(完整word版)控制仪表及装置——考试复习题

1、简答题5X8=40分第1章概论1.一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？P1输入环节；输出环节；反馈环节等2.过程控制仪表与装置的分类有哪几种形式？P2按能源形式分类：可分为电动、气动、液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表；按信号类型分类：分为模拟式和数字式两大类；按结构形式分类：单元组合式控制仪表，基地式控制仪表，集散型计算机控制系统，现场总线控制系统。3.过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为哪几种？目前工业上普遍使用的是哪两种？P2过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为电动、气动、液动和机械式等。工业上普遍使用电 动和气动控制仪表。4.数字式控制仪表的特征有哪些？其传

2、输信号为断续变化的数字量，可以进行各种数字运算和逻辑判断，功能完善性，能优越， 能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。5.变送单元的作用是什么？它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪 表，以供指示、记录或控制。6.控制单元的作用是什么？将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动 作。7.执行单元的作用是什么？它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。8.现场总线控制系统的特征？P3其特征为：现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而

3、现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。9.信号制是指什么？P3-4信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。10.制定信号制的目的是什么？P3-4达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控 制系统中，实现系统的功能。11.气动仪表的信号标准？P3-4气动仪表的信号标准即启动仪表的下限值和上限值：下限上限20kPa(0.2Kgf/cm2)100kPa(1Kgf/cm2)12.电动仪表的信号标准?序号电流信号负载电阻14 20 mA2 5 0 7 5 0欧20-10 mA0-1000欧0 3 0 0 0欧13.现场与控制室仪表之间

4、宜采用什么信号？P4-5现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。14.直流电流信号有哪些优缺点？P4-5优点：a、直流比交流干扰少b、直流信号对负载的要求简单c、电流比电压更利于远传信息缺点:a、多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联b、任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号c、仪表无公共接地点,须浮空工作。15.控制室内部仪表之间宜采用什么信号？P4-5控制室内部仪表之间宜采用直流电压信号。16.直流电压信号有哪些优缺点？P4-5优点：a、任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。b、各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流

5、电源。缺点：其接收仪表的输入阻抗要足够高17.控制系统仪表之间典型联接方式是什么？P5Io:发送仪表的输出电流Ro：发送仪表的输出电阻Ri:接收仪表的输入电阻R:电流/电压转换电阻，lo=420mA时R取250 Q。18.从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表的两种构成形式是什么？a、 仪表整机采用单个放大器，其放大器可由若干放大器或不同的放大器串联而成。b、 整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式组装而成。19.采用单个放大器的仪表分析方法的特点？a、 在满足KKf1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特 性。b、 在满足KKf1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（

6、e0）。20.采用运算放大器的仪表分析方法特点？a、 输入电阻Ri=：；b、 输出电阻Ro=0;c、 开环电压增益Kc=：:;d、 失调及其漂移为零。两条重要的结论：1差模输入电压为零，即Vc=0或VT=VF;2输入端输入电流为零，即IbT=0,IbF=0;21.仪表中常用的运算放大器电路有哪四种？见笔记a、反相端输入b、同相端输入c、差动输入d、电压跟随器22.反相端输入运算放大器电路特点？a、 输出电压与输入电压成正比，其比例系数为R2/R1;b、 输出与输入极性相反；c、 反相端不接地，但VF=0,故称反相端为“虚地”；d、 输入电阻约等于输入回路电阻R1;e、 输入回路电流li,全部流

7、经反馈回路，即lf=lio23.同相输入运算放大器电路特点？a、 输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R2/R1）;b、 输出与输入极性相同；c、 同相端和反相端存在共模电压VC=Vi;现场控帑宝d、 输入电阻等于运算放大起本身的共模输入电阻，其值很大，通常为1500ML24.差动输入运算放大器电路特点？a、在满足电阻匹配条件时，差动输入放大器电路的输出电压仅仅取决于两个输入电压之差(ViT-ViF)艮即这种电路只放大差动信号，不放大共模信号，且与差动信号Vid成正比，比例系数为R2/R1。输出电压与差动信号极性相同。在仪表线路中，往往取R仁R3 R2=R4,形成所谓对称差动运放电路。

8、b、 运算放大器输入端存在共模电压：VC= R4ViT25.电压跟随器特点？R3R4输入电阻高；输出电阻低。它在仪表电路应用中，起隔离作用。第2章调节器26.何为调节器的调节规律？P12调节器的调节规律 就是调节器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。这个规律常常称为调节器的特性。27.调节器的基本调节规律有哪些？a、比例控制规律b、比例积分控制规律c、比例微分控制规律d、比例积分微分控制规律28.比例调节规律的特点？a、比例控制作用及时迅速b、控制量的输出会发生变化不是原来的数值c、存在残余偏差 一29.积分作用的特点？积分作用的输出与偏差对时间的积分成比例关系。积分作用具有“慢慢来”的特

