化工仪表及自动化习题

第一章5.什么是管道及仪表流程图？的原理图。是控制系统设计、施工中的一种图示形式。7.试分别说明PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。答：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303；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305。图1-10过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？某化学反应器工艺规定操作温度为过题图控1即900 1=的工艺要求？解:最大偏差超调量=950-908=4（℃；由于=918-908=1（℃，所以，衰减比余差=908-900=振荡周期T=45-9=36(min)；过渡时间t。s因为因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。l-20(a)l-20(a)1-20(b)8。题1-20图蒸汽加热器温度控制解：蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。变化等。该系统的过渡过程品质指标：最大偏差A=81.81=0.（℃；由于B=81.80.7=0.（℃B =80.80.7=0.（℃所以衰减比n=B:=0.8:0.2=；差C=80.81=0.（℃。第二章1.什么是对象特性？为什么要研究对象特性？4.建立对象的数学模型有哪两类主要方法？答：机理建模法、实验建模法。为什么放大系K是对象的静态特性？而时间常T和滞后时τ 是对象的动态特性答：放大系K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，即输出的变化量K输入的变化量对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？制系统的控制品质。对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。容量滞后增510。试写出描述该对象的微分方程。解：该对象的微分方程式数学模型为5dy(t2)y(t2)10x(t)dty表示输入变量。已知一个简单的水槽，其横截面为0.5M2定的。如果在稳定情况下，输入的流量突然在原来基础上增加了0.1m3/h，试画出水槽液位Δh解：h Qdt1dt th Qdt1dt tA 1 A 0.5为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（t0=0）2.5t/h3.0t/h.2-25所示。假定该对象为一阶（)0.5t/h时温度变化量的函数表达式。第三章0~1000oC的温度计出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：标准表读数/oC02004006007008009001000oC被校表读数/oC02014026047068059031001oC求出该温度计的最大绝对误差值；确定该温度计的精度等级。解：（1）最大绝对误差max7067006C（2）允许误差max 100% 100%0.6%允 满量程 10000标准表读数/MPa被校表正行程读/MPa被校表反行程读标准表读数/MPa被校表正行程读/MPa被校表反行程读/MPa024681001.983.965.947.979.9902.024.036.068.0310.01求出该压力表的变差；标准表读数/MPa被校表正行程读数/MPa被校表反行程读数/MPa压力表的变差/%被校表正、行程读数平均值/MPa仪表绝对误差/MPa标准表读数/MPa被校表正行程读数/MPa被校表反行程读数/MPa压力表的变差/%被校表正、行程读数平均值/MPa仪表绝对误差/MPa024681001.983.965.947.979.9902.024.036.068.0310.0100.40.71.20.60.202.003.9956.008.0010.0000.000.0050.000.000.00由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；0.005100%0.5%（2）仪表误差：

10 ；但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。20.1.0是多少?若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合1解压力表允许的最大绝对误差为m1.0MP´1.0%=0.01MPa在校验点0.5MPa处，绝对误差为=0.50.508=0.008(MPa)该校验点的测量误差为0.008100%1.57%0.508故该校验点不符合1.0级精度。22.如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求?若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗?试说明其理由。解用0~1.6MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差max

=1.6MPa´1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)该表不符合工艺上的误差要求。用0~1.0MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差max

=1.0MPa´1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)该表符合工艺上的误差要求。24.某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。5解合成塔控制压力14MPa为高压，设所选压力表的量程为p，则5p 1423.3(MPa)3根据压力表量程系列（附表1，可选YX-150型、测量范围为0~25MPa根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足max

0.4100%1.6%25要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。387920kg／m3的不锈钢制0.831kg／L2750kg／m3解由题知=7920kg／m3，=0.831kg／L=831kg／m3，=1000／m3，Q=10L/mint测苯的流量的修正系数为K Q

ftwft f w

W 0(7920(79201000)(79201000Q=Q/K=10/0.911.1(L/min)r 0 Q所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min。r当转子材料改为铝时，=2750kg／m3，此时测水的流量的修正系数为r(792027501000(792027501000K r

w 2wQ=Q/K=10/2=5(L/min)r0 0 rQ所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min(2750(27501000)(27501000rwffQr f w

