化工仪表及自动化复习题(期中)

化工仪表及自动化复习题（1）

第一章自动控制系统得基本概念

1、基本要求:

⑴掌握自动控制系统得组成,了解各组成部分得作用以及相互影响和联系。

⑵理解自动控制系统中常用得几个术语,掌握方块图得意义及画法。

⑶掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下,过渡过程得几种基本形式及过渡过

程品质指标得含义。2、复习题:

1、何谓化工自动化？

所谓自动化就就是在工艺设备上，配备一些自动化装置,用她们来代替操作人

员得（部分）直接劳动,使生产在不同程度上按照规定得要求自动地进行，也即:用自

动化装置来管理设备（生产过程），使之得正常运行。

2、自动控制系统主要由哪些环节组成?各部分得作用就就是什么？自动控制

系统主要由被控对象、测量元件及变送器、执行器、控制器组成。其作用:测量

元件及变送器用来感受被控变量得变化并将她转换成一种特定信号;控制器将测

量元件及变送器送来得测量信号与给定值相比较得出偏差，根据其大小按某种规

律进行运算后，将运算结果用特定信号发送给执行器;执行器能自动地根据控制器

送来得信号相应地改变流入（或流出）被控对象得物料或能量，克服干扰得影响。

3、简述过渡过程得几种基本形式及过渡过程品质指标得含义

过渡过程得基本形式有:衰减振荡过程、非振荡衰减过程、等幅振荡过程、

发散振荡过程。

最大偏差A:指过渡过程中被控变量偏离给定值得最大数值;衰减比:就就是指

过渡过程曲线上同方向第一个波得峰值与第二个波得峰值之比;余差:过渡过程终

了时,被控变量所达到得新得稳态值与给定值得差值;过渡时间:控制系统受干扰

作用后，被控变量从原稳定状态回复到新得平衡状态所经历得最短时间。

4、什么叫负反馈？

将系统得输入信号直接或经过一些环节后又返回输入端并且使原信号成弱

得作法叫负反馈。

5、如图为一反应器温片飞〕系统示意图，试画出该温■度控制系统得方块图,

并指出该系统中得被控变小

操纵变量、及可能

引起得干扰各也就立

载热体

解:被控变量:釜温;

附图:反应釜温度控制系统

操纵变量:载热体得流量；

可能引起得干扰各就就是加料得流量、温度及载热体得温度等。

方块图为:

干扰

6、某发酵过程工艺规定操作温度为40±2。（2。考虑到发酵效果，控制过程中

温度偏离给定值最大不能超过6℃。现设计一定值控制系统,在阶跃干扰作用下得

过渡过程曲线如下图所示。试确定最大偏差、衰减比、余差及过渡时间,并回答

该系统能否满足工艺要求？

发酵罐及反应曲线示怠图

解:由反应曲线可知;

最大偏差八二45-40=5。（2;

余差C=41-40=1℃;

^1=4:1;

