化工仪表及自动化习题

第一章5.什么是管道和仪表流程图？答：管道仪表流程图是用自动控制设计的文字代码和图形符号在流程图上描述生产过程控制的示意图。它是控制系统设计和施工中的一种图形形式。7.试着分别解释圆周率307、圆周率303和圆周率305的含义。答：PI-307表示就地安装的压力指示仪表，截面号为3，仪表号为07；TRC-303代表安装在中央仪表板上的温度控制仪表，具有指示和记录功能；截面号为3，仪器号为03。FRC-305代表安装在中央仪表板上的流量控制仪表，具有指示和记录功能。截面号为3，仪器号为05。14.在图1-10所示的温度控制系统中，如果反应器中的温度由于进料温度的升高而超过给定值，试着解释此时控制系统的操作。系统如何通过控制效果克服干扰对被控变量的影响？答：当反应器温度超过给定值时，温度控制器输出控制信号，在控制偏差后增加冷却水阀门的开度，从而增加冷却水流量，降低反应器温度。这样，通过控制可以克服干扰对被控变量的影响。15.根据给定值的不同形式，自动控制系统可以分为哪些类型？答：定值控制系统、跟踪控制系统和程序控制系统。21.化学反应器工艺要求操作温度为(90010)。考虑到安全因素，控制过程中与给定值的最大温度偏差不得超过80。目前设计的温度定值控制系统在最大阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图1-19所示。尝试找出系统的过渡过程质量指标：最大偏差、超调量、衰减比、残差、振荡周期和过渡时间(被控温度进入新稳态值1%的时间(即900(1%)=9)，并回答控制系统是否能满足问题中给出的过程要求？溶液：的最大偏差为a=950-900=50()；过冲b=950-908=42()；由于B=918-908=10()，衰减比n=b :b=42336010=4.2残余差c=908-900=8；振荡周期t=45-9=36(分钟)；转换时间ts=47分钟。由于A=5080，C=810，控制系统能满足问题中给出的工艺要求。22.问题l-20(a)是蒸汽加热器的温度控制示意图。试着画出系统的框图，指出受控对象、受控变量、操纵变量和可能的干扰。目前，由于生产需要，出口物料的温度要求从80提高到81。当仪表给定值逐步变化时，被控变量的变化曲线如图1-20(b)所示。尝试找出系统的过渡过程质量指标：最大偏差、衰减率和残差(提示：系统为跟踪控制系统，新给定值为81)。主题1-20蒸汽加热器的温度控制解决方案：蒸汽加热器温度控制系统的框图如下图所示。其中，受控对象是蒸汽加热器；受控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能的干扰包括：进口材料的流速和温度的变化；加热蒸汽的压力和温度变化；环境温度的变化等。系统过渡过程质量指标：最大偏差a=81.5-81=0.5()；由于B=81.5-80.7=0.8()，B=80.9-80.7=0.2()，衰减比n=B : B=0.833600.2=4；残余差C=80.7-81=-0.3()。第二章1.什么是对象特征？你为什么要研究物体特征？答：对象特征是指对象的输入和输出之间的关系。所有种类的物体都非常不同，有些非常稳定，易于操作。有些可能会超过正常的工艺条件，如果不小心，甚至会造成事故。有经验的操作员需要熟悉这些对象，以便于生产操作。在设计自动装置时，还必须透彻了解对象的特性及其内在规律，以便设计合理的控制系统，选择合适的控制变量和操纵变量，并根据过程对控制质量的要求选择合适的测量元件和控制器。控制系统投入运行时，还应根据对象的特性选择合适的控制器参数，使系统正常运行。4.建立物体数学模型的两种主要方法是什么？机理建模和实验建模。9.为什么放大系数K是物体的静态特征？而时间常数t和滞后时间是物体的动态特性？答：放大系数k在数值上等于物体再次稳定后的输出变化与输入变化之比，即10.对象的纯滞后和容量滞后的原因是什么？对控制过程有什么影响？答：物体的纯滞后通常是由介质输送或传热所需的时间造成的。如果控制通道中存在纯延迟，控制效果将不会及时，导致被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性下降。在干扰信道中，如果存在纯延迟，则相当于在进入系统之前将干扰延迟一段时间，并且不影响控制系统的控制质量。物体的容量滞后通常是由物质或能量通过一定的阻力传递而引起的。当容量滞后增加时，对象的时间常数t将增加。在控制通道中，较大的T会减缓控制效果对被控变量的影响，降低系统的稳定性。小T会使控制效果更快地影响被控变量，提高系统的控制质量，但时间常数不能太大或太小，各环节的时间常数应适当匹配，否则会影响控制质量。在扰动通道中，如果容量滞后增加，扰动对被控变量的影响相对稳定，一般有利于控制。11.众所周知，对象的特性是具有纯滞后的一阶特性，并且众所周知，对象是具有纯滞后的一阶特性，时间常数为5，放大因子为10，纯滞后时间为2。试着写一个描述物体的微分方程。解：物体的微分方程数学模型是其中y代表输出变量，x代表输入变量。13.已知一种横截面为0.5M2的简单水箱。水箱中的液体由容积泵抽出，即流出流量恒定。如果在稳定条件下，输入流量突然从原来的0.1m3/h增加，试着画出水箱水位h的变化曲线解决方案：14.为了确定重油预热炉的目标特性，在某一时刻(假设t0=0)，燃料气体体积从2.5t/h突然改变增加到3。重油出口温度记录仪获得的阶跃响应曲线如图2-25所示。假设对象是一阶的对象，试着写出描述重油预热炉特性的微分方程(分别以温度变化和燃料变化作为输入人的能力和输出)，并写出燃料量变化为0.5t/h时温度变化的函数表达式第三章5.