化工测量及仪表第4章
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10131313钟晓帆化工仪表及自动化总复习习题及答案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,了解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;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、常用概念1.化工自动化的主要内容: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。
2.自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置(测量元件与变送器、控制器、执行器)。
3.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对象,简称对象。
4.被控变量:过程内要求保持设定数值的物理量。
5.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。
6.干扰作用:指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。
7.设定值:被控变量的设定值。
8.偏差:个别测定值与测定的平均值之差。
9.闭环系统: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。
10.开环系统: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。
11.控制系统的过渡过程:一个控制系统在处界干扰或给定干扰作用下,从原有的稳定状态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。
12.反馈:把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。
13.负反馈:反馈信号的作用方向与设定信号相反,即偏差信号为两者之差,这种反馈叫做负反馈。
14.正反馈:反馈信号的作用方向与设定信号相同,反馈信号使原来的信号增强,这种反馈叫做正反馈。
三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类?简述每种形式的基本含义。
答: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。
4 化工测量技术及常用仪表4.1 概述流体压强、流量及温度是化工生产和科学实验中的重要信息,是必须测量的基本参数。
用来测量这些参数的仪表统称为化工测量仪表。
化工测量仪表的种类很多,本章主要介绍实验室常用测量仪表的工作原理,选用及安装使用的一些基本知识。
读者可查阅相关专业书籍和手册作进一步的深入了解。
化工测量仪表一般由检测(包括变送)、传送、显示等三个基本部分组成,检测部分通常与被测介质直接接触,并依据不同的原理和方式将被测的压强、流量或温度信号转变为易于传送的物理量,如机械力、电信号等;传送部分一般只起信号能量的传递作用;显示部分则将传送来的物理量信号转换为可读信号,常见的显示形式有:指示、记录、声光报警等。
根据不同的需要,检测、传送、显示这三个基本部分可集成在一台仪表内,比如弹簧管式压强表;也可分散为几台仪表,比如仪表室对现场设备操作时,检测部分在现场,显示部分在仪表室,而传送部分则在二者之间。
使用者在选用测量仪表时必须考虑所选仪表的测量范围与精度。
特别是检测、传送、显示三个基本部分分散为几台仪表的场合,相互间必须统筹和兼顾,否则将引入较大的测量误差。
这在本书“误差分析”的相关章节中已有论述。
4.2 流体压强的测量方法在化工生产和实验中,经常遇到流体静压强的测量问题。
常见的流体静压强测量方法有三种:1. 液柱式测压法,将被测压强转变为液柱高度差;2. 弹性式测压法,将被测压强转变为弹性元件形变的位移;3. 电气式测压法,将被测压强转变为某种电量(比如电容或电压)的变化。
一般而言,由上述方法测得的压强均为“表压值”,即以物理大气压为基准的压强值。
表压值加物理大气压值等于绝对压强值。
4.2.1 液柱式压强计液柱式压强计是基于流体静力学原理设计的。
结构比较简单、精度较高。
既可用于测量流体的压强,又可用于测量流体管道两点间的压强差。
它一般由玻璃管制成。
由于指示液与玻璃管会发生毛细现象,所以在自制液柱式压强计时应选用内径不小于5mm (最好大于8mm)的玻璃管,以减小毛细现象引起的误差。
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:在化工等连续性生产设备上,配备一些自动化装置,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,称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是:加快生产速度,降低生产成本,提高产品数量和质量;降低劳动强度,改善劳动成本,改变劳动方式;确保生产安全。
6.图1-16 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。
答:PI-307:表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303:表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表,工段号为3,仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305:表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表,工段号为3,仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8.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?答:在自动控制系统中,测量变送装置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);控制器将测量变送装置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。
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:被控对象——自动控制系统中,需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的工艺参数(物理量)。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的,用以克服干扰的影响,使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
P161. 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-307、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。
第一章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。
答:主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。
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者机器叫被控对象。
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。
工艺上希翼保持的被控变量即给定值。
具体实现控制作用的变量叫做控制变量。
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,惟独负反馈才干使反馈信号升高,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。
Tsp - 干扰 T控制器执行器反应器x e p qZ温度测量变送被控对象:反应器被控变量:反应温度控制变量:冷却水流量:干扰变量 A、B 的流量、温度。
