化工自动化控制仪表题库及答案

化工自动化控制仪表题库及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.某压力仪表的量程为0~1.6MPa，最大绝对误差为±0.032MPa，则其精度等级为（）。A.0.5级B.1.0级C.1.5级D.2.0级2.以下传感器中，利用热电阻效应测量温度的是（）。A.铂电阻B.热电偶C.红外测温仪D.双金属温度计3.气动调节阀的气开式结构是指（）。A.信号压力增大时，阀开度增大B.信号压力增大时，阀开度减小C.无信号压力时，阀处于全开状态D.无信号压力时，阀处于全关状态4.差压式流量计的测量原理基于（）。A.伯努利方程B.胡克定律C.欧姆定律D.傅里叶定律5.集散控制系统（DCS）的核心是（）。A.现场控制站B.操作站C.工程师站D.通信网络6.以下不属于执行器组成部分的是（）。A.执行机构B.调节机构C.控制器D.阀门定位器7.某温度控制系统的设定值为80℃，实测值为78℃，则偏差为（）。A.2℃B.2℃C.158℃D.4℃8.标准节流装置中，最常用的节流元件是（）。A.文丘里管B.喷嘴C.孔板D.均速管9.以下哪项不是智能仪表的特点？（）A.自诊断功能B.模拟信号输出C.数据存储D.通信接口10.压力检测中，表压的定义是（）。A.绝对压力与大气压力之差B.大气压力与绝对压力之差C.绝对压力与真空度之差D.真空度与大气压力之差11.热电偶的冷端补偿方法中，最常用的是（）。A.冰浴法B.电桥补偿法C.计算修正法D.恒温法12.积分控制（I）的主要作用是（）。A.减小动态偏差B.消除静态偏差C.提高响应速度D.抑制干扰13.以下流量测量仪表中，适用于脏污介质的是（）。A.电磁流量计B.涡轮流量计C.转子流量计D.椭圆齿轮流量计14.仪表的灵敏度定义为（）。A.输出变化量与输入变化量的比值B.输入变化量与输出变化量的比值C.最大输出与最小输出的差值D.测量范围与精度等级的乘积15.以下哪项是本质安全型仪表的标志？（）A.ExdⅡBT4B.ExiaⅡCT6C.ExeⅡBT3D.ExnAⅡCT5二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分。每题至少有2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.属于压力检测仪表的有（）。A.弹簧管压力表B.电容式压力变送器C.差压变送器D.涡街流量计2.气动执行器的优点包括（）。A.结构简单B.防火防爆C.响应速度快D.输出力大3.热电阻常用的材料有（）。A.铂B.铜C.镍D.钨4.DCS系统的基本组成包括（）。A.现场控制站B.操作站C.通信网络D.可编程逻辑控制器（PLC）5.流量测量中，属于容积式流量计的有（）。A.椭圆齿轮流量计B.腰轮流量计C.涡轮流量计D.电磁流量计6.以下属于自动控制系统基本环节的是（）。A.被控对象B.测量变送装置C.控制器D.执行器7.热电偶的组成部分包括（）。A.热电极B.绝缘管C.保护套管D.显示仪表8.仪表的性能指标包括（）。A.精度B.灵敏度C.线性度D.滞后时间9.调节阀的流量特性有（）。A.直线特性B.等百分比特性C.快开特性D.抛物线特性10.以下属于数字式仪表优点的是（）。A.读数直观B.抗干扰能力强C.便于与计算机连接D.成本低三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.仪表的精度等级是根据其________误差的大小来划分的。2.标准孔板属于________式节流装置，其取压方式为________。3.气动执行器的执行机构主要有________和________两种形式。4.热电偶的热电势由________电势和________电势组成。5.流量测量的基本方程是________，其核心参数为________。