2025年大学《资源化学》专业题库- 化学温度测量与控制技术

2025年大学《资源化学》专业题库——化学温度测量与控制技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不是热力学第零定律的内容？A.热量会自发地从高温物体传递到低温物体B.如果两个物体分别与第三个物体达到热平衡，那么这两个物体也互相处于热平衡状态C.温度是描述物体冷热程度的物理量D.温度相同的物体不可能发生热传递2.在资源化学的矿石焙烧过程中，通常需要测量高温烟气温度，以下哪种温度计最适用于此场景？A.铂电阻温度计B.玻璃液柱温度计C.红外测温仪D.热电偶3.热电偶温度计的测量原理基于？A.物体热胀冷缩的性质B.均匀导体电阻随温度的变化C.热电效应，即两种不同金属导体组成闭合回路，当两接点温度不同时，回路中产生电动势D.黑体辐射定律4.在自动温度控制系统中，控制器接收的是？A.被控对象的温度设定值B.温度传感器的输出信号C.执行器的位置D.控制器的偏差信号5.对于一个比例（P）控制器，增大其比例带（比例增益）会导致？A.系统响应速度加快B.系统超调量减小C.系统稳定性提高，振荡频率降低D.系统静差（稳态误差）增大6.在资源化学的溶剂萃取过程中，精确控制萃取槽内两相接触区的温度对于萃取效率至关重要，这主要体现了温度测量与控制在哪个方面的作用？A.提高能源利用效率B.保证生产安全C.确保产品质量D.降低设备成本7.下列哪项不属于温度控制系统中的常见扰动因素？A.被控对象热负荷的波动B.温度设定值的改变C.控制阀开度的变化D.传感器测量误差8.热电阻温度计与热电偶温度计相比，其主要优点之一是？A.测量范围更宽B.在低温区测量更灵敏C.结构简单，成本较低（尤其对于中低温范围）D.不需要参考温度即可测量绝对温度9.在冶金过程中，温度控制直接影响金属的相变和最终产品的性能。例如，控制轧制过程中的温度可以改变钢材的？A.硬度B.产量C.能耗D.牌号（仅凭温度控制通常无法直接改变牌号，需结合合金成分）10.温度传感器安装在管道上时，为了减少测量误差，通常要求传感器的感温元件部分与管道内的流体充分接触，并尽量减少管道内流体流速对测量的影响，这体现了温度测量的哪个原则？A.精确性原则B.零位平衡原则C.隔离干扰原则D.充分接触与均匀平衡原则二、填空题（每空2分，共20分）1.温度是描述物体______状态的物理量，国际单位制中的单位是______。2.常用的热电偶有镍铬-镍硅（K型）、铂铑-铂（S型）等，其中S型热电偶适用于测量______温度。3.热电阻温度计是基于金属导体电阻值随温度变化的规律进行测温的，常用的有铂电阻（______）和铜电阻（______）。4.一个完整的自动温度控制系统通常由______、______、______和______四个部分组成。5.在PID控制中，P代表______控制，I代表______控制，D代表______控制。6.在资源化学的催化反应中，许多反应对温度非常敏感，需要在______的条件下进行，以保证目标产物的选择性和收率。7.为了提高温度测量的准确性，需要对温度计进行______和______。8.在高温测量中，为了保护热电偶或热电阻，常需要使用______进行隔离和保护。9.温度控制系统的静差是指当系统达到稳定状态时，被控变量的______与设定值之间的偏差。10.选择温度测量仪表时，除了考虑测量范围和精度外，还应考虑因素如______、______、______和成本等。三、名词解释（每题3分，共12分）1.温标2.热电效应3.比例控制（P控制）4.被控对象四、简答题（每题5分，共15分）1.简述选择温度测量仪表时需要考虑的主要因素。2.为什么在资源化学的萃取、结晶等单元操作中，温度控制如此重要？