化工仪表及自动化期末考试押题

.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..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J的工艺参数（物理量3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。.图1-6所示为一自力式贮槽水位控制系统.<1）指出系统中被控对象、被控变量，操纵变量是什么？<2）试画出该系统的方块图.（3）试分析当出水量突然增大时，诙系统如何实现水位控制的？图卜6贮槽水位控制系统1图卜6贮槽水位控制系统1—忙楠，F—浮球：3一杠杆j4-tt■推樨图1-7忙播水位控制系统方块图注।A为贮槽水位，儿为贮帝希里保将的水位.霹（1）该系统中贮槽为被控对象*贮槽中水的液位为被控变量；进水疸量为操纵变量.<2）贮槽水位控制系统方块图如图1-7所示.（3）当贮槽的出水量突然增大，出水量大于入水量，使水位下降*浮球随之下移，通过杠杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与入水量之差随之减小水位下降变缓，直至进水量与出水量又相等，水位停止下降，重新稳定・实现了水位控制、11.弹簧管压力计的测压原理是什么?试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程.答：弹簧管压力计是利用弹簧管在被测压力作用下产生变形，使自由端产生位移，经放大机构使指针偏转，从而指示出相应的压力值.弹簧管压力计主要由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成。15.什么是节流现象？标准的节流体有哪几种？应用最广泛的是哪种？管流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。标准的节流件有三种।标唯孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。

TOC\o"1-5"\h\z21.某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10） .七。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值 铲。 ..最大不得超过MCTCo现设计的温度定值控制系统，g螭77\在最大阶跃干优作用下的过渡过程曲线如图1-18591（_/_J\ .所示.试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏北：/_二、——差、超调量、衰减比、过和振荡周期，并回答该 工〜"二控制系统能否满足题中所给的工艺要求？ 的也由解：由反应器过渡过程曲线可知： 图l-1^过滥Lt程曲维最大偏差A=950—900=50超调量B=950—908=42r衰减比n第一个波峰值与新稳定值之差B=950-90g=42r第二个波峰值与新稳定值之差B1=918—908=10rn=B/B'=42:10=4.2:l振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔）故振荡周期T=45—9=36min因为最大偏差A=5（rc<g（rc,且新稳定值gone符合题中要求的（9oo±ioyc,故该控制系统能满足题中所给的工艺要求a4.什么是控制通道和扰动通道（干扰通道）？对于不同的通道，对象的特性参数（K、7\T）对控制有什么不同的影响？答对于一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵变量，而输出是被控变量.山对象的输入变量至输出变量的信号㈱系称为通道,操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道$扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。一般来说，对于不同的通道，对象的特性参数7、c对控制作用的影啕是不同的.对于控制通道*放大系数K大，操纨变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对犹劭的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢.但K太大，会便控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降，在相同的控制作用下.时间常数丁大一则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳・容易进行控制，但过渡过程时间较长*若时间常数7小*则被控变量变化速度快，不易控制&时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实解情况适中考虑.滞后时间》的存在.使得控制作用总是落后于被控变量的变化,造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降.因此，应尽量减小滞后时间对于扰动通道：放大系数K大对控制不利，因为，当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波劲就会很大，使得最大偏差增大.而放大系数K小.既使扰动核大，对被控变量仍然不会产生多大影响.时间管数丁大，扰动作用比较平覆,被控变量变化较平稳，对象较易控制•纯滞后的存在，相当于将扰劭推迟小时间才进入系统，并不影响控制系统的品演；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响超于线和,被控变量的变化相应也缓和些■因此•对系统是有利的a4,图2-1所示以C电路■若已知田=5,C=2.<1)试绘出M突然由0阶跃变化到5V时，匕的变化曲线。(2)计算出E=T、E=2T、。=3丁时的匕，解(1)由题意，描述RC电路特性的方程式为；dV也£7。=%du方程的解为事由方程解得到如下数据:Vo=0V0=0.9匕=1.96£=10,Vo~o*16£=15*匕=3*88e=20,V\=4.32⑴、⑶、解：6.有一台压力表，其测量范围为OTOMPa,经校验得出下列数据:⑴、⑶、解：被校表读数，MPa0246810标准表正行程读数/MPa01.983.965.947.979.99标准表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01求出该压力表的变差；问该压力表是否符合1.0级精度？(1)该仪表正、反行程各点标准表读数的差值为：0-0=0(MPa),2.02-1.98=0.04(MPa),4.03-3.96=0.07(MPa),6.06-5.94=0.12(MPa),8.03-7.97=0.06(MPa),10.01-9.99=0.02(MPa).故其正、反行程最大差值(即最大绝对差值)Az=0.12(MPa),所以该压力表的变差为:Bf=--—x100%=。-2*ioo%=1.2%n,10-0 10-0(2)由于该压力表的变差己超过LO级仪表的允许误差，故不符合L0级精度023.如果某反应器最大压力为0.8MPa,允许最大绝对误差为O.OIMPa■口现用一台测量范围为0~L6MPa,精度为1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O-LOMPa,精度为1级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由口解:采用测量范围为0-L6MPa,精度为1级的压力表，其允许最大绝对误差Amax=(1.6-0)X1%=0.016(MPa)>0.01(MPa)超出了工艺上允许的最大绝对误差，故不能符合工艺上的误差要求口若采用测量范围为0~L0MPa,精度为1级的压力表，其允许最大绝对误差△max二(1.0-0)Xl%=0.01(MPa)=0.01(MPa)等于工艺上允许的最大绝对误差，故能符合工艺上的误差要求.52.什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？答：在使用差压变送器测量液位时，一般压差&2与液位高度日之间的关系为：Ap=pgH.这就是一般的“无迁移”的情况口当笈=0时，作用在正、负压室的压力是相等的口实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位笈=0时，差压变送器正、负压室的压力并不相等，即42M0,这就是液位测量时的零点迁移问题.为了进行零点迁移，可调节仪表上的迁移弹簧，以使当液位日=0时，尽管差压变送器的输入信号颔不等于0,但变送器的输出为最小值，抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法.零点迁移实质就是变送器零点的大范围调整，改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。62.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是(TC.而工业上常用的各种热电偶的温度一热电势关系曲线是在冷端温度保持为的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，由于操作室的温度往往高于0℃,而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热电势必然偏小，且测量值也随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差.因此，在应用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为(TC,或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果口这样儆，就称为热电偶的冷端温度补偿口冷端温度补偿的方法有以下几种：(1)冷端温度保持为0℃的方法；C2)冷端温度修正方法；(3)校正仪表零点法;(4)补偿电桥法；⑸补偿热电偶法口64.用K热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV,冷端(室温)为求设备的温度？如果改用E热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？解：当热电势为20mV时，此时冷端温度为即E(t,Zo)=20mK查表可得 宜(h0)=E(25,0)=lmV因为 0)=E9%)+E(ta,0)=E(t,25)+E(25,0)=20+1=21mK由此电势，查表可得f=509°e,即设备温度为5。9℃\若改用E热电偶来测温时，此时冷端温度仍为25七，查表可得£(/o,O)=£(25,O)=1.5OmK设备温度为509田，查表可得£(r;0)=£(509,0)=37.7mF因为 E(t,/0)=石口0)-^(/0.0)= 0)-£(25.0)=37.7-1.5=36.2mV即E热电偶测得的热电势为36.2mV69.用分度号PtlOO铝电阻测温，在计算时错用CulOO的分度表，查得的温度为140tC,问实际温度为多少？解:由分度号CulOO查得14。田的电阻值为7?=159,960再由分度号Pt100查得与R=159.96Q对应的温度为/=157.1℃即实际温度为157.rcD

