化工仪表自动化复习题

1、授教育教学辅导资料化工仪表自动化【教学方法】采用启发式教学，首先进行问题的提出，然后引导，启发学生思考，让学生带着问题听课，使学生的学习变被动为主动。【学习重点、难点】1 、化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。2、自动控制系统能在没人直接干预的情况下，自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最假的工艺操作状态。3、自动控制系统的基本组成：被控对象及自动化装置，其中自动化装置又包含测量原件与变送器、控制器和执行器。4、自动控制系统的方块图：每个方块都代表一个具体装置，方块与方块之

2、间的连接代表方块之间的信号联系，方块之间连接线的箭头代表信号作用的方向。5、自动控制系统是具有被控变了负反馈的闭环系统。而自动检测、自动操纵等系统是开环系统。6、反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控变量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控变量与期望值趋于一致。7、按被控变量的给定值是否变化和如何变化分类，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。8、自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。9、静态是指系统中各信号的变化率为零，即信号保持在某

3、一常数不变化，而不是物料不流动或能量不交换。10、自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量仍然有进出，只是平衡进行没 有改变就是了，这与习惯上所说的静止是不同的。【复习题】一、填空题1 .在阶跃干扰作用下，系统过渡过程有 !>, 等幅,发减震荡 和 单调 等。2 .线性度是描述仪表的 标定曲线 和 拟合曲线 之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差 （填越大或越小）。3 .孔板流量计的特点是 ,转子流量计的优点为可测 （填大或小）流量， 压力损失 （填大或小）。4 .调节器按信号作用方式分为 正作用 调节器和 反作用调节器,其中当测量信号增加,调节器的输出信号减小的是 反作用 调

4、节器。5 .计算机控制系统与模拟控制系统基本结构是 的（填相同或不同），前一控制系 统中增加了 元件，信号的输出在时间上是 的。6 .按给定值的特点划分，控制系统可分为 定值控制系统,随动控制系统 ，和程序控制系统 控制系统。7 .在计算机控制系统中，用 数字控制器 代替了模拟控制器,并增加了模数转换元件和数模转换元件 转换元件。8 .对调节器参数进行工程整定的方法有 经验试凑法,临界比例度法,和衰减曲线法。9 .线性度是描述仪表的 标定曲线 和 拟合曲线 之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差 （填越大或越小）。10 .滞后时间按形成原因分为 容量滞后 和 传递滞后。11 .放大系数是描

5、述被控对象重新达到平衡时其输出变化量 与 输入变化量之比，是被控变量的 静态特性参数。12 .仪表所能测量的被测量上下限的范围称为仪表的量程,如测量范围为-200800 c的温度计，其量程为 1000 C 013 .孔板流量计的特点是 ，转子流量计的优点为可测 一（填大或小）流量， 压力损失 （填大或小）。调节器硬件结构的主要组成部分有：输入电路, PID运算电路,和 输出电路。15.红外线气体分析仪是基于物质对光辐射的选择性 吸收原理工作的；当氧化结固体电解质两侧的氧浓度不同时，会形成浓差电池;色谱分析仪是利用各组分的分配系数不同进行物质成分分析的。二、单项选择题1 .生产过程对过程装备控制

6、的基本要求是什么？（ A ）A 安全性、经济性、稳定性 B可靠性、自动化程度高C 被控参数的多样性D控制系统的滞后小，控制灵敏2 .微分调节器的输出只与偏差的什么有关？（ C ）A 存在与否 B 大小 C 变化速度 D 正负或方向3 .色谱仪是利用各组分在两相间什么的不同而使各组分分离？（ D ）A 挥发性 B 流速 C 粘度 D 分配系数4 . DDZ-III型电动差压变送器由什么组成的？（ C ）A电磁反馈装置和矢量机构B 测量、放大、反馈三部分C输入电路和输出电路D输入电路和反馈电路5 .调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的什么之间的关系？（ C ）A阀前压力与阀后压力B流速与压力C相对

7、流量和阀门的相对开度D 压差与流量6 .被控对象的特性是指当被控对象的输入变量发生变化时，具什么的变化规律。A输出变量随时间B输出变量随输入变量C输入变量随时间D输出变量随空间（A ）7 .在PI调节规律中，随着Ti的减小，在相同的扰动下，系统的稳定性（C ）A增加 B 不变 C 降低 D无法确定8 .红外线气体分析仪利用物质对光辐射的什么原理工作？A反射 B选择性吸收C 透射 D 折射（B ）9 .串联管道中，当s减小时，调节阀的实际可调比如何变化？（ D ）A不变 B 增加 C不能确定 D 减小10 .下列各测量操作过程，什么情况下会产生系统误差？（ A ）A测量时测量整码存在误差 B测量

