化工儀表與自動化復(fù)習(xí)題及答案

1、化工儀表與自動化課程測試試題一一、填空題（ 36 分）1、 過程控制系統(tǒng)是由 _控制器 _、_執(zhí)行器 _、_測量變送 _和 _被控對象 _等環(huán)節(jié)組成。2、 過程控制系統(tǒng)中按被控參數(shù)的名稱來分有_壓力 _、_流量 _、_溫度 _、_液位 _等控制系統(tǒng)。3、 目前求取過程數(shù)學(xué)模型的方法有兩種。 其中一種是根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理， 通過 _物料 _和 _能量 _物料平衡關(guān)系，用_機(jī)理建模 _的方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。4、控制對象的干擾通道的動態(tài)特性對過渡過程的影響是 :干擾通道的時(shí)間常數(shù)愈大 ,對被控變量的影響 _越小 _;干擾通道容量滯后愈多 ,則調(diào)節(jié)質(zhì)量 _越好_;干擾通道的純滯后對調(diào)節(jié)質(zhì)量_無影響

2、 _。5、 選擇控制方案時(shí)，總是力圖使調(diào)節(jié)通道的放大倍數(shù)（增益）大于 _干擾通道的放大倍數(shù)（增益）。6某調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調(diào)節(jié)器，先用純比例調(diào)整到合適的調(diào)節(jié)輸出，再加入積分作用的后，應(yīng)_減小調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)_,才能使穩(wěn)定性不變。7描述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的參數(shù)有最大偏差、 衰減比和余差 等。8串級調(diào)節(jié)系統(tǒng),一般情況下主回路選擇_PID _或_PI _調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器 ,副回路選用 _P _調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器； 如果副回路采用差壓法測流量， 應(yīng)采用什么裝置 _開方器 _補(bǔ)償。9儀表自動化標(biāo)準(zhǔn)中，氣動儀表標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是準(zhǔn)信號范圍是420mA；電型標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是0.020.1MPa010mA；電型標(biāo)。

3、二、綜合題（ 54 分）1、（ 10 分）畫出氣關(guān)式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖；在控制系統(tǒng)中如何選擇執(zhí)行器類型？舉例說明。答：精選文庫在控制系統(tǒng)中， 執(zhí)行器是按安全原則選擇類型的， 也就是當(dāng)控制信號中斷時(shí)，要保證設(shè)備和操作人員的安全。 如：加熱爐溫度控制， 當(dāng)燃料量為操縱變量時(shí)，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當(dāng)信號中斷時(shí)，切斷燃料，保證安全。2、（ 14 分）熱電偶為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？有哪些冷端溫度補(bǔ)償方法？原理是什么？答：因?yàn)楦鞣N顯示儀表和熱電偶分度表都是在熱電偶冷端溫度為零的時(shí)候做出的。但實(shí)際中熱電偶冷端溫度不等于零，且經(jīng)常波動，這必然造成輸出減少，所以要進(jìn)行熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。熱

4、電偶常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有：冰浴法、公式計(jì)算法、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、電橋補(bǔ)償法和補(bǔ)償熱電偶? 冰浴法：用冰槽使 t 0 保持零度。? 計(jì)算法： E AB（t ，0） EAB（ t，t 0） EAB （t0，0）? 儀表零點(diǎn)調(diào)整法：將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到 t0? 補(bǔ)償電橋法：用電橋產(chǎn)生 EAB （t0， 0）與 EAB（ t，t 0）疊加，即可消除t0 變化對測量的影響。? 補(bǔ)償熱電偶：用與測量熱電偶同型號的熱電偶進(jìn)行補(bǔ)償，用于多支熱電偶。3、（ 10 分）控制器輸入偏差是階躍信號（見下圖），請根據(jù)已知參數(shù)，畫出 P、PI 的輸出響應(yīng)曲線。（ 1） P 輸出，已知：比例度 =50% （2） PI

5、 輸出，已知：比例度 =100%積分時(shí)間 Ti=1 分答：-2精選文庫4、(20 分 ) 下圖為加熱爐裝置， 工藝要求利用燃料量來控制爐出口介質(zhì)溫度 t( 簡單控制系統(tǒng) ) ； 指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)的被控變量、控制變量、干擾量是什么？ 在下圖中畫出控制流程圖； 選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型以及控制器的作用方向； 畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖； 簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程 （可設(shè)溫度 t 升高，分析調(diào)節(jié)動作過程） 。答： 構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)的被控變量是出口介質(zhì)溫度；操縱變量是燃料量，干擾量是：進(jìn)料流量和溫度、燃料的壓力、爐膛溫度和壓力以及環(huán)境溫度?？刂屏鞒虉D見下圖。執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，控制器為反作用方向。

