《过程控制与自动化仪表》习题答案

过程控制与自动化仪表习题答案 ：号学：名姓 ：级班业专装 ：院学 安徽农业大学xxxx学年第二学期 自动化仪表与过程控制试卷 (A卷) 形式:闭卷笔试，2小时，满分100分 适用专业:09电气 一、单项选择题(共10小题，每小题2分，共20分) (注意：第一大题答案请写入下面的答题卡中) 1、 控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做( B ) A、 负反馈 B、正反馈 C、前馈 2、 某测温仪表范围为2001000，根据工艺要求，温度指示值不允许超过6，则应选仪表的精度等级为( A ) A、0.5级 B、1.0级 C、1.5级 3、 常见的自动控制系统是一个( C )系统。 A、开环控制 B、前馈控制 C、反馈控制 4、 积分作用可用来( A ) A、消除余差 B、克服纯滞后 C、克服容量滞后 5、 下列表达式中，表示比例积分调节规律的是( A ) A、?MV?K1 p(DV? TDVdt)B、?MV?Kp(DV?TdDVD)C、?MV? KpDV I ?dt6、 压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。 A、1/32/3 B、1/3 7、 常见的调节阀按其工作方式分有气动、电动和液动，其中加工、安装和维护工作量大，但动力强劲，常用于航空航天、矿山机械的是 ( C ) A、电动调节阀 B、气动调节阀 C、液动调节阀 8、 如图所示直通双座阀，下列表述正确的是( A ) A、适于大压差场合 B、不适于大管径场合 C、泄漏量较小 9、 对象受到阶跃输入后，输出达到新的稳态值的63.2所需的时间，就是( B ) A、放大倍数 B、时间常数 C、纯滞后时间 10、有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，在实验法建立其数学模型时应采用( B ) A、阶跃响应曲线法 B、方波响应曲线法 C、最小二乘法 二、判断题(共5小题，每小题2分，共10分) ( )1、工业过程控制系统大部分是随动系统。 ( )2、被调参数为温度的对象，时间常数和滞后都比较小。 ( )3、用电子电位差计测热电偶温度，若冷端温度下降3，热端温度升高3， 则示值约升高6。 ( )4、测量液体管道静压时，应选择在管道中间偏下方45度取压。 ( )5、零点迁移的实质是测量范围的平移，它并不改变仪表的量程。 三、填空题(共10小题，每题2分，共20分) 1、 自动调节系统方块图中，给定值SV，测量值 PV，偏差DV之间的关系是 。 2、 弹性式式压力计是根据弹性元件的的。 3、 DDZ-型调节仪表现场传输信号为、15V电压的ADC。 4、 DDZ和QDZ分别表示电动单元组合仪表和仪表。 5、 调节阀的流量特性是指被调介质流过阀门的相对流量与阀门的之间的关系。 6、 选择串级调节系统的 7、 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。 8、 根据检测误差出现的规律性，可以将误差分为随机误差和疏忽误差。 9、 用百分数表示。 10、被控过程的数学模型建模方法有机理演绎法、和混合法。 四、计算分析题(共5小题，每题8分，共40分) 1、 DDZ-型PID基型调节器输入电路如图所示，试求V01。 1V?(V01?VB)FVi?VF0?VF?解：反相输入端“虚断” ：（2分） RRR同相输入端“虚断”： 0?VTVS?VTVT?VB?（2分） RRR 由“虚短” 可知：VF?VT（2分） 所以V01 = 2(Vi VS) （2分） 注：若包括VB，V01 = 2(Vi VS)+ VB不扣分 2、 室温20，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表无冷端补偿 功能。测量电路如图所示，当仪表指示为100时，求被测物体的温度T (已知：E(20,0)=0.798mV, E(80,0)=3.266mV, E(100,0)=4.095mV, E(110,0)=4.508mV, E(120,0)=4.919mV)。 T 4.095+0.798=4.893mV（2分） 4.919-4.508=0.411mV 4.893-4.508=0.385mV 0.385/0.411=0.9367（4分） 1100.936710119（2分） 3、 如图所示容积式流量计，试简述其工作原理 流体通过“计量空间”时，在它的进出口之间产生一定的压力差，其转动部分在此压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。（2分） 在这个过程中，流体一次次地充满“计量空间”，又一次次地被送往出口。（2分） 对已定的流量计而言，该“计量空间”的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到被测流体体积的累积值。（4分） 4、 如图所示，用差压变送器测闭口容器液位，已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被测介质密度=0.85g/cm3，负压管内隔离液为水，求： (1) 变送器量程； (2) 是否需要迁移？迁移量为多少？ 