化工仪表及自动化习题（2014）（含答案）此版为终极版，严格按照《化工仪表及自动化习题（2014）》题序给出答案，包括计算题！画图题！此答案和在3份答案（网传电子版答案+复印手写版答案+王建奇整理版本答案）+课本+百度下进行了校对，精简了部分答案繁琐无用的答题点，精益求精，只方便同学们更好的理解记忆。时间匆忙，整理难免有疏漏，如有疏漏，不服SOLO。
一、填空题
1.自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。
2.自动控制在阶越干扰作用下的过渡过程有：非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程几种基本形式。
3.描述对象特性的参数有：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。
4.自动控制系统与自动检测、自动操纵等系统相比较最本质的区别为自动控制系统有负反馈。
5.控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性、快开特性等几种。
6.研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学模型主要有静态数学模型和动态数学模型两大类。
7.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如，直流电流4~20mA 空气压力0.02~0.1MPa都是当前通用的标准信号。
8.弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计和膜式压力计。
9.热电阻温度计主要是测量500℃以下的中、低温，目前应用最广泛的热电阻是铂电阻和铜电阻。
10.节流件应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。
11.化工自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论和技术服务于化学工程学科。
12.了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
13.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，差压式流量计也称为节流式流量计。
14.气动差压变送器中，当液位高度H为0时，变送器输出信号为0.02MPa的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为0.1MPa。
15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力变送器，霍尔片式弹簧管压力表的核心是：霍尔元件，它是利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的间接测量。其实质是将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。
16.转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。它又称恒压式流量计、变面积式流量计，适用于测量管径50mm以下管道的测量。
据指示形式与传送信号不同分指示式、电远传式、气远传式转子流量计三种。通过转子流量计介质的流量与转子在锥形管中平衡时的高度成正比。转子流量计的标定：在工业基准状态（20℃，0.10133MPa）下用水或空气标定。
二、名词解释
1.霍尔效应：电子在霍尔片中运动（电子逆Y轴方向运动）时，由于受电磁力的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个端面上正电荷过剩，于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差，这一点位差称为霍尔电势，这一种物理现象就称为“霍尔效应”。
2.显示仪表：在生产过程中对各种参数进行指示、记录或累积的仪表。
3.卡曼涡街：把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，称为卡曼涡街。
4.工艺管道及控制流程图：在控制方案确定后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便成了工艺管道及控制流程图（PID图）。
5.过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
6.节流效应：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。
7.测量过程：将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般利用专门的技术工具（即测量仪表），将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的
信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
8.热电势：热电偶是由两种不同材料的导体A 和B 焊接而成，当组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这个电动势叫热电势。
9.控制对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
10.被控变量：生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量。
11.操纵变量：在自动控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
12.过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间。
13.滞后时间：在容量滞后与纯滞后同时存在时，常常把两者合起来统称滞后时间。
14.系统的动态特性：系统输入输出随时间变动的关系称为系统的动态特性。
15.仪表的准确度：仪表的测量结果与实际值得接近程度。
16.精密度：仪表检测微小参数变化的能力。
17.精确度：仪表的精确度简称精度，是用来表示仪表测量结果的可靠程度。反应误差大小的术语，精确度越高，误差越小。
18.灵敏度：仪表在稳定状态下输出的变化量与最小输入的变化量之比值。
19.灵敏限：仪表能响应的输入信号的最小变量。
20.指示变差：在外界条件不变的情况下，用同一仪器对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
21.允许相对误差：某一台仪器在规定正常情况下，允许的相对百分误差的最大值。δ允=±仪表允许的最大绝对误差/（上限-下限）×100%。
22.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。工业上常用的有控制器主要有三种控制规律：比例控制规律、比例积分控制规律和比例积分微分控制规律。
三、简答题
1.图1-1所示为某化工厂超细碳酸钙生产中碳化部分简化的工艺管道及控制流程图，试指图中中所示符号的含义。
答：①仪表位号FICQ-101表示第一工序第01个流量控制回路（带累积指示），累积指示仪及控制器安装在仪表室仪表盘正面上。
②仪表位号TI-101表示第一工序第01个温度显示仪表。仪表安装在现场。
③仪表位号PI-101表示第一工序第01个压力显示仪表。仪表安装在现场。
④仪表位号TI-102表示第一工序第02个温度显示仪表。仪表安装在现场。
⑤仪表位号PI-102表示第一工序第02个压力显示仪表。仪表安装在现场。
⑥仪表位号LIC-101表示第一工序第01个具有指示功能的物位控制器。安装在集中仪表盘上。
⑦仪表位号HIC-101表示第一工序第01个具有指示功能的高限报警控制器。安装在集中仪表盘上。
2.何谓控制系统的过渡过程；根据过渡过程自动控制系统的工作品质用什么指标来衡量？答：系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。
品质指标：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。
3.什么是漩涡流量计？简述其工作原理。
答：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。原理：当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。漩涡产生的频率和流体的流速成正比。通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。
4.请简述控制器在自动控制系统中的作用。
答：控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器。
