(2025年)《化工仪表及自动化》试题含答案

(2025年)《化工仪表及自动化》试题含答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某温度仪表的测量范围为-50℃~150℃，最大绝对误差为±2℃，则该仪表的精度等级为（）。A.0.5级B.1.0级C.1.5级D.2.0级2.电容式压力传感器的工作原理是基于（）的变化。A.极板间距离B.极板面积C.介电常数D.电压频率3.下列哪种流量计适用于测量高黏度、非导电性液体的流量？（）A.电磁流量计B.涡轮流量计C.椭圆齿轮流量计D.涡街流量计4.在自动控制系统中，用于将被控变量的实际值与给定值进行比较的环节是（）。A.执行器B.控制器C.测量变送环节D.比较器5.某控制系统的过渡过程曲线呈现等幅振荡，说明系统的衰减比为（）。A.0B.1C.无穷大D.2:16.微分控制规律（D作用）的主要特点是（）。A.能消除余差B.对高频噪声敏感C.滞后小D.适用于对象纯滞后大的场合7.集散控制系统（DCS）中，现场控制站的核心功能是（）。A.人机交互B.数据通信C.实时控制运算D.历史数据存储8.下列哪种执行器适用于需要快速切断且泄漏量小的场合？（）A.直通单座阀B.蝶阀C.隔膜阀D.球阀9.热电阻测温时，采用三线制接法的主要目的是（）。A.提高灵敏度B.减小导线电阻的影响C.扩大测量范围D.增强抗干扰能力10.某pH测量系统中，参比电极通常选用（）。A.玻璃电极B.甘汞电极C.铂电极D.银-氯化银电极11.模糊控制系统与传统PID控制的本质区别在于（）。A.无需精确数学模型B.响应速度更快C.抗干扰能力更强D.结构更简单12.工业物联网（IIoT）在化工仪表中的典型应用不包括（）。A.设备状态实时监测B.仪表数据云端存储C.手动校准仪表参数D.预测性维护13.某控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(Ts+1))，当K增大时，系统的稳定性将（）。A.提高B.降低C.不变D.先提高后降低14.超声波液位计的测量原理基于（）。A.声波反射时间B.压力差C.电容变化D.热传导15.下列哪种控制规律最适合用于对象惯性大、纯滞后较小的场合？（）A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制二、填空题（每空1分，共20分）1.仪表的基本误差是指在__________条件下的最大误差，通常用__________表示。2.标准节流装置由__________、__________和__________三部分组成。3.热电偶测温时，必须满足__________定律和__________定律，以保证测量准确性。4.自动控制系统按给定值变化规律可分为__________、__________和__________系统。5.PID控制器中，比例度δ越小，比例作用越__________；积分时间Ti越小，积分作用越__________；微分时间Td越大，微分作用越__________。6.智能仪表的核心部件是__________，其特点包括__________、__________和__________。7.化工生产中，常见的安全联锁系统（SIS）的安全完整性等级（SIL）分为__________级，SIL等级越高，系统的__________要求越严格。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述差压式流量计的工作原理及影响其测量精度的主要因素。2.比较气动执行器与电动执行器的优缺点，说明化工生产中优先选择气动执行器的原因。3.什么是控制系统的过渡过程？评价过渡过程质量的主要指标有哪些？4.简述集散控制系统（DCS）的分层结构及各层的主要功能。5.说明pH测量中玻璃电极的工作原理，为何需要定期校准？四、计算题（每题8分，共24分）1.某压力仪表的量程为0~1.6MPa，精度等级为1.0级。现用该仪表测量0.8MPa的压力，求其可能的最大绝对误差和相对误差（以测量值为基准）。2.某温度对象的阶跃响应实验数据如下：当阶跃输入Δu=20%时，输出稳态值Δy_ss=40℃，响应曲线的纯滞后时间τ=20s，时间常数T=60s。若采用Ziegler-Nichols经验公式整定PID控制器参数，求比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td。3.某流量控制系统中，工艺要求流量范围为0~50m³/h，采用DDZ-Ⅲ型差压变送器（输出4~20mA），对应的差压范围为0~80kPa。