过程控制系统与仪表
第1章思考题与习题
1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？
解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成
1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？
过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？
分类方法说明：
按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：
1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统
（2）随动控制系统
（3）程序控制系统
2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统
（2）前馈控制系统
（3）前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统?
在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？
被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系：
1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？
稳态：
对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。
动态：
从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统
又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。
在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。
1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？
解答：
单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；
过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；
1
100%()
y y σ=
?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；
振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；
峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃，要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。现设计的温度
定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？ 解答：
○
1最大动态偏差A ：C C C A ?=?-?=50900950 ○
2衰减比n ：1:5900
910900950=--=n ○
3振荡周期T ：(min)36945=-=T A<80C ?, 且n>1 (衰减振荡)，所以系统满足工艺要求。
第2章 思考题与习题
2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？
解答： 1）基本误差δ=
100%?
最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010
5
08.5=?-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA
现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：
分析它们的最大误差：
1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%10050
5
.2±=?±
=δ 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050
875
.1±=?±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。
2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？
解答：
10
4202001000T
=--； T=500C ?。
2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？
解答： 1）工作原理：
2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05 ○
1分析选用不同量程的表所需的精度等级： 0～1.6 MPa 量程：%125.3%1006
.105
.0±=?±
=δ，可选2.5级表； 0～2.5 MPa 量程：%2%1005
.205
.0±=?±=δ，可选1.5或2.0级表； 0～4.0 MPa 量程：%2.1%1000
.405
.0±=?±
=δ，可选1.0级表。 ○
2量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限 0～1.6 MPa 量程：
32
436.12.1?= 0～2.5 MPa 量程：3
2
5.22.131?? 0～4.0 MPa 量程：
3
1
3.00.42.1?= 综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5 MPa 量程的表最合适。
2-13 如果某反应器最大压力为1.0MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0～1.6MPa ，精度为1级的压力表来进行测量，问能否符合工艺要求？若采用一台测量范围为0～1.0MPa ，精度为1级的压力表，能符合要求吗？试说明其理由。
工艺要求：最大压力为1.0MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。 分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。
1）精度为1级，量程为0～1.6MPa 的表，其最大绝对误差： ?1.6max ＝1.6×1％＝0.016 MPa ，> 0.01 MPa, 所以不符合要求； 2）精度为1级，量程为0～1.0MPa 的表，其最大绝对误差：
?1.0max ＝1.0×1％＝0.01 MPa ，＝ 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求，但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。 所以，该表也不符合要求。
2-14 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.0～1.6MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%。试选择一块合适的压力表（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。
根据题意知：压力范围1.0～1.6MPa ，
允许最大误差：?max ＝1.6×（＋5％）＝＋0.08 MPa 1）量程确定：
应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6 MPa ×2/3＝2.4 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa 的弹簧压力表。 2）精度等级确定：
求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。
%2.3%1005
.208
.0±=?±
=δ ，允许的精度等级为2.5级。 综上分析，选择量程为0～2.5 MPa ，精度等级为2.5级的弹簧压力表。 该表的最大绝对误差：?max ＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa ，<0.08 MPa 所以满足要求。
2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？
1）标准节流装置：包括节流件和取压装置。
2）原理：基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。
3）影响因素：P47
○1流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关；
○2流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；
○3流量系数的大小与流体流动状态有关。
2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？
1）转子流量计是定压式流量计(P47)
虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。所以是定压式。
2）差压式流量计是变压降式流量计(P45)
是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。所以是变压降式。
2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么？对被测介质有什么要求？
1）特点：流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。
粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。
椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量。
2）对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。
如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。
2-22 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？
1）原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。
2）对被测介质的要求：导电液体，被测液体的电导率应大于水的电导率(Ωμ
100cm)，不能测量油类或气体的流量。
2-24 超声波流量计的特点是什么？
超声波流量计的非接触式测量方式，不会影响被测流体的流动状况，被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害，因此适用范围广阔。
2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么？
测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进入毛细管与变送器，以免堵塞。
可节省隔离罐。
2-27 试述电容式物位计的工作原理。
解答：
利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位，可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。
2-28 超声波液位计适用于什么场合？
适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量。
第3章习题与思考题
3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？
1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。
2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？
1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。
2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。
3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。
3-3 比例控制为什么会产生余差？
产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系：
e K y p =
为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?
=
edt T y 11
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 1）?
=
edt T y 11
积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，
K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。
3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？
由比例积分公式：???
? ??+=?edt T e P y 11
1分析： 依题意：%1001
==
p
K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ，
5min 后：
mA
edt T e P y y )7.05()52.02
1
2.0(151
110±=??±±?+=???
? ??++
=?
3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p
K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，
比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。
2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。
所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？ 1）dt
de T y D
= 2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。
3-9 试写出比例、积分、微分（PID ）三作用控制规律的数学表达式。 解答：
???
?
