过程控制系统试题库

1、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

2、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

3、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

4、测控功能2模拟单元仪表控制阶段（ 20世纪 60 70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：B);n 取整数，习惯上常表示为 n:1,例如 4:1、 10:132 衰减率：11n最大动态偏差、超调量 最大动态偏

5、差： y1 超调量残余偏差：系统设定值 r 与稳态值 的差值，即 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13-3 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

6、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：宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 4 - 79过程控制系统试题

7、库衰减比： 振荡周期：50<80！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（ 900±10），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 ：衰 减 比 ：振荡周期：余差： 50<80！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（ 800±10），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

8、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： 余差： 衰减比： ：过渡过程时间： 25min振荡周期：5<10！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（ 40±2），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%

9、！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？解： 最大动态偏差： 余差： 衰减比： ： 过渡过程时间： 23min 振荡周期： 5<6！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

10、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2 1 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： 模拟连续输出仪表在测量范围机电系 自动

11、化学科 - 8 - 79过程控制系统试题库解：；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：； ； 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

12、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，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

13、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3（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： 0 12%基本（最大满度相对）误差： ±06%； 该表的变差为 1 2%,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

14、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 ：表2：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：，大于 001MPa，不能符合工艺要求 100100测量范围为 010MPa、精度为 1 级的

15、压力表的允许的最大绝对误差为：，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：，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：，等于

16、 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：11 -宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科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。校验数据 求：最大误差；8（厉：习题 3

17、-1）一台压力表量程为 025MPa， 变差；该表是否符合 0。5 级精度。 解：最大误差： 0。15MPa 变差： 0。 15MPa 、； 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79机电系自动化学科12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：， 12大于 7，不合适 10010

18、0 应选择测量范围为 01200、精度等级为 0。5 级的仪表， 6小于 7，合适 100100 22 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

19、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

20、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）

21、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：-2000）铂电阻有两种分度号： Pt10 , Pt100 5铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍

22、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：-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

23、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，

24、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： 改用分度号为 S 的热电偶测量该设备的温度2（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：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3（厉 -例 3-19）

25、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： 改用分度号为 S 的热电偶测量该设备的温度4（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？ Cu100：150 164。27； Pt100：164。27 168。7 解： 查 Cu100 的分度表： 140 查 Pt100 的分度

26、表。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； 量程为 01000的 100100同为 1.0 级仪表 , 量程为 01600的仪表 仪表已经能够满足 100100同为量程为 01000的仪表 ,精度为 1.0 级的仪表 要求；从经济角度考虑

27、，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 冷端温度为 30， 热电偶的热电势 查表： 。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：宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 17 - 79过程控制系

28、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：查铂铑 10铂热电偶的分度号为 S 的分度表：；。 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

29、.80665 ×10Pa=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

30、 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 1MP，a 就地观察、高低限报警。解： 2452 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 &gt;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故选精度等

31、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YX 150 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 1.2MPa±0.05MPa，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： ；则 ；选择仪表量程为 02.5MPa 3412 被测压力变化频繁时： ；则 ；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：Y-15

32、0，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：；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

33、动 化 学 科 - 19 - 79过程控制系统试题库 ；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

34、。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2 4-1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 ： 、3 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

35、量为。K更换转子材料。 KJ0.84（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：。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：本 题 ： （ NL/min ）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

36、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

37、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 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：；宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 23 - 79过程控制系统试题库（）时，（） ！需要零点迁移时，（）！需要零点正迁移 时， （）！需要零点负迁移本题； ；需要负

38、迁移，迁移量（）宿迁学院机电系自动化学科- 2479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

39、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

40、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。 理想 微分 ：；实际 微 分： 在单 位阶跃信 号作用下6（厉例题

41、5-12）DDZ- 控制器，比例度，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 时控制器的输出信号值。解：比例输出：积分输出：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：3.3mA 0.5时控制器的输出信号值7（厉习题 5-6）DDZ- 控制器，比例度，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 时施加 0.4mA 的阶跃信号，试写

42、出在该阶跃信号作用下比例、 积分、微分输出的表达式； 计算 时控制器的输出信号值。解： 比例输出：积分输出：微分输出：时控制器的输出信号值mA8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

