化工自动化及仪表习题合肥工业大学(B)

1、习题课一、 选择题、1. 构成自动控制系统需要满足下列哪个条件 ?（ ）A、闭环负反馈B、开环负反馈 C、闭环正反馈2. 多数情况下，人们最希望自动控制系统在干扰作用下能够得到（）型的过渡过程。A. 衰减振荡 B. 非周期振荡 C. 等幅振荡 D. 发散振荡3. 在管道上安装孔板时，如果将方向装反了会造成：（）A差压计指示变小B、差压计指示变大C、差压计倒指示D、对差压计指示无影响4. 自动控制系统中，通常用（）表示液位控制器。A、 PCB、 LCC、 TCD、 FC5. 在热电偶的冷端温度补偿方法中，下列那些是不需要仪器或设备的补偿方法 （）A 保持冷端温度为零的方法B 补偿电桥法C 冷端温

2、度修正方法D 补偿热电偶法6下列流量计中不属于速度型流量计的有（）A、电磁流量计B、椭圆齿轮流量计C、涡轮流量计D、转子流量计7. （）表示流体通过控制阀的最大能力的参数A、可调比B、流量系数Kv1C、相对流量D、相对开度8. 关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时，以下说法不正确的是（）A、热电偶与补偿导线应该配接B、补偿导线也有极性C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿D、在一定温度范围内，热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性9. 电接点信号压力表属于（）压力计。A. 液柱式 B. 弹性式 C. 电气式 D. 活塞式10. 自动电子平衡电桥，当热电阻短路时，指针会（）A. 不动 B.

3、 移向始端 C. 移向终端 D. 反向指示11. 采用DDZ-川差压变送器测量敞口容器的液位，若被测液位在测量下限时所对应差压为负数， 则通过（）操作，可以使得仪表的输出在测量下限时仍然为 4mA。A、负迁移B、正迁移C、无迁移D、无法确定12）存在纯滞后，通常不影响控制质量。A、控制通道B、测量元件C、变送器D、干扰通道2C、相对流量D、相对开度#C、相对流量D、相对开度13流量特性的控制阀在小开度时控制平稳缓和，在大开度时控制灵敏有效。A-快开特性B-直线特性C-抛物线特性D-等百分比（对数）特性#C、相对流量D、相对开度#C、相对流量D、相对开度用 K 分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测

4、量温度。但在接线中把补偿导线3的极性接反了，则仪表的指示（ ）A.偏大、 B.偏小、 C.可能大,也可能小，要视具体情况而定14. 调节阀的气开、气关型式应根据下列哪个条件来确定 ？（）A、生产的安全B、流量的大小C、介质的性质二、填空题：1. 干扰是指2. 被控对象是指3. 被控变量是指4 .工艺变量通常分为, ,三大类；5 .直接变量是指6. 间接变量是指7. 安全变量是指8 .给定值是,它反映的是9操作变量是指10.偏差11 闭环控制系统通常包括 一定值控制系统_随动控制系统_程序控制系统 三类。12. 定值控制系统是指 13. 随动控制系统是指 14. 程序控制系统是指15. 偏差产生

5、的原因通常分为 三个方面。16. 闭环控制系统通常是由被控对象测量变送装置控制器和执行器四个部分组成。17. 检测元件和变送器的作用是 ;比较机构的作用是;调节装置的作用是;执行器的作用是。18. 自动控制系统中流动的是信号。19. LC 表示的是; L 是指; C 是指。20. 自动控制系统的静态是指 ;动态是指;过渡过程是指；21 .干扰的理想形式有；22. 过渡过程的主要形式有23. 定值控制系统衰减比通常规定在 范围内；随动控制系统衰减比通常规定 范围内；24. 过渡过程的品质指标有 , , , 。25 控制通道是指 ，干扰通道是指 ;26. 描述对象特性的三个参数是指 ,;27. K

6、o的含义是; 一般希望该值 ; Kf的含义是; 一般希望该值;28. 纯滞后产生的原因是 ;容量滞后产生的原因是 ;29 . 绝 对误差 是指; 相对误差 y 是扌旨。30. 精度不仅和,也和。31. 仪表的精度通常用 来表示。32. 仪表等级度值越小，表示仪表精度;标准表精度一般为 以上。33. 工业生产上，感温元件通常有 , 。34. 热电偶温度计由 , , 三部分组成；35. 热电势eab和两方面因素有关，一是取决于,二是有关。36. 热电偶温度补偿方法通常包括 , ;37. 热电偶温度变送器结构通常分为 , 三部分；38 .热电偶的分度表是指;分度号是指；39 .在高温区通常采用作为测