0.87Q=Q/K=5/0.87=5.75（L/min）rf r0 所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min。52.测量高温液体测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移?如要迁移，迁移量应如何考虑?题3-19图高温液体的液位测量解：差压液位计正压室压力

p=gh+gH+p负压室压力正、负压室的压差

1 1 0p=gh+p2 2 0p=p=gH(hh)1 2 2 1H=0p=(hh。2 1这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，p=0，该差压变送器测液位(hh2 1用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端（室温）25C温度?如果改用E解用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t，25)=20mV，查K型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV。根据中间温度定律，E(t，0)=E(t，25)+E(25，0)=20+1.0=21.000mV反查K型热电偶分度表，得t=508.4℃若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为E(508.4，25)=E(508.4，0)E(25，0)=37678.61496.5=36182.1V36.18mV。K K K30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对?为什么?正确值为多少度?解认为换热器内的温度为430℃不对。设换热器内的温度为t，实测热电势为E(t，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E(t，30)=E(400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E型）热电偶分度表，有E(t，0)=E(t，30)+E(30，0)=E(400，0)+E(30，0)=28943+1801=30744V反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得器内的温度t=422.5℃KE160℃时，请计算实际温度tx为多少度？解先求热电势，再计算实际温度。错用E配套的显示仪表，其指示值为160℃时，热电偶的热电势为（1.801+1.192）/2=9.004mV当正确配套显示仪表后，E（t，t0）=9.004mV，查表E（t0，0）=1.000mVE（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0）=9.004+1.000=10.004mV查表并线性插值，实际温度246.4℃。67.用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少?解查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃第四章控制器的控制规律是指什么？有哪些基本控制规律？答：所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输人偏差信号e之间的关系，即pf(e)f(zx)式中，z为某种函数关系。常用的控制规律有位式控制、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的组合控制规律，例PI,PD,PID等。答：双位控制的规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大（或最小），值小于给定值时，则输出为最小（或最大），有开和关两个极限位置，又称开关控制。缺点：运动部件动作频繁，寿命较短。比例控制的规律是怎样的？什么事比例控制的余差？为什么比例控制会产生余差？(P)是指控制器的输出信号变化量p与输人偏差信号变化量e之间成比例关系，即 p

e （KP

为比例放大系数）Kp

越大，比例控制作用越强。产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：pK eP为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

max

min

max

min

100%ex ex xpppepmax—pmin比例度越大，其控制作用越弱。20.试简述PLC的分类。答：按容量大致可以分成小型PLC、中型PLC、大型PLC。按硬件结构分分为整体式PLC、组合式PLC、叠装式PLC第五章1.气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？答：气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置4之间的关系，即Q Qmax

lf( )L式中相对流量Q 是控制阀某一开度时的流量Q与全开时的流量

之比。相对开度Qmax

maxl是控制阀某一开度时的阀杆行程l与阀杆全行程L之比。L在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。常用的：直线流量特性（曲线2）、等百分比（对数）流量特性（曲线4）、抛物线流量特性（曲线3）、快开特性（曲线1）。11.什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？答：随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。什么是控制阀的流量系数Kv?如何让选择控制阀的口径？流量系数定义：当阀两端压差为100kPa,流体的密度为1g/cm3,阀全开时流经阀的水流量。P2P2

单位为m3/h控制阀的口径的选择实质就是根据特定的工艺条件进行Kv值得计算，然后按控制阀生产厂家的产品目录选择相应的控制阀口径有一定的裕量，但裕量不宜过大。答：一是把阀芯反装；二是把执行机构反装17.控制阀的日常维护要注意什么？0.14-0.4MPa:0.14-0.24MPa力稳定切断阀的对气源要求:要求压缩空气干燥,压力稳定.气源压力在0.4-0.7MPa。2-30-6018.电动执行器有哪几种类型？各使用在什么场合？答：类型：角行程式、直行程式、多转式。流电流信号转换为相应的角位移°~9°，适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式控制阀；动机转动，然后经减速并转换为直线位移输出，适于操纵单座、双座、三通等各种控制阀和其他直线式控制机构；多转式电动执行机构：主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门，一般用作就地操作和遥控。第六章13.确定两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解。为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。。）加热器：执行器气开（正作用，控制器反作用（）冷却器：执行器气开（正作用，控制器正作用174:1δs=50%,Ts=5minPIPID解:由相应的4:1衰减曲线法控制器参数计算表可以求得:PI控制器时，比例度δ=1.2δ =60%；s积分时间TI=0.57 Ts=2.5min。P1D控