43、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- 27某瞬间，输入突然增加了 宿 迁 学 院 机 电 系 790.2mA，输出增量自动化学科过程控制系统试题库试问经过 5min 后，输出将由 5mA 变化到32模拟式控制器。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、

44、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：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。 双位控制器只有两个输出值， 相应的执行机构只有开和关两个极限位置， 因此又 称开关控制。被控温度在 T0 上下振荡，无法稳定。 三位控制控制器有三个输出位值， 可以控制两个继电器。 温度三位控制效果： 温 度偏差大时，升温速度快；温度偏差小时，小幅调整。 2DDZ-基型调节器有哪几部分组成？答：

45、 DDZ- 基型调节器的主要由输入电路、给定电路、 PID 运算电路、自动与 手动（硬手动和软手动）切换电路、输出电路及指示电路等组成。 3DDZ-基型调节器的软手动与硬手动有什么区别？各用在什么场合？ 答： 软手动时： 调节器的输出是随着时间按一定的速度增加或减少； 硬手动时： 调节器的输出数值完宿迁学院 机电系 自动化学科 - 28 - 79过程控制系统试题库 全由硬手动操作杆的位置所决定。通常情况下， 都是用软手动操作扳键进行手动操作的， 这样的控制比较平稳、 精 细； 只有当要求给出恒定不变的操作信号，或者在紧急时刻要一下子就控制到 “安全 开度”等情况下，才使用软手动。3什么叫控制器

46、的无扰动切换？ 答：基型模拟调节器一般都具备自动与手动两种功能； 在进行自动与手动两种功能切 换时，在切换瞬间， 应保持控制器的输出不变， 这样保证执行器的位置在切换过 程中不至于突变、不会对生产过程引起附加的扰动，着称为 “无扰动切换 ”。 4什么是调节器的正作用、反作用？答： 调节器的正作用：（偏差=测量值给定值）增加、调节器输出增加； 调节器的反作用：（偏差 =给定值测量值）增加、调节器输出增加。 5从控制器的发展及结构原理来看，主要有哪几种类型？ 答： 基地式仪表：将检测、显示、控制、乃至记录功能设计在一个整体机电系 自 动 化 学 科 - 29 - 79过程控制系统试题库6试写出微分

47、控制规律的输入 e 与输出的数学表达式 答： 理想微分控制规律的输入 e 与输出 的数学表达式；如果输入偏差为一单位阶跃作用， 则 实际微分控制规律在单位阶跃作用下的输入 e 与输出 的数学表达式DDZ-型组合仪表习题择选1DDZ- 基型调节器，输入信号阶跃变化了 0。5mA 时，其输出信号由 6mA 变化到 7mA，试求调节器的比例放大系数 KP 与比例度 。解： DDZ-基型调节器的输入、输出均为 420mA，所以：；。 502一台 DDZ- 型温度控制器，测量的全量程为 0800，当温度阶跃变化了 40时，控制器的输出由 6mA 变化到 8mA ，试求控制器的比例度 。 解：3一台 DD

48、Z- 型温度控制器，测量的全量程为 01000，当温度阶跃变化了 40时，控制器的比例度，试求控制器的输出变化。解：；（ （ ） 。28mA0。5/16宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 30 - 79过程控制系统试题库4DDZ-比例积分控制器，若将比例度设为 50%，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 某瞬间，输入突然增加了 0.2mA ，输出增量试问经过 5min 后，输出将由 5mA 变化到 。5DDZ-

49、比例积分控制器，若将比例度设为 200%，稳态时输出为 5mA，某瞬 间，输入突然增加了 0.5mA，试问经过 30s 后，输出将由 5mA 变化到 6mA，试 问积分时间 TI= 多少？解：， 输出增量6一台 DDZ- 型温度控制器，测量的全量程为 2001200，当温度给定值由 800阶跃变化到了 850时，控制器的输出由 12mA 变化到 16mA，试求控制器 的比例度及放大倍数；该控制器属于正作用还是反作用？解：； min)（ ） （ ） 4/16由于 DDZ- 型温度控制器的输入与输出都是 420mA 的统一信号，所以：因为：“调节器的反作用：（偏差=给定值 测量值）增加、调节器输出