衰减比n=一

B'42-41

过渡时间由题要求，被控变量进入新稳态值得±2%就可认为过渡过程已结

束，那么限制范围应就就是41x2%=±0.82。（2;由图可看出，过渡时间7；=23min。

系得数学表达式，称为对象得数学模型。

2、简述对象特性参数得物理意义及其对控制过程得影响。

放大倍数K:放大倍数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出得变化量与

出入得变化量之比,由亍放大倍数K反映得就就是对象处于稳定状态下得输出和

输入之间得关系,所以放大倍数就就是描述对象静态特性得参数。放大倍数K大,

控制作用强，但K过大会使系统得稳定性下降。

时间常数T:时间常数T就就是指当对象受阶跃输入作用后，被控变量如果保

持初始速度变化，达到新得稳态值所需得时间。时间常数T等于对象得容量系数

与阻力系数得乘积，即：r=CxR。时间常数T就就是反映被控变量变化快慢得参

数，因此她就就是对象得一个重要得动态参数。时间常数T大被控变量得变化比

较缓慢，但过渡时间变长;若时间常数T小则被控变量得变化速度快，不易控制，所

以T应适中考虑。

滞后时间对象得输出落后于输入变化得时间为滞后时间如她就就是纯滞后

时间功与容量滞后时间乙得总和。纯滞后一般由于介质得输送或能量得传递需

一定时间引起;容量滞后则由于介质得输送或能量得传递需克服一定得阻力所

致。滞后时间T得存在，使得控制作用总落后于被控变量得变化，造成被控变量得

最大偏差增大，使控制质量下降。因此应尽量减小滞后时间To

3、为了测定某物料干燥筒得对象特性，在某一瞬间突然将蒸汽量从25m3

/h增加到28m3/h,物料出口温度记录仪得到得响应曲线如图所示。试写出描述

物料干燥筒特性得微分方程（温度变化作为输出变量，加热蒸汽得量作为输入变量;

温度测量仪表得测量范围0〜20CTC;流量测量仪表得测量范围。〜40m3/h）。

黄汽流依/(m'/h)

28-------------------------

叫一一一「「一

r/min

解:由阶跃反应曲线可知:

(150-120)/200

放大倍数长==2

(28-25)/40

时间常数T=4min

滞后时间t=2min

所以,物料干燥筒特性得微分方程为:也上2

+7(，+2)=2。⑺

dt

式中:T一物料干燥筒温度变化量；

0—加热蒸汽流量变化量。

第三章化工变量得测量及仪表

1、基本要求:

⑴熟悉检测仪表得主要性能指标。

⑵初步掌握各种压力检测仪表得基本原理及压力表得选用方法。

⑶了解各种流量计得测量原理，重点掌握差压式流量计及转子流量计。

(4)了解各种液位得测量方法，初步掌握液位测量中零点迁移得意义及计算方

法。

(5)掌握热电偶温度计及热电阻温度计得双温原理,熟悉热电偶温度计中冷端

温度补偿方法。

(6)了解动图式显示仪表得基本结构及原理，掌握平衡式显示仪表得工作原

理，电位差计各电阻得作用。

2、复习题:

