过程控制及仪表

1、过程控制及仪表1、要实现化工生产过程自动化一般要包括哪几个方面的内容？答：自动检测系统 自动保护系统 自动控制系统2、自动控制系统的四个组成环节。答：被控对象 测量变送器 被控器 执行器3、自动控制系统各组成环节的作用。答：被控对象：表征被控变量的主要生产设备测量变送器：将被控变量转换为标准信号控制器：将标准信号与设定值对比形成偏差，将偏差经过数学运 算形成信号输出执行器：将控制器传输过来的信号进行反馈 3、气动与电动单元组合仪表的标准信号为什么？气动 0.020.1Mpa 电动电压 1-5V 电流 0-10Ma 4-20Ma11-图所示为一反应器温度控制系统示意图. A、B两种物料进入反应器

2、进行反应，通过改变进入夹套的 冷却水流量来控制反应器内的温度不变.试画出该温度控制系疏的方块图,并指出该系来中的俄控对内、 被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？其中,被控时象:反应器:被控变量：反应器内的温度;操纵变量：冷却水流量.可能影响被控变量的干扰因素主要有A. B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、混度,环境温 度的高低等。5、将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化可以将自动控制系统分为哪几类？答：定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统6、什么是系统的过渡过程？包括哪几种形式？答：系统由一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程称为系统的过渡过 程

3、。非周期衰减过程 衰减振荡过程 等幅振荡过程 发散震荡过程7、某化学反应器 规定操作温度为例）口士10穴：.考虑安全因素，控制过程中温度偏一给定值最大不得 超过的寸。现设计的温度圭植控制系统,在最大阶跣干扰作用F的过渡过程曲线加题1 19图所示.试求 该系统的过渡过程品质指标;最大偏差,超调量,衰瀛比、遥.振荡周期和过渡时间（被控温度进入舒 稳态值的1% （即900H （1%） =_9匚：的时间）.并回答该控制系统能否满足题也所给的工艺要求时邮min题1U图 温度厘制系诜4侬理也臼氐解 最大偏差=950-900=50 CC）;超-丹至 _9i,D_9O8=4J iC .；由于g=918 90S

4、 10（X）,所以,衰减比打:比斤=42:112U烹 C WH -900= C ；水;周引心9-SCttnm）：一渡时间3=47niin.因为uPoot, r=sT.iovJ所也该控制系主镰旨满足题中所蛤的工艺要求.8、描述对象特征的参数答：放大系数K控制通道K不能过大也不能过小；干扰通道K越小越好时间常数T控制通道T不能过大也不能过小；干扰通道T越大越好之后时间T控制通道T越小越好；干扰通道T越大越好9、仪表的性能指标答：精确度变差 灵敏度与灵敏限分辨力线性度 反应时间10、按仪表使用的能源分类答：气动仪表电动仪表液动仪表11、按信息的获取、传递、反应和处理的过程分类答：检测仪表显示仪表集中

5、控制装置控制仪表 执行器12、按仪表的组成形式分类答：基地式仪表单元组合仪表测压仪表按其转换原理不同分为哪几类？各基于什么原理？ 液柱式压力计:是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度 进行测量的；弹性式压力计:在被测介质压力的作用下,使弹性元件受 压后产生弹性变形的原理；电气式压力计:将压力转换成电量的原理； 活塞式压力计：是根据水压机液体传送压力的原理。霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的？将压力转换成霍尔片两端的电势差，UH二RHBI,当电流衡定时，随着 压力的变化使霍尔片在变磁场中移动，使的输出电势发生变化，从而 转化成压力的大小。电容式差压传感器的工作原理是什么？

6、（4分）当被测压力PL P2分别加于左右两侧的隔离膜片时，通过硅油将差 压传递到测量膜片上，使其向压力小的一侧弯曲变形，引起中央动极 板与两边固定电极间的距离发生变化，因而两电极的电容量不再相等， 而是一个增大，一个减小，电容的变化量通过引线传至测量电路，通 过测量电路的检测和放大，输出一个4-20mADC。差压式流量计的工作原理是什么？其常用的节流件有哪些？基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而 实现流量测量的。孔板；文丘里管、喷嘴。5、如图所示的液位测量系统中采用双法兰差压变送器来测量某介质 的液位。已知介质液位的变化范围h=0-950mm,介质密度p =1200kg

7、/m3,两取压口之间的高度差H=1200mm，变送器毛细管中充 的硅油密度为p950kg/m3,问用此变送器测量液位时，需不需要迁 移？如何迁移？迁移量为多少？（8分）6、用E型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为180404V冷端为30，设备的实际温度为多少？（8分）E型扭曰偶弁度表（mV）01020304)50切70SO乳00.WW二阅1.9012.4023.0493.5S54J3049955 64820013.4211415414.91215.-&6416.42017.1811794518.71319.4S42C.25?30021.03521B1722.50023-86Ml 7414.9

8、6425.75726.55227J4828.14640028.94529,74730155031,35432/5?33.77234,57935Jf?弼.】我7、间接式质量流量计的测量方式有几种？（3分）测量Q的仪表与密度计配合yzQ, x8P ,M=xy=Kp Q测量p Q2的仪表与密度计y8P Q2, x8p ,m= Kp Q测量p Q2仪表与测量Q的仪表x8p Q2 , y8Q, m= kp Q8、有一台用水刻度的转子流量计，转子由密度为7900kg/m3不锈钢制成，用它来测量密度为790 kg/m3的某液体介质，当仪表读数为5m3/h 时，被测介质的实际流量为多少？如果转子由密度为 27

