(2025年)化工仪表及自动化试题附答案

(2025年)化工仪表及自动化试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某热电偶测温系统中，补偿导线极性接反，且冷端温度高于仪表设定的参考温度（0℃），则测量结果会（）。A.偏高B.偏低C.不变D.波动答案：B2.压力变送器进行负迁移后，其量程（）。A.增大B.减小C.不变D.与迁移量成线性关系答案：C3.电磁流量计的测量原理基于（）。A.伯努利方程B.法拉第电磁感应定律C.科里奥利力D.热扩散原理答案：B4.双法兰液位计测量密闭容器液位时，若容器内介质密度由1000kg/m³降至900kg/m³（其他条件不变），则仪表显示值会（）。A.偏高B.偏低C.不变D.先高后低答案：A5.PID控制器中，积分作用的主要目的是（）。A.消除余差B.加快响应速度C.抑制超调D.提高稳定性答案：A6.气动薄膜调节阀的执行机构输出力与（）成正比。A.输入气压信号B.阀杆位移C.阀芯面积D.弹簧刚度答案：A7.串级控制系统中，主控制器的输出作为副控制器的（）。A.测量值B.给定值C.干扰量D.输出限幅值答案：B8.某控制系统过渡过程出现等幅振荡，可能的原因是（）。A.比例度太小B.积分时间太长C.微分时间太短D.干扰量过小答案：A9.智能仪表与传统仪表的核心区别在于（）。A.具备通信功能B.集成微处理器C.精度更高D.耐腐蚀性更强答案：B10.安全仪表系统（SIS）的安全完整性等级（SIL）由（）决定。A.响应时间B.失效概率C.输出信号类型D.供电可靠性答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.标准节流装置由节流件、（）和取压装置三部分组成。答案：前后直管段2.热电阻测温时，三线制接法的主要作用是（）。答案：消除连接导线电阻的影响3.压力检测中，表压等于绝对压力（）大气压力。答案：减去4.浮筒液位计的测量原理基于（）定律。答案：阿基米德5.调节阀的流量特性分为理想特性和（）特性。答案：工作6.PID控制中，比例度δ越小，比例作用（）。答案：越强7.集散控制系统（DCS）的核心结构是（）。答案：分散控制、集中管理8.热电偶的热电势大小仅与（）和材料有关，与热电极长度无关。答案：两端温度9.超声波流量计按测量原理可分为时差法、（）和多普勒法。答案：相位差法10.单回路控制系统的四个基本环节是（）、控制器、执行器和被控对象。答案：检测变送11.仪表的精度等级是根据（）的大小划分的。答案：最大引用误差12.气动执行器的气开式是指输入气压增大时，阀门（）。答案：打开13.比值控制系统中，主动量与从动量的比值称为（）。答案：比值系数14.数字式显示仪表的核心部件是（）。答案：模/数转换器（A/D转换器）15.仪表的可靠性通常用（）和平均故障间隔时间（MTBF）表示。答案：失效率16.前馈控制系统的特点是（）补偿干扰。答案：按干扰17.智能阀门定位器可实现（）功能，如阀门行程检测、故障诊断。答案：自诊断18.化工生产中，常用的防爆仪表类型有隔爆型、（）和本质安全型。答案：增安型19.控制系统的过渡过程品质指标包括最大偏差、（）、余差、过渡时间和振荡周期。答案：超调量20.雷达液位计的测量原理基于（）的发射与反射。答案：电磁波三、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标准节流装置的要求。答案：差压式流量计基于流体流经节流件时产生的压力差与流量的平方成正比的原理工作（2分）。标准节流装置要求：①节流件结构形式、取压方式、前后直管段长度等符合国际或国家标准（2分）；②被测流体需充满管道、单相且无显著脉动（2分）。2.热电偶测温时为何需要冷端补偿？常用的补偿方法有哪些？答案：热电偶的热电势与热端和冷端的温差有关，只有冷端温度恒定（或已知）时，才能通过热电势确定热端温度（2分）。常用补偿方法：①冷端恒温法（如冰浴法）；②补偿导线法（延伸冷端至温度稳定处）；③电桥补偿法（利用不平衡电桥产生的电压抵消冷端温度变化的影响）；④软件补偿法（通过仪表内置算法修正冷端温度）（各1分，共4分）。3.比较气动调节阀与电动调节阀的优缺点。答案：气动调节阀优点：结构简单、防爆性能好、可靠性高、价格低（2分）；缺点：需要气源、响应速度较慢、输出力较小（2分）。电动调节阀优点：动作灵敏、信号传输距离远、可直接与DCS连接（1分）；缺点：防爆性能差（需特殊处理）、结构复杂、维护成本高（1分）。4.