当实际流量为30m³/h时，求变送器的输出电流及对应的差压值（流量与差压的平方根成正比）。五、综合分析题（每题8分，共16分）1.某化工厂反应釜的温度控制系统出现以下故障现象：控制室显示温度持续上升，但现场温度计显示温度稳定。试分析可能的故障原因，并提出排查步骤。2.设计一个基于工业物联网的化工储罐液位监控系统，要求包括：（1）测量仪表选型；（2）数据传输方式；（3）监控功能（如超限报警、历史数据查询）；（4）系统安全性设计要点。答案一、单项选择题1.B2.A3.C4.D5.B6.B7.C8.A9.B10.B11.A12.C13.B14.A15.D二、填空题1.规定（或标准）；引用误差（或满量程相对误差）2.节流件；取压装置；前后直管段3.中间导体；参考电极（或中间温度）4.定值控制；随动控制；程序控制5.强；强；强6.微处理器（或单片机）；自诊断；数据处理；通信功能7.4（或1~4）；可靠性（或安全性）三、简答题1.工作原理：流体流经节流件时，流束收缩，流速增加，静压力降低，在节流件前后产生差压；差压与流量的平方成正比，通过测量差压可间接得到流量。影响因素：节流装置的加工精度；前后直管段长度；流体的密度、黏度等物性参数；取压方式；流体是否充满管道。2.气动执行器优点：结构简单、防爆性能好、输出力大、可靠性高；缺点：需要气源、响应速度较慢、控制精度较低。电动执行器优点：能源方便、响应快、信号易与计算机连接；缺点：防爆性能差（需特殊处理）、结构复杂、过载能力弱。化工生产优先选择气动执行器的原因：化工环境多易燃易爆，气动执行器本质安全；流体控制中需较大输出力，气动执行器更适应。3.过渡过程：系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的动态过程。评价指标：最大偏差（或超调量）、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期（或频率）。4.DCS分层结构：（1）现场控制层：由现场控制站、智能仪表组成，负责数据采集和实时控制运算；（2）操作监控层：由操作员站、工程师站组成，实现人机交互、参数设置、趋势显示；（3）生产管理层：由服务器、管理计算机组成，负责生产调度、数据统计、优化决策；（4）企业资源层（可选）：与ERP系统集成，实现全企业资源管理。5.玻璃电极工作原理：玻璃膜内外溶液H+浓度不同，产生膜电位，电位差与溶液pH值成线性关系（符合能斯特方程）。定期校准原因：玻璃膜老化会导致斜率变化；参比电极液接电位漂移；温度变化影响能斯特方程系数；长期使用后膜表面污染，响应特性改变。四、计算题1.最大绝对误差Δmax=±量程×精度等级=±1.6MPa×1.0%=±0.016MPa相对误差=Δmax/测量值×100%=±0.016/0.8×100%=±2%2.对象特性参数：K=Δy_ss/Δu=40/20=2（℃/%）；τ=20s；T=60sZiegler-NicholsPID整定公式（针对二阶模型τ/T=20/60≈0.33）：δ=1.2×(T/(Kτ))=1.2×(60/(2×20))=1.2×1.5=180%Ti=2τ=40sTd=0.5τ=10s3.流量与差压关系：q=K√Δp，q1/q2=√(Δp1/Δp2)当q=30m³/h时，(30/50)²=Δp/80→Δp=80×(9/25)=28.8kPa输出电流I=4+(20-4)×(Δp/80)=4+16×(28.8/80)=4+5.76=9.76mA五、综合分析题1.可能故障原因：（1）控制室显示仪表故障（如DCS卡件损坏、信号传输线路断路/短路）；（2）现场温度计与控制室仪表信号未同步（如现场仪表为就地显示，未接入控制系统）；（3）温度变送器故障（如零点漂移、量程设置错误）；（4）信号电缆干扰（强电磁干扰导致控制室接收错误信号）。排查步骤：①检查现场温度计与控制室显示值是否一致（若现场为智能仪表，读取其数字输出）；②测量变送器输出信号（4~20mA）是否正常（30℃对应电流值是否符合量程）；③检查信号电缆绝缘性及屏蔽层接地情况；④更换备用卡件，观察显示是否恢复；⑤校准变送器，确认其输出与实际温度的线性关系。2.系统设计要点：（1）测量仪表选型：雷达液位计（非接触、精度高，适用于腐蚀性液体）或导波雷达液位计（适用于高黏度、易结晶介质）；配套温度、压力补偿仪表（修正密度变化对液位的影响）。（2）数据传输方式：采用工业以太网（ModbusTCP/IP协议）或无线传输（LoRa、4G/5G，需满足防爆要求）；现场仪表通过DTU（数据传输单元）将信号转换为IP数据包上传至云平台。（3）监控功能：-实时显示液位、温度、压力数据及历史趋势曲线；-设定