化工仪表及自动化
试卷分值分布：
一、单选题（2分?10=20分）二、填空题（2分×5 =10分）三、简答题（5分?5=25分）
四、计算题（10分?3=30分）五、综合分析题（15分×1=15分）
CH1
1.自动控制系统的主要组成环节？各组成环节的作用？
控制系统的4个基本环节：被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象
检测仪表(测量变送环节)：感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)。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相比较得出偏差，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，将运算结果用特定信号(气压或电流信号)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注入(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。
2.画系统的方框图
3.自动控制系统的分类
(1)按被调参数分类：流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
(2)按调节规律分类：比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分积分调节；
(3)按被调参数的变化规律分类：定值调节系统(给定值为常数)、随动调节系统(给定值为变数，要求跟随变化)和程序控制调节系统(按预定时间顺序控制参数)
(4)按信号种类分类：气动调节系统，电动调节系统
4.自动控制系统的过渡过程形式
过渡过程：受到干扰作用后系统失稳，在控制系统的作用下，被控变量回复到新的平衡状态的过程。
阶跃干扰作用下几种典型的过渡过程：
非周期(振荡)衰减过程(允许) 衰减振荡过程(允许) 单调发散(非振荡)过程(不允许
)
等幅振荡过程(一般是不允许的，除开关量控制回路) 发散振荡过程(不允许)
5. 由阶跃扰动作用下的过渡过程曲线确定系统的品质指标
评价和讨论一个控制系统性能优劣，其标准有二大类：以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出和以误差性能指标的形式给出。
以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出。主要包括：最大偏差(超调量)、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(振荡频率)等。
以误差性能指标的形式给出，一般指偏差对某个函数的积分。主要包括：平方误差积分指标 21 0()J e t dt ∞=?、时间乘平方误差积分指标 22 0()J te t dt ∞
=?、绝对误差积分指标 3 0|()|J e t dt ∞=?、时间乘绝对误差积分指标 4 0|()|J t e t dt ∞
=?。优化控制的策略：min J → 当这些值达到最小值的系统是某种意义下的最优系统。
最大偏差e max (被控量偏离给定值的最大数值)：max e B C =+
衰减比n(前后相邻两个峰值的比)：/n B B '=
余差 e(∞)(稳态值与给定值的偏差)：()()e C y ∞==∞
过渡时间tp ：3p t t =
振荡周期(其倒数为振荡频率)：21t t -
B '
B
C
5±或者％的新稳态值B '
B ()
e ∞C 25±±稳定误差范围：％或者％的新稳态值
超调量σ：/*100%B C σ=
衰减比n ：/n B B '=
余差 e(∞)：()e ∞
过渡时间tp ：3p t t =
振荡周期(其倒数为振荡频率) ：21t t -
自动控制系统希望的结果：
1)、最大偏差(超调量)：越小越好
2)、衰减比：为了保持有足够的稳定程度，衰减比一般取为4：1至10：1；这种过渡过程不是最优的结果，但操作人员容易掌握，一般也是操作人员所希望的过程。
3)、不振荡：不便于操作人员掌握。
4)、余差：越小越好
5)、过渡时间：越小越好
6)、振荡周期：短好
CH2
1. 建立对象的数学模型有哪些方法？机理建模和实验建模(对象的实验测取方法：阶跃反应曲线法和矩形脉冲法)
机理建模：通过对对象内部无能运动机理的分析。根据对象中物理或化学变化的规律如物料、能量平衡、传热传质等基本方程，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程，建立的数学模型。
实验建模(实验测取法)：在所要研究的对象上，人为施加一个输入作用，然后用仪表记录表征对象特性的物理量(输出)随时间变化的规律，得到一系列实验数据或曲线，后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象
的特性参数，进而得到对象的数学模型。 阶跃反应曲线是当对象处于稳定状态
时，在对象的输入端施加一个幅值已知的阶
跃扰动，然后测量和记录输出变量的数值，
得到输出量y 随时间的变化规律曲线。是一
种简易但精度不高的对象特性测定方法。
矩形脉冲法是当对象处于稳定工况下，在时间t 0突然加一阶跃干扰，幅值为A ，到
t 1时突然除去干扰，这时测得的输出量y 随时间的变化规律曲线。实验精度较高且对正常工艺生产影响较小。
混合建模：将机理建模与实验建模结合起来，称为混合建模
2. 描述对象特性的参数有哪些？各有何物理意义？ 对象模型有三个基本参数：放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与变化
量之比，即K=输出的变化量/输入的变化量。
时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2％所需要的时间，反映响应变化快慢或响应滞后的重要的动态参数。
滞后时间τ是纯滞后时间τ0和容量滞后τc 的总和，反映对象动态特性的重要参数
控制通道放大系数 o y K u ?=?越大?控制变量?u 对被控变量?y 的影响越灵敏 ? 控制能力强；干扰通道放大系数f y K f ?=?越大?干扰?f 对被控变量?y 的影响越灵敏。