8、过程中环境温度可能发生了变化C操作员将仪表显示值记错 D测量过程中受到不稳定电磁波的干扰11 .按系统输出信号对操纵变量的影响划分，控制系统可分为什么控制系统？A闭环和开环控制系统B 随动和定值控制系统C反馈和前馈控制系统D 简单和复杂控制系统（A ）12 .比例调节规律具有控制及时，克服什么有力的特点，但无法消除余差。A干扰 B 调节滞后 C 偏差 D 系统不稳定（C ）13 .热电偶测温仪表的工作原理是利用导体的什么原理来测温的？A导热性 B 导电性 C 电阻随温度变化 D 热电效应（D ）14 .调节阀的额定流量系数反映了什么？A调节阀容量大小B 调节阀的开度大小C调节阀前后压差的大小D

9、调节阀口径的大小（D ）15 .计算机控制系统与模拟控制系统最主要的区别是什么？A计算机控制原理为“检测偏差、纠正偏差”B采用数字控制器，并增设 A/D和D/A转换元件C检测元件的运动规律与模拟控制系统不同D执行元件的运动规律与模拟控制系统不同（B ）三、简答题1 .生产过程自动化所包含的内容？2 .简述描述被控对象特性的参数滞后时间的种类及其产生的原因，并分析其对控制通道的 影响？3 .热电偶冷端温度的处理方法有哪些？4 .简述比例度的定义及其对系统稳定性的影响？5 .热电偶测温过程中为何要引入补偿导线？6 . U型管压力计在使用中需要注意的问题有哪些？7 .生产过程自动化系统所包含的内容？

10、8 .比例积分调节规律中，积分时间Ti对系统过渡过程的影响？型温度变送器的性能优点？四、分析计算题1 .如图所示为一自力式贮槽水位控制系统，试画出该系统的方块图，并指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么？ （ 10分）进水图1贮槽水位控制系统1-贮槽；2-浮球；3-杠杆；4-针形阀2 .某化学反应器工艺规定操作温度为900±10C,考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定 值最大不得超过80C。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。其中y0=900C, yi=908C, y2=918C, y3=950C , t i=9min, t2=45min, 13=47

11、min,试确定该系统的最大偏差，衰减比，余差，振荡周期和过渡时间（按被控变量进入土1麻稳态来确定），图2系统过渡过程曲线3 .用分度号为K的锲铭-锲硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪 表指示值为500C,而这时冷端温度为60Co试问：实际温度应为多少？如果热端温度不变, 设法使冷端温度保持在20C,此时显示仪表的指示值应为多少？已知热电偶分度表如下表所 示：（14分）20 C60 C500 c557 c538 c539 cmVmV4 .试分析比例度对余差、最大偏差和系统稳定性的影响。一电动比例调节器，它的量程是 100-200 C ,输出信号是0-10mA当输入从140c

12、变化到160c时，相应的调节器输出从 3mA 变化到8mA求该调节器的比例度。（11分）5 .检定一只量程为5A勺电流表，当输入量为1AM,指示值为。试求该仪表的绝对误差、相对误差、引用误差，并确定该仪表的精度等级。（8分）附：仪表精度等级系列一一（2）、6 .试分析如图所示电气转换器的工作原理（10分）7 .如图所示，一换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一定值。试画出该控制系统的方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量各是什么？ （10 分）8 .试分析衰减比对过渡过程的影响，并呻£衰减比分别为 程曲线。（12分）TC n<1,n=1,n>

13、;1,n -00时的过渡过9 .用K热电偶测某设备的温度，测得初20mV 冷端（室温）为25C,求设备的温E屈电偶测得的热电势为多少?已知TT度？如果改用E热电偶来测温时，在|同的条件下, K,E热电偶的分度号如下表所示：KM电偶1pE：热电偶J25 c509 c25 c509 c热物料f冷物料（14 分）10 .试分析如图所示电动差压变送器的作用、基本工作原理和工作过程（12分）11 .现有精度等级为级、级和级的三块以表，测量范围分别为0100C, -50550 c和-100500Co现需测量500c左右的温度， 要求测量的相对误差不超过 选用哪块测量仪 表比较合适？ （ 10分）12 .试

14、画图解释调节器的微分作用是通过负反馈积分电路形成的。（9分）13 .如图所示，为一贮槽液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值。试画出该系统的方10分）图1贮槽液位控制系统qv框图，并指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量各是什么？（14 .试分析衰减比对过渡过程的影响，并画出衰减比分别为n<1, n=1,n>1,n -00时的过渡过程曲线。（12分）15 .现用一支锲铭-铜锲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 零位在0C,仪表指示值为400C ,若认为换热器内的温度为 430C ,对不对？为什么？正 确值为多少？ （ 14分）已知热电偶的分度号如下表所

