化工仪表及自动化知识点整理

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. ~

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

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)

6. 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()Jetdt、时间乘平方误差积分指标 22 0()Jtetdt、绝对误差积分指标

3 0|()|Jetdt、时间乘绝对误差积分指标

4 0|()|Jtetdt。优化控制的策略：minJ

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emax(被控量偏离给定值的最大数值)：maxeBC

—

衰减比n(前后相邻两个峰值的比)：/nBB

余差 e(∞)(稳态值与给定值的偏差)：()()eCy

过渡时间tp：3ptt

振荡周期(其倒数为振荡频率)：21tt 阶跃干扰作用下的过渡过程（设定值固定，加一阶跃干扰）——定值系统 t()yt BB()e3t2t1tC25稳定误差范围：％或者％的新稳态值

-

超调量σ：/*100%BC

衰减比n：/nBB

余差 e(∞)：()e

过渡时间tp：3ptt

振荡周期(其倒数为振荡频率) ：21tt

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，阶跃给定作用下的过渡过程（设定值变化）——随动系统 t()ytSp BB()e3t2t1tC25稳定误差范围：％或者％的新稳态值

阶跃输入

t 0 ？

A

矩形脉冲

t 0 、

t

1 A

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t0突然加一阶跃干扰，幅值为A，到t1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％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 oyKu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fyKf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KO，使之大些，抗干扰能力强，太大会引起系统振荡。

控制通道TO大响应慢、控制不及时、过渡时间tp长；控制通道TO小 响应快、控制及时、过渡时间tp短；控制通道TO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Tf对被控变量输出的影响也是相类似的。一般情况希望TO小些，但不能太小，Tf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 ， = 1 + 2，而1是系统真正纯滞后，是2容量滞后引起的等效滞后；

< 广义对象

C

T

D 【 y(0)

0 y()

。

y(t) (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ix与被测真值tx之差itxx

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: maxmaxmin100%xx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：，，，，，，，，，，等。

所谓的级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为±％。精度等级数值小于等于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

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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.

5. 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。

6. 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。

7. 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

8.

9. 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。