9、性30.如何防止积分饱和？P33a、在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作用。b、在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用输出不继续增加。31.微分作用的特点？输入偏差变化的速度越大，则微分作用的输出越大，然而对于一个固定不变的偏差不管这个偏 差有多大，微分作用的输出总是零。32.变送器的作用？P41在自动检测和调节系统中，将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量 转换成统一的标准信号，以供显示、记录或调节之用。33.变送器按照被测参数分类有？差压变送器、压力变送器、液位变送器、流量变送器、温度变送器等34.模拟式变送器的构成原理及结构图？P41模拟

10、式变送器组成部分：测量部分、放大器、反馈部分、零点调整和零点迁移。结构图如3-1所示图3-1模拟式变送器结构图35.模拟式变送器的输入输出关系曲线和关系式?P41图3-3智能式变送器的硬件构成框图 智能式变送器软件构成：A/D采样程序量程转换程序工程量变换程序滤波程序K1 KKf(KiXZo )式中：Ki:测量部分的转换系数K放大器放大系数Kf反馈部分反馈系数变送器的理想输入输出特性图3-2模36.数字式变送器的构成原理？P211智能式变送器由硬件和软件两部分构成。误差校正程序D/A输出程序通讯程序辅助功能程序图 3-4变送器量程调节前后输入输岀特性智能式变送器的硬件构成:35.模拟式变送器的

11、输入输出关系曲线和关系式?P41智能式变送器的量程调整方法：由软件实现。38.变送器的零点调整和零点迁移？P42使变送器的输出信号下限值y与测量范围的下限值x相对应，在x=0时，称为零点调miamiamia整，在xM 0时，称为零点迁移。min智能式变送器还配置有手持终端。37.变送器的量程调整？P42量程调整：使变送器的输出信号上限值y与测量范max围的上限值x相对应。量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。模拟式变送器的量程调整方法:Kiy xKfZoKf知改变反馈部分的反馈系数K;或者改变测量部分转换系数K。fi零点调整使变送器

12、的测量起始点为零。零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值：当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称 为负迁移。模拟式变送器的零点调整和零点迁移方法:40.电容式差压变送器线性化的原因？R52原因：传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系。41.模拟式变送器非线性补偿方法有哪二种？R691.使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性2.使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性42.何为四线制？何为二线制？四线制：供电电源和输出信号分别用二根导线传输二线制：二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号图3-6二线制和四线制变送器43.二线

13、制优点？节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰。44.智能式变送器的信号传输方式？R212智能式变送器采用双向全数字量传输信号，即现场总线通信方式；目前广泛采用一种过渡方式，即在一条通信线缆中同时传输420mA ADC电流信号和数字信号，这种方式被称为HART协议通信方式。45.差压变送器的作用？P43用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的统一信号，以实现对这些参数的显示、 记录或自动控制。知改变放大器输入端上的调零信号z智能式变送器的零点调整和零点迁移四线制变RIL方法：由软件实现39.如何提高仪表的测量精度？P4216/50-32/J UO46.差压变送器按照检测元件分类有？膜盒式差压

14、变送器 电容式差压变送器扩散硅式差压变送器振弦式差压变送器 电感式差 压变送器等47.分析电容式差压变送器测量部件的工作机理，推导其关系，说明其特性。P52-3；345步推导,3行结论！48.说明扩散硅式差压变送器的工作原理（包括：传感器与供电电路，前置电压放大器，电压？电流转换器）。（给出扩散硅式差压变送器原理电路图）P60-61工作原理：扩散硅压阻传感器的应变电阻阻值在厶P作用下发生变化，使硅桥产生不平衡电压U，再经前置放大并转换成I输出。so图3-11扩散硅式差压变送器构成方框图49.执行器在自动控制系统中的作用？P82接受来自调节器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到调节流量的目

15、的。50.为什么说执行器是调节系统的薄弱环节？执行器的工作、使用条件恶劣，是调节系统的薄弱环节。51.执行器的构成？各部分的作用？R99执行器由执行机构和调节机构两个部分构成执行机构：根据输入信号的大小产生相应的输出力或位移去推动调节机构动作。调节机构：在执行机构的作用下使阀芯产生一定位移，即使执行器开度发生变化，达到调 节被控介质流量的目的。52.执行器按使用的能源形式分类有？R98气动执行器：控制气动调节阀电动执行器：控制电动调节阀53.气动调节阀的特点？P103优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆。 缺点：响应时间大，信号不适于远传。54.电动调节阀的

