化工仪表模拟考试题简答

四、简答1 .热电偶测温时使用补偿导线的目的是什么？ 可以进行冷端补偿吗？ 怎么办才好呢？a :从热电偶的测温原理可知，只有热电偶的低温不变化时，热电偶电位才是被测定温度的一值函数。 但是，在实际应用中，热电偶的工作端和冷端附近，且冷端露出于空间，容易受到周围环境温度变动的影响，因此很难使冷端温度保持恒定。 当然，也可以延长热电偶，使冷端远离工作端，这消耗了很多宝贵的金属材料。 解决该问题的方法采用延长热电偶冷端的专用导线，该专用导线称为“补偿导线”。补偿导线不能进行冷端补偿。 把热电偶的冷端从温度高的地方和不稳定的地方延伸到温度低的地方和稳定的操作室，冷端温度还不到0度。进行冷端温度补偿的方法如下： (1)将冷端温度保持在0的方法(2)冷却温度修正方法(3)仪器零点修正法(4)补偿桥法(5)热电偶法.2 .热电偶温度计为什么能测量温度？ 是由哪个部分构成的？ 各部的作用是什么？a :热电偶温度计通过热电偶现象实现了温度的测定，也就是说，在2根不同材料的金属引线被焊接后，闭合电路的两端温度不一致的情况下，由于电子效应在闭合电路中产生热电偶，热电偶的冷温度不变化的情况下，热电偶是被测定温度的一值函数，因此热电偶温度计由三部分组成1 )热电偶：直接测量温度的温感元件2 )测量仪器：用毫安计或电位差计，显示测量到的温度3 )连接热电偶和仪表的导线：延长热电偶的冷端，补偿导线，同时发送测量信号。3 .尝试双金属温度计的原理，如何使用双金属温度计自动控制冰箱的温度？a :双金属温度计中的感温元件是将2片线膨胀系数不同的金属片重叠焊接而成的。 双金属受热时，双金属的膨胀长度不同而弯曲，温度越高线膨胀长度的差越大，引起弯曲的角度就变大。 用温度计使用双金属制作螺旋状的感温元件，加上金属制的保护套筒，温度变化时，螺旋的自由端以中心轴为中心旋转，同时移动指针，向拨盘指示相应的温度值，这是双金属温度计的测温原理。如图所示，将双金属信号器的信号换成降温装置时，当温度上升时，双金属1弯曲，与2接触，接通电路，接通冰箱的降温装置，由此，能够将冰箱的温度控制在比较稳定的设定值。4 .测压元件有什么种类，基于什么原理？a :测力传感器因其转换原理而异，主要有四种将被测定压力转换为液柱的高度来进行测定的液柱压力计；弹性式压力计，其将被测定压力转换为弹性体变形的位移来进行测定；电气压力计，其通过机械和电气部件将测量压力转换为电量来进行测量；活塞式压力计是根据液压原理，将被测量压力转换为施加给活塞的平衡线的质量来测量的。5 .作为感知压力的弹性要素有几种？ 有什么样的特征？a :主要的弹性元件有：弹簧管式弹性元件可分为单转管和多转管，它们的负载范围宽，最高可测量1000MPa的压力膜式弹性元件可分为膜、波纹膜、膜盒等，其负载范围低于弹簧管式，通常可与其他转换环节结合，构成相应的寄存器波纹管式的弹性部件容易变形，常用于微压和低压的测量。6 .喷嘴挡板机构由哪个部分构成？ 它的作用是什么？a :喷嘴挡板机构是由一定的气体阻力、气体容量和喷嘴挡板型的气体阻力串联连接而成的节流孔流通室。其作用是将所输入的微小位移，即挡板相对于喷嘴的距离变换为对应的气压信号并输出。7 .差压变送器是由什么部分组成的？它是根据什么原理工作的？ 比较气压差变送器与电动差压变送器的异同。答：差压变送器主要有气体屏障、容积、节流盲室、节流流通室、喷嘴挡板机构、功率放大器几个部分。差压变送器的主要原理是将差压信号通过隔膜、膜盒等受电元件转换成力的形式，利用扭矩平衡的原理发送到调节器、显示器、显示器，进行调节、指示和记录，实现测量。气压和电动差压变送器的比较：1 )两个变送器都根据扭矩平衡原理工作2 )都采用了“负反馈”。3 )只是使用零件不同，前者采用喷嘴挡板机构和空气放大器，后者采用位移检测芯片平面检测线圈和电子高频振荡放大器。8 .简述椭圆齿轮流量计、涡轮流量计及电磁流量计的工作原理和使用特征。a :椭圆齿轮流量计的工作原理：流体在椭圆齿轮流量计中流动是为了克服阻力会引起阻力损失，所以使入口侧压力大于出口侧压力，通过该压力差，产生使椭圆齿轮连续旋转的力矩。 椭圆齿轮每转一周排出的被检介质的质量是半月型容积的4倍，因此可以用于检测流量。使用特征：椭圆齿轮流量计对被检流体的粘度变化不敏感，特别适合测量高粘度的流体(聚乙烯醇、树脂、重油)和膏的流量。 测量精度高，压力损失小。 