：A = 230-200 = 30；余差： C= 205-200 = 5；衰减比： 13-4-2某被控过程工艺设定温度为900，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？ 解：最大动态偏差：A=950-900=50宿迁学院 机电系 自动化学科 - 4 - 79过程控制系统试题库衰减比：n=y1950-90050=5 y3910-90010振荡周期：T=45-9=36min5080！能满足工艺要求。13-4-3某化学反应器工艺规定的操作温度为（90010），考虑安全因素，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？ 解：最大动态偏差：A=950-900=50 衰减比：n=y1950-90842=4.2 y3918-90810振荡周期：T=45-5=40min余差： C=908-900=85080！能满足工艺要求。过渡过程时间：47min13-4-4某化学反应器工艺规定的操作温度为（80010），考虑安全因素，要求控制过程中温度最高值不得超过850。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、余差、衰减比、过渡时间（2%！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？宿迁学院 机电系 自动化学科 - 5 - 79过程控制系统试题库 解：最大动态偏差：A=845-800=45余差： C=805-800=5 衰减比：n=y1845-80540=4：1 y3815-80510过渡过程时间：25min振荡周期：T=20-7=13min510！能满足工艺要求。13-4-5某发酵过程工艺规定的操作温度为（402），考虑发酵效果，要求控制过程中温度偏离给定值最大不得超过6。现设计的定值温度控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（2%！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？ 解：最大动态偏差：A=45-40=5余差： C=41-40=1 衰减比：n=y145-414=4：1 y342-411过渡过程时间：23min振荡周期：T=18-5=13min56！能满足工艺要求。宿迁学院 机电系 自动化学科 - 6 -79过程控制系统试题库补充思考题与实用题1（王：1-2）什么过程控制系统 ？典型过程控制系统有哪几部分组成？（厉：P1-1、2）什么是化工自动化？化工自动化主要包括哪些Control）是生产过程自动化的简称。泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。在化工（生产过程）设备（装置）上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，是生产在不同程度上自动进行，这种用自动化装置来管理（化工）生产过程的办法，称为（化工）生产过程自动化。（化工）生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的机电系 自动化学科 - 7 - 79过程控制系统试题库第二章 过程检测与变送仪表21 检测仪表的基本技术指标21-1真值xt定的，即使用“认定设备”的检测结果作为真值。通常，个个国家或国际组织将其法定计量机构的专用设备作为“认定设备”、它的检测精度在这个国家或国际组织某一个测量点满度相对误差：gFS=Di100% B模拟连续输出仪表在测量范围机电系 自动化学科 - 8 - 79过程控制系统试题库解：gFSm=+5100%=+0.625%700-(-100)0.50,6251.0；校验仪表时取偏大值，即该仪表的精度等级为1.0级。例2-2选择一台测量压力的仪表，测压范围为08MPa，根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过0.05MPa，要求确定满足工艺要求的仪表的精度等级解：gFSm=0.05100%=0.625%；0.50,6251.0； 8选择仪表时取偏小值，即该仪表的精度等级为0.5级。灵敏度：表示指针（模拟量显示）式测量仪表对被测参数变化的敏感程度，常以仪表输出变化量（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此输出变化量（位移）的被测参数变化量之比表示 S=DYDX灵敏限：表示指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值 对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限 分辨力：是指仪表能够显示的、最小被测值。