5.热电阻温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成？各部分有何作用？
答：因为热电阻温度计的金属导体电阻值随温度变化而变化，通过测量金属导体的电阻就可以测量出温度。
它由热电阻、显示仪表、连接导线组成。
热电阻：感温元件，由于温度变化导致电阻变化
显示仪表：显示测量的电阻
连接导线：形成闭合回路
6.热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成？各部分有何作用？
答：因为热电偶温度计是由两种不同材料A、B焊接而成，由于A、B金属自由电子密度不同，于是会在AB接触面上产生热电势，由于温度不同产生热电势不同，根据两端捅的热电势可得出闭合回路总热电势，然后查表，查出对应温度。
它由热电偶、测量仪表、连接导线组成。
热电偶：测量热端热电势
显示仪表：将总热电势转换成温度显示出来
连接导线：形成闭合回路
7.霍尔效应及霍尔片式压力计工作原理。
答：霍尔效应见名词解释。
霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。
8.简述压力计的选用和安装时需要注意的要点。
答：压力计的选用：
（1）仪表类型的选用（2）仪表测量范围的确定（3）仪表精度级的选取压力计的安装：
（1）压力计应安装在易观察和检修的地方；（2）安装地点应力求避免振动和高温影响；（3）针对被测介质的不同性质，要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施；（4）压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏；（5）当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Δp = ±Hρg 进行修正（式中ρ为导压管中介质的密度，g 为重力加速度，H 为高度差）；（6）为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。
9.什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么？
答：在使用差压变送器测量液位时，一般压差?p与液位高度H之间的关系为?p=ρgH。这就是一般的“无迁移”的情况。当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位H=0时，差压变送器正、负压室的压力并不相等，即?p≠0，这就是液位测量时的零点迁移问题。
为了进行零点迁移，可调节仪表上的迁移弹簧，以使液位H=0时，尽管差压变送器的输入信号?p不等于0，但变送器的输出为最小值，抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。
零点迁移实质就是变送器零点的大范围调整，改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。
10.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？
答：被控对象的正、反作用方向规定为：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的；反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。
执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，
其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器；反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”控制器。
11.什么是积分时间？它对系统过渡过程有什么影响？
答：对控制器输入一个幅值为A的阶跃变化，立即记下输出的跃变值，并开动秒表计时，当输出达到跃变值的两倍时，此时间就是T T积分时间。
影响：T T过大积分作用不明显，余差消除慢；T T小易于消除余差，但系统振荡加剧。
12.简述物位检测的意义和按其工作原理列举常见的物位检测类型。
答：意义：安全生产，连续控制生产工艺，监视和控制。
分类：直读式物位仪表、差压式物位仪表、浮力式物位仪表、电磁式物位仪表、辐射式物位仪表、声波式物位仪表、光学式物位仪表。
13.用水刻度的流量计，测量范围为0～15L/min，转子用密度为7920kg/m3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.85kg/L的苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子的材料改为密度为2750kg/m3的铝合金制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少？
14.请绘制出XW系列自动电子电位差计测量电桥原理图，并分析桥路中的各电阻的作用。答：
桥路中各电阻的作用：
(1)滑线电阻RP与工艺电阻RB 改变滑动触点在RP上的位置,可以产生不同的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。
(2)始端(下限)电阻RG RG的大小取决于测量下限的高低。
(3)量程电阻RM RM是决定仪表量程大小的电阻。它的大小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。
(4)上支路限流电阻R4把上支路的工作电流限定在4mA。
(5)冷端温度补偿电阻R2 降低了测量误差。
(6)下支路限流电阻R3它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。
15.模拟式控制器主要由哪几部分组成?画出其框图，说明各部分的作用。
答：模拟式控制器主要由比较环节、放大器和反馈环节构成，其基本框图见下图。
比较环节：将给定信号与测量相比较，产生一个与它们的偏差成比例的的偏差信号。
放大器：将偏差信号放大。
反馈环节：通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。
输出信号 -
测量信号
16.简述在工程实际中如何评判和衡量所选定的测量仪表的优劣？
答：在工程上用精确度、变差、灵敏度与灵敏限、分辨力、线性度、反应时间等指标衡量一台仪表的优劣。
17.图1-1所示是一反应器温度控制系统示意图。A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么，图中TT 、TC 各表示什么？
答：该温度控制系统的方块图
反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为Ａ、Ｂ物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。 TT 表示温度变送器，TC 表示温度控制器
18.根据过渡过程表征自动控制系统的工作品质用什么指标来衡量？影响控制系统过渡过程
品质的因素有哪些？
答：品质指标：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。
影响因素：对象的特性、测量仪表特性、执行器特性。
19.什么是差压式流量计？简述其工作原理。
答：差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。
工作原理：根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程，可以导出流体流经节流装置时的压差与流量之间有一定的对应关系，其定量关系符合流量基本方程式。根据这个方程式，就可以由测量得到的压差来计算出流过的流量值，这就是差压式流量计测量流量的原理。
20.执行器在自动控制系统中起什么作用？执行器通常由哪些部分构成？各起什么作用。答：接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
执行器由执行机构和控制机构两个部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动控制机构动作。控制机构作用是直接与被控介质接触，直接调节流体的流量。
21.何为简单控制系统?试画出简单控制系统的典型方块图，指出如何考虑组建这一系统。答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器(或变送器)、一
个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，因此有时也称为单回路控制系统。
如何组建：（1）被控变量的选择（2）操纵变量的选择（3）测量元件特性影响（4）控制器控制规律的选择
22.执行器在自动控制系统中起什么作用？执行器由哪些部分构成?各起什么作用？
（重复题，见20题）
23.为什么要考虑控制器的正、反作用?如何选择?