1、检测仪表得主要性能指标有哪些？

测量误差(绝对误差、相对误差、允许误差)、精确度、灵敏度、指示变

差等。

2、试述弹簧管压力表得基本工作原理。

弹簧管压力表就就是利用弹簧管在正压或负压得作用丁，自由端产生位移，带

动传动机构指针偏转，从而指示出压力值得。

3、什么就就是节流现象?标准节流装置有哪几种？应用最广泛得就就是哪

种？

流体在有节流装置得管道中流动时，在节流装置前后得管壁处，流体得静压力

产生差异得现象称为节流现象。标准节流装置有三种:标准孔板、标准喷嘴、标

准文丘里管。应用最广泛得就就是标准孔板。

4、什么就就是液位测量时得零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质就就是

什么？

当被测液位为零叱将差压变送器输出零点所对应得输入差压由零迁移到某

一不为零得数值，称为波位测量时得零点迁移。测量始点由零变为某一正值叫正

迁移,若变为某一负值则叫负迁移;可调节仪表上得迁移弹簧,以抵消固定压差得

作用,此为零点迁移方法。零点迁移得实质就就是将测量范围平移,不改变量程得

大小。

5、何谓热电现象？

两种不同材料得金属导线两端互相连接起来,当她们得两端温度不同

时会产生热电势。

6、用热电偶测温机为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿方法有几

种？

采用补偿导线后，把热电偶得冷端从较高和较不稳定得地方，延伸到温度

较低和较稳定得操作室内，但冷端温度还不就就是0℃。而工业上常用得各种热电

偶得温度一热电势关系曲线就就是在冷端温度保持为0℃得情况下得到得，与她

配套使用得仪表也就就是根据这一关系曲线进行刻度得，由于操作室得温度往往

高于0匕,而且就就是不恒定得，这时，热电偶所产生得热电势必然偏小，且测量值也

随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此，在应用

热电偶测温叱又有将冷端温度保持,或者进行一定得修正才能得到准确

得测量结果。这样做，就称为热电偶得冷端温度补偿。

冷端温度补偿得方法有:⑴冷端温度保持为0C得方法;(2)冷端温度修正法;⑶

校正仪表零点法;(4)补偿电桥法;⑸补偿热电偶法，

7、为什么说单杠杆气动压力变送器得量程范围比双杠杆气动压力变送器得

量程范围小？气动压力变送器与电动压力变送器有又何不同？

由单杠杆气动压力变送器得放大倍数K1二斗及双杠杆气动压力变送器得

All

放大倍数K,二笔■可知，单杠杆气动压力变送器只能整射而双杠杆气动压力变

送器可调整乙，故单杠杆气动压力变送器得量程范围比双杠杆气动压力变送器

得量程范围小。

气动压力变送器与电动压力变送器主要区别在于信号转换装置得不同:气动

压力变送器为喷嘴-挡板机构+气动功率放大器,电动压力变送器为位移检测片-平

面检测线图+电子高频振荡放大器。

8、动图仪表得作用原理就就是什么？

动圈仪表测量机构就就就是一个磁电式毫伏计。用张丝把动圈吊置于永久磁

铁得空间磁场中，测量电路所产生得豪伏信号使动图中流过一个相应得电流，载流

先圈将受磁场力得作用而旋转，支承动图得张丝由于扭转而产生一个反力矩。当

两个力矩平衡时,动图就停留在某一位置上。由于动图得位置与输入豪伏信号相

对应,装在动圈上得指针即可在刻度标尺上指出豪伏或温度得数值。

9、电子平衡电桥与电子电位差计测量桥路有什么区别？

⑴所配用得测温元件不同：电子平衡电桥一热电阻，电子电位差计一热

电偶;⑵两者得作用原理不同：电子平衡电桥一平衡电桥(输出=0),电子电位差计

一不平衡电桥(输出关0);(3)测温元件得联结方式不同：电子平衡电桥一三线制接

法，电子也位差计一两线制接法;(4)测量得电量形式不同：电子平衡电桥一电阻，电

子电位差计一热电势;⑸电子电位差计要考虑温度补偿问题,而电子平衡电桥可不

考虑。

10、某气氨贮罐，其正常工作压力范围为本14Mpa,并要求测量误差小于±0、

4MPa,试选择一个合适得就地指示压力表(类型、量程、精度等级等)，并说明理

由。

解:⑴选量程

因被测压力为高压、稳定压力，

故所选压力表得上限值应为：匕隈=:匕”=1'(14+0.4)=24加与，查得丫一

JJ

100型弹簧管压力表得量程0〜25MPa较合适，又由于

£皿二%二丝=0.544>1/3这就就是允许得；

25

⑵选精度

+04

=T^xl00%=±1.6%,精度等级选1、5级可满足要求。

兀25

所以:选择得压力表为Y-10()型弹簧管压力表，量程。〜25MPa,精度1、5级。

11、某T型管路中,两支管分别装有孔板流量计和转子流量计（转子密度为75

00kg/m）当密度为900kg/n?流体以最大流量50L/min从主管中流入时,

测得孔板流量计得流量值为18L/min。问：

（I）此时转子流量计得读数就就是多少？

（2）若改用密度为2625kg/rrP得同尺寸转子则其量程变为多少?

（20℃水得密度为1000kg/m3）

解:⑴已知：

。实=50-18=32L/min=7500kg/府，p『=900kgIm.pw=1OOOZ:^/n?

-4,)0.|(7500-1000)x砺nQ/.