变差：在外界条件不变的情况下，同一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。21-5测试题（习题、补充题）求：该表最大绝对误差；仪表的精度；如果工艺要求允许最大误差为5，该表是否能用？解：最大绝对误差：+6仪表的精度：1级如果工艺要求允许最大误差为5，该表Dmax=aSFS11000=10，不能用 100100宿迁学院 机电系 自动化学科 - 9 - 79过程控制系统试题库2（厉：例3-1）某一标尺为01000的温度计，出厂前校验数据如下：求：该表最大绝对误差；仪表的精度 解：最大绝对误差：+6仪表的精度：1级gFSm=Dm-6100%=100%=-0.6% SFS10003（王2-2）一台压力表量程为010MPa，校验数据 求：变差；基本（最大满度相对）误差；该表是否符合1级精度。 解：变差：012%基本（最大满度相对）误差：06%； 该表的变差为12%,不符合1级精度？仪表允许变差的数值应等于或小于仪表的精度！照这个条件该表不符合1级精度！4（王2-5）有两块直流电流表，它们的精度等级和仪表量程分别为：表1：1.0级、0250mA；表2：2.5级、075mA。现在测量50mA的直流电流，从准确性、经济性考虑，选用哪快表更合适！解：宿迁学院 机电系 自动化学科 - 10 - 79过程控制系统试题库表1：Dmax=aSFS1250=2.5 100100aSFS2.575=1.875 100100表2：Dmax=从准确性、经济性考虑，选用表2更合适！5（王2-13）如果某反应器最大压力为1。0MPa，允许的最大绝对误差为001MPa，现用一台测量范围为016MPa、精度为1级的压力表进行测量，问：能否符合工艺要求？若用一台测量范围为010MPa、精度为1级的压力表进行测量，问：能否符合要求？解：测量范围为016MPa、精度为1级的压力表的允许的最大绝对误差为：Dmax=aSFS11.6=0.016MPa，大于001MPa，不能符合工艺要求 100100测量范围为010MPa、精度为1级的压力表的允许的最大绝对误差为：Dmax=aSFS11.0=0.01 MPa，等于001MPa，从允许的最大绝对误差角度，能符合工100100艺要求，但量程不符合！6（厉：例3-4）如果某反应器最大压力为08MPa，允许的最大绝对误差为001MPa，现用一台测量范围为016MPa、精度为1级的压力表进行测量，问：能否符合工艺要求？若用一台测量范围为010MPa、精度为1级的压力表进行测量，问：能否符合要求？解：测量范围为016MPa、精度为1级的压力表的允许的最大绝对误差为：Dmax=aSFS11.6=0.016MPa，大于001MPa，不能符合工艺要求 100100测量范围为010MPa、精度为1级的压力表的允许的最大绝对误差为：Dmax=aSFS11.0=0.01 MPa，等于001MPa，从允许的最大绝对误差角度，能符合工100100艺要求，量程也符合！7某一标尺为0500的温度计，出厂前校验数据：宿迁学院 机电系 自动化学科 - 11 - 79过程控制系统试题库求：该表最大绝对误差；确定仪表的精度等级；经过一段时间使用后重新校验，仪表的最大绝对误差为8，问：仪表是否还符合原来的精度等级？解：最大绝对误差：+6仪表的精度：1。5级经过一段时间使用后重新校验，仪表的最大绝对误差为8，最大满度相对误差：+1。6%，仪表已经超过1。5级，不符合原来的精度等级。8（厉：习题3-1）一台压力表量程为025MPa，校验数据 求：最大误差；变差；该表是否符合0。5级精度。 解：最大误差：0。15MPa 变差：0。15MPa 、gFSm=Dmax0.15100%=100%=0.6%； SFS25该表的变差为06,不符合0。5级精度？ 仪表允许变差的数值应等于或小于仪表的精度！9（厉：习题3-2）某温度控制系统，控制温度为800，要求绝对误差不超过7，现选择一台测量范围为01200、精度等级为1。0级的仪表，问：是否合适？如果不合适，应如何选择？解：宿迁学院 机电系 自动化学科 - 12 - 79过程控制系统试题库测量范围为01200、精度等级为1。0级的仪表，其最大误差：Dmax=aSFS11200=12，12大于7，不合适 100100应选择测量范围为01200、精度等级为0。5级的仪表Dmax=aSFS0.51200=6，6小于7，合适 10010022 温度检测及仪表22-0温度是表征物体冷热程度的物理量。是工业生产中最普遍而重要的操作参数。22-1温度检测方法与仪表概述22-2热电偶1热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV） 。特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量5001600之间的温度。