自动化仪表与过程控制习题

自动化仪表与过程控制试题（含答案）自动化仪表与过程控制试题题号一二三四五总分得分得分评卷人一、填空题(每空1分，共20分)1、测量温度的方法虽然很多，但从感受温度的途径来分，可以分为两大类:一类是( )的，即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度;另一类是( )的，即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。

2、电动温度变送器，核心都是一个直流低电平电压—电流变换器，大体上都可分为( )、( )及( )三部分。

3、调节器的输出电路是一个电压—电流转换器，还承担( )的任务。

4、在数字控制系统中，当需要限制输出量的变化速率，以及需要实现自动/手动无扰切换等场合，使用增量算式有许多便利之处，所以有些控制系统中不直接计算y，而先算出( )。

n5、SLPC单回路控制器是按( )或( )的定周期节拍工作的。

6、DCS系统常采用多主站的令牌传送方式，在系统内，各( )和( )的地位都是相同的，没有固定的主站与从站划分。

7、集散控制系统的操作站主要有三大功能，即以系统生成、维护为主的( )功能，以监视、运行、记录为主的( )功能，以及与现场控制站和上位计算机交换信息的( )功能。

8、从结构来说，执行器一般由( )和( )两部分组成。

9、目前，用来测定对象动态特性的实验方法主要有( )、( )和( )三种。

10、为了克服用白色噪声作为输入，估算脉冲响应函数需要较长时间，可以采用( )信号作为输入探测信号。

得分评卷人二、判断题(每题1分，共10分)1、比例度P是一个无因次量，它表示在只有比例作用的情况下，能使输出量作满量程变化的输入量相对变化的百分数。

( )2、DDZ-?型调节器的运算电路是PD与PID两个运算电路串联组成的。

( )3、在混合过程PID算法的混合过程中要求的是瞬时流量的正负偏差积分为零( ) 4、SLPC型单回路控制器的指令共有46种。

( ) 5、一个功能块参数可分为三类:输入参数，输出参数及外含参数。

过程控制与自动化仪表试题过程控制与自动化仪表试题一(填空:1(过程控制仪表按信号分(模拟式)、(数字式)两大类。

2(测定对象动态特性的实验方法主要有(时域测定法)、(频域测定法)、(统计研究法)。

3(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)。

4(气体压力变送器可分为两大类，分别是按(位移平衡)原理构成的压力变送器和按(力平衡)原理构成的压力变送器。

5(.过程控制系统的分类(开环控制系统)、(闭环控制系统)。

6(浮筒式液位计测量液位是基于(阿基米德)原理。

7(过程控制仪表的主体是(气动控制仪表)、(电动控制仪表)。

8(反馈分为(正)反馈和(负)反馈。

9(调节器的比例度越大，则放大倍数(越小)，调节作用就(越弱)，余差也(越大)。

10(差压式流量计包括(节流装置)、(导压管)、(变送器)三部分。

11(自动调节系统常用的参数整定方法有(经验法)、(衰减曲线法)、(临界比例度法)、(反应曲线法)。

12(构成A/D转换器的方法有:(计数式A/D转换)、(逐次逼近型A/D转换)、(双积分式A/D转换)、(并行A/D转换)、(串-并行A/D转换)。

13(在生产过程中应用的基本控制规律主要有(位式控制)、(比例控制)、(积分控制)、(微分控制)。

14(过程控制仪表按结构形式分(基地式控制仪表)、(单元组合式控制仪表)、(组装式综合控制装置)、(集散控制系统)、(现场总线控制系统)。

15(温度变送器有(毫伏变送器)、(热电阻温度变送器)、(热电偶温度变送器)几种类型。

16.自动控制系统由被控对象、检测元件(包括变送器) 、调节器和调节阀, 部分组成。

17.常见的比值控制系统有单闭环比值、双闭环比值和串级比值3种。

二(选择题。

1(热电偶供电为:(1)A)直流 B)交流 C)三相交流 D)不供电2(向差压变送器的正、负压室同时输入相同的的压力时，变送器的输出零位产生偏移，偏移值随着静压的增加而发生变化，这种由于静压而产生的误差叫什么,(1)1)静压误差3(电容式差压变送器无输出时可能原因是(1、2)1)无电压供给 2)无压力差 3)线性度不好三、简答题1. 温度测量有哪几种常用元件,答:温度测量的常用元件有4种，它们是:热电阻、热电偶、双金属温度计、膨胀温度计。

4. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.5、PID 调节器的参数、、对控制性能各有什么影响？p K I T D T 答：(1)比例增益反映比例作用的强弱，越大，比例作用越强，反之亦然。

p K p K 比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；(2)积分时间反映积分作用的强弱，越小，积分作用越强，反之亦然。

积分I T I T 作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；(3)微分时间反映积分作用的强弱，越大，积分作用越强，反之亦然。

微D T D T 分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。

6、与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点？答：(1)反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；(2)反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作；(3)反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制；(4)反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性补偿的局限性；(5)反馈控制规律通常有P 、PI 、PD 、PID 等，而前馈控制规律比较复杂。

7、简述“积分饱和现象”产生的内因和外因。

答：造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。

在偏差长期存在的条件下，控制器输出会不断增加或减小，直到极限值引起积分饱和。

8、如图所示的压力容器，采用改变气体排出量以维持 容器内压力恒定：(1)调节阀应选择气开式还是气关式？请说明原因。

(2)压力控制器(PC)应为正作用还是反作用？请说明原因。

第1章(P15)1、基本练习题(1)简述过程控制的特点。

Q：1)系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2)被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3)控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4)控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5)定值控制是过程控制的主要形式。

(2)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。

Q：1)过程控制是生产过程自动化的简称。

它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。

2)组成框图：f(t)r(t) e% u(t) q(t)》,一上fo_U捽制器一►执行器一—z(t) -------------------------------- 测量变送装置」-------(3))单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1)模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动皿型：4~20mADC或1~5V DC。

2) 数字式仪表的信号：无统一标准。

(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。

Q：是串级控制系统。

方块图：热油出(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1)最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。

2)略(8)通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。

Q：1)按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈•反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。

2)略(10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1)不是这样。

2)比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。

1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。

b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。

1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。

在什么情况下要做零点迁移？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。

b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。

c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。

桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu上产生一个电压，此电压与热电动势Et 串联相接。

当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。

d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。

1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。

造成信号的不稳。

共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。

这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

总复习1.设计单回路控制系统，被控变量和操作变量的选择原则是什么？2.调节通道、干扰通道特性可以用哪些特征参数来表示，各参数对过渡过程有何影响？3.在自控系统设计中，调节阀流量特性选择原则是什么？4.在单回路中控制器的控制规律是根据什么原则确定的？为什么要对控制器参数进行整定，通常有哪些方法？各参数的变化对过渡过程的影响有哪些规律？5.组成单回路调节系统时，如何考虑各环节的时间常数匹配？6.用反应曲线法、衰减曲线法、临界比例度法整定调节器参数的要点是什么？7.若一个自控系统，在比例控制的基础上分别增加：（1）适当的积分作用；（2）适当的微分作用。

试问：1）这两种情况下对系统的稳定性、最大动态偏差、余差分别有何影响？并说明原因。

2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整比例度，并说明理由。

3）试总结调节器P、PI、PD和PID动作规律对系统控制质量的影响。

8.画出下列调节系统的方框图，其中调节器传函为Gc，调节阀为Gv，调节通道为Gp，变送器为Gm，P0为干扰，干扰通道函数为Gf.(a) (b)( c ) (d )8题图压力、流量系统9、气动调节阀的执行机构的正、反作用是如何定义的？在结构上有何不同？调节阀的气开、气关形式如何实现的？（画简图表达出来）在使用时应根据什么原则选择？10、什么是调节阀的流量特性？什么是调节阀的理想流量和工作流量特性？理想流量特性的类别？11、试确定下列控制系统中调节阀的开关形式及调节器的正、反作用。

11 题图12、一个间歇生产的夹套式反应釜，放热反应，用冷冻盐水量控制釜内温度在10摄氏度左右，工艺要求控制误差（动、静态）越小越好。

其釜内温度过高容易发生冲料事故，盐水压力和温度变化对釜内温度影响较大，试○1设计一个单回路控制系统，且确定调节器正反作用及调节阀开关形式。

调节器作用规律并说明理由○2画出控制系统方块图12 题图13、说明串级调节、比值调节、均匀调节特点及应用场合。

第1章思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程控制的特点。

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（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。

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。

过程控制系统的一般性框图如图1-1所示：f(t)r(t)e(t)u(t)q(t)y(t)_控制器执行器被控过程z(t)检测变送装置图1-1过程控制系统的一般性框图（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。