图3-方衡图系把圉66.测温系统如图3-79所示口请说出这是工业上用的啾种温度计？已知热电偶为K,但错用与E配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度。为多少度？(室温为图3-方衡图系把圉查分度号为E的热电偶分度表，可得160.。时的电势为10501UV,这电势实际上是由K热电偶产生的，即宜&,25)=10501〃，查分度号为K的热电偶分度表，可得二(25,0)=1000〃，由此可得£(/^0)=^(/x.25)+E(25;0)=10501+1000=11501^由此电势查分度号为K的热电偶分度表，可得b=28TC即实际温度tx为283T.39.试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？答热电偶温度计包括感温元件热电偶、补偿导线及铜线和测量仪表。热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件热电偶转化为热电势的变化来测量温度的。所以，其输入信号是温度,输出信号是热电势,热电阻温度计包括感温元件热电阻、连接导线和显示仪表。热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件热电阻转换为电阻值的变化来测量温度的。所以，其输入信号是温度，输出信号是电阻值。9.某台DDZ-E型比例积分控制器，比例度为100%,积分时间为2分.稳态时，输出为5mA。某瞬间，输入突然增加了03mA,试问经过5rnin后，输出将由5mA变化到多少？解：对该台DDZ-III型比例积分控制器，其控制规律符合下式P=£(€+[]皿比例放大系数女尸=—=hpB当变化值Ae=0.2mA时，5min后输出为1=5+lx[0.2+-x0.2x(5-0)]1=5+lx[0.2+-x0.2x(5-0)]=5.7mA即输出将由5mA变化到5.7mA05.什么是比例控制规律？它有什么特点？答比例控制规律（P）是指控制器的输出信号变化量P与输入偏差信号变化量c之间成比例关系，即式中Kp——比例放大系数.比例控制的优点是反应快、控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在。余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。这是由于比例控制器的力与e成一一对应关系，当负荷改变后，需要产生一定的控制作用P，与之对应必然要有一定的偏差£存在。比例控制规律是一种基本的控制规律。但它有余差存在，故只在对被控变量要求不高的场合，才单独使用比例控制作用。7,什么是积分控制规律？什么是比例积分控制规律？它有什么特点？等积分控制规律是指控制器的输出变量力与输入偏差e的积分成正比，即式中K——积分比例系数。在比例控制的基础上，再加上积分控制作用，便构成比例积分控制规律，其输出P与输入e的关系为；》=KaQ+KjedD积分控制规律的特点是控制缓慢，但能消除余差.比例积分控制规律的特点是控制既及时，又能消除余若。8.什么是微分控制与比例微分控制？它有什么特点？等微分控制规律是指控制器的输出变化量》与输入偏差£的变化速度成正比，即式中7口——微分时间，在比例控制的基础上，再加上微分控制作用，便构成比例微分控制规律.其输出户与输入产的关系为：f>=KrQ+7V事）微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡.增加稳定性（但微分作用不宜过强）.在控制系统中，一般不单独使用微分作用，而是与比例作用同时使用。如果要消除余差，就得再加上积分控制作用，构成比例积分微分三作用控制规律（P1D>.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；随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐关闭的称为气关式口［也可以这样回答，有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式；有压力信号时阀开、无信号压力时阀关的为气开式。］气开、气关式的选择原则是：主要由工艺生产上安全条件决定的，即信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全.一般来讲，阀全开时，生产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.