2将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。3热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成。4热电偶的基本定律 均质导体定律：热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成。但其几何形状截面和长度等不限。 中间导体定律：在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势没有影响。中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。即E AB ( t ，to ) = E AB( t , 0 ) E AB( to , 0 )据此，只要给出冷端为0时的热电势关系EAB( t ,0 ) ，便可求出冷端任意温度时的热电势5热电偶冷端温度补偿：热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时，需保持热电偶冷端温度恒定。但实际使用的热电偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区宿迁学院 机电系 自动化学科 - 13 - 79过程控制系统试题库的替代品来延长热电偶，称为补偿导线。6热电偶冷端温度的处理：查表法（计算法）、仪表零点调整法、冰浴法、补偿电桥法、半导体PN結补偿法。7标准热电偶：热电势与温度的关系、允许误差、型号（分度号）按国际标准（IEC)统一规定。8热电偶的冷端温度校正：1）查表法、2)电桥补偿法、22-3热电阻1对于500以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。一般使用热电阻温度计来进行中低温度的测量。2金属热电阻测温精度高。大多数金属电阻阻值随温度升高而增大。具有正温度系数。3铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际电工委员会规定为-259+630 间的基准器，但线性度稍差，常用于-200+600 温度测量。4铂电阻的电阻温度关系：Rt=R01+At+Bt2+C(100-t)t3 (-2000)Rt=R01+At+Bt2 ( 0850)铂电阻有两种分度号：Pt10 , Pt1005铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，常用于-50+100 温度测量。铜电阻有两种分度号：Cu50 ，Cu100 。电阻温度关系：Rt=R01+at (-50150)6热电阻的三线制接法：电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法。22-4集成温度传感器：1集成温度传感器将温敏晶体管和外围电路集成在一个芯片上构成，相当于一个测温器件。特点：体积小、反应快、线性较好、价格便宜，测温范围为-50150。2集成温度传感器按输出量形式不同，可分为电压型、电流型和数字型三类。22-5温度显示与记录方法与仪表1动圈式指示仪表：可直接与热电偶、热电阻配套显示温度，是最简单的模拟指示仪表。2数字式指示仪表3自动记录仪表4数字式指示记录仪表宿迁学院 机电系 自动化学科 - 14 - 79过程控制系统试题库22-6温度变送器1检测信号要进入控制系统，必须传递符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成标准信号输出。2现代电控系统：模拟控制系统的信号标准是： 型：010mA、010V；III型：420mA、15V。数字控制系统的信号标准有：FF协议、 HART协议等。补充习题、例题、典型题1（王2-7）用分度号K的热电偶测量某设备的温度，测得热电动势为20.3mV，热电偶冷端温度为30，求设备的温度！如果改用分度号为S的热电偶测量该设备的温度，在相同的条件下，测得热电动势为？解：查表计算分度号为K的热电偶：EAB(t,30)=20.3EAB(30,0)=1.203EAB(t,0)=EAB(t,30)+EAB(30,0)=21.503t=520+21.503-21.49310=520.2321.919-21.493改用分度号为S的热电偶测量该设备的温度EAB(520,0)=4.432EAB(30,0)=0.173mVEAB(520,30)=4.2592（厉-例？）用分度号K的热电偶测量某设备的温度，在没有采用冷端补偿措施的情况下，显示仪表的指示值为500，而这时冷端温度为60。此时实际温度为多少？如果热端温度保持不变，设法使冷端温度保持为20，此时显示仪表的指示值为？