9、50kg/m3铝制成，其他条件不变，则被测介质的实际流量又为多少？ （8分）9、热电偶温度计的工作原理？使用热电偶测温时为什么要使用补偿导线？（5分）将温度转化成热电势原理a. 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；（热电势E（t,t0）是 t和t0的函数。若温度t0保持不变，E（t,t0）为t的单值函数。）b.由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端暴露在空间，易受环境温度波动的影响，冷端难以保持恒定；c.可将热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但消耗贵重材料，不经 济。10、热电偶温度计测温为什么要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿方法有哪些？（6分）原因：采用补偿导线后，

10、热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方延伸到温度较低和比较稳定的操作室，但冷端非0，而工业上常用各 种热电偶的温度与热电势关系曲线是在冷端温度保持为0的情况下得到的.由于操作室温度往往高于0，且不恒定，产生热电势偏小， 且测量值也随冷端温度的变化而变化，结果产生误差，测量时只有将 冷端保持0，才能得出正确结果，这种做法称为冷端温度补偿。方法：（1）保持t0=0的方法；（2）冷端温度修正方法；（3）校正仪表零点法；（4）补偿电桥法；（5）补偿热电偶法；11、控制器的基本控制规律有哪些？各自的特点是什么？（5分）（1）双位控制：控制器只有两个输出值，只有开、关两个极限位置，可用于要求不高的场合；（2

11、）比列控制：P控制优点是控制反应快， 缺点是总是有余差存在；（3）积分控制：反应慢，但可消除余差；（4） 微分控制：偏差只要出现变化的趋势，马上进行控制，所以又称超前 控制。及其他们的组合控制PI,PID等。12、执行器包括几大组成部分？各自的正反作用如何判断？ （1）执行机构：气压信号3推杆下移,称正作用执行机构， 气压信号3推杆上移,称反作用执行机构；（2）控制机构：正作用阀: 阀杆下移，流通面积匕反作用：阀杆下移，流通面积113、隔膜控制阀和笼式控制阀的特点分别是什么？（5分） 11、隔膜控制阀：结构简单、流阻小、流通能力较大。无填料，无泄 漏，耐腐强，也可用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控

12、制。笼式控制阀：可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换 性好，且可得到不同的流量特性，汽蚀小、噪音小，适用于低噪音及 压差较大的场合，不适用高温、高粘度及含有固体颗粒的流体。14、控制阀的理想流量特性有哪些？（4分）直线、等百分比（对数）、抛物线、及快开阀等.15、被控变量的选择原则？（5分）（1）能够代表一定的工艺操作指标，工艺过程中比较关键的重要变 量；（2）尽可能选直接指标控制，当直接指标无法测取时，可选间接 指标控制。（3）所选的被控变量能被测出来，并有足够大的灵敏度；（4）被控变量应是独立可控的；16、操作变量的选择原则？（5分）（1）应是可控的，工艺上允许调节的；（2）比

13、干扰对被控变量的影 响更加的灵敏（所以，合理选择操纵变量，使控制通道的放大系数适当大，时间常数适当小，纯滞后时间尽量下，使干扰 通道放大系数尽可能小，时间常数尽可能大）；3、考虑工艺的合理性 与生产的经济性；17、如图所示为聚合釜反应器，工艺要求反应温度稳定、无余差、超 调量小，聚合釜内温度不能过高以防被烧坏。已知选择夹套内的水温 作为副变量构成串级控制系统。（15分）（1）设计一串级控制系统，画出控制方块图。（2）请指出主变量、主对象、副对象及操纵变量各是什么？ （3）试确定控制阀的气开、气关形式，说明理由。（4）确定主、副控制器正反作用，说明理由。（5）试描述当冷却水压力增大时，整个控制系

14、统的工作过程？操纵变量：冷却水流量。（3）气关阀，因为为了防止反应釜被烧坏，在无信号时阀全开比较 安全，所以选择气关阀。（4）副控制器：反作用，主控制器：反作用原因：当冷却水流量（操作变量）增加时，夹套内温度（副被控变量） 温度降低，所以被控对象（副对象）是反作用的，又由于选择的是气 关阀，所以为反作用，由控制系统具有负反馈原理可知，副控制器为 反作用。当主变量（反应釜内介质温度）增加时，要求控制阀开大，当副变量 （夹套温度）增加时，要求控制阀也开大，所以，主副变量同时增加 对阀的变化方向要求一致，则主控制器是反作用。a:冷却水压力波动比较小时，冷却水流量增加，夹套内的温度降低， 使副回路的测量值降低，e=测量值-设定值，则偏差减小，又由于副 控制器是反作用的，所以输出信号P增大，信号P是执行器的输入， 执行器是气关阀，所以输出减小，阀的开度减小，进而使冷却水的流 量减小，所以，冷却水压力波动比较小时，在没有影响到主变量的情 况下通过副回路就可以达到调节目的。b：冷却水压力波动比较大时，很大一部分通过副回路的先调快调稳 定下来，在通过主回路进行细调。当冷却水压力增大，进水流量增加， 反应釜内