??++=
?dt de T edt T e P y D 111
3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？
1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。
2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。
3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。
3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？
1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系；
硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。
2）软手动操作：系统投运
硬手动操作：系统故障
3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？
1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。
2）C M、C I。P85中。
3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数
T、微分时间常数D T分别具有什么含义？在调节器动作过程
I
中分别产生什么影响？若将
T取∞、D T取0，分别代表调节器处于什么状态？
I
比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。
积分时间常数
T含义：I T越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T取∞，则积分作用消失。
I
微分时间常数
T含义：D T越大，微分作用越强；D T取0，微分作用消失。
D
3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？
1）正作用：偏差=测量值-给定值；
反作用：偏差=给定值-测量值。
2）运放输入端的切换开关实现的。
3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？
1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。
2）参照P83下的输出电路。
3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？
解答：
1）P91式（3-18）
2）改进的算法：
第4章思考题与习题
4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？
1）执行机构和调节机构。
2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；
调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。
4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？
1）类型：直通单座阀、直通双座阀。
2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；
直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合。
4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？
1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特
性。
工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用，阀门两端的压
差随流量变化而变化，这时的流量特性称为工作流量特性。
2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、
快开特性
4-6 什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？
1）可调范围：反映调节阀可控制的流量范围，用R ＝Q max /Q min 之比表示。R 越大，调节流量的范围越宽,性能指标就越好。
2）由于串联管道阻力的影响。
4-7 什么是串联管道中的阀阻比S ？S 值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？
1）阀阻比：用阀阻比o T p p S /min ?=表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差min T p ?占
总压力p o 的比值。
2）在S ＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S 值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。 4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？
1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。 气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式。 2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的开关状态应能保证
工艺设备和操作人员的安全。
4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。
气开式调节阀。
4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。
1）用途：为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。
2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙。
喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号。经过气动功率放大器的放大后，输出20～l00kPa的气压信号p去推动阀门。
4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程。
在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。
4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所？安全火花是什么意思？
1）必须是采取安全防爆措施的仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量。使其不会给现场带来危险。
2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下