解：E(t,t0)E(500,0)=20.640E(t0,0)=E(60,0)=2.436E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.640+2.436=23.076t=550+23.076-22.77210=55723.198-22.772使冷端温度保持为20热端温度保持不变：557，则宿迁学院 机电系 自动化学科 - 15 - 79过程控制系统试题库E(t,t0)=E(557,0)-E(20,0)=23.076-0.798=22.278E(t/,0)=22.278t/=530+22.278-21.91910=538.422.346-21.9193（厉-例3-19）用分度号K的热电偶测量某设备的温度，测得热电动势为20mV，热电偶冷端温度为25，求设备的温度！如果改用分度号为E的热电偶测量该设备的温度，在相同的条件下，测得热电动势为？解：查表计算分度号为K的热电偶：EAB(t,25)=20EAB(25,0)=1.0EAB(t,0)=EAB(t,25)+EAB(25,0)=21t=500+21-20.64010=50921.066-20.640改用分度号为S的热电偶测量该设备的温度EAB(509,0)=37.7EAB(25,0)=1.5EAB(509,25)=36.24（王2-9）（厉：习题3-16？）（厉：例题3-25？）用Pt100铂电阻测温，在查表时错用了Cu100的分度表，查得温度为140，问：实际温度为多少？“厉”有错误？Cu100：150164。27；Pt100：164。27168。7解：查Cu100的分度表：140Rt=159.96查Pt100的分度表Rt=159.96t=157.1。159.96-157.312.6510=10=7.1 161.04-157.313.73 5（厉-例3-？）某温度控制系统，最高温度为700，要求测量的绝对误差不超过10，现有两台量程分别为01600、01000的1。0级温度检测仪表，试问应该选择哪台仪表更合适？如果两台量程均01000，精度等级分别为1.0级和0.5级，那么又应该选择哪台仪表更合适？宿迁学院 机电系 自动化学科 - 16 - 79过程控制系统试题库解： 因为Dmax=aSFS 100aSFS1600=16；量程为01000的100100同为1.0级仪表, 量程为01600的仪表, Dmax=仪表, Dmax=aSFS1000=10 100100aSFS1000=10已经能够满足100100同为量程为01000的仪表,精度为1.0级的仪表Dmax=要求；从经济角度考虑，不必选用0.5级的仪表。6（厉：例3-20）现用一支镍铬铜镍热电偶测量某换热器的温度，其冷端温度为30，显示仪表为动圈仪表、机械零点为0，这时仪表显示值为400，若认为换热器的温度为430，对不对？正确值是多少？解：不对！热电偶的热电势是非线性的查表：显示仪表测出的毫伏值E(t,t0)=E(t,30)E(400,0)=28.943mV冷端温度为30，E(t0,0)E(30,0)=1.801mV热电偶的热电势E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=28.943+1.801=30.744mV查表：t=422。7（厉：习题3-8）用镍铬镍硅热电偶测量炉温，其冷端温度为30，测得热电势为33。29mV，求被测炉子的实际温度？解：查镍铬镍硅热电偶的分度号为K的分度表：E(30,0)=1.285mVE(t,30)=33.29mVE(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=33.29+1.285=34.575Mvt=831.55宿迁学院 机电系 自动化学科 - 17 - 79过程控制系统试题库8（厉：习题3-9）某台动圈式仪表是与镍铬镍硅热电偶配套使用的，但错接了铂铑10铂热电偶，仪表指示为201，（冷端温度为0！）问实际温度为多少？解：查镍铬镍硅热电偶的分度号为K的分度表：E(201,0)=8.177mV查铂铑10铂热电偶的分度号为S的分度表：E(t,0)=8.177；t=875。823压力检测及仪表23-1压力检测的方法1工程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为 “压力”2工程中压力的表示方式有：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力。3国际单位制（SI）定义的压力的单位是“帕斯卡”1Pa =1N/m、1MPa =106Pa；过去常用的压力单位是：1工程大气压 = 1kgf /cm = 9.8066510Pa=0.980665 10Pa 0.1MPa23-2压力表的选择、安装与校验1为了合理、经济使用仪表，仪表的量程不能选得太大，但为了保证测量精度，一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3为宜；同时为了延长弹性元件的使用寿命，避免弹性元件因长期受力过大而永久变形，压力计的上限值应该高于被测量的最大值（量程的3/42/3） ，留有余量2仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差max来确定的。