在设计控制系统时，应合理选择K O ，使之大些，抗干扰能力强，太大会引起系统振荡。 控制通道T O 大?响应慢、控制不及时、过渡时间tp 长；控制通道T O 小? 响应快、控制及时、过渡时间tp 短；控制通道T O 太小?响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。干扰通道的时间常数T f 对被控变量输出的影响也是相类似的。一般情况希望T O 小些，但不能太小，T f 大些。
滞后时间τ：滞后分为传递滞后(纯滞后)和容量滞后。控制通道纯滞后τ对控制肯定不利，纯滞后增大?控制质量恶化；干扰通道的纯滞后对系统响应影响不大，因为干扰本身是不确定的，可以在任何时间出现。
3. 由阶跃反应曲线标出纯滞后时间、容量滞后时间、滞后时间、对象时间常数及计算系统放大系数。
(a)在S 型响应曲线上选择拐点A(二阶导数 + ?— 或— ? +)；
(b)曲线在拐点A 作切线，交y(0)于D 点，交y(∞)于C 点； (c)OD 为纯滞后
时间 τ，τ = τ1 + τ2，而τ1是系统真正纯滞后，是τ2容量滞后引起的等效滞后；
(d)DC 为时间常数T ；
(e)增益K=?y/?u 。 CH3
1. 有关仪表精度，误差的概念(基本误差的最大允许值及计算)
仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。
附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。
测量误差——仪表测得的测量值i x 与被测真值t x 之差i t x x ?=-
将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差: max max min
100%x x δ?=?-最大绝对误差＝量程 仪表的精度等级(精确度等级)是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。 仪表的精确度等级：指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差(把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“％”号，便可用来确定其精度等级)目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。
所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为±0.5％。精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表
工艺要求的允许误差≥仪表的允许误差≥校验所得到的相对百分误差
2. 仪表性能指标的定义
仪表性能指标有精确度(精度)、变差、灵敏度、分辨力、线性度和反应时间
3.什么叫霍乐效应？
置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。
4.什么叫压电效应？
当某些材料受压发生机械形变时，在两个相对的面上会产生异号电荷。这种在没有外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。
5.标准的节流件有哪些？
标准节流件包括标准孔板(适用于大流量的测量)、标准喷嘴和标准文丘里管。
6.差压式流量计和转子流量计的原理及区别
差压式流量计是基于流体流动的节流原理，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。
转子流量计是保持恒定压降，利用节流面积的变化来测量流量的大小
区别：差压式流量计是节流面积不变，变压差来测量流量，而转子流量计是恒压降，变节流面积来测量流量
7.电磁流量计的工作原理
电磁流量计是基于电磁感应定律工作的，它是将流体的流速（因非导磁材料管道直径不变）转换为感应电势的大小来进行测量的。
8.什么是液位测量时的零点迁移问题
在使用差压变送器测量液位时，一般来说，其压差△p与液位高度H之间的关系：△p=Hρg，这就属于一般的“无迁移”情况。当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。
按照测量方式的不同，温度测量仪表可以分为接触式与非接触式两类。前者测温元件直接与
被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分的热交换而过到测温目的。后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。
接触法测温时，直接测得被测物体的温度，因而简单、可靠、精度高。但由于测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，因而产生了测温的滞后现象，对运动状态的固体测温困难较大，另外，测温元件容易破坏被测对象温度场，且有可能与被测介质产生化学反应，由于受到耐高温材料的限制，也不能应用于很高的温度测量。
非接触式只能被测物体的表观温度(亮度温度、辐射温度、比色温度等)，一般情况下，要通过对被测物体表面发射率修正的才能得到真实温度。而且，这种方法受到被测物体到仪表之间的距离以及辐射通道上的水气、烟雾、尘埃其他介质的影响，因此测量精度较低。非接触式测量在原理上不受温度上限的限制，因而测量范围很广，由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快，可以用来测量运动物体的表面温度。
10. 什么叫热电效应
热电效应(热电偶测温的基本原理)：任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及 t 0 的热源中，则在该回路内就会产生热电势。
11. 采用热电偶进行温度测量时，为什么要使用补偿电线？其作用是什么？补偿导线的选用原则？