4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么？它是怎样限压、限流的？
解答：
1）结构：图4-19所示。
2）利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压，用电阻进行限流。
第5章思考题与习题
5-1 什么是被控过程的数学模型？
被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。
5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？
1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数；
○2指导生产工艺及其设备的设计与操作；
○3对被控过程进行仿真研究；
○4培训运行操作人员；
○5工业过程的故障检测与诊断。
2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。
5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？
1）方法：机理法和测试法。
2）机理法：
测试法：
5-4 什么是流入量？什么是流出量？它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系？
1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。
流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。
2）区别与联系：
控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。
控制系统的输出变量：系统的被控参数。
5-5 机理法建模一般适用于什么场合？
对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。
5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？
1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。
2）被控过程输出对扰动存在负反馈。
5-7 什么是单容过程和多容过程？
1）单容：只有一个储蓄容量。
2）多容：有一个以上储蓄容量。
5-8 什么是过程的滞后特性？滞后又哪几种？产生的原因是什么？
1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。
2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后。
纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引起的纯滞后。
5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为
1
Q，流出量为2Q、3Q，液位h为被控参数，水箱截面为A，并设2R、3
R为线性液阻。
（1）列写液位过程的微分方程组；
（2）画出液位过程的框图；
（3）求出传递函数)(
)(
1s
s
H，并写出放大倍数K和时间常数T的表达式。解答：
（1）
3
322321R h Q R h
Q dt h d A
Q Q Q ?=
??=??=?-?-? （2）框图如图： （3） 3
2323
21)()(R R s R AR R R s Q s H ++=
5-10 以1Q 为输入、2h 为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组，并求出传递函数)()(12s Q s H 。 解答：
1）方程组：
3
2
32
322
2
21211
21R h Q dt h d A
Q Q R h R h Q dt h d A Q Q ?=??=?-??-?=??=?-?
2）传递函数：
3
12212213
1121)()()(++++=s T T T s T T R s Q s H 式中：3112322211,,R A T R A T R A T ===
5-12 何为测试法建模？它有什么特点？ 解答：
1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。
5-13 应用直接法测定阶跃响应曲线时应注意那些问题？
（1）合理地选择阶跃输入信号的幅度
（2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况
（3）要仔细记录阶跃曲线的起始部分
（4）多次测试，消除非线性
第6章思考题与习题
6-1 简单控制系统由几个环节组成？
测量变送器、调节器、调节阀、被控过程四个环节组成。
6-2 简述控制方案设计的基本要求。
安全性、稳定性、经济性。
6-3 简单归纳控制系统设计的主要内容。
解答：
1）控制系统方案设计；
2）工程设计；
3）工程安装和仪表调校；
4）调节器参数整定。
6-4 过程控制系统设计包括哪些步骤？
（1）熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标
（2）建立被控过程的数学模型
（3）控制方案的确定
（4）控制设备选型
（5）实验（或仿真）验证
6-5 选择被控参数应遵循哪些基本原则？什么是直接参数？什么是间接参数？两者有何关系？
1）原则：必须根据工艺要求，深入分析、生产过程，找出对产品的产量和质量、生产安全、经济运行、环境保护、节能降耗等具有决定性作用，能较好反映生产工艺状态及变化的参数作为被控参数。
2）直接参数：能直接反映生产过程中产品产量和质量，又易于测量的参数
3）间接参数：与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量，间接反映产品质量、生产过程的实际情况。
4）两者关系：间接参数是直接参数的单值函数。
6-6 选择控制变量时，为什么要分析被控过程的特性？为什么希望控制通道放大系数
K要大、时间常数o T
o
小、纯滞后时间
τ越小越好？而干扰通道的放大系数f K尽可能小、时间常数f T尽可能大？
o
解答：1）控制变量和干扰变量对被控参数的影响都于过程的特性密切相关。
2）控制通道的静态放大系数K0越大，系统的静态偏差越小，表明控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越好。
时间常数T0小，被控参数对控制变量的反应灵敏、控制及时，从而获得良好的控制品质。
纯滞后τ0的存在会使系统的稳定性降低。τ0值越大，对系统的影响越大。
3）扰动通道的静态放大系数Kf越小，表明外部扰动对被控参数的影响越小。时间常数Tf越大，外部干扰f（t）对被控参数y（t）的影响越小，系统的控制品质越好。
6-7 当被控过程存在多个时间常数时，为什么应尽量使时间常数错开？
解答：由自控理论知识可知，开环传递函数中几个时间常数值错开，可提高系统的工作频率，减小过渡过程时间和最大偏差等，改善控制质量。
6-8 选择检测变送装置时要注意哪些问题？怎样克服或减小纯滞后？
解答：1）P184-1、2、3、4
2）合理选择检测点。
6-9 调节阀口径选择不当，过大或过小会带来什么问题？正常工况下，调节阀的开度在什么范围比较合适？