3.简述PID控制器中积分（I）控制作用的特点及其在温度控制中可能的作用。五、论述/应用题（共13分）在某种资源化学工艺中，需要对某一关键反应器的温度进行自动控制。该反应器内物料属于腐蚀性高温流体，反应对温度要求严格，需要在（假设）700±5℃的范围内稳定运行。请简述设计此温度控制系统时需要考虑的主要问题，包括：（1）温度传感器的选型及其安装方式需要考虑哪些因素？（2）控制方案如何设计？说明控制器的类型（如选用哪种调节规律）以及选择该调节规律的理由。（3）分析可能影响该温度控制系统的扰动因素有哪些？并简述如何减轻这些扰动的影响。试卷答案一、选择题1.A2.D3.C4.B5.D6.C7.C8.C9.A10.D二、填空题1.冷热；开尔文（K）2.高温3.PT100；RT1004.被控对象；温度传感器（变送器）；控制器；执行器5.比例；积分；微分6.化学计量；反应条件7.校准；标定8.保护套管（或热井、套管）9.实际值10.测量范围；精度；响应速度三、名词解释1.温标：规定温度的数值表示方法，即建立温度的刻度系统。例如摄氏温标、华氏温标、开尔文温标。2.热电效应：指两种不同金属导体或半导体组成闭合回路，当两个接点的温度不同时，回路中会产生电动势（热电势）的现象。3.比例控制（P控制）：控制器的输出信号与被控变量与设定值之间的偏差（误差）成比例关系。其作用是产生一个与误差成正比的纠正作用力，使系统趋向稳定，但通常存在稳态误差。4.被控对象：在自动控制系统中，需要被控制的设备或过程部分，其某个或某些物理量（如温度、压力、流量等）是需要被控制在规定范围内的。四、简答题1.选择温度测量仪表时需要考虑的主要因素：测量范围和量程是否满足要求；精度要求；响应速度要求；被测介质特性（温度、压力、腐蚀性、流动性等）；安装条件（管道尺寸、安装位置等）；环境条件（温度、湿度、振动、电磁干扰等）；成本预算。2.温度控制在萃取、结晶等单元操作中非常重要，因为：许多萃取过程的选择性对温度敏感，温度控制能保证萃取剂与被萃物有效作用，提高目标组分的萃取率；结晶过程通常有严格的过饱和度条件，过饱和度受温度控制影响，温度控制决定了晶体的形貌、大小和纯度；反应温度直接影响化学反应速率和平衡，对于放热或吸热反应，必须精确控温才能保证反应正常进行、目标产物收率高、副反应少，并确保操作安全。3.积分（I）控制作用的特点是：控制器的输出信号与误差随时间的累积值成比例关系。其作用是消除系统的稳态误差，使被控变量最终能等于设定值。在温度控制中，积分作用可以使系统在误差存在时不断积累偏差，驱动控制器输出变化，最终克服偏差，实现无静差控制。但过强的积分作用可能导致系统超调增大和振荡加剧。五、论述/应用题（1）温度传感器的选型及其安装方式需要考虑：由于介质具有腐蚀性，传感器需选用耐腐蚀材料制成（如选用耐腐蚀热电偶或热电阻）；考虑到高温，传感器感温元件需有足够的耐热性，并可能需要配合使用保护套管（热井）；为了确保测量的是反应器内流体的真实温度而非壁温，应选择插入式或浸入式安装，确保感温元件充分接触流体并处于流体主流区域，避免安装导致流体扰动或形成死区；安装位置应选择能代表整个反应器内温度分布或关键控制点的位置。（2）控制方案设计：应采用自动闭环控制方案。考虑到反应对温度要求严格且需要无静差控制，建议选用比例-积分（PI）调节规律。理由是：比例（P）作用能快速响应误差，减小超调；积分（I）作用能消除稳态误差，保证最终温度精确达到设定值；PI控制结合了P和I的优点，对于要求较高精度、需要消除静差的过程控制较为有效。控制器接收来自温度传感器的信号，比较与设定值（700±5℃）的偏差，输出控制信号给执行器。（3）可能影响该温度控制系统的扰动因素：进入反应器的物料流量或初始温度波动；反应热的变化（如反应速率改