一个0 1000度的温度计在出厂前已经校准。刻度上各点的测量结果如下：标准仪表读数/摄氏度02004006007008009001000摄氏度校准仪表的读数/摄氏度02014026047068059031001摄氏度(1)计算温度计的最大绝对误差值；(2)确定温度计的准确度等级。解决方法：(1)最大绝对误差(2)允许误差6.如果有压力表，其测量范围为0 10兆帕，经校验，得到以下数据：站立2.024.036.068.0310.01压力表的变化/%00.40.71.20.60.2校准仪表的正读数和冲程读数的平均值/MPa02点3.9956点8点10点仪器绝对误差/兆帕000-0.005000000从以上数据处理表来看，压力表的变化为1.2%；(2)仪器误差：然而，由于仪表偏差为1.2%1.0%，仪表不符合1.0级的精度。20.压力表的量程为0 1MPa，准确度为1.0。这个压力表允许的最大绝对误差是多少？如果使用标准压力表检查压力表，当检查点为0.5兆帕时，标准压力表上的读数为0.508兆帕。此时校准压力表是否符合1级精度，为什么？压力表允许的最大绝对误差为Dmax=1.0兆帕1.0%=0.01兆帕在0.5兆帕的检查点，绝对误差为D=0.5-0.508=-0.008(兆帕)该检查点的测量误差为因此，校准点不符合1.0的精度。22.如果反应器的最大压力为0.8兆帕，允许的最大绝对误差为0.01兆帕。目前，测量范围为0 1.6兆帕，精度为10兆帕的压力表用于测量。它能满足过程的错误要求吗？如果使用量程为0 1.0兆帕、精度为1.0的压力表，是否能满足误差要求？试着解释原因。解决了用0 1.6兆帕的压力表测量的基本误差，精度为1.0级Dmax=1.6兆帕1.0%=0.016兆帕0.01兆帕(允许值)该表不符合工艺误差要求。测量的基本误差是用0 1.0兆帕的压力表进行的，精度为1.0级Dmax=1.0兆帕1.0%=0.01兆帕0.01兆帕(允许值)该表满足过程中的误差要求。24.某合成氨厂合成塔压力控制指标为14兆帕，要求误差不大于0.4兆帕，尽量选用就地指示压力表(给出型号、测量范围、准确度等级)。解合成塔控制压力14MPa为高压，设定所选压力表的量程为p，然后根据压力表量程系列(表1)，可选择量程为0 25兆帕的YX-150电接触压力表。根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足要求要求，所以可选精度等级为1.5的压力表。38.水位计的测量范围为0 10L/min。转子由密度为7920千克/立方米的不锈钢制成。如果用于测量密度为0.831千克/升的苯的流量，测量范围是什么？如果转子材料变成密度为2750 kg/m3的铝，测量水流量和苯流量的测量范围是什么？该溶液被称为室温=7920千克/立方米，射频=0.831千克/升=831千克/立方米，相对湿度=1000/立方米，Q0=10升/分钟苯流量测量的校正系数为Qr=Q0/KQ=10/0.911.1(升/分)因此，苯的流量测量范围为0 11.1升/分钟。当转子材料改为铝时，RR=2750 kg/m3，实测水流量的修正系数为Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(升/分钟)因此，此时测量水流量的测量范围为0 5L/min苯流量测量的校正系数为Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75(升/分钟)因此，此时苯流量的测量范围为0 5.75升/分钟。52.在测量高温液体和测量高温液体时(指其蒸汽在常温下会冷凝的情况)，常在负压管上安装一个冷凝罐(见图3-19)。当用压差变送器测量液位时，您想迁移吗？如果您想迁移，您应该如何考虑迁移量？主题3-19图高温液位测量解决方案：差压液位计正压室压力p1=rgh1 rgH p0负压室压力p2=rgh2 p0正压室和负压室之间的压差Dp=p1-p2=rgH-(h2-h1) rg当H=0时，Dp=-(h2-h1) rg。这种液位测量有“负迁移”现象。为了使H=0和Dp=0，差压变送器在测量液位时需要零迁移，迁移量为(h2-h1) rg62.用K型热电偶测量某一设备的温度。测得的热电势为20mV，冷端(室温)为25。找到设备的温度了吗？如果用热电偶来测量温度，热电势是多少如果用E型热电偶测量二次设备的温度，同样，根据中间温度定律，测得的热电势为克朗(508.4，25)=克朗(508.4，0)-克朗(25，0)=37678.6-1496.5=36182.1毫伏36.18毫伏。63.镍-铬-铜-镍热电偶目前用于测量热交换器中的温度。其冷端温度为30，表明仪器的机械零位为0，指示值为400，那么换热器内的温度为430，对吗？为什么？正确的值是什么？认为换热器温度为430，这是不正确的。假设热交换器中的温度为t，测得的热电势为E(t，30)。根据显示仪表的指示值为400，有E(t，30)=E(400，0)。根据中间温度定律，检查镍铬铜镍(e型)热电偶分度表，有E(t，0)=E(t，30) E(30，0)=E(400，0) E(30，0)=28943 1801=30744毫伏检查镍铬铜镍热电偶分度表，发现温度t=422.564.温度测量系统如图所示。热电偶被称为K，但与E匹配的显示仪器被误用。当仪器显示160时，请计算实际温度tx。该解决方案首先计算热电势，然后计算实际温度。当与E匹配的显示仪表指示值被误用时，热电偶的热电势为160。E(t，t0)=E(t，0)-E(t0，0)=E(160，0)-E(25，0)=10.501-(1.801 1.192)/2=9.004毫伏当显示仪表正确匹配时，E(t，t0)