2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。

答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：烟气引风机热油入口ACAT热油出口火嘴PTTTTC PC燃油图1-2加热炉过程控制系统流程干扰2干扰1给定值_TC_PC阀管道燃油压力加热炉热油出口温度PTTT图1-3加热炉过程控制系统流程方框图（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？答：1）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。

2）各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；超调量：第一个波峰值y与最终稳态值y（∞）之比的百分数：1σ=y1⨯100% y(∞)最大动态偏差A：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；静差，也称残余偏差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t：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的±5%（±2%）范围内所s需要的时间；振荡频率ω：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n工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间t：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；p峰值时间t：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

控制系统，被控变量和操作变量的选择原则是什么？选取被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数；当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数；被控参数必须具有足够大的灵敏度。

控制参数的选择原则：扰动作用由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定值；控制作用由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值；正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。

一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应要比扰动通道快。

2.用反应曲线法、衰减曲线法、临界比例度法整定调节器参数的要点是什么？整定是指决定控制器的比例带5(或KP)、积分时间TI、微分时间TD和采样周期Ts的具体数值。

整定的实质是通过改变控制器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。

整定控制器参数的方法可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。

理论计算整定法有频率特性法、根轨迹法等。

工程整定法有现场试凑法、临界比例度法、衰减曲线法和响应曲线法等。

工程整定不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定，特点是方法简单实用；计算简便；易于工程应用。

现场试凑法:按照先比例，再积分，最后微分的顺序；比例度由大到小整定；积分时间由大到小整定；微分时间由小到大整定。

临界比例度法：在闭环控制系统里，将控制器置于纯比例作用下(TI=-,TD=O),从大到小逐渐改变控制器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。

此时的比例度称为临界比例度5k,相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tk。

据此确定控制器其它参数。

根据5k 和Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即5、TI、TD的值。

按“先P后I最后D”的操作程序将控制器整定参数调到计算值上。

第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。

Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。

（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。

Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。

它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。

2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。

2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。

Q：是串级控制系统。

方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。

2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。

Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。

2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。

2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。

（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。

2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。

2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

自动化仪表与过程控制习题集一、选择题简单控制系统从结构上来说是由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行器(调节阀)所组成的( C )系统。

A、预测控制B、推理控制C、闭环控制电子式电动执行器接受的控制信号为( A )。

A．4-20mADC信号B．220VAC信号C．开关信号由热偶测温原理，下列哪种条件下，可测得电势？( A )A、热电偶电极材料不同，两端温度不同B、热电偶电极材料相同，两端温度不同C、热电偶电极材料不同，两端温度相同热电偶是利用热电偶的( B )测量温度的。

A、电阻值B、热电效应C、电磁感应在过程控制中，使用最多的是（A）。

A.气动执行器B.电动执行器C.热动执行器D.手动执行器与热敏电阻相比，金属电阻的温度系数（B ）。

A. 大B. 小C. 相等D. 与外部条件有关若仪表的精度为1级，即允许误差为( A )A、±1%B、-1%C、1%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和量程为（C ）A、0.4级，16MpaB、0.6级，10MpaC、0.25级，10Mpa一台测温仪表，其测温范围为600~1100℃，已知其最在绝对误差为±6℃，则其精度等级为(C)A、1.0级B、1.2级C、1.5级压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。

A、1/3~2/3B、<2/3C、>1/3压力表的测量使用范围一般为其量程的1/3~2/3处，如果低于1/3则( C )A、因压力过低而仪表无指示B、精度等级降低C、相对误差增大现有两台压力变送器，精度等级都为1级，第一台量程为0－600KPa，第二台量程为250－500KPa，测量变化范围320－360KPa的的压力，下列说法正确的是( B )A．第一台准确度高B．第二台准确度高C．两者结果一样测量管道内的液体静压力，为了防止液体中固体颗粒混合物或气泡的不良影响，因此开孔位置应为( B )A、管道上方B、管道下方45度区域C、管道底部科氏流量计从其测量原理上来说，是一种什么类型的流量计？( B )A、体积流量计B、质量流量计C、速度式流量计采用容积测量法的是（B ）Ａ、涡轮流量计Ｂ、罗茨流量计Ｃ、电磁流量计适用于大口径大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合的控制阀是( B )。