2025年《化工仪表及自动化》期末复习试题及答案

2025年《化工仪表及自动化》期末复习试题及答案一、选择题（每题2分，共40分）1.自动控制系统中，被控变量是指（）A.进行操作时所依据的物理量B.工艺要求控制的物理量C.控制器的输出信号D.执行器的输出信号答案：B。在自动控制系统中，被控变量是工艺过程中需要控制的物理量，比如温度、压力、流量等，所以选B。2.仪表的精度等级是指仪表的（）A.误差B.基本误差C.最大引用误差D.允许误差答案：C。仪表的精度等级是根据最大引用误差来划分的，所以选C。3.用万用表测量电阻时，若指针指在刻度盘的中间位置，则（）A.测量值比较准确B.测量值偏大C.测量值偏小D.无法判断答案：A。万用表测量电阻时，指针指在刻度盘中间位置，测量值比较准确，因为此时测量误差相对较小，所以选A。4.热电偶温度计是基于（）原理工作的。A.热阻效应B.热电效应C.热磁效应D.热压效应答案：B。热电偶温度计是基于热电效应工作的，两种不同材料的导体组成闭合回路，当两端温度不同时会产生热电势，所以选B。5.下列哪种流量计属于容积式流量计（）A.孔板流量计B.转子流量计C.椭圆齿轮流量计D.电磁流量计答案：C。椭圆齿轮流量计是典型的容积式流量计，通过测量单位时间内椭圆齿轮的转动次数来计算流量，所以选C。6.自动控制系统中，控制器的作用是（）A.测量被控变量的大小B.将被控变量与给定值进行比较C.根据偏差的大小和方向产生控制作用D.执行控制命令答案：C。控制器接收被控变量与给定值的偏差信号，根据偏差的大小和方向产生控制作用，所以选C。7.比例控制规律的特点是（）A.控制及时，能消除余差B.控制及时，但不能消除余差C.控制不及时，能消除余差D.控制不及时，不能消除余差答案：B。比例控制规律能及时响应偏差，但存在余差，不能完全消除，所以选B。8.积分控制规律的特点是（）A.控制及时，能消除余差B.控制不及时，但能消除余差C.控制及时，不能消除余差D.控制不及时，不能消除余差答案：B。积分控制规律作用相对缓慢，不及时，但随着时间积累能消除余差，所以选B。9.微分控制规律的特点是（）A.能预测偏差的变化趋势，加快控制过程B.能消除余差C.控制及时，能消除余差D.控制不及时，不能消除余差答案：A。微分控制规律能根据偏差的变化率提前动作，预测偏差的变化趋势，加快控制过程，所以选A。10.气动执行器主要由（）两部分组成。A.执行机构和调节机构B.控制器和执行机构C.控制器和调节机构D.检测元件和执行机构答案：A。气动执行器由执行机构和调节机构两部分组成，执行机构将气压信号转换为机械位移，调节机构改变流体流量，所以选A。11.调节阀的流量特性是指（）A.调节阀的开度与流量之间的关系B.调节阀的输入信号与输出信号之间的关系C.调节阀的阀芯位移与流量之间的关系D.调节阀的前后压差与流量之间的关系答案：C。调节阀的流量特性是指阀芯位移与流量之间的关系，所以选C。12.串级控制系统的主控制器一般选择（）控制规律。A.PB.PIC.PDD.PID答案：B。串级控制系统的主控制器一般选择PI控制规律，既能快速响应又能消除余差，所以选B。13.前馈控制系统的主要特点是（）A.能及时克服主要干扰对被控变量的影响B.能消除余差C.控制精度高D.对所有干扰都有补偿作用答案：A。前馈控制系统能及时根据干扰的变化进行控制，克服主要干扰对被控变量的影响，所以选A。14.均匀控制系统的目的是（）A.使两个变量在一定范围内缓慢变化B.使两个变量严格保持一定的比例关系C.使两个变量的变化率相同D.使两个变量的偏差为零答案：A。均匀控制系统的目的是使两个变量在一定范围内缓慢变化，以满足生产过程的稳定性要求，所以选A。15.分程控制系统中，调节阀的分程是通过（）实现的。A.改变控制器的输出信号范围B.改变调节阀的流量特性C.改变调节阀的口径D.改变调节阀的工作压力答案：A。分程控制系统中，通过改变控制器的输出信号范围来实现调节阀的分程控制，所以选A。16.可编程控制器（PLC）的编程语言不包括（）A.梯形图语言B.指令表语言C.高级语言D.功能块图语言答案：C。PLC的编程语言主要有梯形图语言、指令表语言、功能块图语言等，一般不使用高级语言，所以选C。17.集散控制系统（DCS）的特点不包括（）A.分散控制B.集中操作C.分级管理D.完全自治答案：D。集散控制系统具有分散控制、集中操作、分级管理等特点，但不是完全自治的，各部分之间存在一定的联系和协调，所以选D。18.安全仪表系统（SIS）的主要功能是（）A.提高生产效率B.保证生产过程的安全C.优化生产过程D.降低生产成本答案：B。安全仪表系统的主要功能是保证生产过程的安全，在出现危险情况时采取措施避免事故发生，所以选B。19.化工自动化仪表的防爆类型不包括（）A.隔爆型B.增安型C.本安型D.防水型答案：D。化工自动化仪表的防爆类型有隔爆型、增安型、本安型等，防水型不属于防爆类型，所以选D。20.仪表的校验是指（）A.检查仪表的外观是否完好B.检查仪表的安装是否正确C.检查仪表的性能是否符合要求D.