答：在控制系统中，要正确选择控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。选择控制器的正、反作用的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用。选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器；个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。24.用单法兰液位计测量开口容器内的液位，其最高液位和最低液位到仪表的距离分别为h1=1m和h2=3m（见图）。若被测介质的密度r=980kg/m3，求：
（1）变送器的量程为多少？
（2）是否需要迁移？迁移量为多少？
（3）如液面的高度h=2.5m，电液面计的输出为多少？
解：（1）仪表的量程是指当液位由最低升到最高时，液位计上所增加的压力。故量程ΔP
为
ΔΡ=（h2-h1）ρg=（3-1）×980×9.807=19221.7 Pa
（2）当液位最低（即液位为WUG h为零）时，液位计正、负压室的受力分别为P+ = h1ρg =1×980×980.7= 9610.9 Pa
P- = 0 Pa
于是液位计的迁移量P为
P = 9610.9-0 = 9610.9 Pa
因P+﹥P- ，故仪表为正迁移。
（3）液位的高度h=2.5m，仪表的输出为
I0=（h-h1）/（h2-h1）×（20-4）+4=2.5/2×16+4=16 (mA)
25.怎么操作三阀组，须注意什么？
答：操作仪表三阀组，需注意两个原则：
1）不能让导压管内的凝结水或隔离液流失；2）不可使测量元件受压或受热。
三阀组的启动顺序应该是： a.打开正压阀；b．关闭平衡阀；c打开负压阀。
停运的顺序与上述相反，即：a．关闭负压阀；b．打开平衡阀；c．关闭正压阀
26.如图所示，用差压变送器测量闭口容器的液位。已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被测介质的密度ρ1=0.85kg/cm3，负压管内的隔离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。
27.差压式流量计、转子流量计工作原理的区别？
答：差压式流量计是节流面积不变，压差改变来测量流量的大小。
转子流量计是压差不变，节流面积改变来测量流量的大小。
28.热电偶温度计与热电阻温度计的测温原理?
（见第5、6题）
29.一个以水标定的转子流量计，其转子材料为不锈钢，密度为7290kg/m3,用来测量苯的流量，求流量计读数为3.6升/秒时，苯的实际流量是多少？（苯的密度830kg/m3）
（见课本P57 例4）
30.控制器的控制规律是指什么?常用的控制规律有哪些?
答：控制器的控制规律是指控制器的输出信号户与输入偏差信号P之间的关系，即
式中z—测量值信号；x—给定值信号；f—是指某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的
组合控制规律，例P1、PD、PID等。
31.模拟式控制器主要由哪几部分组成?画出其框图，说明各部分的作用。
（重复题，见第15题）
32.被控变量的选择原则是什么?
答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它的选择的一般原则是：
(1)被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；
(2)被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；
(3)被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标;
(4)被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；
(5)被控变量应是独立可控的；
(6)应考虑工艺的合理性与经济性。
33．操纵变量的选择原则是什么?
答：(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量;
(2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小;
(3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
34.试述自动控制系统中常用的控制规律及其特点和应用场合。
答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及时，克服干扰能力强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。这种控制规律适用于对象控制通道滞后较小、负荷变化不大、对控制要求不高的场合。
比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它的特点是能够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。这种控制规律适用于对象滞后较小、负荷变化不大、控制结果不允许有余差存在的系统。比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显着的效果。这种控制规律适用于对象容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。
35.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的?
（重复题，见第10题）
36.控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法?
答:控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值，(包括比例度δ、积分时间TI、微分时间TD)，以便使系统能获得好的控制质量。
控制器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。
属于控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。
37.什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么?