7、温元件，在中、低温区通常采用作为测温元件；40 .热电阻是由 ,三部分组成;41 热电阻温度变送器结构通常分为 , 部分；42.显示仪表又叫;43.“ XCZ ”中各字母代表的含义，X,C_, Z44.“ XCT”中各字母代表的含义，X,C,T:45.基本控制规律通常包括, :46.比例控制规律是研究47.比例度S的定义式对单元组合仪表，S和kp之间的关系为48.比例度S越大表示比例控制作用,S越小表示比例控制作用49.一般工业用调节器的比例度S在范围内；50.积分调节规律最大的优点是能够消除751.输入一输出关系符合关系式的调节规律称为积分规律;52.积分速度ki的含义是,ki越大表示积分作

8、用753 .微分时间Td的含义是,Td越大表示微分作用54.气动执行器分为两部分，分别为、755.当时，叫正装；56.当时，叫反装；57.控制阀的理想流量特性包括58.可调比R的定义式为，国产控制阀可调比R般为：59.执行器的气开、气关选择的主要依据是760.干扰通道存在纯滞后时，对被控变量y影响：61.常用的工程整定方法有、。、问答题:1. 过渡过程的基本形式有哪几种(用图表示)？简要阐述其特点；工业生产般需要什么类型的过渡过程?2. 试阐述下图所示的温度控制系统为开环的原因?出口谥匿9#3. 闭环控制系统分为哪三类？简要阐述各类的特点。4. 画出简单控制系统的方块图，并简要阐述各环节的作用

9、解:#團4a 检测元件和变送器：把被控变量 y (t)转化为测量值z (t), z (t)是统一标 准信号b. “O'比较机构：作用是计算偏差e (t)。c. 调节装置：依据偏差的大小、正负，按照一定的规律给出调节作用。d执行器：接受调节器送来的信号 p (t)，发出相关的信号，改变操作变量5. 对下列液位控制对象，试绘图说明被控变量的变化情况。解：变化情况如右图所示：自身有能力达到新的平衡状态随q增大，h增高，随h增高的增高，Q也随之变大，最终达到新的平衡6. 当输入流量qi作阶跃变化，试绘图说明被控变量 hi、h2的变化情况。10#随着hi的增高，qi会随之而增较缓慢，因为这时/

10、hi增加不逐渐加快；而h2的升高£也必然导致第的加大, 缓趋势'曾大，则h2也会随之而升高，.是h2开始变化比 qi也增加越高，h2的速度会 麦后阶段h2的变化呈现平 人 酢t;/ hi增加越高,解：变化图线如下:JhzJhi#7. 热电偶冷端温度为什么必须要进行补偿？试简要说明补偿步骤和原理。解：原因：一是冷端和热端很靠近，所以热端温度必然影响到冷端温度；二 是热电偶在使用过程中，冷端总是暴露在空气中，冷端温度必然受到周围环境的 影响。所以要进行补偿。理:第一：补偿导线的使用(解决冷端温度恒定)；第二：冷端温度修正法，原 亠E(t,t。)=E(t,O)E(t°,O

11、)热电偶产生的即电势为0戶E(t,t0 )+E(tO,O)第三：校正仪表零点法8. 什么是“三线制”？引入“三线制”的作用是什么？解：“三线制”：从热电阻引出三根导线，其中与热电阻相连的两根导线分别 接入桥路的两个相邻桥臂上，第三根导线与稳压电源的负极相连。作用：当环境 温度变化时，两根导线电阻同时变化，便可抵消对仪表读数的影响。9. 结合下图，简要说明电子电位差计的工作过程E说明：R是由锰铜丝绕制而成的滑线电阻，线性度非常好，由 稳压电源供电，电流I是恒定的，G是检流计，灵敏度很咼， Et 是被测的未知电势。测量过程：移动触点C，BC上的电压差Ubc =iRbcRbcR当移动C时，UBC也跟