Q-

~\(p,-pf)pw-V(7500-900)X1000-

转子流量计得读数。刻=KQx。实=0.94x32=30L/min

(2)2)=28.2L/nin,p；=2625kg/m3

12625-1000

x30=15L/min其量程变为0〜15L/

V7500-1000o

mino

12、用单法兰电动差压变速送器来测量敞口罐中硫酸得密度，利用已溢液来保

持罐内液位H恒为1m。已知差压变送器得输出信号为0〜10mA,硫酸得最小和

最大密度分别为1、32g/cn?和1、82g/cn?。试问乂1）差压变送器得测量范围;（2）

若要提高仪表得灵敏度，怎么办?（3）如不加迁移装置，可在负压侧加装水恒压器，以

抵消正压室附加压力得影响，请计算水恒压器所需得高度h。

解:当不考虑迁移量时,变送器得测量范围应根据液位得最大变化量来计算，当

。二Qmax时：

△%=H*g=1x1820x9.81=17.85^

如果选择变送器得测量范围为0〜20KPa。则当Q二Qmax时对应得变送器输出

为:

17X5

maxxl0=8.925〃N

20

当Q二。min时:

△%=H*g=1x1320x9.81=12.95Kg

1295

此时变送器得输出为:/*=X10=6.475mA

由以上分析可知，当硫酸密度由最小值变到最大值时,差压变送器得输出由6、

475mA变到8、925mA，仅变化了2、45mA,灵敏度很低。

⑵为了提高仪表得灵敏度,可考虑进行量程压缩，提高测量得起始点。

如果选择变送器得测量范围为10〜20KPa。则当Q=Qmax时对应得变送器输出

为:

=17.85-10xl()=785/^

nux20-10

1295-10

当展Qmm时变送器得输出为：*=；；X10=2.95,3

2U—10A

这时当硫酸密度由最小值变到最大值时,差压变送器得输出由7、85mA变到

2、95mA,变化了4、90mA,灵敏度大大提高。

(3)如不加迁移装置，在负压侧加装水恒压器，而迁移量为上述得量程压缩量,

即lOKPa

根据〃pg=lxl()4pa,可得(水得密度为1oookg/m3):

/?=I；lX.8i=102,72

13、用分度号PtlOO销电阻测温，在计算错用了CulOO得分度表，查得温度

为140℃,问实际温度为多少度?

解:查表得，当温度为14(TC时,CulOO分度表中对应得电阻值为159、96Q,即

销热电阻值为159、96C;查Pt100分度表得,温度为157“C。故实际温度为157℃。

第四章自动控制仪表

1、基本要求:

⑴掌握基本控制规律及其特点。

(2)熟悉比例度、积分时间、微分时间。

⑶了解模拟式控制器得特点和基本组成。

2、复习题

1、试简述控制器在自动控制系统中得作用。

控制器就就是自动控制系统中得核心组成部分。她得作用就就是将被控变量

得测量值于给定值相比较，产生一定得偏差，控制器根据该偏差进行一定得数学运

算，并将运算结果以一定得信号形式送往执行器，以实现对被控变量得自动控制。

2、控制器得控制规律就就是什么？常用控制规律有哪些？

所谓控制器得控制规律就就是指控制器得输出信号p与输入信号e之间得关

系，即:

〃=/(e)=/(x-z);常用得控制规律有位式控制、比例控制、积分控制、微

分控制以及她们得组合控制规律，例PI、PD、PID等。

3、何谓比例度?她得大小对系统过渡过程或控制质量有什么影响？

比例度就就是反映比例控制器得比例控制规律作用强弱得一个参数。在数值

上比例度等与输入偏差变化相对值与相应得输出变化相对值纸币得百分数，用式

子表示为：

/\

6=——-——/——P——xl()()%

IXgx-Xn.nPa-Pn.nJ

比例度也可理解为使控制器得榆出变化满刻度时，相应所需得榆入偏差变化

量占仪表测量范围得百分数。

比例度越大，表示比例控制作用越弱。减小比例度，会使系统得稳定性和动态

性能变差，但可相应地减小余差,使系统得静态准确度提高。

4、什么就就是积分时间?她对系统过渡过程有什么影响?