（重复题，见第9题）
39.热电偶温度计为什么可以用来测量温度?它由哪几部分组成?各部分有何作用?
（重复题，见第6题）
40.常用的热电偶有哪几种?所配用的补偿导线是什么?为什么要使用补偿导线?并说明使用补偿导线时要注意哪几点?
答：（1）常用的热电偶有：铂铑
30-铂铑
6
；铂铑
10
-铂；镍铬-镍硅；镍铬-考铜
（2）所配补偿导线是铜、康铜。
（3）因为热电偶工作的冷端与热端离得很近，而且冷端又暴露在空气间，容易受到周围环境温度影响，使冷端温度难以保持恒定，如果把热电偶做很长，使冷端远离热端则需要消耗很多贵金属，因此要使用补偿导线。
41.图示为电位差计线路图。R2为冷端温度补偿电阻，在25℃时的阻值R2=5Ω。假定热电偶的热电势每100℃是4mV，并设温度与电势是线性关系，求室温25℃时：(1)上支路电流，(2)下支路电流：(3)下限温度：(4)上限温，(5)仪表量程：(6)若把仪表量程改成0～600 ℃，桥路电阻应如何变化? （要点如下）
解 由于滑线电阻两端都有一小段触点
滑不过去的部分，因此两端各有一小段电阻，
一般为全电阻的3%~5%，用λ表示。在此取λ
=0.03，
两端剩下的电阻各为λR nP =λR P ∥R M 。 2mA 495
51000R R E )2(mA 45
.23710905.31000R R R R E )1(910
901090324M P G =+=+==++=++=Ω=+?=+=下上∥∥I I R R R R R M P M P nP ( 各1分) 所以下限温度为：℃（室温）下152********.5t =+?=
( 1分) （4）当触点滑至上限B 时
( 1分)
（5）仪表量程S=998-152=846℃
（6）当仪表量程改成0~600℃时，其上、下限温度都发生变化，由于热电偶没改变，其下支路电阻不发生改变，只是上支路电阻发生改变。要改变量程，只有改变量程电阻R M 。 因为24mV 4100
600E nP =?=Δ 所以Ω=?-=-=393.603.02142421I E R 1nP nP ）（
）（Δλ 因为M P M P nP R R R R R +=
所以Ω=?=-=88.66.393
-9090393.6R R R R R nP P P nP M 当热电偶为0℃时，由于环境温度为25℃，这时热电偶两端的热电势
所以 Ω=??-?+-=-+=04.24
488.603.0251I I R I R E R nP 2t G 上上下λ Ω=--=--=
567.241393.604.241000R R I E R nP G 4上( 1分) 注意：未考虑?=0.03，按?=0计算也算对。
42.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？
答：纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。
容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。
影响：当系统受到干扰作用后，由于存在滞后，而使被控变量不能立即反映出来，于是就不能立即产生控制作用，从而使整个系统控制质量受到严重损害。
43.常用的测量压力的仪表有哪些?
答：常用的测量压力仪表有：液柱式压力计，弹性式压力计，空气式压力计，活塞式压力计。
44.为什么说放大倍数K 是对象的静态特性，而时间常数T 是对象的动态特性？
答：K 在数值上等于对象重新稳定后输出变量与输入变量的比值，则对象输入量一定时其
《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通 道的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。 二、综合题（54分）
1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。 答： 在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） 仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。
合肥学院化工仪表及自动化复习题（14——15年度） 1.如图所示为一受压容器，采用改变气体排出量以维持容器内压力恒定。试问控制阀应该选择气开式还是气关式？为啥？ 答：一般情况下，应选气关式。因为在这种情况下，控制阀处于全关时比较危险，容器内的压力会不断上升，严重时会超过受压容器的耐压范围，以致损坏设备，造成不应有的事故。选择气关式，可以保证在气源压力中断时，控制阀自动打开，以使容器内压力不至于过高而出事故。 2.当DDZ —Ⅲ型电动控制器的测量指针由50％变化到 25％，若控制器的纯比例输出信号由12mA 下降到8mA ，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制器的作用方向。 解： 又 ∵ 测量值减少时，控制器输出减少，∴ 是正作用方向。 答:控制器的实际比例度为100%，控制器是正作用方向。 3、题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？该系统的控制通道是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。 题1-20图蒸汽加热器温度控制 解：蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。 mA e 4)420(%)25%50(=-?-= mA p 4812=-=%100%10044%100%1001=?=?=?=p e K p δ
被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。 可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。 控制通道是指由加热蒸汽流量变化到热物料的温度变化的通道。 该系统的过渡过程品质指标： 最大偏差A =81.5-81=0.5（℃）； 由于B =81.5-80.7=0.8（℃），B '=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n =B :B '=0.8:0.2=4； 余差C =80.7-81= -0.3（℃）。 4、下图为一自动式贮槽水位控系 统。试指出系统中被控对象、 被控变量、 操纵变量是什么？试画出该系统的方块图。试分析当出水量突然增大时，该 系统如何实现水位控制？ 解：①该系统中贮槽为被控对象；贮槽中水的液位为被控变量；进水流量为操纵变量。②贮槽水位控制方块图如图所示。 ③当贮槽的出水量突然增大，出水量大于进水量，使水位下降，浮球随之下移，通过杠杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与进水量之差随之减小，水位下降变缓，直到进水量与出水量又相等，水位停止下降，重新稳定，实现了水位控制。 5、如果某反应器最大压力为0.6MPa ，允许最大绝对误差为±0.02MPa 。现用一台测量范围为0～1.6MPa ，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0～1.0MPa ，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：对于测量范围为0～1.6MPa ，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对进水 贮槽 杠杆 针形阀浮球 贮槽水位控制系统 出水