6.PID控制器中，P代表________，I代表________，D代表________。7.压力检测中，绝对压力=________+________。8.热电阻的测量电路通常采用________接法，以减小________的影响。9.智能仪表的核心部件是________，其特点包括________、________等。10.调节阀的气开/气关方式选择应遵循________原则，确保故障时系统________。四、简答题（共5题，每题6分，共30分）1.简述气动执行器的组成及各部分作用。2.比较热电阻与热电偶在温度测量中的异同点。3.什么是仪表的滞后？产生滞后的主要原因有哪些？4.说明集散控制系统（DCS）的特点及其在化工生产中的应用优势。5.如何选择调节阀的流量特性？常见的流量特性有哪些？五、应用题（共3题，共40分）1.温度控制系统设计（15分）某化工反应釜需控制温度在200±5℃，介质为腐蚀性气体，环境存在防爆要求。（1）选择合适的温度检测仪表，并说明理由；（2）设计热电偶的冷端补偿方案（需具体说明方法及原理）；（3）若采用PID控制器，说明P、I、D参数的作用及调整原则。2.流量测量计算（15分）用标准孔板测量水的流量，已知孔板直径d=50mm，管道直径D=100mm，差压变送器量程为0~10kPa，流量范围为0~50m³/h。（1）计算孔板的直径比β（β=d/D）；（2）若实际差压为6kPa，求此时的流量（流量与差压的平方根成正比）；（3）若被测介质改为密度为800kg/m³的油，差压仍为6kPa，求油的流量（水的密度为1000kg/m³）。3.故障分析（10分）某气动调节阀突然无法动作，现场检查发现：输入信号压力正常（4~20mA）；阀门定位器无输出压力；执行机构膜头无气压。试分析可能的故障原因及排查步骤。参考答案一、单项选择题1.C（最大引用误差=0.032/1.6×100%=2%，但精度等级需取最接近的标准等级，1.5级的最大允许误差为±1.5%×1.6=±0.024MPa，2.0级为±0.032MPa，故正确答案为2.0级？注：此处可能存在计算误差，实际标准精度等级为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等，2%对应2.5级？需修正。正确计算应为：最大引用误差=0.032/1.6×100%=2%，标准精度等级中无2.0级（常见为1.5级最大允许误差1.5%，即0.024MPa；2.5级为2.5%即0.04MPa），因此该仪表实际误差超过1.5级但未达2.5级，可能题目设定为2.0级，故答案为C或D，需根据教材确认。通常教材中精度等级取最接近的上一档，因此正确答案为D.2.0级。）2.A3.A（气开式：信号压力增大，阀开度增大；无信号时阀全关）4.A（伯努利方程：流体流速与差压平方根成正比）5.A（现场控制站是DCS的核心，负责数据采集与控制）6.C（执行器由执行机构、调节机构、阀门定位器组成，控制器属于控制系统）7.B（偏差=设定值实测值=8078=2℃？或定义为实测值设定值？需明确。通常偏差e=设定值r测量值y，故e=8078=2℃，但部分教材定义为yr，需确认。本题可能存在歧义，正确答案应为B.2℃（若e=yr）或A.2℃（若e=ry）。根据多数教材，e=ry，故答案为A.2℃。）8.C（孔板是最常用的标准节流元件）9.B（智能仪表通常输出数字信号或4~20mA+HART，模拟信号输出是传统仪表特点）10.A（表压=绝对压力大气压力）11.B（电桥补偿法是工业中最常用的冷端补偿方法）12.B（积分控制消除静态偏差）13.A（电磁流量计无节流件，适用于脏污介质）14.A（灵敏度=输出变化量/输入变化量）15.B（本质安全型标志为Exia或Exib，ExiaⅡCT6为本质安全型）二、多项选择题1.ABC（涡街流量计测流量，非压力仪表）2.ABD（气动执行器响应速度较慢，电动执行器响应快）3.ABC（钨的电阻温度系数小，不常用作热电阻）4.ABC（PLC是独立系统，非DCS基本组成）5.AB（椭圆齿轮、腰轮为容积式；涡轮为速度式；电磁为电磁感应式）6.ABCD（自动控制系统四环节：对象、测量变送、控制器、执行器）7.ABC（显示仪表非热电偶组成部分）8.ABCD（仪表性能指标包括精度、灵敏度、线性度、滞后等）9.ABCD（四种流量特性均存在）10.ABC（数字式仪表成本较高）三、填空题1.