积分时间T,就就是指在阶跃偏差得作用下,PI控制器得输出达到比例揄出得

两倍时所经历得时间。积分时间越小，表示积分作用控制愈强，积分时间得戒小,

会使系统得稳定性能r降,动态性能变差，但能加快消除余差得速度，提高系统得

静态准确度。

6、什么就就是微分时间?她对系统过渡过程有什么影响？

微分时间就就是指在线性输入作用下，达到同样输出值，理想PD作用比P

作用超前一段时间。微分时间越大，表示微分作用控制愈强,增加微分时间，能克

服对象得滞后，改善系统得控制质量，提高系统得稳定性、。但微分时间不能过大,

否则有可能引起系统得高频振荡。

7、电动调节器DTL—121型由哪几部分组成？各部分得作用如何？

DTL-121调节器由揄入电路、自激调制式直流放大器、隔离电路、PID运

算反馈电路以及手动操作电路等组成。

输入回路得作用就就是将测量信号与给定信号相比较，得出偏差信号,其值由

偏差指示表示。

自激调制式直流放大器就就是将输入电路送来得偏差信号与反馈回路送来

得反馈信号叠加后得综合信号进行放大，最后得到。〜10mA得直流输出信号。

隔离电路得作用就就是通过磁耦合将输出电路得变化耦合到反馈电路得输

入端。

手动操作电路得作用就就是当控制器切换到手动时，给出一个手操电流直接

送往执行器，进行手动操作。

PID运算反馈电珞就就是通过电阻、电容构成得网络将输出电流得变化以

不同方式反馈到放大器得输入端,以实现PID运算。

8、与DDZ-II型仪表相比,DDZ-HI型仪表有何特点？

其主要特点有：

⑴采用国际电工委员会(IEC)推荐得统一标准信号，现场传输信号为乙〜2

OmADC

，控制室联络信号为1~5VDC;

(2)采用线性集成电路,使可靠性提高，维修工作量减少；

(3)由电源箱集中统一供给24VDC电源,并有蓄电池作为备用电源；

(4)结构合理，功能多样；

(5)整套仪表可构成安全火花型防爆系统。

9、一台具有比例积分控制规律得DDZ-II型控制器，其比例度为80%,积分

时间为1分钟。稳态时，输出为6mA。某瞬间，输入偏差突然增加了。、3mA，问其

比例输出为多少?经过3min后，其输出将为多少？

解:由于3=80%，故比例放大倍数=—=1.25o

输入变化了0、3mA,输出在比例作用下将变化()、3mAx1.25=0.375mA,假

定控制器为正作用式得，输出将在6mA得基础上漕加0、375mA，故为6、375

mAo

由于积分时间为1min,故在积分作用下,每经过1min,输出将增加0、375

mAo经过了3min后,在积分作用下，输出将增加得数值为3x0.375=1.125/724所

以，经过3min后，在比例作用与积分作用共同作用得结果，使其输出共增加了0、

375+1、125=1、5mA。由于稳态时为6mA,故经过3min后，输出将变为7、5mA(如

果就就是反作用式控制器，输出将变为4、5mA)。

1()、目前在化工生产过程中得自动控制系统，常用得控制规律有哪些？试加以

比较。

解现列表说明如下।

，入，与■出》»改作用下的响应

控制规律优娥点适用*合

QA的关系式(阶版帽值为

培府面单，价格对象容,大，负荷变化小，

Pfi<r>0)便宜，控制黄♦不控制度曾要求不高，允许等・

位式

尸。一(<<0)»＞被控受■会发»«

«

结构何单，控制对象容量大.负荷变化不

及时，参数整定方大、蝇甯后小.允许有余挖存

ffil控制结果有余在，例如一线塔关it位、

比M

差版位.冷》版位和次要的藕

(P)

人汽压力控制聚统等

△P融清除余姓1根对象懵后较大，负荷变化收

分作用控制罐慢，大,但变化•盘.央求控♦结

会使出统・定性变果无余建.此种猊事广泛应用

比例枳分

.于压力，藻量.瘦位和那笈没

(PJ)jedt)

L有大的时间滞后的具体对象

1嗝应快、偏差小、时工常后大.负荷变化不

能增施系统・定大，检控变量变化不“策，»

性,有超前控制作制^票允许有余差存在

/他・分

用，可