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。
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。
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。
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、振荡周期或者频率。
影响因素有被控对象的额性质,自动化装置的选择和调整。
描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数 T、滞后时间г物理意义: K:反应的是对象处于稳定状态下的输出变化量和输入变化量之间的关系。
T:系统在受到阶跃输入作用后输出达到稳定值的 63.2%所需时间系统受到输入作用后,输出保持初始速度变化,达到稳定值所需时间。
化工仪表安全管理制度第一章总则第一条为了加强化工仪表安全管理,防止事故发生,保障生产安全和人员生命财产安全,制定本管理制度。
第二条本管理制度适用于化工生产企业仪表设备的安全管理,包括但不限于压力仪表、温度仪表、流量仪表、液位仪表等。
第三条仪表安全管理应遵循“预防为主、综合治理、责任到人、保障安全”的原则,明确各级管理人员和操作人员在仪表安全管理中的职责和义务。
第四条本管理制度的内容包括基本要求、安全责任、安全检查、应急准备、事故报告和处理等。
第五条本管理制度由企业安全管理部门牵头联合相关部门制定,并不定期评估更新。
第二章基本要求第六条企业应建立健全仪表设备台账,对仪表设备进行分类、编号和记录,明确安装位置、使用范围和检修周期等。
第七条企业应设置专门的仪表管理人员,负责制定维护计划、定期检查、维修和更换仪表设备等工作。
第八条企业应加强仪表设备的维护保养工作,定期对仪表设备进行检查、校准和清洁,并做好记录。
第九条企业应建立健全仪表设备故障应急处理方案,确保在仪表设备出现故障时能第一时间进行处置。
第十条企业应定期开展仪表设备安全培训,提高员工对仪表设备安全管理的认识和技能。
第三章安全责任第十一条企业顶岗管理人员对仪表设备的安全负有最终责任,应落实仪表设备的安全管理工作,确保生产安全。
第十二条仪表管理人员应严格执行本管理制度,做好仪表设备的日常管理和维护工作,及时发现并排除安全隐患。
第十三条操作人员在使用仪表设备时应按照操作规程操作,不得私自调整或修改仪表参数。
第十四条操作人员在发现仪表设备异常时应及时报告,停止使用并进行维修,保障人员和设备安全。
第十五条仪表设备维修人员应具备相应的资质和技能,严格按照维修标准进行维修,确保维修质量。
第四章安全检查第十六条企业应定期开展仪表设备的安全检查,包括外观检查、电气检查、测量仪器校准等内容。
第十七条企业应建立仪表设备检查记录,对检查结果进行记录和分析,及时发现问题并采取措施解决。
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,了解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;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、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测,自动保护,自动操纵,自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置(测量元件与变送器、控制器、执行器)。
3. 被控对象:对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量:生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量:具体实现控制作用的变量6. 干扰作用:在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值:被控变量的期望值,可固定也可以按程序变化8. 偏差:给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统:系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统:系统的输出被反馈到输入端,执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端,并加入到输入信号中的方法13. 负反馈:反馈信号的作用方向与给定信号相反,即偏差信号为两者之差(e=x—z)14. 正反馈:反馈信号的作用方向与原来的信号相同,使信号增强(e=x+z)三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类?简述每种形式的基本含义。
答:定值控制系统:给定值为常数随动控制系统:给定值随机变化程序控制系统:给定值按一定时间程序变化2.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?答:1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求,但1进程缓慢,只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
第一章,自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。
自动检测,自动保护,自动操纵和自动控制等。
2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。
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。
3、自动控制系统主要有哪些环节组成。
自动化装置及被控对象。
4、什么是负反馈,负反馈在自动控制系统中的意义。
这种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做反馈,当反馈信号取负值时叫负反馈。
5、自动控制系统分类。
定值控制系统,随动控制系统,程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。
最大偏差,衰减比,余差,过渡时间,振荡周期对象的性质,主要包括换热器的负荷大小,换热器的结构、尺寸、材质等,换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
7、什么是静态和动态。
当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。
从干扰发生开始,经过控制,直到系统重新建立平衡,在这一段时间中,整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中,所以这种状态叫做动态。
第二章,过程特性及其数学模型1、什么是对象特征,为什么要研究它。
1/9对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。
特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。
2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模: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,从而获取对象的数学模型。
实验建模:用实验的方法来研究对象的特性,对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理,使之转化为描述对象特性的数学模型。
混合建模:将机理建模和实验建模结合起来的,先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式,然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。
3、反映对象特性的参数有哪些。
各有什么物理意义。
它们对自动控制系统有什么影响。
放大系数K:对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
对象的放大系数K越大,就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。