由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。当然也可以把热电偶做得很长，便冷端远离工作端，但是这样做会多消耗许多贵重金属材料。解决这一问题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端廷伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。
作用是减少贵重金属的消耗，降低成本
在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配，注意极性不能接错，热电偶与补偿导线连接处的温度一般不能高于100℃。
12. 热电偶温度计的工作原理？热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？
工作原理：①不同金属具有不同的电子密度；②两种金属接触面因电子的扩散作用而产生电场——热电现象；③电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；④电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。
由于操作室内的温度往往高于0℃，而且也是不恒定的(即使有空调也是不恒定的)，这时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为0℃，或者进行必要的修正和处理才能得出准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法：冰浴法、计算修正法和电桥补偿法。
13. 对热电偶和热电阻材料的要求
对热电偶的热电极材料要求：温度每增加1℃时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理、化学稳定性要高，材料组织要均匀，要有韧性，复现性好，应用上保证有良好的互换性。P76
对热电阻的材料要求：尽可能大且稳定的电阻温度系数、电阻率要大；热容量要小；在整个测量范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系是单值函数。P82
14. 根据分度表确定检测温度P82
铂电阻(0~650℃)与温度的关系230(1***)t R R A t B t C t =+++,R t 是温度为t ℃时的电阻
值；R 0是温度为0℃时的电阻值；A=3.950×10-3/℃，B ＝-5.850×10-7/(℃)2，C ＝-4.22×10-22/(℃)3
首先确定R 0的大小（工业常用有R 0=10Ω，对应分度号Pt10，R 0=100Ω，对应分度号Pt100），则可以对应的分度表（R t -t 关系）查得温度。
铜电阻（-50~50℃）00[1()]t R R t t α=+-,为铜的电阻温度系数α=4.25×10-3/℃，有R 0＝50Ω和R 0＝100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100
其中Pt100和Cu50的应用最为广泛
CH4
1. 显示仪表的分类
显示仪表指凡能将生产过程中各种参数进行显示、记录或累积的仪表。
?????????????????????????图象显示
机械显示记录仪自动电子电位计动圈式显示仪表电动显示气动显示仪表模拟量显示仪
数字量显示：数字显示示仪表DDZ 显
2. 自动电子电位差计测量桥路中是如何解决热电偶冷端补偿问题的？P103
增加一个由铜丝绕制成的电阻R 2组成的支路，让R 2与热电偶冷端处于同一温度，因铜电阻的阻值随着温度的升高而增加，则R 2上的电位差也增加，但热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而降低，配置得当可以达到温度补偿的目的。
3. 热电阻测温为什么要用三线制接法？P106
因为当用热电阻测量温度时，热电阻要安装在被测温度的现场，而平衡电桥中的其他电阻边同仪表一起则安装在控制室。由于现场离控制室较远，因此连接热电阻的导线往往很长，如用二线制则会例测量产生较大的误差，而用三线制接法时由于环境温度的变化而引起连接导线电阻的变化，可以互相抵消一部分，从而减少对仪表的影响。
1. 比例放大系数Kp 与比例度σ的关系
比例放大系数Kp 决定了比例控制作用的强弱，Kp 越大，比例控制作用越强；比例度σ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，用公式表示为：%100)/(min
max min max ?--=p p p x x e δ 仪表的量程；输入的最大变化量，即min max x x -
min max p p - 输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。
%100)
(%100)/(min max min max min max min max ?-?-=?-?-=x x K p p p p e K x x e p p δ 因仪表的量程和控制器输出的工作范围一定，增大Kp （即减小比例度δ），可以减小余差，但这样会使系统稳定性变差。
2. 为什么比例作用会产生余差？
余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的，这是由于比例控制器的p 与e 成一一对应关系（p=Kp·e ），当负荷改变后，需要产生一定的控制作用p ，与之对应必然要有一定的偏差e 存在。 CH6
1. 控制阀的流量特性(理想和工作)P143
控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：
)(max L
l f Q Q =，相对流量max Q Q 控制阀某一开度时流量Q ，全开时流量max Q ，相对开度L l 控制阀某一开度行程l ，全开行程L 。
在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。
在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。串并联管道后的流量特性分析：
① 畸变，串联尤为严重。
② 可调范围降低，并联尤为严重。
③ 串联使总流量减少，并联使总流量增加。
④ 对放大系数的影响。
2. 控制阀的理想流量特性有几种？各有什么特点？