答：1、仪表量程?P?h2?g?16.7kPa(3分) P?h3?g?11.7kPa 2、P?(h1?h2?h3)?水g?38.2kPa P?P?26.6kPa 需要负迁移，迁移量为26.6kPa(5分) 5、 某换热器出口温度控制系统控制阀开度脉冲响应实验数据如下，矩形脉冲的幅度为2t/h，脉冲宽度为10min，试转换为阶跃响应，如果用具有时滞的一阶惯性环节近似，确定其参数，写出其传函。 解：矩形脉冲可看成两个相反方向的阶跃作用的代数和，因此 y(t)?h1(t)?h2(t)?h1(t)?h1(t?), ?10 h1(t)?y(t)?h1(t?10)h1(t)?y(t)?h1(t?10) h1(1)?y(1)?0.46h1(3)?y(3)?1.7h1(4)?y(4)?3.7h1(5)?y(5)?8h1(8)?y(8)?19 h1(10)?y(10)?h1(0)?26.4h1(15)?y(15)?h1(5)?36?8?44h1(20)?y(20)?h1(10)?33.5?26.4?59.9 h1(25)?y(25)?h1(15)?27.2?44?71.2h1(30)?y(30)?h1(20)?21?59.9?80.9h1(40)?y(40)?h1(30)?10.4?80.9?91.3h1(50)?y(50)?h1(40)?5.1?91.3?96.4（4分） h1(60)?y(60)?h1(50)?2.8?96.4?99.2h1(70)?y(70)?h1(60)?1.1?99.2?100.3h1(80)?y(80)?h1(70)?0.5?100.3?100.8 y(?)?y(0)100.8?0 ?50.4 r2 可用一阶惯性纯滞后环节，利用两点法，取A(15,44)和B(30,80.9)两点进行计算： y44 M1?ln(1?1)?ln(1?)?0.5736 Kr50.4*2y80.9 M2?ln(1?2)?ln(1?)?1.6224 Kr50.4*2K? T? t2?t130?15?14.3021 M1?M2?0.5736?1.6224 t2M1?t1M230*(?0.5736)?15*(?1.6224) ?6.7963 M1?M2?0.5736?1.6224 50.4-6.8s e（4分） 14.3s?1 ? 可知其传函为：G(s)? 自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1 答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术 工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. 2、DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用010mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的420mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. 4、什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100+100.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工 业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1. 1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品. 1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法? 答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消. 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移? 答:a.结构:其核心是一个直流低电平电压-电流变换器,大体上都可分为输入电路.放大电路及反馈电路三部分.b.工作原理:应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻,热敏电阻集成温度传感器.半导体温度传感器等,然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号.c.由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处,当冷端温度变化时,利用铜丝电阻随温度变化的特性,向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿.桥路左臂由稳压电压电源Vz(约5v)和高电阻R1(约10K欧)建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu,在Rcu上产生一个电压,此电压与热电动势Et串联相接.当温度补偿升高时,热电动势Et下降,但由于Rcu增值,在Rcu两端的电压增加,只要铜电阻的大小选择适当,便可得到满意的补偿.d.