不能认为选用的仪表精度越高越好，应在满足工艺要求的前提下，尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表3例：某台压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量绝对误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围；要求条件为： 被测脉动压力2528MPa，测量绝对误差1MPa，就地观察、高低限报警。解： 2452p1=pmax2=282=56 MPa 脉动压力对仪表寿命影响很大，故选择仪表的上限值为：若选压力表的测量范围为060MPa则： 25MPa / 60MPa >1/3被测压力的最小值不低于满量程的1/3，下限值也符合要求。另外，根据测量误差的要求，可算得对仪表允许误差的要求为：宿迁学院 机电系 自动化学科 - 18 - 79过程控制系统试题库Dmax1100%=100%=1.67% SFS60故选精度等级为1.5级的仪表可以满足误差要求。答：根据就地观察及能进行高低限报警的要求，可选用YX150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。4习题（王-2-12）工艺要求压力范围为1.2MPa0.05MPa，可选用的弹簧管压力表的精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级, 可选用的量程规格有01.6MPa、02.5MPa、04MPa，选用合适的仪表。解：量程选择： 13SFS1.2SFS；则1.6SFS3.6；选择仪表量程为02.5MPa 3412被测压力变化频繁时：SFS1.2SFS；则1.8SFS3.6；选择仪表量程为02.5MPa 33被测压力变化缓慢时：仪表精度选择：aDmaxSFS100=0.05100=2 2.5Y-150，量程02.5MPa，精度2.0级5习题（王-2-13）反应器最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为01.6MPa、精度为1级的压力表进行测量，能否满足要求？若采用一台测量范围为01.0MPa、精度为1级的压力表进行测量，能否满足要求？解：测量范围为01.6MPa、精度为1级的压力表：Dmax=aSFS1.61=0.0160.01；不能满足要求 100100测量范围为01.0MPa、精度为1级的压力表：满度值等于被测量值，不能满足要求6（王2-14）某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.01.6MPa，工艺要求就地观察罐机电系 自动化学科 - 19 - 79过程控制系统试题库11.0SFS；SFS3.03 31.6SFS；SFS2.1334选择仪表量程为02.5MPa测量值在1.0MPa时的误差不得大于5%，则Dmax100%5%1.0aSFS1005 10055a=2SFS2.5查附录E：只能选择型号为Y-100T，仪表量程为02.5MPa、精度为1。5级的弹簧管压力表。7（厉：例3-9）某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.11.6MPa，工艺要求就地观察罐机电系 自动化学科 - 20 - 79过程控制系统试题库gFSm=Dmax1.4100%=100%=1.4%1.5% SFS100-0这块压力表合格9测量稳定压力时，仪表最大量程应为测定值的1.5倍，测量波动压力时，仪表最大量程应为测定值的2倍。测空气、水、蒸汽、油等介质，用Y型压力表，其外壳为黑色。测氨类用YA型氨用压力表，其外壳为黄色。测氧气用YD型氧用压力表，其外壳为天蓝色。24流量检测及仪表24-1流量指单位时间机电系 自动化学科 - 21 - 79过程控制系统试题库例题与参考题1（厉：例3-12）用水刻度的转子流量计，转子由密度为7900kq/m的不锈钢制成，用它来测量密度为790kq/m的某液体介质，当仪表读数为5m/h时，被测介质的实际流量为多少？如果转子由密度为2750kq/m的铝制成，其他条件不变，被测介质的实际流量为多少？ 解： 介质密度修正系数：KJ=3333(rZ-rS)rJ1、QJ=Q0 KJ(rZ-rJ)rS3用水刻度的转子流量计，当仪表读数为5m/h时，被测介质的实际流量为KJ=(rZ-rS)rJ(7900-1000)790=0.876 (rZ-rJ)rS(7900-790)100011Q0=5=5.71m3/h。 