解答：1）调节阀口径选得过大，阀门调节灵敏度低，工作特性差，甚至会产生振荡或调节失灵的情况。
调节阀口径选得过小，当系统受到较大的扰动时，调节阀工作在全开或全关的饱和状态，使系统暂时处于失控工况，这对扰动偏差的消除不利。
2）正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间。
6-10 选择调节阀气开、气关方式的首要原则是什么？
解答：保证人身安全、系统与设备安全是调节阀开、关作用方式选择的首要原则。
6-11 调节器正、反作用方式的选择依据是什么？
解答：确定原则是整个单回路构成负反馈系统。
6-12 在蒸气锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分主要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸，为此设计如图6-28所示的液位控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀LC正、反作用；画出该控制系统的框图。
解答：1）调节阀：气关方式。
2）调节器：正作用。
3）框图：
仪表工题库（初级题） 一、填空题 1. 法定计量单位就是由国家以形式规定使用或允许使用的计量单位。 答：法令；强制 2. 压力的SI单位名称是、单位符号。 答：帕斯卡；Pa 3．为了保证压力表的连接处严密不漏，安装时，应根据被测压力的特点和介质性质加装适当的密封垫片。测氧气压力时，不得使用浸（）的垫片、（）化合物垫片；测乙炔压力时，不得使用（）垫片。 答：油有机铜 4．压力开关是一种简单的（）。当被测压力达到额定值时，压力开关发出（）信号。 答：压力控制装置警报或控制 5．转子流量计是属于（）降流量计。 答：恒压 6．热电偶产生热电势的条件是（）；（）。 答：两热电极材料相异两接点温度相异 7．热电偶的热电特性由（）所决定。热电势的大小与（）及（）有关，与热偶丝的（）和（）无关。 答：电极材料的化学成分和物理性能组成热电偶的材料两端温度粗细长短 8．温度是衡量（）的一个物理量。温度不能直接测量，只能通过其他物体（）的物理量间接地进行测量。例如水银的体积（），故可用水银的（）来衡量温度。 答：物体冷热程度随温度变化而变化随温度变化而变化体积变化量 9．放射性的一个主要参量是（），它是（）所经历的时间。 答：半衰期放射性强度衰减一半 10．在热电偶测温回路中，只要显示仪表和连接导线两端温度相同，热电偶总电势值不会因为它们的接入而改变。这是根据（）定律而得出的结论。 答：中间导体 11．噪音较大时可选用（）阀。 答：套筒 12．对于气动执行机构的选择，调节阀口径大或压差高时可选用（）执行机构。 答：活塞式 13．压缩机出口压力调节系统，其调节阀装于放空管线时，应选（）式调节阀。 答：气关式 14．为分辨S型热电偶的正负极，可根据偶丝的软硬程度来判断，较硬者是（）丝，为（）极。 答：铂铑正 15.欲分辨K型热电偶的正负极，可由偶丝是否能明显被磁化来判断，能明显被磁化者是（）丝，为（）极。 答：镍铝或镍硅负 16.热电偶的品种，标准化的有（）7种，它们有标准的（）表。 答：K、R、E、J、T、S、B 热电偶分度
《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
仪表专业复习考试题（一） 一、填空题 1、按误差数值表示的方法,误差可分为(绝对误差)、（相对误差）、（引用误差）。 2、按误差出现的规律，误差可分为（系统误差）、（随机误差）、（疏忽误差）。 3、按仪表使用条件来分，误差可分为（基本误差）、（附加误差）。 4、测量范围0--100℃的下限值（0℃），上限值（100℃），量度程（100℃）。 5、测量范围20--100℃的下限值（20℃），上限值（100℃），量程（80℃）。 6、测量范围－20--100℃的下限值（－20℃），上限值（100℃），量程（120℃）。 7、仪表的零点准确但终点不准确的误差称（量程误差）。 8、当用仪表对被测参数进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来，这段时间称为仪表的（反应时间）。如果仪表不能及时反映被测参数，便要造成误差，这种误差称为（动态误差）。 9.模拟通信传送的是（模拟）信号，现场总线通信传送的是（数字）信号。 10、膜盒式压力表的弹性元件是（波纹膜盒），因而测量的压力（很低）。一般用于测量（气体）介质，其外形多做成（矩形）。
11、管道内的流体速度，一般情况下，在（管道中心线）处的流速最大，在（管壁）处流速等于零。 12、若（雷诺数）相同，流体的运动就是相似的。 13、流体的密度与（温度）和（压力）有关，其中气体的密度随（温度）的升高而减小，随（压力）的增大而增大；液体的密度则主要随（温度）升高而减小，而与（压力）的关系不大。 14、节流孔板前的直管段一般要求（10）D，孔板后的直管段一般要求（5）D，为了正确测量，孔板前的直管段最好为（30～50）D，特别是孔板前有泵或调节阀时，更应如此。 15、在测量流量的导压管线、阀门组回路中，当正压侧阀门或导压管泄漏时，仪表指示（偏低）；当负压侧阀门或导压管泄漏时，仪表指示（偏高）；平衡阀泄漏时，仪表指示（偏低）；正压侧导压管全部堵死，负压侧畅通时，仪表指示（跑零下）。 16、静压式液位计是根据流体（静压）平衡原理工作的，它可以分为（压力式）和（差压式）两大类。 17、用压力表测量液位时，仪表安装高度应与液位零位的高度（相同），否则，应对（高度 差）进行修正。 18、用浮筒式液位计测量液位时的最大测量范围就是（浮筒）长度。 19、液位处于最高时，浮筒液位计的浮筒（全部）被液体侵没，浮筒所受的浮力（最大），扭力管所产生的扭力矩（最小），输出信
山东核电有限公司 2013年度调试授权培训(总第三期)试题(A卷) 考试用时：本次考试时间为120分钟。 一、填空题(请将答案写在横线上，每空1分，共25分。) 1.AP1000仪控系统的非安全级系统采用Ovation平台，执行正常运行仪控功能，并覆盖了核电 厂绝大多数的控制功能。 2.堆内仪表探测器的热电偶信号送38个给PMS,送4个信号给DAS。 3.CRDM电磁线圈分为保持线圈，提升线圈，移动线圈。 4.PLC常用的编程语言有梯形图，语句表(STL) ，功能图(FBD)，高级语言。 5.当热电偶的两个接点温度不同时，回路中将产生电流，称为热电流；产生热电流的电动势称 为热电势Es，这种现象叫做热电效应。 6.热电阻安装前应进行检定，有合格证书。 7.Pt100热电阻，仪表显示0℃，现场信号为 100 Ω，Cu50热电阻，现场信号为50Ω，仪表 显示 0 ℃。 8.PMS由四个冗余的通道组成，分别为A、B、C、D。所有的通道以及和非安全系统之间都存在 物理、功能、电气上的隔离。 9.堆内仪表系统具有42根IITA堆内仪表组件，每个堆内仪表组件包含7个自给能探测器，1 个热电偶探测器。 10.压力变送器检定点应包括上、下限值(或其附近10%输人量程以内)在内不少于 5 个点。 11.中子注量率测量响应时间快，测量精度也比较高，所以在反应堆启动和安全保护监测中，通 过监测中子注量率来监测反应堆功率的大小及变化率。 二、单选题(请将答案填写在括号内，每题2分，共40分。) 1.国际单位制中长度的基本单位是( B )。 (A)尺；(B)米；(C)英尺；(D)公里。2.辐射监测系统可分成哪四种类型的仪表：( C ) A. β、γ、快中子、脉冲； B. 