控制规律输入e与输出户(或3。)的关系式阶跃作用下的响应 1(阶跃幅值为启)优缺点适用场合位式P=pgK(f>0)尸即4(e<0)结构商单/林格便宜；控制固量不高,俄控变量会报荡对象容量大，负荷变化小.控制质量要求不高，允许辱楣振蒿比例(P)△立—K结枸筒单，控制及时1参数整定方便1控制结果有余墓对象容量大,负荷变化不大、纯滞后小，允许有余差存在，例如一些塔釜液位、贮槽液值、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等沁\1比例积分(PI)△p=Kq(A+"t>△pl1r^L能消除余整1根分作用控制缓悔|会使系统稳定性变蓬对塞满后较大，负荷变化莪大，但变化缓慢，要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象io | ：比例微分(PD)4p=&Q+Td案)1H响应快落差小、能增加系统稳定性1有超前控制作用，可以竞龈对象的惯性；控制结果有余甚对象滞后大，负荷变化不大,被控变•变化不频繁，色制结果允许有余差存在比例积分微分(PID)&p=K-他+为给],1L——r控制质量磊无余差；善数整定较麻烦对靠滞后大；负荷变化较大,但不甚频繁：对控制质量要求高，阚如精慵塔、反应器、加物沪等温度控制系统及某些成分控制系统5.对一台比例积分控制器作开环试验。已知Kp=2,T|=lmin.若输入偏差信号如图5-6所示，试画出该控制器的输出信号变化曲线。解对于PI控制器，其输入输出的关系式为：A/>=Kp|e+/卜df将输出分为比例和积分两部分，分别画出后再叠加就得到PI控制器的输出波形。比例部分的输出为：&Pp=Kp•e当Kp=2时，输出波形如图5-7(a)所示。积分部分的输出为，△向=2edf其输出波形如图5-7(b).所示。

图5-7图5-7比例积分输出曲线5.被控变量的选择原则是什么？答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；（2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；（3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；（5）被控变量应是独立可控的；（6）应考虑工艺的合理性与经济性。13.试确定图7-23所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。闺7-23芯度控制率统答：图7-23（a）为一加热器出口物料温度控制系统口由于物料温度需要控制，当控制阀上气源突然中断时，应使加热剂的阀门处于关闭状态，以避免大量加热剂流入加热器，所以应选择气开阀型式口当加热剂流量增大时，会使被加热物料出口温度升高，故该对象为作用方向的，而气开阀是“+”作用方向的，为使整个系统能起负反馈作用，温度控制器应选反作用的。图7-23（b）为一冷却器出口物料温度控制系统口由于物料温度需要控制，当控制阀上气源突然中断时，应使冷剂的阀门处于关闭状态，以避免大量冷剂进入冷却器，所以应选择气开阀型式口当冷剂流量增大时，会使被冷却物料出口温度降低，故该对象为“一”作用方向的，而气开阀是“十”作用方向的，为使整个系统能起负反馈作用，温度控制器应选正作用的口6.为什么要考虑控制器的正、反作用？如何选择？答在控制系统中,要正确选择控制器的作用方向，即“正工必反”作用。选择控制器的正、反作用的目的是使表统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用,选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器三个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。7（被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？等被控对象的正、反作用方向规定为：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的；反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定.气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用"控制器；反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”控制器.b图7-2所示为一蒸汽加热器温度控制系统.条省 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、被蒸汽控对象各是什么？卜一™与 (2)该系统可能的干扰有哪些？7 (3)该系统的控制通道是指什么？叫「0」热物料(4)试画出该系统的方块图。\ (5)如果被加热物料过热易分解时，试确定控冷凝水 制悯的气开、气关型式和控制器的正、反作用。图7-2蒸汽加热器的温度控制 (6)试分析当冷物料的流量突然增加时，系统的控制过程及各信号的变化情况。解(1)该系统的被控对象是蒸汽加热器，被控变量是被加热物料的出口温度,操纵变量是加热蒸汽的流量。(2)该系统可能的干扰有加热蒸汽压力；冷物料的流量及温度*加热器内的传热状况(例结垢状况以环境温度变化等.(3)该系统的控制通道是指由加热蒸汽流量变化到热物料的温度变化的通道.(4)方块图如图7-3所示。I干扰争圜卬金削画嬴研.臂.■商机提瞥*.曷同除产