工仪表及自动化（自制课后答案终极版） 第一章自动控制系统基本概念 1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？ 答：化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。 它的重要意义如下 加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。 2.化工自动化主要包括哪些内容？ 答：①自动检测系统，利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分②自动信号和联锁保护系统，对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置 ③自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。 ④自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。 3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。开环系统中，被控变量是不反馈到输入端的。闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近与所希望的状态。 4.自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。 9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。 12.什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。 负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。
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化工仪表及自动化习题（2014）（含答案）此版为终极版，严格按照《化工仪表及自动化习题（2014）》题序给出答案，包括计算题！画图题！此答案和在3份答案（网传电子版答案+复印手写版答案+王建奇整理版本答案）+课本+百度下进行了校对，精简了部分答案繁琐无用的答题点，精益求精，只方便同学们更好的理解记忆。时间匆忙，整理难免有疏漏，如有疏漏，不服SOLO。 一、填空题 1.自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。 2.自动控制在阶越干扰作用下的过渡过程有：非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程几种基本形式。 3.描述对象特性的参数有：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。 4.自动控制系统与自动检测、自动操纵等系统相比较最本质的区别为自动控制系统有负反馈。 5.控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性、快开特性等几种。 6.研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学模型主要有静态数学模型和动态数学模型两大类。 7.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如，直流电流 4~20mA空气压力0.02~0.1MPa都是当前通用的标准信号。
8.弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计和膜式压力计。 9.热电阻温度计主要是测量500℃以下的中、低温，目前应用最广泛的热电阻是铂电阻 和铜电阻。 10.节流件应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。 11.化工自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论和技术服务于化学工程学科。 12.了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 13.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，差压式流量计也称为节流式流量计。 14.气动差压变送器中，当液位高度H为0时，变送器输出信号为0.02MPa的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为0.1MPa。 15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力变送器，霍尔片式弹簧管压力表的核心是：霍尔元件，它是利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的间接测量。其实质是将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 16.转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。它又称恒压式流量计、变面积式流量计，适用于测量管径50mm以下管道的测量。
《化工仪表及自动化》期末复习题 班级：姓名：学号： 试题： 一．填空（每空1分） 1．工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，即之差。 2．差压式液位计在使用中会出现、和三种零点迁移问题。 3．差压式流量计通常由、以及组成。 4．温度计是把温度的变化通过测温元件转化为热电势的变化来测量温度的，而温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。 5．用来评价控制系统性能优劣的衰减振荡过程的品质指标分别是最大偏差（或超调量）、、、和振荡周期（或频率）等。 6．描述简单对象特性的参数分别有、和。7．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 8．前馈控制的主要形式有和两种。 9．衰减振荡过程的品质指标主要有、、、、振荡周期等。 10．对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越大则积分作用越；微分时间越大，则微分作用越。 11．根据滞后性质的不同，滞后可以分为和两类。 12．测量仪表的量程是指与之差。
13．按照使用能源的不同，工业仪表可以分为、两类。 14．对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入可以消除余差，而加入可以起到“超前控制”的效果。 15．按照测量原理的不同，压力检测仪表可以分为、、、等。 16．用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 17、气动仪表的信号传输，国际上统一使用的模拟气压信号；DDZIII型电动仪表国际上规定的统一标准信号制是。 18．化工自动化的主要内容有、、自动操纵和开停车系统、。 19．选择性控制系统可分为、和混合型选择性控制系统，对于选择性控制系统要注意防止现象的发生。 20、常见的传热设备有、、等。 21．两种常用的均匀控制方案包括、。 22．速度式流量计中，应用原理测量流体流量的仪表为电磁流量计，根据“卡曼涡街”现象测量流体流量的仪表为，而差压式流量计体积流量大小与其所测得差压的（平方/平方根）成比例关系。 23．比例度对过渡过程的影响规律是比例度越，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大，比例度越，余差减小，但过渡过程曲线越振荡 24、工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用或真空度表示。 25．某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1所示，温度给定值为200℃，该控制系统的最大偏差为，余差为，衰减比为。