检查仪表的信号传输是否正常答案：C。仪表的校验是检查仪表的性能是否符合要求，确保其测量和控制的准确性，所以选C。二、填空题（每题2分，共20分）1.自动控制系统按给定值的形式不同可分为定值控制系统、______控制系统和程序控制系统。答案：随动。按给定值形式不同，自动控制系统分为定值、随动和程序控制系统。2.仪表的误差是指测量值与______之间的差值。答案：真实值。误差就是测量值与真实值的差值。3.热电阻温度计是基于______效应工作的。答案：热阻。热电阻温度计利用导体或半导体的热阻效应，温度变化时电阻值改变。4.流量测量的基本方法有容积法、______法和速度法。答案：质量。流量测量基本方法包括容积法、质量法和速度法。5.控制器的控制规律有比例控制、______控制、微分控制和PID控制。答案：积分。常见控制器控制规律有比例、积分、微分和PID控制。6.调节阀的流量特性有线性流量特性、______流量特性和抛物线流量特性。答案：等百分比。调节阀流量特性主要有线性、等百分比和抛物线流量特性。7.串级控制系统由主回路和______回路组成。答案：副。串级控制系统包含主回路和副回路。8.前馈控制系统是按______进行控制的系统。答案：干扰。前馈控制系统依据干扰的变化进行控制。9.可编程控制器（PLC）的基本组成包括中央处理器（CPU）、______、输入输出模块和电源等。答案：存储器。PLC基本组成有CPU、存储器、输入输出模块和电源等。10.安全仪表系统（SIS）的安全完整性等级（SIL）分为______级。答案：4。安全仪表系统的安全完整性等级分为4级。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述自动控制系统的组成及各部分的作用。答：自动控制系统主要由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器四部分组成。-被控对象：是需要进行控制的生产设备或过程，如反应釜、管道等，它是控制的目标。-测量变送装置：其作用是测量被控变量的大小，并将其转换为标准的信号输出。例如，热电偶将温度信号转换为电信号，以便后续处理。-控制器：接收测量变送装置送来的信号，并与给定值进行比较，根据偏差的大小和方向，按照一定的控制规律产生控制信号，指挥执行器动作。-执行器：根据控制器的输出信号，改变操纵变量的大小，从而对被控对象施加控制作用。常见的执行器如调节阀，通过改变阀门开度来调节流量。2.简述比例、积分、微分控制规律的特点及适用场合。答：-比例控制规律（P）：-特点：控制及时，能迅速响应偏差的变化，使被控变量朝着减小偏差的方向变化。但存在余差，即系统稳定后被控变量与给定值之间仍存在一定的偏差。-适用场合：适用于干扰较小、对象滞后较小、控制精度要求不高的场合，如液位控制。-积分控制规律（I）：-特点：随着时间的积累，能消除余差。但控制作用相对缓慢，不及时，可能会导致系统响应速度变慢，甚至引起系统的不稳定。-适用场合：适用于对控制精度要求较高、允许控制过程有一定滞后的场合，如温度控制中需要消除余差的情况。-微分控制规律（D）：-特点：能根据偏差的变化率提前动作，预测偏差的变化趋势，加快控制过程，改善系统的动态性能。但对干扰敏感，单独使用时不能消除余差。-适用场合：适用于对象滞后较大、干扰频繁的场合，如流量控制中可以克服流量的快速变化。3.简述串级控制系统的特点及应用场合。答：-特点：-改善了被控对象的动态特性，提高了系统的工作频率。副回路的存在减小了副对象的时间常数，加快了系统的响应速度。-具有较强的抗干扰能力，特别是对进入副回路的干扰有很好的抑制作用。副回路能及时对干扰进行控制，减少干扰对主变量的影响。-提高了系统的控制精度，主控制器能根据主变量的变化进行精细调节，保证主变量的稳定。-具有一定的自适应能力，能适应对象特性的变化。当对象特性发生变化时，副回路能自动调整，保证系统的稳定性。-应用场合：-用于克服变化剧烈、幅度大的干扰，如化工生产中原料流量的波动。-用于克服对象的纯滞后，如在温度控制中，当对象存在较大纯滞后时，串级控制系统可以提高控制效果。-用于控制变量与操纵变量之间存在非线性关系的场合，通过副回路的调节可以补偿非线性的影响。四、计算题（10分）某温度控制系统采用热电偶测量温度，热电偶的分度号为K，测量范围为0-1000℃，其输出电势与温度的关系为E(t,t₀)=41.276mV（t₀=0℃）。若冷端温度t₀=20℃，试求被测温度t。已知K型热电偶在20℃时的热电势E(20,0)=0.798mV。解：根据热电偶的中间温度定律，E(t,0)=E(t,t₀)+E(t₀,0)。已知E(t,t₀)=41.276mV，E(20,0)=0.798mV，所以E(t,0)=41.276+0.798=42.074mV。查K型热电偶分度表，通过线性插值法求被测温度t。设42.074mV对应的温度为t，在分度表中找到与42.074mV接近的两个值E₁和E₂及其对应的温度t₁和t₂。假设E₁=41.320mV对应t