KJ0.876QJ=更换转子材料KJ=(Z-S)J(2750-1000)790=0.84 (rZ-rJ)rS(2750-790)100011Q0=5=5.95 m3/h。 KJ0.843QJ=2（厉：例3-13）用水刻度的转子流量计，转子由密度为7900kq/m的不锈钢制成，测量范围为010L/min，用它来测量密度为0。831kq/L的苯的流量，测量范围为多少？解：KJ=(rZ-rS)rJ(7290-1000)831=0.9 (rZ-rJ)rS(7290-831)100011Q0=10=11.1 L/min。 KJ0.9QJ=3（厉：例3-14）用转子流量计测量气压为0。65MPa、温度为40的CO2气体流量，若流量计的读数为50L/s，求CO2气体的真实流量。CO2气体在标准状态时的密度为1。977 kq/m。解：气体流量的修正公式：QJ=3r0rJpJT0 p0TJ本题：QJ=r0pJT1.2930.652930=50=99.1（NL/min） rJp0TJ1.9770.10133313宿迁学院 机电系 自动化学科 - 22 - 79过程控制系统试题库25物位检测及仪表25-1概述1物位的含义：包括液位：容器中液体介质的高低料位：容器中固体物质的堆积高度界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度2物位测量仪表可分为下列几种类型。静压式物位测量：利用液体或物料对某定点产生的压力随液位高度而变化的原理而工作。 浮力式物位测量：利用浮子所受的浮力随液位高度而变化的原理工作。电气式物位测量：利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，而得知物位。核辐射式物位测量：利用核辐射线穿透物料时，核辐射线的透射强度随物质层的厚度而变化的原理进行测量。声学式物位测量：测量超声波在物质中传播时间的长短，据此可测出物位。光学式物位测量：利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反射的原理测量物位。25-2差压式液位变送器1（王：习题2-25）用差压变送器测量某储罐的液体，差压变送器安装位置如图；导出变送器所测出的差压值Dp与液位高度H之间的关系。变送器零点要不要迁移？为什么？2（厉：3-17）测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝！）时，经常在负压管上装有冷凝罐，这时用差压变送器测量储罐液体的液位时，要不要迁移？如果迁移，迁移量？ 解：p+=p0+r1gH+r1gh1；p-=p0+r2gh2；宿迁学院 机电系 自动化学科 - 23 - 79过程控制系统试题库Dp=p+-p-=r1gH+g（r1h1-r2h2）H=0时，Dp=g（r1h1-r2h2）0！需要零点迁移 H=0时，Dp=g（r1h1-r2h2）0！需要零点正迁移 H=0时，Dp=g（r1h1-r2h2）0！需要零点负迁移 本题r1=r2；h1h2；需要负迁移，迁移量Dp=rg（h2-h1） 宿迁学院 机电系 自动化学科 - 24 - 79过程控制系统试题库第三章 过程控制仪表30概述1控制仪表又称控制器或调节器。其作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较，得出偏差后，按一定的调节规律进行运算，输出控制信号，以推动执行器动作，对生产过程进行自动调节。2控制仪表按工作能源分类有：电动仪表、气动仪表、自力式仪表3控制仪表的发展基本上分为三个阶段：基地式仪表：将检测、控制、显示功能设计在一个整体 。2比例控制的特点：控制及时、适当。只要有偏差，输出立刻成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强；控制结果存在静差3在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度P来表示比例控制作用的强弱。宿迁学院 机电系 自动化学科 - 25 - 79过程控制系统试题库4所谓比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。31-3比例积分控制（PI）1当要求控制结果无余差时，就需要在比例控制的基础上，加积分控制作用。2积分（I）控制：输出变化量y与输入偏差e的积分成正比3积分控制的特点当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小）；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。 