1、方框图四要素：控制器、执行器、检测变送器、被控对象。 2、自动控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 3、控制系统的五个品质指标：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、建立对象的数学模型的两类方法：机理建模、实验建模。 5、操纵变量：具体实现控制作用的变量。 6、给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值。 7、被控变量：在生产过程中所要保持恒定的变量。 8、被控对象：承载被控变量的物理对象。 9、比例度：是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即100%/min max min max ?--=）（p p p x x e δ。 10、精确度（精度）：数值上等于允许相对百分误差去掉“±”号及“%”号。 允许相对误差100%-?±=测量范围下限值 测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ 11、变差：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。 12、灵敏度：在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。 13、灵敏限：是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。 14、表压＝绝对压力－大气压力； 真空度＝大气压力－绝对压力。 15、压力计的选用及安装： （1）压力计的选用：①仪表类型的选用：仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求；②仪表测量范围的确定：仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。③仪表精度级的选取：仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。 （2）压力计的安装：①测压点的选择；②导压管的铺设；③压力计的安装。 16、差压式流量计和转子流量计的区别：差压式流量计是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小（恒节流面积，变压降）；而转子式流量计却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小（恒压降，变节流面积）。
化工仪表及自动化习题（2014） 一.填空题。 1.自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器（中心环节）和执行器组成。 2.自动控制在阶越干扰作用下的过渡过程有：①非周期衰减过程；②衰减振荡过程；③等幅振动过程；④发散振荡过程几种基本形式。 3.描述对象特性的参数有：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。 4.自动控制系统与自动检测、自动操纵等系统相比较最本质的区别为自动控制系统有负反馈。 5.控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、抛物线流量特性、对数流量特性、快开特性等几种。 6.研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学模型主要有参量模型和非参量模型两大类。 。 7.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如，直流电流4~20mA、空气压力 ~都是当前通用的标准信号。 8.弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计和膜式压力计。 9.热电阻温度计主要是测量 500℃以下的中、低温，目前应用最广泛的热电阻是铂电阻和铜电阻。 10.节流件应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。 11.化工自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论和技术服务于化学工程学科。 12.为了实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动控制和自动操纵等方面的内容。 13.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，采用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，差压式流量计也称为节流式流量计。 14.气动差压变送器中，当液位高度H为0时，变送器输出信号为的气压信号，当液位高度H为最高时，变送器输出信号为。 ` 15.电气式压力计的种类有霍尔片式压力传感器、应变片式压力传感器、压阻式压力传感器、力矩平衡式压力变送器、电容式压力变送器，霍尔片式弹簧管压力表的核心是：霍尔元件，它是利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的间接测量。其实质是将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表，利用霍尔效应实现位移-电势的线性转换。 16.转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。它又称浮子流量计、面积式流量计，适用于测量管径20mm以下管道的流量。据指示形式与传送信号不同分指示式、电远传式、气远传式转子流量计三种。通过转子流量计介质的流量与转子在锥形管中平衡时的高度成正比。转子流量计的标定：在工业基准状态（20℃，）下用水或空气标定。 二、名词解释
1. 化工仪表按功能不同，检测仪表（包括各种参数的测量和变送）；显示仪表（包括模拟量显示和数字量显示）；控制仪表（包括气动、电动控制仪表及数字式控制器）；执行器（包括气动、电动、液动等执行器） 2. 自动化系统。自动检测系统；自动信号和联锁保护系统； 自动操纵及自动开停车系统；自动控制系统 3?传感器：对被测变量作出响应，把它转换成可用输出信号 变送器传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置 4. 自动控制系统的组成：测量变送仪表、控制器、执行机构、被控对象 5. 自动控制系统的方块图： 6. 自动控制系统过渡过程的品质指标 （1）最大偏差A:第一个波峰值（2）超调量B:第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C （3）衰减比：前后两个峰值的比（4）过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所建立的时间（5）振荡周期：过渡过程同向两波峰（或波谷） 之间的间隔时间叫振荡周期 7. 自动控制系统的反馈原理（1）反馈：把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回 到输入端的做法叫反馈（2 ）负反馈：反馈信号使原来的信号减弱 为了使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的，所以要采用负反馈 8. 自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统第二章过程特性及其数学模型 1控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系 2. 机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学 反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型。 3. 实验建模系统辨识：应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数 方法：（1）阶跃反应曲线法（2）矩形脉冲法 第三章检测仪表与传感器 1. 绝对误差？：指仪表指示值X i和被测变量的真值x t之间的差值，一般都指绝对误差中的最大彳直？max 仪表允许的最大绝对误差值 标尺上限值标尺下限值 4. 弹性式压力计中的弹性元件 （1）弹簧管式弹性元件（2）薄膜式弹性元件（3）波纹管式弹性元件 弹性式压力计量程及准确度等级的选取与计算，应遵守相关规定以保证弹性式 2.相对百分误差 m ax 标尺上限值标尺下限值 100 % 允 3.允许误差 100 %