气体、水、废物、燃料； C. 工艺、流出物、气载、区域； D. 气载、区域、工艺、计数 3.主泵轴振动传感器是( C ) A、压电式加速度计； B、RTD探针； C、接近式探针； D、闪烁体探针； 4.地震监测系统包含( B )个三轴向加速度传感器。 A、3； B、4； C、5； D、6 5.表征仪表的主要质量指标之一是( D )。 (A)绝对误差；(B)相对误差；(C)引用误差； (D)基本误差。 6.两个10Ω的电阻并联后再与一个10Ω的电阻串联，其等效电阻为( C )Ω。 (A)5； (B)10； (C)15； (D)20。 7.功率控制(Power Control)系统通过调节(A)组位置来控制反应堆冷却剂平均温度。因为一回 路冷却剂流量在稳态运行时恒定，控制了冷却剂平均温度就可以控制反应堆功率。 A、M棒组 B、AO棒组 C、SD棒组 8.分散控制系统是以( B )为核心。 (A)数据通信系统；(B)微处理器；(C)控制处理单元；(D)以上都不是。 9.在“或门”电路中，当三个输入端中的其中一端为高电平时，其输出端为( B )。 A 、低电平 B、高电平 C、不确定 10.计量标准器具的准确度等级( B )计量基准。 (A)高于；(B)低于；(C)等于；(D)不定。 11.热电阻常采用三线制测量，此种接线方式的优点是( A )。 A.消除导线电阻变化引起的误差 B.消除测量线路中寄生电势引起的误差 C.消除二次仪表的误差 12.计算机能直接执行的程序是( C )。 (A)源程序；(B)汇编语言程序；(C)机器语言程序；(D)BASIC语言程序。 13.差压式流量计中节流装置输出差压与被测流量的关系为( D )。 (A)差压与流量成正比； (B)差压与流量成反比； (C)差压与流量成线性关系；(D)差压与流量的平方成正比。 14.数字0.0520中的有效数字有( C )位。
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间 变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。 热电偶冷端温度补偿电路起什么作用？ 热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0度为依据，否则会产生误差。 5、电容式差压传感器和应变式压力传感器原理 当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。 电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，再将电容量转换成标准电流输出。 应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。R=ρL/S，当应变片产生纵向拉伸变形时，L变大、S变小，其阻值增加；当应变片产生纵向压缩变形时，S 变大、L变小，其阻值
（）1、压力计及温度传感器的安装均可选在管道拐弯处。 （）2、精确度高的仪表灵敏度一定高。 （）3、采用镍铬-镍硅热电偶测量温度，将仪表的机械零点调整至25℃，但实际上室温（冷端温度为10℃），这时仪表指示值偏高。 （）4、当仪表空气中断时，气开调节阀的开度为全开。 （）5、要就地测量一往复泵出口的压力，其平均工作压力为5Mpa，则可选用量程为0~10Mpa 的压力表。 （）6、用压力法测量一开口容器的液位，其液位的高低取决于取压点位置、介质密度和容器横截面。 （）7、在自动控制规律的调整中的比例度越大，控制作用越强，余差越大。 （）8、热电阻断路时，温度计输出显示温度值为量程的上限值。 （）9、在流量测量中，一般来说标准喷嘴造成的压力损失小于标准孔板造成的压力损失。（）10、在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，但降低了系统的稳定性。（）11、压力传感器计的安装可选在管道拐弯处。 （）12、当气源突然消失时，气关阀的开度为全关。 （）13、用差压流量计测量流量，流量与测量得的差压成正比。 （）14、在自动控制规律的调整中比例度越小，控制作用越强，余差越大。 （）15、灵敏度高的仪表精确度一定高。 （）16、一般来说直能单座阀比直能双座阀泄漏量要少。 （）17、补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用，热电偶与补偿导线连接片温度不受限制。（）18、在控制系统中引入微分作用的优点是能够消除余差，同时提高了系统的稳定性。（）19、涡轮流量计其入口直管段的长度一般取管道内径的10倍以上。 （）20、热电阻温度变送器输入桥路的主要作用为冷端温度补偿。 二填空题 1、Ⅲ型控制器接收变送器送过来来的标准测量信号 mA或 VDC。 2、由导压管接至差压计（或变送器）前，必须安装切断阀和平衡阀，构成三阀组。在启用差压计时，应先开使、导通，再开 最后再关闭。 3、一般来说自控系统在干扰作用下，它的过渡过程有、、、，以最稳定，一般可以通过调整参数来实现。
题库 一、填空题： 1、温度是表征物体及系统-------------- 的物理量。 2、热电偶的测量原理是基于热电偶的热电效应，热电效应包括温差电势和 两部分。 3、热电偶的分度表是在参比温度为-------- 的条件下得到的。 4、补偿导线通常在----------- 范围内其热电特性与热电偶本身几乎完全一样。 5、热电阻是基于金属导体的----------- 随温度的变化而变化的特性来进行温度 测量的。 6、热电阻温度系数愈大，其--------------- 变化也愈灵敏。 7、动圈式指示仪表是由测量线路和------------- 两部分组成。 8、动圈式仪表是一种-------- 显示仪表。 9、铂热电阻的测温范围一般为----------------------- 。 10、数字显示仪表的分辨率是指数字仪表----------------- 改变一个字时的输入 量值。 11、常用测压方法有三种，即---------------- 、弹性变形法和电测压方法。 12、一般在被测压力较稳定的情况下，正常操作压力值应该为量值的 13、节流式流量计的测量原理是利用流体流经节流装置时所产生的------------- 实 现流量测量的。 14、节流装置属于 ----------------- 、变压差的一种测量方法。 15、转子流量计属于恒压差，------------------- 的一种测量方法。
16、涡街流量计是根据 ------------- 的原理而进行测量的一种流量仪表。 17、对象特性是指对象在输入作用下，其输出变量-------------------- 的特性。 18、比例调节器的3越小,表明比例作用------------ 。 19、积分调节器的积分时间Ti 越小，表明积分作用------------ 。 20、微分调节器的微分时间Td越小,表明微分作用 ------------- 。 21、比例调节系统的余差是由比例调节的--------- 本身的特性决定的。 22、微分输出只与偏差的----------- 有关，与偏差是否存在无关。 23、零点迁移就是改变量程的上、下限，相当于量程范围的平移，而不改变 -------- 的大小。 24、使用电磁流量计测量流量时，介质必须是可以导电的电介质，电导率应 25、测量元件在管道、设备上安装时，固定方式有法兰固定和------------ 固定方 式。 26、表压是以------------ 为基准的压力， 27、弹性式压力计是指根据弹性元件的---------- 和所受压力成比例的原理工作 的。 28、为保证测量精度，孔板前的直管道要求----------- ，孔板后直管道为》5D。 29、描述对象特性的参数分别为--------------- 时间常数T和滞后时间T。 30、在自动控制系统中，由于种种干扰作用，使被控变量偏离了设定值，即产生 31 、 集散控制系统接地的目的一是--- ----- 、二是为了-------- 。 32、DCS空制系统是______ 的简称。 33、DCS空制系统基本是由___, _________ 以及 _______________ ___组成