50、增加 ”，故 该控制器为反作用！7一台 DDZ- 型液位控制器，其液位的测量范围为 0.51.2m，比例度为 40%。 当液位为 0.9m时，控制器的输出为 5mA。试问液位变化到 1m 时，控制器的输 出为多少？该控制器属于正作用或是反作宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 31 - 79过程控制系统试题库 用该怎样？ 解： 因为：所以：调节器 的正 作用：（偏 差=测 量值给 定值）增 加、 调节 器输 出增加； p调节器的反作用：（偏差=给定值 测量值）增加、调节器输出增加；宿 迁 学 院 机 电 系 自 动 化 学 科 - 32 - 79过程控制系统试题库第四章 执行器与

51、安全栅41执行器 1执行器是自动控制系统中的重要组成部分，它将控制器送来的控制信号转换 成执行动作， 从而操纵进入设备的能量， 将被控变量维持在所要求的数值上或一 定 的 范 围 机 电 系 自 动 化 学 科 - 33 - 79过程控制系统试题库 于阀芯的形状。常用的调节阀的理想流量特性有四种：（ 1）直线特性、（2）等百分比（对数）特性、 （3）快开特性、（4）抛物线特性 调节阀的工作流量特性： 实际使用时， 调节阀装在具有阻力的管道系统中。 管道 对流体的阻力随流量而变化， 阀前后压差也是变化的， 这时流量特性会发生畸变。 为了表示调节阀两端压差 PT 的变化范围，以阀权度 s 表示调节

52、阀全开时，阀 前后最小压差 PTmin 与总压力 P 之比。5调节阀的流通能力用流量系数 C值表示。流量系数 C 的定义：在阀两端压差 100kPa，流体为水（ 10Kgm）的条件下，阀门全开时每小时能通过调节阀的流体流量（ m /h）。例如，某一阀门全开、阀两端压差为 100kPa时，流经阀的水流量为 20 m /h，则 该调节阀的流量系数为： C=20。在调节阀技术手册上，给出了各种阀门的口径和流通能力 C ，供用户查阅。 实际应用中阀门两端压差不一定是 100kPa，流经阀门的流体也不一定是水，因 此必须换算。 液体流量系数 C 值的计算：气体、蒸汽 C 值的计算：6（PPT例）42安全

53、栅42-1安全防爆的基本概念1安全栅（又称防爆栅）是防止危险电能从控制系统信号线进入现场仪表的安 全保护器。2不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气设备属类设 备；有爆炸性气体的工厂用电气设备属类设备； 有爆炸性粉尘的工厂用电气设 备属类设备。对于类电气设备，电路电压限制在 30VDC 时，各种爆炸性混合物按最小引爆 电流分为三级。42-2安全火花防爆系统1电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆，把电路在 短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能 量之下 ，则 此仪表称为安 全火花防 爆宿 迁学院 机电系 自 动化 学科 - 34

54、 -79过程控制系统试题库仪表。2安全火花防爆仪表只能保证本仪表机电系自动化学科- 35- 79过程控制系统试题库3为什么说百分比特性又叫对数特性？与直线特性比较，它有什么特点？ 简答：等百分比（对数）流量特性： 单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的 相对开度成对数关系：-1）L 等百分比（对数）流量特性曲线斜率（放大系数）随行程的增大而增大。流量小 时，流量变化小；流量大时，流量变化大。等百分比阀在各流量点的放大系数不 同，但对流量的控制力却是相同的。 直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相 同的，但其对流量的控制力却是不同的。4什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变

55、化？ 简答：控制阀的可调范围或可调比 R，为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比 值。，其中 Qmin 不是指阀门全关时的泄漏量， 而是阀门能平稳控制 的最小流量，约为最大流量的 2 4%。一般阀门的可调比 R=30。 在串联管道中， 因为随着流量的增加， 管道上的压力损失增加， 使得阀全开时的 流量 Qmax 降低、可调范围降低。5什么是串联管道中的阀阻比 S？ S 值的变化为什么会使理想流量特性发生变 化？简答：阀阻比 S表示存在管道阻力的情况下， 阀门全开时， 阀门前后的最小压差 与系统总压差 p0 之比： 。存在管道阻力的情况下， ，可调范围减小。随着 S 的减小，直线特性渐渐 趋近于快开特性， 等百分比特性渐渐趋近于直线特性。 阀阻比 S的值愈小， 流量 特性变形的程度愈大。实际使用中，一般 S 的值不低于 0.3。宿迁学院 机电系 自动化学科 - 36 -79