积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差。输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故积分作用不单独使用4若将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差5比例积分（PI）控制：时域方程 ，传递函数 。31-4比例微分控制（PD）1对于惯性较大的对象，常常希望能加快控制速度，此时可增加微分作用。2理想微分微分作用能超前控制。在偏差出现或变化的瞬间，微分立即产生强烈的调节作用，使偏差尽快地消除于萌芽状态之中。微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在，但不变化时，微分输出为零，因此不能单独使用。必须和P或PI结合，组成PD控制或PID控制。3理想的比例微分控制4理想微分作用持续时间太短，执行器来不及响应。一般使用实际的比例微分作用。-tdeTD5理想微分：Dy=TD；实际微分：在单位阶跃信号作用下Dy=1+(KD-1)e dtKD6（厉例题5-12）DDZ-控制器，比例度d=50%，积分时间TI=0.2min，微分时间TD=2min，微分放大倍数KD=10。假定输出初始值为4mA；在t=0时施加0.5mA的阶跃信号，试写出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分输出的表达式；计算t=12s时控制器的输出信号值。解： 比例输出：DIP=积分输出：DII=+1dDIi=10.5=1mA 0.5111112DIidt=0.5=1mA dTI0.50.260宿迁学院 机电系 自动化学科 - 26 - 79过程控制系统试题库微分输出：DID=1d(KD-1)e-(KD/TD)tDIi=1(10-1)e-(10/2)(12/60)0.5=9e-1=3.3mA 0.5t=12s时控制器的输出信号值IO=I0+DIP+DIT+DID=9.3mA7（厉习题5-6）DDZ-控制器，比例度d=80%，积分时间TI=0.4min，微分时间TD=2.4min，微分放大倍数KD=10。假定输出初始值为6mA；在t=0时施加0.4mA的阶跃信号，试写出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分输出的表达式；计算t=24s时控制器的输出信号值。解： 比例输出：DIP=积分输出：DII=微分输出： +1dDIi=10.4=0.5mA 0.8111124DIidt=0.4=0.5mA dTI0.80.460DID=1d(KD-1)e-(KD/TD)tDIi=1(10-1)e-(10/0.4)(24/60)0.4=4.5e-1=1.65mA 0.8t=12s时控制器的输出信号值IO=I0+DIP+DIT+DID=7.85mA8比例积分微分（PID）控制9（王：习题3-6）某比例积分控制器输入、输出均为420mA，若将比例度设为100%，积分时间TI=2min，稳态时输出为5mA，某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？（厉：例题5-4）某DDZ-比例积分控制器，若将比例度设为100%，积分时间TI=2min，稳态时输出为5mA，某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？解：，对于比例输入：控制器输入、输出均为420mA，比例度d=1 KP某瞬间，输入突然增加了0.2mA，输出增量DIO=KPDIi+KPDIit TI宿迁学院 机电系 自动化学科 - 27 - 79过程控制系统试题库DIO=KPDIi+KP1DIit=10.2+0.25=0.7mA TI2试问经过5min后，输出将由5mA变化到 32模拟式控制器 IO=5+0.7=5.7mA。1模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。2、型（用晶体管）和型（用集成电路）。32-1DDZ-型仪表的特点1采用统一信号标准：420mA DC和15V DC。这种信号制的主要优点是电气零点不是从零开始，容易识别断电、断线等故障。同样，因为最小信号电流不为零，可以使现场变送器实现两线制。2广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。3可构成安全火花型防爆系统，用于危险现场。33数字PID控制器1数字调节器的特点是采样一次、计算一次。必须把连续方程用离散方程表示。第n次采样时：11 yn=en+ PTIeiDT+TDi=0nen-en-1DT综合实用简答题1位式控制是怎样的？答：位式控制是断续控制控制器输出接点信号，如双位控制、三位控制。双位控