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
过程控制系统复习题 一.选择题（每题2分，共10题，共20分） 1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：( C ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 4. 过渡过程品质指标中，余差表示( )。 A.新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差 C.调节参数与被调参数之差 D.超调量与给定值之差 5.PID调节器变为纯比例作用，则( )。 A. 积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置0、微分时间置∞ C. 积分时间置∞，微分时间置0 D. 积分时间置0，微分时间置0 6.( )在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快地达到最大。 A. 快开流量特性 B. 线性流量特性 C. 抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性 7.闭环控制系统是根据( )信号进行控制的。 A.被控量 B.偏差 C.扰动 D.给定值 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差 9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 A.阶跃响应曲线法 B.频率特性法 C.比例积分法D．最小二乘法 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性B．等百分比特性C．线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体，可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀D．隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号，把( )控制在所要求的围，从而达到生产过程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A．调节阀B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，( )是一种稳定控制系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 A. 先主环，后副环 B.先副环后主环 C.只整定副环 D.没有先后顺序 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定
仪表题库汇编 一．填空题 O=（）Pa 001. 1mmH 2 9.8Pa 002. 2英寸=（）mm 50.8mm 003. 测量范围0-100oC的下限值为（），上限值为（），量程为（） 0oC 100oC 100oC 004．DDZ-Ⅲ调节器的输入信号一般为（），输出信号为（）。 1-5VDC 4-20mADC 005．调节器的三个整定参数分别为（）、（）、（）。 P I D 006．我厂常用热电阻有（）电阻、（）电阻。 铜铂 007．调节阀由（）和（）两部分组成。 执行机构阀体部件 008．同一条管线上同时有一压力一次点和温度一次点，压力一次点在温度一次点的（） 上游 009.热电偶的安装地点应远离磁场，且冷端温度不大于（）oC 100oC 010.压力取压部件的安装应选在介质（）稳定的地方。 流速 011.安装标准节流装置时，节流件前端面应与管道轴线垂直，不垂直度不超过（）。 1o 012.如果孔板流向装反，则入口处的阻力（），因而流量系数增大，仪表指示度变小。 减小 013.测量液位用的差压计，其差压量程由介质密度决定，与封液密度（）关。 无 014.用万用表测量一个电路的电流，电流表必须和这个电路（）。 串联 015.一般油品脏污介质，常用（）*3的中低压无缝钢管。 Φ18 016．螺纹接头的密封常采用（）带。 聚四氟乙烯生料 017. 供气管路在接仪表前，应安装（） 过滤器减压阀
018.变压器绕线圈数与电压成（）。 正比 019.用万用表在线测量（）时，应并接在负载两端测量。 电压 020.电Ⅲ型仪表信号传输时，一般采取电流（）mADC信号。 4～20 021.电动仪表信号近距离传输时，一般采取（）VDC信号。 1-5VDC 022.在闭环控制系统中，按其设定值的情况的不同，可分为（）控制系统、（）控制系统和（）控制系统三种类型。 定值随动程序 023.铂热电阻是利用铂丝的（）随（）的变化而变化的原理设计和制作的。 电阻温度 024.一台FCX变送器，选用量程为-50～100Kpa，当正、负压室通大气时，仪表指示为（）%. 33 025.自动调节系统是由（）、（）、（）、（）四个主要环节组成。 调节阀调节器被调对象测量变送 026.摄氏100oC，相当于华氏（）oF。 212 027.100oC时，分度号K的热电势为（）mv. 4.095 028.热电偶产生热电势的条件是：（）， （）。 两热电极材料相异两接点温度相异 029.在继电器线圈通电后，其常开接点处于（）状态，其常闭接点处于（）状态。 闭合断开 030.DDZ-Ⅲ型差压变送器中位移检测放大器的振荡条件是（）条件和（）条件。 相位振幅 031.喷嘴挡板机构的作用是把微小的（）转换成相应的（）信号。 位移压力 032.执行器按其能源形式分为（）、（）、（）三大类。 气动电动液动 033.调节阀前后压差较小，要求泄漏量小，一般可选（）阀。 单座 中间接线盒内 034.管道连接的方法很多，仪表安装常用的有（）三种。 螺纹连接法兰连接焊接连接 035.钢管的焊接一般采用电焊和气焊，当管壁厚小于4mm时应采用（）。