①.直线流量特性：指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。当阀门在小开度是控制作用太强；而在大开度时控制作用太弱，这是不利于控制系统的正常运行的。因此，希望整个行程范围之内，控制作用强弱相等，有利于控制系统的正常运行。
②.等百分比（对数）流量特性：是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增大。在同样的行程变化下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏。
③.抛物线流量特性：L
l Q Q 与m ax 之间成抛物线关系，在直角坐标上为一条抛物线，它介于直线及对数曲线之间。
④.快开特性：在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。
3. 执行器的分类，应用特点
执行器的分类根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：
①气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。结构简单、动作可靠、平稳、输出推力大、维修方便、防火防爆和价格较低。（应用广泛）
②电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构动作。能源取用方便，信号传递快速，结构复杂，防爆性能差。（少用）
③液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）高压为动力源，推动机构动作。（化工很少使用）
CH7(综合)
1. 简单控制系统的概念
简单控制系统：是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。
2. 被控变量选择应遵循的原则(指导意义)
被控变量是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。原则： a. 被控变量应是关键变量。
b. 被控变量在工艺操作过程中经常需要较频繁的调节。
c. 尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
d. 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
e. 选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。
f. 被控变量是独立可控的，否则需用复杂控制系统，且需增加解藕装置。
3. 被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？如何根据工艺要求来确定？
测量元件及变送器：作用方向一般是“正”的；被控对象：操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的；随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”；执行器：作用方向取决于是气开阀还是气关阀；气开阀是“正”方向；气关阀是“反”方向。执行器的气开或气关形式主要从工艺安全角度来确定——原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减少时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加（或给定值减小）时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。
4. 各控制器的特点？各使用在什么场合？
P 控制规律e K p P =：最基本的控制规律，抗干扰能力强，控制及时，过渡时间短，但有余差。
适合控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控变量运行在一定范围内允许有余差的场合。
PI 控制规律)1(dt e T e K p I
p ?+=：在工程上应用最为广泛的一种控制规律。积分能消除余差，但会导致稳定性降低。增大比例度可保证稳定性，但超调量和振荡周期会相应增大；
适用于控制通道较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合，如某些流量、液位要求无余差的场合。
PD 控制规律)(dt
de T e K p D P +=：微分具有超前控制作用，对具有容量滞后的过程控制通道，引入微分控制规律对改善系统的动态性能指标，有显著的效果。
适用于控制通道的时间常数大或者容量滞后较大的场合，如温度和成分控制等。但对于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性干扰的系统，则不宜采用微分作用。
PID 控制规律)1(dt
de T edt T e K p D I P ?++=：是一种最理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，能提高系统的稳定性。
适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合。如温度控制、成分控制。
5. 各控制器的输出与输入之间的关系式，理解其含义并进行相关计算
6. 确定控制系统的被控变量、操纵变量、被
控对象及干扰变量，控制通道和干扰通道
由对象的输入变量至输出变量的信号联
系称为通道，控制变量至被控变量的信号联系
通道称控制通道，干扰至被控变量的信号联系
通道称干扰通道。 7. 描述系统的控制过程及各信号的变化情况
测量元件及变送器检测被控变量的变化并将它转换成输出信号进入比较机构与工艺上需要保持的设定值相比较得出偏差信号送往控制器，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，输出信号至执行器，执行器自动地根据控制器送来的信号值相应地被控变量的流量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
例.