1、过程控制系统是由_控制器_、_执行器_、—测量变送_和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有—压力__、—流量—、—温度_、—液位—等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是?；电动型标准信号范围是_ 4~20mA 。 5、常用的标准节流件有孔板和______ 。 6、？?检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、？?按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8、常用的热电阻材料是___ 铜、铂_____，分度号是_Cu50 Cu100_、Pt50 Pt100 _线性 好的是—铜_热电阻，它适于测量__低—温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为—定值控制系统_、_随动控制系统_________、__ 程序 控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有—分程控制、串级控制和比值控制__。 12、液位控制一般采用—比例调节规律，温度控制一般采用比例积分微分调 节规律。 1、DCS控制系统是_______________________ ■勺简称。 2、DCS控制系统基本是由____________ , _____________ 及 ______________ 成。 1、某压力仪表的测量范围是100?1100Pa,其精度为级，贝U这台表的量程是多少最大 绝对误差是多少 答：① 1000Pa ②土5Pa 2、某化学反应器工艺规定的操作温度为(900 ±0)C。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最
第1章自动控制系统基本概念 P16 1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 5、p7 6、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去。执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 9、被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 10、控制作用是对在受到外界干扰影响偏离正常状态后，回复到规定范围内。干扰作用是引起被控变量偏离给定值，除操控变量以外的各种因素。 11、该温度控制系统的方块图 题解1-11图反应器温度控制系统方块图 其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。 可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。 若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。 12、反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反（反相），则叠加的结果将使净输入信号减弱，这种反馈叫负反馈。负反馈可以减小非线性失真。因为引入负反馈后，输出端的失真波形反馈到输入端，与输入波形叠加，因此净输入信号成为正半周小，负半周大的波形，此波形放大后，使其输出端正、负半周波形之间的差异减小，从而减小了放大电路输出波形的非线性失真。 13、在11题 15、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 16、在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。∵干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。这就需要通过自动化装置不断施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的动态过程中。∴了解系统动态更为重要。 17、阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。 采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其
化工仪表及自动化
化工仪表及自动化 第一章 自动控制系统基本概念 第一节化工自动化的主要内容 包括自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制 第二节自动控制系统的基本组成及表示形式 1、自动化装置的三个部分：测量元件与变送器、自动控制器、执行器 2、自动控制系统的表示形式（方框图） 3、自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，这是与自动检测、自动操纵等开环系 统比较最本质的区别 4、仪表的图形符号 字母 第一位字母 后继字母 被测变量 修饰词 功能 A 分析 报警 F 流量 比（分数） ~~~~~~~~~ L 物位 ~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~ P 压力 ~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~ T 温度 ~~~~~~~~~ 传送 度控制器 ；LICA 是一台具有指示、报警功能的液位控制器 第三节 自动控制系统的分类 定值控制系统、随动控制系统（自动跟踪系统）、程序控制系统（顺序控制系统） 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 一、 控制系统的静态与动态 e 测 一 Z y 被控x p q 操纵 控制 偏 给 控 控对 测量 就地安装仪集中仪表盘就地仪表盘 图中的实线改为虚线就是分别的盘后安装仪表 干扰作用f
被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，随时间变化的不平衡状态称为系统的动态 二、 控制系统的过渡过程 1、 稳定过程（非周期衰减过程、衰减振荡过程） 2、 不稳定过程（等幅振荡过程、发散振荡过程） 三、控制系统的品质指标 1、最大偏差为A ；超调量为B 2、衰减比为B: B / ； 3、余差为C 4、过渡时间 5、 振荡周期 第二章过程特性及其数学模型 第一节 化工过程的特点及其描述方法 1、研究对象的特性就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系，这种数学描述称为对象的数学建模，一般将被控变量看作对象的输出量，而干扰作用和控制作用看作对象的输入量 2、对象的数学模型可分为静态和动态数学模型 3、数学模型的表达式：1）非参量模型即是采用曲线或者数据表格等来表示；2）参量模型即是采用数学方程式来描述 第二节 对象数学模型的建立 机理建模和实验建模 第三节描述对象特性的参数 一、 放大系数K K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，越大， 表示对输出量的影响越大。 二、时间常数T 时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需时间也越大 .………………………………… C A B B /
一是非题 （）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. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自 动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 ?? 实现化工生产过程自动化的意义： （1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、化工自动化主要包括哪些内容？ 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？ 解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 题1-5图加热器控制流程图 解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-30 7、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？ 解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器； 控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去 执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？ 解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。 被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 8.测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保 持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来 的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。 Ex9.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做~。被控变量：被控对象