12、着改变，当Et=UBC时，检流计指针不会指向零，只有当 Et =U BC时，流过检流计的电流I检=0 O 这时Et BC O根据触点位置，便可以直接读出Et值的大小。又Ubc TRbc，所以根据电阻Rbc直接读出UBC。10. 为什么说比例控制作用一定产生余差？说明理由。11. 基本控制规律有哪些？简要说明 3、Ti、Td对过渡过程的影响。解：基本控制规律通常包括1）位式控制（主要指双位控制），2）比例控制（P）,3）积分控制（I） ，4）微分控制（D）;3 :比例控制最大优点：反映非常迅速，能很快地克服扰动，使系统稳定下TI短，积分作用增强，系统振荡加剧，稳定性下降，导致系统的不稳定。Td太

13、大，微分作用强，导致系统振荡；而 Td太小或为零，表示微分作用弱或没 有，对系统无影响。12. 为什么说等百分比特性又叫对数特性？与线性特性相比它具有什么优点？13. 控制通道、干扰通道存在纯滞后时，试分别分析它对被控变量的影响。解：如果t 0=0，操作变量对y(t)的影响如图中A所示；当纯滞后为t 0时，曲线A平移到B位置，曲线A和C之间的合成就是曲线D，曲线B和C之间的合成为曲线E。很显然，E和D相比恶化多了。控制通道的纯滞后应尽量减少当干后存在，干扰变量对被控变量的影响，当滞后为0如下图，曲线 C表示没有滞T f时，C平移到C'位置。但在12#t f时间内，由于y(t)没有变化，

14、操作变量对y(t)也没有影响，所以控制结果也一样，仅仅延迟了滞后时间T f三、判断题21图5所示是简单贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止抽空，试在下面两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用以Q为操纵变量；以Q0为操纵变量解：(1)为安全起见，在自动控制系统出现故障时，即没有控制信号，控制阀应 处于关闭状态，也就是有气就开，没气就关，所以应当选气开。(2)为安全起见，在自动控制系统出现故障时，即没有控制信号，控制阀应处于 打开状态，也就是没气就开，有气就关，所以应当选气关。2假定在如图所示的反应器温度控制系统中， 反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度

15、不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式 和控制器的正、反作用。3.试确定下图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。(a) 为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分 解；为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结 晶。13第二个波峰 B' =121.6 一121.2 = 04C四、计算题1.图2所示是一反应器温度控制系统示意图， 工艺要求反应器温度需要控制，通 过冷却水流量的变化可以达到温度控制的目的。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能的干扰？现因生产因素的变化，要求 反应温度从开

16、始的120C提高到122C，当给定值作阶跃变化后，被控变量的 变化曲线如图所示，试求该系统的过渡过程的品质指标：最大偏差、衰减比和 余差。可能干扰：冷却水温度变化和物料流量变化;最大偏差A =122.8 -120.0 二 28C余差衰减比C =121.2 -120.0 =12C第一个波峰 B =122.8-121.2 =1.6C0.4= 4:12.为测量某反应器的对象特性，在某瞬间突然将参加反应的反应物的流量从1t/h增加到1.5t/h，这时反应器出口温度的阶跃变化曲线如图3所示。假设该对象为二阶对象(可以看成由一个一阶对象和纯滞后对象组成)，试写出描述该对象的微分方程(反应物的流量为输入量，

17、反应器出口温度为输出量) 并解出反应物的流量作单位阶跃变化时反应器出口温度变化量的函数表达式3现用一支镍铬一铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为 30C，显示 仪表的机械零点在0C时，这时指示值为400C，则认为换热器内的温度为430C 对不对？为什么？正确值为多少度？解：不对，因为此时冷端温度为30C，而仪表的指示值(400C )是在仪表的机械零位在 0C 时的值，所以此时仪表指示值不是换热器的实际温度。查表可得：E(400,0)= 28.943mV。此时电势即为E(t,30),即E(t,30) = E(400,0) = 28.943mVE(t,0) =E(t,t°) E(t

18、°,0)二 E(t,30)E(30,0)-28.943 1.801-30.744m V查表得t二422 C4用K热电偶温度计测某设备温度，测得的热电势为20mV，冷端(室温)为1625C,求设备的温度？如果改为E热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？解：当热电势为20mV时，此时冷端温度为25C，即查表可得:因为:E(t0,0) = E(25,0) = 1mVE(t,0) =E(t,t°) E(t°,0)=20 1 =21mV由此电势，查表可得t=509C，及设备温度为509Eo若改用E热电偶来测温，此时冷端温度仍为 25E。查表可得：E(t0,O) = E(25,0) =1.50mV设备温度为509 E，查表