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《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。
第一章 1.1 什么是化工自动化它有什么重要意义 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。 1.2、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。 1.4、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。 1.8 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？ 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。 1.9 试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 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：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。操纵变量：受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。 1.17 何谓阶跃作用为什么经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式 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，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算 1.18 什么是自动控制系统的过渡过程它有哪几种基本形式？ 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。五种基本形式：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、
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）。
（）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。
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 %
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~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℃，）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”。
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
化工仪表及自动化复习练习题（含答案） 1.电路一般由_____、_____及中间环节三部分组成.(电源;负载) 2.在一段电路中，流过电路的电流与电路两端的电压成_____,与该段电路的电阻成_____.(正比;反比) 3.晶体二极管的主要特性是_____导电性.(单向) 4.从晶体三极管三个区引出的三个极分别是______极、______极和______极. (基;发射;集电) 5.仪表的测量范围是从测量_____值到测量_____值;量程是测量上限与测量下限值之_____.(下限;上限;差) 6.按能源来分,仪表可分为_____仪表、_____仪表和_____仪表. (气动;电动;液动) 7.按被测参数来分,仪表可分为_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表和成分_____仪表.(压力;流量;温度;物位;分析) 8.玻璃液体温度计是由__________、________和刻度标尺三部分组成. (玻璃温包;毛细管) 9.电阻箱可以看作是一个具有__________的标准电阻.(可变电阻值) 10.测量一个电路的电流,电流表必须和这个电路_____,且电流表的内阻抗要尽量_____.(串联;小) 11.兆欧表又称作_____、_____和___________.(摇表;高阻表;绝缘电阻测试器) 12.U型压力表必须_____安装.(垂直) 13.玻璃管水位计是利用_______的原理制成的.(连通器) 14.整流电路的作用是将_______变成____________.(交流电;脉动直流电) 15.温度测量仪表可分为_______测温仪表和__________测温仪表两大类. (接触式;非接触式) 16.自动化仪表具有__________、___________、__________、__________功能. (自动检测;自动信号联锁;自动操纵;自动调节) 17.直流单臂电桥又称________电桥.(惠斯登) 18.安装取源部件不宜在焊缝及其边缘上_____及_____.(开孔;焊接) 19.压力取源部件的安装位置应选在介质流束_____的地方.(稳定) 20.就地安装的显示仪表应安装在手动操作阀门时便于_____仪表示值的位置. (观察) 21.双金属温度计是由____________金属片叠焊在一起而制成的.(两种不同的) 22.直流电位差计由__________回路_____________回路和__________回路组成. (工作电流;校准工作电流;测量) 23.吹气式液位计是基于_____原理测量液位的.(静压) 24.测量的手段及方式可分为_____测量、_____测量、_____测量. (直接;间接;组合) 25.运算单元有_______、_______和_______.(加减器;乘除器;开方器) 26.安装孔板时,孔板的中心和管道中心_____.(重合) 27.兆欧表由____________和______________组成.(手摇发电机;磁电系比率计) 28.交流电压表的示值是指交流电压的________值.(有效值) 29.电桥平衡时,两相对臂上的电阻_____等于另外两相对臂上电阻的_____. (乘积;乘积) 30.差压变送器的测量元件_____的作用是将______________转换________.
《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。
化工仪表及自动化总复习 第一章自动控制系统基本概念 一、基本要求 1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系； 2. 掌握自动控制系统中常用术语，方块图的意义及画法； 3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义和表示方法； 4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义； 5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。 二、常用名词术语 1. 控制对象： 2. 被控变量： 3. 操纵变量： 4. 干扰：除操纵变量外，作用于被控变量并使其发生变化的因素。 5. 设定值（给定）： 6. 偏差： 7. 控制系统的过渡过程： 8. 反馈：把系统或环节的输出信号直接或（经过一些环节）间接引入到输入端的方法称为反馈。 9. 负反馈：反馈信号的作用方向与设定（给定）信号相反，给定值
取正，反馈信号取负，即偏差信号为两者之差，反馈信号能使原来的信号减弱，这种反馈称为负反馈。（在控制系统中的重要意义） 10.正反馈： 三、问答题 1. 控制系统按被控变量的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。 开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。 闭环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。 定值控制系统：给定值为常数； 随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。 2. 自动控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 被控对象： 检测仪表（检测元件及变送器）： 控制仪表： 执行器（控制阀）： 3. 在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？ 发散振荡过程：