但是，被检介质不能含有固体粒子，不能夹杂机械物。 引起齿轮的磨损和破损。涡轮流量计的工作原理：流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转，将流量信号改变为叶轮的转速和转速，最后改变交变电信号的频率来测量流量。使用特点：安装简单，磁电感应变换器和叶片之间没有密封和齿轮传动机构，测量精度高，能承受高压，静压达50MPa。 另外，因为是基于磁电感应转换原理，反应快，可以测量脉动流量。 输出信号是电信号，长距离传输容易，不受干扰。 但是，被检测介质不能具有机械杂质，所以需要安装过滤器。电磁流量计的工作原理：被测量介质的流量通过变送器转换为感应电位后，通过转换器将电位信号转换为统一的010mA的直流信号输出，通过指示、记录或与电动单元的组合仪表组合使用来实现流量测量。使用特征：测定酸、碱、盐溶液、固体粒子(泥浆等)和含有纤维的液体流量等具有导电性的液体介质(电导率在水以上)。 但是，由于液体感应的电位小，所以导入了放大率的放大器。 另外，设置时请远离所有的磁源，避免振动。9 .差压式液位计的工作原理是什么？在测量有压容器的液位时，为什么差压计的负压室一定和容器的气相连？a :差压式液位变送器在容器内液位变化时，液柱产生的静压也利用变化原理进行工作。即，差压变送器的一端与液相连接，另一端与气相连接。 将容器上部空间设为干燥气体，将其压力设为pp1=p gH，p2=p可以这样得来。p=p1 p2= gH式中，h是液面水平高度是介质密度g是重力加速度p1、p2分别是差压变送器的正、负压室的压力。 当被测介质的密度已知时，差压变送器测量的差压与液位的高度成比例。 这样就把测量液位的高度转换成了差压测量的问题。测量有压容器的液位时，也就是容器受到压力时，需要将差压变送器的负压室与容器的气相连接，平衡气相压力p变化时对液位测量的影响。10 .想在生产中连续测量液体密度，根据已经学到的压力和液位原理，考虑利用差压变送器连续测量液体密度的方案。a :如图所示，设计开放溢流容器，在负压室中加入0的标准液柱。(1)负压室不施加标准液柱时，油箱差压的变化范围如下所示p=Hg p0-p0=Hgpmax=Hmax g； pmin=Hmin gpmax-min=hmaxg-hMing=h (max -min ) g测定的液体密度最小时的差压为pmin=Hmin g0，为正迁移，移动量为Hmin g。(2)在负压室上施加标准液柱时，油箱差压的变化范围如下所示p=Hg p0-(h0 g p0)=Hg-h0 gpmax=Hmax g-h0g； pmin=Hmin g-h0 gpmax-min=hmaxg-h0g-(hMing-h0g )=h (max -min ) g被测定液体密度最小时的差压如下所示pmin=Hmin g-h0 g、移动量Hmin g-h0 g。11 .试验电容式液位计和放射能液位计的工作原理和使用情况。a :电容式液位计：在平行电容器之间填充不同的介质的情况下，电容的大小也不同，通过测量电容的变化，能够测量液面水平、材料水平和两种不同液体的界面。电容式液位计的应用：主要应用于液位测定，如导电介质液位测定，密闭罐内酸、碱、盐等溶液储量的测定，同时也应用于非导电介质液位测定和材料位的测定。放射性物质液位计：放射性同位素辐射入射一定厚度的介质时，一部分粒子克服阻力和碰撞，消耗动能，吸收，另一部分粒子透过介质。 放射线的透过强度I随着通过电介质层的厚度的增加而变弱。 入射强度为I的辐射源根据介质的厚度呈指数函数衰减。 当辐射源确定，测量的介质不变时，I只与介质层的厚度有关。放射能水平计的应用：因为能透过钢板等各种固体，所以完全不接触被检测物质，适用于高温、高压容器、强食、剧毒、爆炸性、粘性、结晶和容易沸腾状态的介质的测定和高温熔融金属水平的测定。 放射线的特性不受温度、湿度、压力、电磁场的影响，能够在高温、烟、尘埃、强光、强电磁场等环境下工作。 但是，放射线对人体有害，所以必须严格控制剂量。12 .自动控制系统主要由什么环节组成？ 各部的作用是什么？a :自动控制系统主要由：1)测量元件和变送器的测量和信号传输2 )自动控制器的运算和命令的发送3 )执行装置的执行由三个环节组成。