说明串级控制系统的结构特点及主要应用场合。答案：结构特点：有主、副两个控制器，副回路包围主对象的一部分，主控制器的输出作为副控制器的给定（2分）。应用场合：①对象滞后大或惯性大（如加热炉温度控制）；②干扰频繁且幅度大（如精馏塔进料流量干扰）；③对象非线性严重（如反应器温度控制）；④需要提高控制质量（如产品质量控制）（各1分，共4分）。5.简述智能仪表的主要功能及在化工自动化中的应用优势。答案：主要功能：数据采集与处理、自动校准、自诊断、通信（如HART、Modbus协议）、控制算法集成（2分）。应用优势：①提高测量精度（通过软件修正误差）；②增强可靠性（自诊断减少故障停机）；③简化系统结构（集成多种功能）；④支持远程监控（与DCS/PLC无缝连接）；⑤适应复杂控制需求（内置PID、模糊控制等算法）（各1分，共4分）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某反应釜温度控制系统采用K型热电偶（分度号K，热电势-温度关系：E(100℃,0℃)=4.095mV，E(200℃,0℃)=8.137mV）。实际测量时，冷端温度为30℃，仪表显示温度为180℃（仪表按冷端0℃刻度）。求反应釜实际温度。解：仪表显示温度180℃对应的热电势E(180℃,0℃)可通过线性插值计算（2分）：E(180℃,0℃)=E(100℃,0℃)+(180-100)/(200-100)×(E(200℃,0℃)-E(100℃,0℃))=4.095+80/100×(8.137-4.095)=4.095+3.2336=7.3286mV（3分）实际冷端温度为30℃，需计算E(实际温度,30℃)=E(实际温度,0℃)-E(30℃,0℃)（2分）。查表得E(30℃,0℃)=1.203mV（假设已知），则：E(实际温度,0℃)=E(仪表显示电势)+E(30℃,0℃)=7.3286+1.203=8.5316mV（2分）根据分度表，E(200℃,0℃)=8.137mV，E(210℃,0℃)=8.538mV（假设），实际温度约为210℃（1分）。2.某管道内介质为水（密度1000kg/m³），采用标准孔板流量计测量流量，设计差压Δp=80kPa时流量Q=100m³/h。实际运行中，差压变送器输出电流为16mA（量程0-20mA对应0-80kPa），求实际流量。解：差压式流量计流量与差压的平方根成正比（2分），即Q=K√Δp。设计时：100=K√80000→K=100/√80000（2分）。实际差压Δp_实=(16-4)/(20-4)×80kPa=(12/16)×80=60kPa（3分）。实际流量Q_实=K√Δp_实=(100/√80000)×√60000=100×√(60000/80000)=100×√(0.75)=100×0.866≈86.6m³/h（3分）。五、综合分析题（20分）某化工厂苯-甲苯精馏塔塔顶温度控制要求为80±1℃，主要干扰为进料流量波动（±15%）和蒸汽压力波动（±10%）。现有检测仪表：热电阻（0-150℃，精度0.5级）、热电偶（0-300℃，精度0.2级）；执行器：气动薄膜调节阀（气开式，流量特性为等百分比）、电动调节阀（线性特性）；控制器：PID控制器（可选参数范围：比例度δ=5%-200%，积分时间Ti=0.1-20min，微分时间Td=0-10min）。请设计该温度控制系统，说明：（1）检测仪表选型及理由；（2）控制方案（单回路/串级）选择及依据；（3）执行器选型（气开/气关、流量特性）及原因；（4）PID参数整定的大致步骤及注意事项。答案要点：（1）检测仪表选型：选择热电阻（2分）。理由：塔顶温度80℃属于中低温范围，热电阻在0-200℃范围内精度和稳定性优于热电偶（本题中热电阻精度0.5级，热电偶0.2级但量程过大，导致测量误差绝对值更大：热电阻最大误差=±0.5%×(150-0)=±0.75℃，热电偶=±0.2%×(300-0)=±0.6℃，但实际测量点80℃离热电偶量程起点远，线性误差可能更大；且热电阻信号更稳定，适合温度控制（3分）。（2）控制方案：选择串级控制系统（2分）。依据：主要干扰为进料流量和蒸汽压力波动，单回路控制难以快速克服干扰（副回路可选择蒸汽流量或进料流量作为副变量，将干扰纳入副回路提前控制，提高系统抗干扰能力）（3分）。（3）执行器选型：气动薄膜调节阀（气开式），等百分比流量特性（2分）。原因：精馏塔蒸汽控制需防爆（气动阀防爆性能好）；气开式在气源中断时关闭阀门，避免蒸汽过量导致超温（安全考虑）；等百分比特性在小开度时流量变化小