化工仪表及自动化 试卷分值分布： 一、单选题（2分10=20分）二、填空题（2分×5 =10分）三、简答题（5分5=25分）四、计算题（10分3=30分）五、综合分析题（15分×1=15分） CH1 1.自动控制系统的主要组成环节各组成环节的作用 控制系统的4个基本环节：被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器 被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象（ 检测仪表(测量变送环节)：感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)。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相比较得出偏差，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，将运算结果用特定信号(气压或电流信号)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注入(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。 2. 3.~ 4.自动控制系统的分类 (1)按被调参数分类：流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等； (2)按调节规律分类：比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分积分调节； (3)按被调参数的变化规律分类：定值调节系统(给定值为常数)、随动调节系统(给定值为变数， 要求跟随变化)和程序控制调节系统(按预定时间顺序控制参数) (4)按信号种类分类：气动调节系统，电动调节系统 5.自动控制系统的过渡过程形式 过渡过程：受到干扰作用后系统失稳，在控制系统的作用下，被控变量回复到新的平衡状态 的过程。 ' 阶跃干扰作用下几种典型的过渡过程： 非周期(振荡)衰减过程(允许) 衰减振荡过程(允许) 单调发散(非振荡)过程(不允许) 被控对象 测量变送装置 － z ; 给定值 x 偏差 e 控制器输出 p ： 操纵变量 p 被控变量 y f 干扰作用 测量值
绪论 一、目的要求 1. 使学生对本课程的研究内容有比较全面地了解。 2. 使学生掌握本课程的正确学习方法。 3. 使学生了解本课程学习的重要性，以为以后的专业课学习打下良好的基础。 二、主要讲解内容及时间安排 2 学时 1. 主要讲解内容 （1）所用教材及主要参考书； （2）课程内容介绍； （3）本课程的学习方法及学习要求。 2. 时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 本课程的研究对象及主要内容；本课程的重点及学习方法和要求。 四、教学法 以课堂讲授为主，学生课后阅读相关的参考资料为辅。 五、参考书 （1）杜效荣主编. 化工仪表及自动化（第二版）.北京：化学工业出版社，1994 （2）厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化（例题习题集）. 北京：化学工业出版社， 1999 （3）汪基寿主编. 化工自动化及仪表. 北京：中央广播电视大学出版社， 1993 （4）曹克民主编. 自动控制概论. 西安：西安建筑科技大学出版社，1995 第三章检测仪表及传感器 一、目的要求 1. 使学生了解仪表的性能指标。 2. 使学生掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。 3. 使学生初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4. 了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5. 了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 6. 掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的
冷端温度补偿的作用及方法。 二、主要讲解内容及时间安排15 学时 1. 主要讲解内容： （1）检测仪表及传感器的概念，工业检测仪表的性能指标； （2）压力检测及仪表； （3）流量检测及仪表； （4）物位检测及仪表； （5）温度检测及仪表。 2.时间安排：按教学日历安排进行。 三、讲授重点 1 仪表等级的确定及鉴定和选择； 2 转子流量计的指示值修正，转子流量计与差压式流量计的工作原理的异同； 3 差压式液位变送器的工作原理及零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 四、讲授难点 1 各种压力仪表的工作原理； 2 转子流量计的指示值修正； 3 差压式液位变送器的零点迁移问题； 4 热电偶温度计的冷端温度补偿。 五、教学法以课堂讲授为主，学生课后查阅相关的参考资料并完成课后作业巩固所学知识点 为辅。 六、讲课思路 ▲本章的基本概念： 1 检测仪表 2 传感器 3 变送器 §1 工业检测仪表性能指标 1 有关测量误差的基本概念 （1）测量 （2）测量误差
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
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。
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？
实习报告 经过化工仪表及自动化的学习，我感觉自动化这方面博大精深，老师简单介绍了化工生产过程所必须掌握的知识和方法，如测量方法、检测仪表的原理、校正精度等级、控制器结构、调节阀结构和自动控制系统的组成等；重点讲述了化工仪表和自动控制系统的操作等知识。 学习热电偶与热电阻的构成，二者属于温度测量中的接触式测温，尽管其作用相同都是测量物体的温度，但是它们的原理与特点却不尽相同。 热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点就是测量范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应。。 热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。 热电偶的电信号需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。 而热电阻虽然在工业中应用也比较广泛，但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度，铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型，但是他却不需要补偿导线，而且比热点偶便宜。 仪表是指测定温度、气压、电量、血压、流量等仪器的统称。外形似计时的表，能由刻度直接显示数值。主要分为压力仪表、温度仪表、流量仪表、电工仪器仪表、电子测量仪器、光学仪器、分析仪器、实验仪器等。广泛应用于工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各方面。老师讲解了电子万用表构成及功能，了解虚拟仪表。
第一章自动控制系统基本概念 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。 11.图1-18 所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被 被控对象：反应器被控变量：反应温度操纵变量：冷却水流量：干扰变量A、B的流量、温度。 13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。 当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。此时，控制器将发出信号而使控制阀的开度变大，加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P。所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。 14.图1-18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？ 当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。 15.按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？ 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。 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。 20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这「些品质指标的因素是什么？ 答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。 影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。