一、填空题 1、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（）。如果仪表不能反映被测参数，便要造成误差，这种误差称为（）。 反应时间动态误差 2、杠杆式差压变送器的测量范围不同，主要是由于其测时膜盒的（）不同。直径 3、FC变送器的零点调整的方法是，先调（），再调（）。 细调螺钉，当细调螺钉不起作用时，粗调螺钉 4、在各公司的智能烃送器中存着两种不同的通信协议，一种是（）通信协议，一种是（）通信协议。 HART DE 5、FCX-A/C系列中的智能变送器的量程调整只能在（）上进行。 手持终端 6、模拟通信协议时在两根线上传送（）个信号，现场总线通信传送（）个信号。 1 多 7、法兰变送器的温度性能主要由法兰膜盒上隔离膜片的刚度和法兰膜盒内的填充液性质决定，所以如隔离膜片刚度越（），则膜片的压力—位移性能越（），因而变送的温度性能越（）。 大差不好 8、氧气压力表校验器常用（），用水将油（），达到校验氧气表的目的。油水隔离装置分隔开 9、活塞式压力计是基于（）原理工作的，一般可分为（）、（）两种。静压平衡、单活塞、双活塞 10、当测量稳定压力时，正常操用压力应为量程的（），最高不得超过测量上限的（）。 1/3~2/3 11、压力开关是一种简单的（）。当被测压力达到额定值时，压力开关可以出（）信号。 压力控制装置、警报或控制 12、管道内的流体速度，一般情况下，在（）处的流速最大，在（）处的流速等于零。 管道中心线、管壁 13、在孔板加工的技术要求中，上游平面应和孔板中心线（），不应有（），上游面和下游面应（），上游入口边缘应（）。 垂直、可见伤痕、平行、锐利、无毛刺和伤痕。 14、转子流量计的流量标尺上的刻度值，对于测量液体的是代表（）的流量值，对于气体的是代表（）的流量值。 20℃水、20℃，1.01325ⅹ105Pa空气 15、转子流量计中流体的流动方向是（）。 垂直 16、涡轮流量计量一种（）式流量计。 速度
1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控 制系统。 3、描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。 4、仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是0.02~0.1MPa；电动型标准信号范围 是4~20mA。 5、常用的标准节流件有孔板和喷嘴。 6、检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。 7、按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。 8．常用的热电阻材料是____铜、铂_______，分度号是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100 _，线 性好的是__铜_热电阻，它适于测量__低___温度。 9、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为__定值控制系统__、_随动控制系统_____、__ 程序控制系统_等控制系统。 10、温度是表征物体及系统冷热程度的物理量。 11、常用的复杂控制系统有＿＿分程控制＿、串级控制＿和＿比值控制＿＿。 12、液位控制一般采用＿比例＿＿调节规律，温度控制一般采用＿比例积分微分调节规律。 1、D CS控制系统是______________________的简称。 2、D CS控制系统基本是由____________,____________以及____________组成。 1、某压力仪表的测量范围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？最 大绝对误差是多少？ 答：①1000Pa ②±5Pa
2、某化学反应器工艺规定的操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏 离给定值最大不得超过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A所示。试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。 图A 过渡过程曲线 解：由过渡过程曲线可知 最大偏差A=950-900=50℃ 衰减比第一个波峰值B=950-908=42℃ 第二个波峰值B'=918-908=10℃ 衰减比n=42:10=4.2 振荡周期T=45-9=36min 余差C=908-900＝8℃ 过渡时间为47min。 由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。 2.锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图B是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： (1)画出该控制系统方块图； (2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？
第一章自动控制系统基本概念 1?什么是化工自动化？它有什么重要意义？ 答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动 地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2. 化工自动化主要包括哪些内容？ 答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。 3. 自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？ 答:自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。 在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器，执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。 什么叫操纵变量？ 受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。(或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量) 4. 闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。 闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。如图1-1 ( a)即是一 个闭环自动控制。图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。从图1-1, (b)所示的控制系统方块图可以清楚看出，操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量，而被控 变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。 葵汽 (a) (b) 图1-1闭环自动控制基本结构 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看， 未构成闭合回路。 开环控制系统分为两种，一种按设定值进行控制，如图1-2 (a)所示。这种控制方式的操纵变量(蒸汽流 量)与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化时，操纵变量随其变化进而改变被控变量。另一种是按扰 动进行控制，即所谓前馈控制系统，如图1-2 (b)所示。这种控制方式是通过对扰动信号的测量，根据其变 化情况产生相应控制作用，进而改变被控变量。