最大引用2.标准；法兰取压（或角接取压）3.薄膜式；活塞式4.接触；温差5.连续性方程与伯努利方程联立；流量系数6.比例控制；积分控制；微分控制7.表压；大气压力（或真空度；大气压力，视压力类型）8.三线制；引线电阻9.微处理器；自诊断；通信功能（或数据存储）10.安全；处于安全状态（如故障关或故障开）四、简答题1.答：气动执行器由执行机构和调节机构（阀门）组成。执行机构将气压信号转换为推杆位移（如薄膜式执行机构通过膜片受压推动推杆）；调节机构通过阀芯位移改变流通面积，调节流量。辅助部件包括阀门定位器（提高精度和响应速度）、手轮机构（手动操作）等。2.答：相同点：均用于温度测量，输出电信号。不同点：①原理：热电阻基于电阻随温度变化（金属或半导体）；热电偶基于塞贝克效应（两种不同导体的热电势）。②材料：热电阻常用铂、铜；热电偶用铂铑铂、镍铬镍硅等。③测量范围：热电阻适用于中低温（200~850℃）；热电偶适用于高温（0~1800℃）。④信号处理：热电阻需恒流源供电，三线制测量；热电偶需冷端补偿。3.答：仪表滞后指输入变化后，输出不能立即跟随的现象。原因：①传递滞后：信号在传输过程中的时间延迟（如气动信号的管道传输）；②容量滞后：仪表内部储能元件（如热容量、惯性质量）导致的响应延迟（如温度计插入介质后需吸热达到平衡）。4.答：DCS特点：分散控制（现场控制站分散）、集中管理（操作站集中监控）、冗余设计（通信、电源冗余）、开放性（支持多种协议）。应用优势：提高系统可靠性（局部故障不影响全局）；便于复杂控制策略实现（如串级、前馈控制）；人机界面友好（实时数据显示、历史趋势记录）；适应大型化工装置的分散式布局。5.答：流量特性选择需考虑工艺对象特性（如非线性程度）、调节阀工作开度（避免长期小开度或大开度）、系统压降比（S值）。常见特性：①直线特性（流量与开度成线性，适用于S≥0.6的场合）；②等百分比（对数）特性（流量变化率恒定，适用于S<0.6或对象非线性强的场合）；③快开特性（小开度时流量变化大，适用于两位式控制）；④抛物线特性（介于直线与等百分比之间，实际应用较少）。五、应用题1.温度控制系统设计（1）选择铠装热电偶（如K型镍铬镍硅）：耐腐蚀（保护套管材质可选不锈钢或陶瓷），适用于高温（200℃在其测量范围内），防爆型（符合ExdⅡBT4等标志）。（2）冷端补偿方案：采用电桥补偿法。在热电偶冷端串联一个补偿电桥（由铜电阻和精密电阻组成），电桥在0℃时平衡（输出0）；当冷端温度变化时，铜电阻随温度变化使电桥输出电压，补偿热电偶因冷端温度变化引起的热电势误差。（3）PID参数作用：P（比例）：减小偏差，比例度δ越小，控制作用越强（易超调）；I（积分）：消除静态偏差，积分时间Ti越小，积分作用越强（易振荡）；D（微分）：抑制动态偏差，微分时间Td越大，超前控制作用越强（改善动态响应）。调整原则：先调P，再调I，最后调D；P参数使系统有适度振荡，I消除静差，D减小超调。2.流量测量计算（1）β=d/D=50/100=0.5。（2）流量公式：q=K√ΔP，量程50m³/h对应ΔP=10kPa，故K=50/√10≈15.81。实际ΔP=6kPa时，q=15.81×√6≈15.81×2.45≈38.7m³/h。（3）流量与密度平方根成反比，油的流量q油=q水×√(ρ水/ρ油)=38.7×√(1000/800)=3