各部分的作用：1 )作用是测量控制变量并将其转换为特定的统一的输出信号2 )接收从变送器发送来的信号，将该信号与过程必须保持的被控制变量的值进行比较来计算偏差，根据某一计算规则来计算结果，并且以特定的信号来发送结果3 )具有根据从控制器发送来的信号值自动改变阀(致动器为通常控制阀)的开度的作用。13 .什么是自动控制系统的迁移过程？ 根据步骤的混乱，那个转移过程有什么样的基本形式呢？ 哪个迁移过程基本上可以满足控制要求？a :系统从一个平衡状态向另一个平衡状态转移的过程称为系统的转移过程。在步骤中，迁移过程有四个方面：1 .非周期衰减过程2 .衰减振动过程3 .等幅振动过程4 .发散振动过程。衰减振动过程可以满足许多情况下的控制要求，非周期衰减过程可以在生产上不允许变动时满足控制要求，等幅振动过程只能在控制变量在过程允许范围内振动时满足控制要求。14 .什么是控制系统的静态和动态？ 为什么研究控制系统的运动比静态更有意义呢？a :在自动化领域，将被控制变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，将被控制变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。在生产过程中，干涉是不可避免的。 这些干扰是破坏系统的平衡状态使控制变量变化的外部因素。 自动控制系统运行时，总是有干扰作用，破坏其正常的过程生产状态。 因此，自动化装置必须不断增加控制作用的对抗和干扰作用的影响，将控制变量保持在过程生产所要求的控制技术指标上。 因此，自动控制系统在正常运行时处于不断变动的动态过程中，所以动态研究比静态研究更有意义。15 .在控制系统的应用中，有哪些基本的控制规则和组合控制规则？要写各自的公式吗？ 适用于什么样的地方？答：控制系统的应用主要有公式控制、比例控制、积分控制、微分控制四个基本控制规则和比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制(PID )三个组合控制规则1)2比特控制：应用场所：对象容量大，负载变化小，控制质量要求不高，允许等幅度振动的场所。2 )比例控制：应用场所：对象容量大，负荷变化不大，纯滞后小，有馀量差，如部分塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和辅助蒸汽压力控制系统等。3 )积分控制：应用场所：虽然是自力式气压调节阀，但大多数情况下不能单独使用。4 )微分控制：应用场所：微分控制器不能作为单独的控制器使用，总是与比例作用或比例积分控制作用同时构成比例微分或三作用控制器。5 )比例积分控制：应用场所：要求对象延迟大，但变化缓慢，控制结果不充裕。 该法则广泛应用于压力、流量、液位和无大时间延迟的具体对象。6 )比例微分控制：应用场所：对象滞后大，负载变化小，被控制变量变化不频繁，控制结果有富馀的地方。7 )比例积分微分控制(PID ) :应用场所：对象延迟大，负荷变化大，但不太频繁，对控制质量要求高，如精馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统和某些成分控制系统。16 .什么是控制器的控制规则？ 什么是馀差？控制器有什么基本的控制规则？a:1 )控制规则是指控制器的输出信号和输入信号的关系。 控制器的输入信号是经过比较单元的偏差信号e，规定值信号x和从振荡器发送的测定值信号z的差。 分析自动化系统时，偏差采用e=x-z，而单独分析仪表时，习惯上采用测量值减去规定值后的值作为偏差。 控制器的输出信号是控制器向执行元件发送的信号p。 控制器的控制规则是p和e之间的关系，即p=f(e)=f(z-x )。2 )馀差：过渡过程结束时，被控制变量到达的新的稳态值和给定值之间的偏差。 也可以说是过渡过程结束时的残留偏差，用c表示。3 )基本的控制规则有比例控制、比例控制、积分控制、微分控制，有比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制。17 .比例控制规则是什么样的？为什么单纯的比例控制系统不能消除馀差？a :比例控制法则，即控制器的输出的变化量(即阀开度的变化量)与被控制变量的偏差信号成比例的控制法则用p=KPe表示以简单的液位控制系统为例，设t=t。 有时出水量增加的话水位会下降，这时有必要打开大的入水阀，但阀杆上升的话，浮球一定会下降。 杠杆是刚性结构，一旦达到新的平衡，浮子位置一定会下降，液位稳定