当变送器输出信号Ymin下限值(即标准统一信号下限值)与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移 .2-1 2-3PID调节器中,比例度p,积分时间常数Ti,微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd分别有什么含义?在调节器动作过程中分别产生什么影响?若令Ti取,Td取0,分别代表调节器处于什么状态? 答:1在比例积分运算电路中,RI,CI组成输入电路,CM为反馈元件.1)比例度P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下,能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数.2)积分时间Ti=RICITi愈小,由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短,积分作用愈强.Ti越大,积分作用越弱.3)积分增益Ki=CM/CIXAA为放大器增益,Ki越大,调节静差越小.比例微分运算电路中,由RdCd及分压器构成无源比例微分电路.4)kd为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比.5)微分时间Td=KdRdCd.2,Ti取无穷时,调节器处于PD状态.Td取零时调节器处于PI状态. 4-1执行器在控制系统中处于什么地位?其性能对控制系统的运行有什么影响?答:执行器是安全测控中不可缺少的重要部分,它在系统中的作用是根据调节器的命令,直接控制被测物体的状态和参数. 4-2调节阀有哪些结构形式?分别适用于什么场合?执行机构是指执行器中的哪一部分?执行器选用气开,气关的原则是什么? 答:调节阀根据结构分为九个大类:(1)单座调节阀;适用于泄漏要求严.工作压差小的干净介质场合(2)双座调节阀;适用于泄漏要求不严.工作压差大的干净介质场合(3)套筒调节阀;适用于单座阀场合(4)角形调节阀;适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合(5)三通调节阀;用于分流和合流及两相流.温度差不大于150的场合(6)隔膜阀;适用于不干净介质.弱腐蚀介质的两位切断 场合(7)蝶阀;适用于不干净介质和大口径.大流量.大压差的场合(8)球阀;适用于不干净.含纤维介质.可调比较大的控制场合(9)偏心旋转阀.故适用于不干净介质.泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部分.规则:气开气闭的选择主要从生产安全角度考虑,当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中断时,调节阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员,如阀门在此时打开危险性小,则宜选气闭式执行器;反之,则选用气开式执行器. 4-3什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性?为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要? 答:在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫理想流量特性.在各种具体的使用条件下,阀芯位移对流量的控制特性,称为工作流量特性.从自动控制的角度看,调节阀一个最重要的特性是他的流量特性,即调节阀阀芯位移与流量之间的关系,值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响. 4-4为什么合理选择调节阀的口径,也就是合理确定调节阀的流通能力C非常重要? 答:在控制系统中,为保证工艺操作的正常进行,必须根据工艺要求,准确计算阀门的流通能力,合理选择调节阀的尺寸.如果调节阀的口 第六章 高性能过程控制 1 掌握串级调节系统的结构特点、优点，会分析！ 2 掌握串级系统中主副变量的选择原则，调节器的调节规律的确定原则， 调节器的正反作用的确定 3 掌握前馈的原理特点以及与反馈的区别！前馈控制器的传函求法！ 4 掌握SMITH预估法基本原理 5 会画工艺图流程及系统原理框图 第七章 特殊过程控制 1. 掌握比值调节系统的原理，主动量，从动量。仪表比值系数的确定! 调节器的 调节规律 2. 均匀控制的特点，整定原则，调节规律 3. 会画工艺图流程及系统原理框图 第十章：锅炉 1掌握锅炉水位控制的主要干扰分析，调节，三冲量的工艺流程图、系统框 图及控制分析。燃烧系统控制。 2精馏塔两端产品质量控制。 第6章： 1（8） 能 1（9） 是 （反馈环节视为正时） 1（11） 1） 2）气开阀 3）主：反作用 副：反作用 1（12） 1） 2）气开阀 3）主：反作用 副：反作用 2. （1）fF FF oO 2. （4） Tos?1?(?f?o)sK(To1s?1)(To2s?1)?(?f?o)s G(s)?e?KFFe G(s)K(Tfs?1)(To2s?1)TFs?1 G(s) 3（3） 1）控制系统框图： 2）当调节阀上的气源中断时，为了防止温度过高，烧坏设备，应关闭阀门，不再通入蒸汽，因此采用气开阀 3）先确定副调节器，因为副对象是正作用对象，调节阀是正作用对