15、示：30 C400 c420 c430 c16 . 试画图解释调节器的积分作用是通过负反馈微分电路形成的。 （ 9 分）17 . 试分析如图所示电气转换器的工作原理（ 12 分）18.已知被测压力在范围1MPert波动，要求测量的绝对误差不得超过，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为：0 MPa； 01 MPa； 0 MPa；0 MPa。 （ 10分）附：仪表精度等级系列 ,（2）,参考答案 化工仪表自动化三、简答题1. 答：生产过程自动化包含四个方面的内容：（ 1）自动检测系统；（ 2）信号连锁系统；（ 3）自动操纵系统；（ 4）自动控制系统。2答：滞后时间依产生的

16、原因不同分为两类：传递滞后p 0由于信号的传输、介质的输送或能量的传递要经过一段时间；容量滞后T c由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力引起的。对于控制通道而言，滞后的存在不利于控制，会使控制作用的效果不及时，影响控制质量。3答：热电偶冷端温度的处理方法有三种：1） 1） 恒温法：将热电偶冷端置于人造恒温装置中，使冷端温度保持为0；2） 2） 示值修正法采用机械零位调整法或计算修正法，对仪表示值进行修正；3） 3） 冷端温度补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电压作为补偿电压，以抵消因冷端温度变化引起的热电势的变化。4） 答：比例度是描述比例作用的强弱，是指调节器的输入相对变化量与相应输出的相对

17、变化量之比的百分数。比例度对系统稳定性的影响：比例度越大，则调节器的输出变化越小，被控变量变化越缓慢，过渡过程越平稳，随着比例度的减小，系统的稳定程度降低，其过渡过程逐渐从衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。5） 答：由热电偶测温原理知，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离的很近，而且冷端又暴露在空间，易受到周围环境温度波动的影响，冷端温度难以保持恒定，因此引入补偿导线，将热电偶的冷端延伸出来以维持冷端温度恒定。6） 答：U型管压力计在使用中需要注意以下几个方面的问题：(1)为了得到较高的准确性，U型管压力计要读2个读数；(2)对

18、液柱进行读数时，要注意毛细现象的影响；(3)当工作液体的膨胀系数较大时，还要进行数值修正；(4)在读数时要注意消除视差。7.答：生产过程自动化包含四个方面的内容：(1)自动检测系统；(2)信号连锁系统；(3)自动操纵系统；(4)自动控制系统。8.答：积分时间对过渡过程的影响具有双重作用。在相同的扰动作用下，随着积分时 间的减小，积分作用不断增强，调节器的输出增大，最大偏差减小，余差消除加快， 但同时系统的振荡加剧，稳定性下降，积分时间过小，还可能导致系统的不稳定。9.答：DDZ-III型温度变送器的性能优点主要有以下三方面：(1)采用低漂移、高增益的线性集成电路，提高了仪表的可靠性，稳定性及各

19、项技 术性能；(2)在热电偶与热电阻的温度变送器中采用了线性化电路，使变送器输出信号与被 测温度信号保持了线性关系；(3)线路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全栅的功能，可用于危险场所中的温 度或直流毫伏信号测量。四、分析计算题1.解：(1)该控制系统方框图如图所示-7 分(2)该控制系统中：贮槽为被控对象，贮槽水位为被控变量，进水流量为操纵变量。-3 分2.解：由图可得：最大偏差 A= y3 y°=95>900=5OC-2 分衰减比 n= (y3 y 1)/ (y2 y 0 = (950 908) / (918 908)=:1 4:1-2余差 C= yi y 0=908 90

20、0=8C-2分振荡周期 T= 12 t i=45- 9=36min-2分过渡时间：t=47min-2分又由题意要求，最大偏差不得超过 80C,由计算数据知A=50C<80C,且过渡曲线的衰 减比在(410)范围内，因此该控制系统可以满足工艺要求。-2 分3.解：(1)由显示仪表指示值为500C ,查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20. 64mV,即 E(t , t0)= 20 . 64m V又查表可得：E(t。，0)= E(60 , 0)= 2 . 436m V-2分则根据热电偶基本定律得：E(t , 0)= E(t , t°)+ E(t °, 0) = 20 .