16、特点？见笔记优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离的信号传送。 缺点：输出力较小、价格贵，且一般只适用于防爆要求不高的场合。55.执行器的作用方式？P103正作用：当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大。执厅器的Jtt功裝宣抉行器的调节郁分产主相应的输出力尸和悅移凋节从陶松 阀座之间流过旳流虽气动调节阀通常称为气开阀。反作用：当输入信号增大时，执行器的流通截面积减小，即流过执行器的流量减小。气动调节阀通常称为气关阀。56.气动执行机构的作用？P102接受气动调节器或阀门定位器输出的气压信号，并将其转换成相应的输出力F和直线位移l， 以推动调节机构动作。57.电动

17、执行机构的构成原理及各部分的功能？P99电动执行机构由伺服放大器、伺服电机、位置传送器和减速器四部分组成，其构成原理如图伺服电机作用：将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩。伺服放大器作用：将输入信号和反馈信号进行比较，得到差值信号，并根据的极性和大小，控 制可控硅交流开关i、n的导通或截止。可控硅交流开关i、n用来接通伺服电机的交流 电源，分别控制伺服电机的正、反转或停止不转。位置发送器作用：利用位移检测元件（差动变压器、塑料薄膜电位器和位移传感器等）将电动执行机构输出轴的位移线性地转换成反馈信号，反馈到伺服放大器的输入端。减速器的作用是将伺服电机高转速、小力矩的输出功率转换成执行机构输出轴

18、的低转速、大力 矩的输出功率，以推动调节机构。58.何为HARTI讯协议？R280HART是数字式仪表实现数字通讯的一种协议。具有HART通讯协议的变送器可以在一对电缆上同时传输420mA.DC.的模拟信号和数字信号。HART通讯协议是采用国际标准化组织（ISO）的开放式系统互连（OSI）参考模型，简化引 用其中的三层而制定的。物理层、数据链路层、应用层59.什么是FSK言号？P281HART言号传输是基于Bell 202通讯标准，在420mA.DC基础上叠加幅度为土0.5mA的不图3-7 HART数字通信信号60. HART通讯协议的物理层定义什么内容？P281规定了信号的传输方法和传输介质

19、。61. HART通讯协议的传输介质及传输距离关系？P281HART协议的物理层规定传输介质为电缆线。单芯带屏蔽双绞电缆，传输距离可达3000米。多芯带屏蔽双绞电缆，传输距离可达1500米。非屏蔽电缆，适用于短距离数据传送。62. HART协议的数据链路层定义什么内容？P281规定了数据帧的格式和数据通信规程63. HART协议可有哪三种通信模式？HART协议规定有三种通信命令。 通用命令：适用于所有符合HART协议的现场仪表。通用操作命令：适用于大部分符合HART协议的现场仪表。特殊命令：各制造厂的产品自己所特有的命令。64 .HART协议的应用层定义什么内容？ 规定了通讯命令的内容。65.

20、 HART协议规定的三种通信命令是什么？通用命令 通用操作命令特殊命令66.现场总线控制系统的技术特点（1）系统的开放性、可集成性2）互操作性与互用性3）现场设备的智能化与功能自治性4）系统的高度分散性5）对现场环境的适应性。67.与DCSf比FCS在结构上有哪些优越性 ：1实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、 互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。68. CAN总线的主要特点？1.多主方式工作。网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不 分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。2.网络上的节点信息分成不同的优先级

21、，可满足不同的实时要求。3.非破坏性总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地 退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时 间。4.采用报文滤波。即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需 专门的“调度”。5.节点数主要取决于总线驱动电路，可达110个。6.采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。7.每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。69.试对现场总线控制系统与集散控制系统作一比较。70.基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？计算题2X10=

22、20分1.某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为420mA调节器的初始值Ii=Io=4mA S =200%,Ti=TD=2min,K）=10。在t=0时输入Ii=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s时：（1）PI工况 下的输出值；（2）PD工况下的输出值。P39习题1-8:课堂上讲2.用差压变送器测量流量，流量范围为016mf/h。当流量为12卅巾时，问变送器的输出电流是多少？参计算比较AN2:差压与流量的平方成比例，变送器的输出电流与其差压成比例，所以，变送器输出的4-20mA电流与其流量平方成比例。即: （I-4）/（20-4）=&/（3吊=122/1622 21=4+（20-4）*12 /16 =13Ma答：输出信号是13mA3.某P调节器的输入信号是420mA输出信号