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化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化的基本概念第一节化工自动化的主要内容第二节自动控制系统的基本组成第三节识读管道仪表流程图（P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表的基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表（红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统的组成第二节集散控制系统的功能第三节集散控制系统的操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。
由于生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要的监测技术和自动化知识，这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提。
本章的重点：对自动化、化工自动化的概念；实现化工自动化的目的；化工自动化发展的过程。
自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。
特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。
化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配置上一些自动化装置，代替操作人员的部分或全部直接劳动，是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。
自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下。
1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
在生产过程由于人的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法长时间，高效率、大规模生产。
第三章1．什么是真值?什么是约定真值?相对真值？答：真值是一个变量本身所具有的真实值,它是一个理想的概念，一般是无法得到的。
所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。
实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。
相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3~1/20时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值.2．什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差?有何区别?答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。
仪表在制造厂出厂前，都要在规定的条件下进行校验。
规定条件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等.仪表的基本误差是仪表本身所固有的,它与仪表的结构原理，元器件质量和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。
使用仪表测量参数时，测量的结果不可能绝对准确.这不仅因为仪表本身有基本误差，而且还因为从开始测量到最后读数，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差.所以在很多情况下，仪表的显示数值与标准值（真实值)之间存在着一个差值,这个差值称为测量误差。
通常情况下,仪表的测量误差大于基本误差，因为测量过程还产生-二些附加误差。
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。
如电源波动附加误差，温度附加误差等。
3．什么是仪表的反应时间?用什么方法表示？答：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质指标.反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
反应时间的表示方法有两种。
（1)当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值.仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间，即为反应时间.（2)用变化到新稳态值的95％所用的时间来表示反应时间.4．什么是压力?它的法定计量单位是什么？答：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力。
可编辑修改精选全文完整版化工仪表及自动化答案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。
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。
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。
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。
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。
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。
第一章测试1.化工生产过程自动化的核心是（）系统。
A:自动操纵B:自动控制C:自动保护D:自动检测答案:B2.在自动控制中，要求自动控制系统的过渡过程是（）。
A:等幅振荡过程B:缓慢的变化过程C:稳定的衰减振荡过程D:发散振荡的变化过程答案:C3.自动控制系统的两种表示方式是（）A:方框图和仪表流程图B:传递图和结构图C:结构图和仪表流程图D:传递图和方框图答案:A4.简单化工自动控制系统的组成包括被控对象、测量元件及变送器、控制器、执行器。
（）A:对B:错答案:A5.定制控制系统是（）固定不变的闭环控制系统。
A:测量值B:输出值C:给定值D:偏差值答案:C第二章测试1.反应器、压缩机、锅炉都可以作为自动控制系统中的（）。
A:干扰变量B:被控对象C:被控变量D:操纵变量答案:B2.通常用下列哪三个物理量来描述对象的特性（）。
A:时间常数、滞后时间、反应时间B:放大系数、时间常数、积分时间C:放大系数、时间常数、滞后时间D:时间常数、滞后时间、微分时间答案:C3.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，达到新的稳态所需的时间称为（）。
A:滞后时间B:过渡时间C:振荡周期D:时间常数答案:D4.选用测量元件和控制器与研究被控对象的特性无关。
（）A:对B:错答案:B5.当被控对象受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，这种现象称为（）。
A:时间常数B:滞后时间C:放大系数D:滞后现象答案:D第三章测试1.热电偶温度计中使用补偿导线的作用是（）。
A:冷端的延伸B:冷端温度补偿C:热端温度补偿D:热电偶与显示仪表的连接答案:A2.下列属于弹性式压力计的是（）。
A:弹簧管式压力计B:波纹管式压力计C:U型管压力计D:薄膜式压力计答案:ABD3.在以下四种节流装置中造价昂贵，但压力损失最小的是（）。
A:标准文丘里管B:1/4圆喷嘴C:标准孔板D:标准喷嘴答案:A4.测量液体压力时，压力表取压点应在管道下部，测量气体压力时，取压点应在管道上部。