21、 64+2. 436=23. 076m V -3 分由23. 076m V查表可得：t=557 C ,即实际温度为557C。 -2 分(2)当热端温度不变，为557C ,冷端温度为20c时，查表得：E(20, 0)=0. 798m V-2分因此有 E(t , t0)= E(t , 0) E(t 0, 0)= 23 . 076 0. 798=22. 278m V-3 分利用表中数据，采用线性插值法，求得仪表显示温度为538. 4C-2分4.解：(1)比例度对余差的影响：比例度 6越大，Kp越小，要获得同样大小的输出变化 量所需的偏差就越大，因此在相同的干扰作用下，系统再次平衡时的余差就越大。-3

22、分比例度对最大偏差的影响：比例度越大，在相同的干扰作用下，系统平衡时的最大偏差越大；比例度越小，最大偏差越小；-3分比例度对系统稳定性的影响：比例度越大，则调节器的输出变化越小，被控变量变化 越缓慢，过渡过程越平稳，随着比例度的减小，系统的稳定程度降低，其过渡过程逐渐从衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。-3分(2)由题给数据，求得该调节器的比例度为：( 160140) / (2006 =-2X 100%=40%分5.(83) / (100)解：由题给数据得：绝对误差 A =X-A0=-2相对误差 6= (A/ A o) X100%=(1) X100%=10% -2 分引用误差 q= ( A/

23、S ) X100%=5) X 100%=2% -2 分根据仪表精度等级的规定，取引用误差去掉百分号的数值为仪表的精度等级，由计算数据知该仪表的精度等级为2级。-2分6.:基本工作原理一一力矩平衡原理；-2分如图所示0-10mA电流信号一磁场7,产生电磁力(测量力)一杠杆偏转一喷嘴挡板机构间距减小，P背增加-4分放大器功率放大后输出气信号，同时信号至反馈波纹管，直到与测量力矩相平衡。-4 分7.解：(1)该控制系统方框图如图所示:-7 分(2)该控制系统中：换热器为被控对象，热物料出口温度为被控变量，加热蒸汽流量为操纵变量。-3分8解：(1)衰减比n是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比，衰减

24、比越小，系 统的衰减程度越小，过渡过程越缓慢；衰减比越大，系统的衰减程度越大，过渡过程越接近非周期的单调过程。-4分(2)-8分9解：(1)当热电势为20mV寸，此时冷端温度为25C,即E(t,t 0)=20mV，-2又查表可得： E(t 0,0)= E(25,0)=根据热电偶基本定律得， E(t,0)= E(t,t0)+ E(t 0,0)=20+1=21mV -4 分由此热电势，查表得： t=509 ，即设备温度为509。-1 分(2)若改用E热电偶来测温时，此时冷端温度仍为25C,查表得：E(t 0,0)= E(25,0)=-1分又求得设备温度为509，查表可得：E(t,0)= E(509

25、,0)= mV-1分故： E(t,t 0) = E(t,0) E(t 0,0)= =-4分即E热电偶测得的热电势为-1分10答：基本工作原理力矩平衡原理；杠杆形式矢量机构； -2分作用一一将压力信号，P成比例地转换成420mA(DDZ-III)。-2 分 工作过程：/ P- Fi -主杠杆以轴封膜片为支点顺时针偏转f Fi f分解为F2和F3,F3使副杠杆14以支点M逆时针偏转-衔铁靠近差动变压器-经低频位移检测放大器转换并放大为4-20mA直流电流信号I o输出。-5 分 同时I o经电磁反馈装置的反馈动圈使副杠杆顺时针偏转，当输入力和反馈力对杠杆系统产生的Mi 和 Mf 相等时，变送器达到

26、新的稳定状态。-3分11解：根据测量范围，选择 B,C两块仪表，排除A表。-1分B 表：根据仪表的引用误差与精度等级的关系可得该表的引用误差为 q=2%又由 q=Ama/S,所以 2%=A maJ550- (-50),即A max = X 600=12C所以6 max=12/500=%,所以该仪表产生的相对误差小于 %-4 分C 表：根据仪表的引用误差与精度等级的关系可得该表的引用误差为 q=%又由 q=Ama/S,所以 心 ma/500- (-100),即A max = X 600=15C所以6 max=l5/500=3%,所以该仪表产生的相对误差大于 %-4 分由以上计算可知，选用B表可以

27、满足测量要求。-1分12.解：如图所示，为一负反馈积分电路-2分如图所示：由R与G组成的电路。当U1有一阶跃变化时，通过 舟对GCD充电，CD上的电压即Uf随时间逐渐增加，因此认为该电路具有积分性质。-4分当将这个电路引入控制器的反馈电路时，Ui是与输出电流10成比例的信号，U是反馈信号，那么当偏差 e有一阶跃变化时，开始时反馈信号很小，故输出 Io 较大，随着时间的增加，负反馈信号 U逐渐变大，故输出逐渐减小，这就形成 Io与e之间的微分作用。所以说调节器的微分作用是通过负反馈积分电路形成 的。-3 分13 .解：（1）如图所示为该控制系统的方框图。hs执行器贮槽液位测量变送装舞-7qv2。（2）该系统的被控对象是贮槽，被控变量是贮槽液位，操纵变量是出水流量-3分14 .解：（1）衰减比n是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比，衰减比越小, 系统的衰减程度越小，过渡过程越缓慢；衰减比越大