第 2 章思考题与习题 2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃0 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0 级精度？ 2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0 级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差= ?100% 最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：=5.08 - 5 ?100% = 0.8% 10 0.8％<1％，所以符合1.0 级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0 级，0～250mA 2）2.5 级，0～75mA 现要测量 50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；= ± 2.5 ?100% = ±5% 50 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；= ± 1.875 ?100% = ±3.75% 50 选择 2.5 级，0～75mA 的表。 2-11 某 DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为 200～1000℃，输出为 4～20mA 。当变送器输出电流为 10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 1000 - 200 = 20 - 4 T ； T=500 ?C 。 10 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为 1.2 ±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有 1.0、1.5、 2.0、2.5 和 4.0 五个等级， 可选用的量程规格有 0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和 0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录 E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1） 工作原理： 2） 根据题意：压力范围为 1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
一．基础填空题 1、初级基础填空题（YCJTIA001-026） 001.调节阀由（）和（）两部分组成。 执行机构阀体部件 002．同一条管线上同时有一压力一次点和温度一次点，压力一次点在温度一次点的（）上游 003.热电偶的安装地点应远离磁场，且冷端温度不大于（）oC 100oC 004.压力取压部件的安装应选在介质（）稳定的地方。 流速 005.安装标准节流装置时，节流件前端面应与管道轴线垂直，不垂直度不超过（）。 1o 006.如果孔板流向装反，则入口处的阻力（），因而流量系数增大，仪表指示度变小。 减小 007.测量液位用的差压计，其差压量程由介质密度决定，与封液密度（）关。 无 008.用万用表测量一个电路的电流，电流表必须和这个电路（）。 串联 009.一般油品脏污介质，常用（）*3的中低压无缝钢管。
Φ18 010．螺纹接头的密封常采用（）带。 聚四氟乙烯生料 011. 供气管路在接仪表前，应安装（） 过滤器减压阀 012.变压器绕线圈数与电压成（）。 正比 2．中级基础填空题（YZJTIA001-025） 001.自动调节系统是由（）、（）、（）、（）四个主要环节组成。 调节阀调节器被调对象测量变送 003.100oC时，分度号K的热电势为（）mv. 4.095 004.热电偶产生热电势的条件是：（），（）。 两热电极材料相异两接点温度相异 005.在继电器线圈通电后，其常开接点处于（）状态，其常闭接点处于（）状态。 闭合断开 006.DDZ-Ⅲ型差压变送器中位移检测放大器的振荡条件是（）条件和（）条件。 相位振幅
007.喷嘴挡板机构的作用是把微小的（）转换成相应的（）信号。 位移压力 008.执行器按其能源形式分为（）、（）、（）三大类。 气动电动液动 009.调节阀前后压差较小，要求泄漏量小，一般可选（）阀。 单座 010.电缆、电线和补偿导线等在铺设前，应用500VMΩ表测定（）及芯线对绝缘外皮间的绝缘电阻。 芯线之间 011.用锡焊丝连接导线时，应根据焊接对象正确选择电烙铁的类型和功率，最好用 （）作焊剂。 松香或松香的酒精溶液 012. 铺设电线、电缆时，导线连接接头必须在保护管的（）并且导线不承受机械拉力。 中间接线盒内 013.管道连接的方法很多，仪表安装常用的有（）三种。 螺纹连接法兰连接焊接连接 014.钢管的焊接一般采用电焊和气焊，当管壁厚小于4mm时应采用（）。 气焊
仪表技术人员考试试题 一、填空题 专业基础知识 1、转子流量计必须由垂直安装。 2、测量液体压力时，取压点设在管道的下半部，在导压管的最高点应装设集气器，测量气体压力时，取压点设在管道的上半部，在导压管的最低点应装设气液分离器。 3、仪表调校的主要内容调零点、调量程、调线性。 4、当温度取源部件与工艺管道呈倾斜安装时，取源部件应逆着介质流向插入。 5、仪表引压管路的强度和严密性需要试验，当用液体试压时一般应为设计压力的1.25倍，当用气体试压时一般应为设计压力的1.15倍。 6、测温元件一般应插入管道越过管道中心5～10mm 7、节流孔板前的直管段一般要求10D，节流孔板后直管段一般要求 5D。 8、伴热蒸汽压一般不超过 0.5 MPa 。 9、玻璃液位计是根据连通器原理工作的，翻板式液位计是利用浮子磁性把液位的高低传递给翻板而工作的。 10、仪表电缆保护管敷设应从电缆槽盒的侧面进入，不应从底部或上部进入。 11、仪表电缆保护管敷设连接形式采用螺纹连接，不得采用套管连接。 12、仪表电缆保护管敷设螺纹加工应光滑、完整、无蚀，在螺纹上应以电力复合脂或导电性防锈脂，不得在螺纹上缠麻或缠绝缘胶带及涂其它油漆，螺纹有效啮合扣数不应小于 5 扣。 14、在热电偶温度计中，R100表示为1000℃时的电阻值。 15、可燃气体检测仪和有毒气体检测仪的安装位置应根据所检测气体的密度
17、翻板式液位计是利用浮子磁性?把液位的高低传递给翻板而工作的。 18、现场总线通讯传送的是数字信号，模拟通信传送的是4～20mA模拟信号。 19、1千克力=9.8牛顿，1MPa=106Pa。 20、测量范围20～100℃的下限值为+20℃，上限值为+100℃，量程为80℃。 21、按误差数值表示的方法，误差可分为绝对误差、相对误差、引用误差。 22、双金属温度计是利用固体受热膨胀的性质而制成的测温仪表，其精度等级为1～2.5级。 23、仪表校准和试验用的标准仪器仪表其基本误差的绝对值不宜超过被校准仪表基本误差绝对值的 1/3 。 24、调校压力表用的标准表，其绝对误差应小于被校表绝对误差的1/3?。 25、有一精度等级为0.5的测温仪表，测量范围为200～600℃，该仪表的允许基本误差为±2℃。 26、若仪表的精度为1级，即允许误差为±1%。 27、校验一块精度为1.5级，量程为6.0MPa的工业压力表，选用的标准压力表的精度0.25 级、量程为10MPa。 28、校验仪表时，主要用仪表精度和变差指标来判断仪表是否合格。 29、用万用表测量一个电路的电流，电流表必须和这个电路串联起来。 30、电接点压力表在压力低于下限或压力高于上限时均可发出报警信号。 31、铂热电阻是利用铂丝的电阻随温度的变化而变化的原理设计制作的。 32、用热电偶测量温度时，其连接导线应该使用补偿导线。 33、在自控系统中，仪表位号首位为F代表流量、D代表密度。 34、差压式流量计包括节流装置、导压管、变送器三部分。 35、调节阀由执行机构和阀体部件两部分组成。 36、同一条管线上同时有一次压力一次点和温度一次点，压力一次点在温度一次点的上游侧。
1仪表与控制系统1.1仪表和控制(三厢车车型) 1.气囊一驾驶员侧(如装备) 2.气囊一前排乘客(如装备) 3.汽车音响(如装备) 4.中央出风口 5.两侧出风口 6.组合仪表 7.空调系统控制面板 8.危险警告灯开关 9.手套箱 10.储币盒 11.发动机舱盖释放装置 12.雨伞烘干槽 13.显示屏(如装备) 14.点烟器 15.烟灰盒 16.加速踏板 17.制动器踏板 18.离合器踏板(手动变速箱)
1.2组合仪表 组合仪表 1．转速表 2．车速表 3．温度表 4．燃油表 5．转向信号指示灯 6．ABS(防抱死制动系统)警告灯 7．保持模式指示灯(如装备) 8．开门警告灯 9．前排乘客安全带提示灯 10．充电系统警告灯 11．制动系统警告灯 12．里程表 13．档位指示灯(如装备) 14．里程表模式选择键 15．低燃油量警告灯 16．故障指示灯 17机油压力警告灯 18．气囊警告灯 19．前雾灯指示灯 20．远光灯指示灯 21．后雾灯指示灯 22．行李厢盖警告灯 23．驾驶员安全带提示灯
车速表 车速表以公里／每小时(km／h)显示汽车速度 里程表／计程表 里程表以公里显示您车行驶的里程数。通过模式选择键，可从里程表先后切换到两个互相独立的计程表，测量自从您上一次重新设定这个功能后，您车已行驶的距离。 要将任意一个计程表重新设定为零，按下并按住模式选择键，直到重新设定。按模式选择键，切换计程表A、计程表B和里程表。
转速表 转速表显示的是发动机每分钟的转数(rpm)。为使燃油发挥最高效率，驾驶汽车时要将发动机转速保持在每分钟2，000至3，000转。 切记不可使发动机转速过高，致使转速表指针指在红色区域。 小心 发动机转速过高可能损坏发动机。不要让发动机的转速过高，致使其指针指在红色区域。 这样可能会导致昂贵的维修费用。 1.5燃油表 燃油表
检测与自动化仪表试题答案 第一章 绪论 1．典型检测仪表控制系统：——通常泛指石油、化工、热工行业生产过程的工业四大参数：温度、压力、流量、物位的控制系统（TC 、PC 、FC 、LC ）。 2．无特殊条件要求，常规工业检测仪表控制系统的结构图基本相同，而与具体选用的仪表无关！ 3．常规工业检测仪表控制系统的基本构成包括被控对象、检测敏感元件-变送器、显示仪表、调节器、给定器和执行器等。 4．误差公理：“一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有的科学实验过程中”；采用何种仪表测得的值都有误差 5．绝对误差=示值-“真值”；绝对误差必须有±号、数值、单位（量纲）！ 6．实际相对误差：%100(%)0??= A A γ；标称相对误差：%100(%)?? =x x γ。 7．引用误差又称作满度相对误差：%100(%)?? = FS FS S γ；最大引用误差——最大满度相对误差：%100| |(%)max max ??±= FS FS S γ 8．仪表的精度（等级）一般以a 表示，是最大引用误差去掉±号和（%）号后的数字，而且必须取相应的标准系列值；校验仪表时取偏大值，选择仪表时取偏小值；不同仪表的精度等级的系列标准值是不同的！ 9．已知控制流程图
绘制控制系统结构图 10．典型检测仪表控制系统结构图如下，简单说明各个环节的名称和功能。 被控对象： 检测单元——“一次仪表”： 变送单元：非电量→电量；电量→“统一信号”
显示、记录单元——“二次仪表” 调节、控制单元——“三次仪表” 执行单元 ★安全栅 ※ 11．用测量范围为-50～15OkPa 的压力传感器测量 14OkPa 压力时 , 传感器测得值为142kPa, 求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解： %1%100501502%100%40851%1001422%100%42861%100140 2%10021401420+=?--+=??==?+=??=+=?+=??=+=-=?） （引用误差：。标称相对误差：。实际相对误差：绝对误差：FS m x A S x A kPa γγγ 12．某测温仪表的测量范围为-100～70O ℃，校验该仪表时测得全量程内最大绝对误差为+5℃，试确定该仪表的等级精度。 解： 级 这台仪表的精度等级为”号，取标准系列值：”号、““仪表的精度等级：去掉。： 该仪表的最大引用误差0.1%% 6250%100100 7005 %100max ++=?++= ??±= FS npm S γ 13．某测压仪表的测量范围为0～8MPa ，根据工艺要求，测量示值的误差不允许超过±0。05MPa ，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足工艺要求。 ★解：
濮阳永金公用工程车间仪表专业第一套题库 一、单项选择题 1．以下不属于疏忽误差的是( D )。 A．看错刻度线造成的误差； B.因精神不集中而写错数据造成的误差； C．选错单位造成的误差； D．使用人员读数不当造成的误差； 2．差压测量管路冲洗时，应先打开( C )。 A．二次阀门； B．排污阀门； C.平衡阀门； D.一次阀门 3．精确度为1／20的游标卡尺，其主尺与副尺每格刻度相差( C )． A．O.5mm； B．0.1mm； C．O.05mm； D．O.Olmm 4．铜热电阻测温范围是( B )。 A．O～500℃； B．-200～850℃； C．0～1000℃； D．-50～150℃ 5．下列热电偶中热电势最大，灵敏度最高的是( C )型热电偶。 A．K ； B．S； C．E； D．J 6．绝对零点是( A )℃。 A．-273．16； B．-273．15； C．273．16 D．O 7．温度仪表最高使用指示值一般为满量程的( A )． A．90％； B．100％； C．50％； D．80％ 8．压力表在现场的安装需( A )。 A.垂直； B.倾斜； C．水平； D．任意角度 9．扭力管式浮筒液位计测量液位时，液位越高，则扭力管产生的扭角( B )。 A.越大； B．越小； C．不变； D．不一定 10．下列材料对γ射线的屏蔽作用最强的是( B )． A.铁； B.铅； C．混凝土； D.铝 11.下面属于变浮力式液位计的有( C ． A.浮球液位计； B．杠杆带浮子式液位计；C.浮筒液位计； D．翻板液位计 12．可编程序控制器的简称是( D )。 A．DCS； B．BMS； C．CRT； D. PLC 13．用一浮筒液位计测量密度比水轻的介质液位，用水校法校验该浮筒液位计的量程点时，充水高度比浮筒长度( B )。 A.高； B.低； C.相等； D．说不清 14．压力的法定计量单位名称是( C )。 （A）mmH2O；(B)bar；(C)Pa；(D)Ton。 15．下列( A )是三位有效数字。 (A)0.0170； (B)0.1070； (C)1.7×103； (D)1070。 16．根据欧姆定律，线性电阻的大小与( D )有关。 (A)电流； (B)电压； (C)电位； (D)材料。 17．两个10Ω的电阻并联后再与一个10Ω的电阻串联，其等效电阻为( C )Ω。 (A)5； (B)10； (C)15； (D)20。 18．下列( A )是法定计量单位。 (A)米； (B)公尺； (C)公分； (D)公厘。 19．在标准重力加速度下，水温为( C )时，水的密度最大。 (A)0℃； (B)0.01℃； (C)4℃； (D)5℃。