6、-3精選文庫簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖。 該系統(tǒng)克服干擾的過程： 當(dāng)干擾作用使溫度 t 升高，測量大于給定， 控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號減少，氣開閥關(guān)小，燃料量減少，塔頂溫度下降，維持給定。三、計(jì)算題：（ 10 分）計(jì)算下圖各熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢（10 分）。注： A B-K型熱電偶； AB-K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線C D- S型熱電偶； CD-S型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線；答： 1、E1=EAB(300,50)+E CD(50,25)=(12.207-2.002)+(0.299-0.142) =10.342(mV)E2=E CD(300,50)-E CD(50,25) =(2.323-0.299)

7、-(0.299-0.142) =1.867 (mV)化工儀表與自動化課程測試試題二-4精選文庫一、填空題（ 28 分）1控制系統(tǒng)引入積分作用是為了 _消除余差 _, 但積分的引入會使系統(tǒng) _不穩(wěn)定 , 引入微分作用是為了 _克服容量滯后 _。某調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用比例積分作用調(diào)節(jié)器，先用純比例調(diào)整到合適的調(diào)節(jié)輸出，在加入積分作用的過程中，應(yīng)_減小放到倍數(shù) _。2. 被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量 (Q/Qmax)與閥門相對行程 (l/L) 之間的關(guān)系 , 稱為調(diào)節(jié)閥的 流量 _特性 ; 若閥前后的壓差保持不變時(shí) , 上述關(guān)系稱為 _理想 _ 特性 ; 實(shí)際使用中 , 閥前后的壓差總是變化的, 此時(shí)上述關(guān)系

8、為 _工作 _特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性有_直線 _、_等百分比 _、 _拋物線 _和 _快開 _，流量特性的選擇主要是與_廣義對象 _相匹配。3. 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)： ( 對于進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力 ); ( 提高了工作頻率 ); ( 具有魯棒性 ) 。4. 控制對象的干擾通道的動態(tài)特性對過渡過程的影響是 : 干擾通道的時(shí)間常數(shù)愈大 , 對被控變量的影響 越小 ; 干擾通道容量滯后愈多 , 則調(diào)節(jié)質(zhì)量 越好 ; 干擾通道的純滯后對調(diào)節(jié)質(zhì)量 無影響 。5簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本特征是閉合回路和負(fù)反饋。6常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有孔板和噴嘴。7.熱電偶的熱電特性與熱電偶

9、材料、兩節(jié)點(diǎn)溫度_有關(guān)，與熱電偶幾何尺寸無關(guān)。二、 綜合題 ( 分)1、（10 分）畫出氣開式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖；控制系統(tǒng)在什么情況下選擇氣開類型執(zhí)行器？舉例說明。答：-5精選文庫如：加熱爐溫度控制，當(dāng)燃料量為操縱變量時(shí)，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當(dāng)信號中斷時(shí)，切斷燃料，保證安全。2、（20 分）在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，有哪些基本控制規(guī)律和組合控制規(guī)律？寫出各自的表達(dá)式？它們各應(yīng)用在什么場所？答：在控制系統(tǒng)應(yīng)用中， 基本調(diào)節(jié)規(guī)律有： P、I 、D，基本組合調(diào)節(jié)規(guī)律有 PI 、PD、PID。P：自衡能力強(qiáng)，滯后小的對象且控制質(zhì)量要求不高PI ：對象滯后小，負(fù)荷變化幅度大，要求無差PD：一階

10、滯后較大允許有余差的對象PID：負(fù)荷變化大，容量滯后大，被控變量變化緩慢，質(zhì)量要求高。-6精選文庫3、（12 分）下圖為電子電位差計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖，請補(bǔ)充完整連接線（包括電源和電流及輸入信號的方向） ，并回答：電子電位差計(jì)是根據(jù)什么原理工作的？在溫度檢測中與何種檢測元件配套使用？指出調(diào)整零點(diǎn)、量程的電阻。答： 電子電位差計(jì)是使用電壓平衡原理工作。在溫度檢測中熱電偶配套。下圖是其線路圖。起到零點(diǎn)調(diào)整的電阻是RG，起到量程調(diào)整的電阻是RM。4、（ 10 分）寫出差壓式流量計(jì)的基本方程式；說明公式中各個(gè)符號所代表的含義。答： 流量系數(shù)；Q 被測流體流量體膨脹校正系數(shù)F 0節(jié)流件的開口面積1 被測流體的密

11、度 P 節(jié)流件前后差壓三、計(jì)算題 (20 分)-7精選文庫1、（ 10 分）計(jì)算下圖液位差壓變送器的量程、測量范圍及遷移量。已知： H=010mh=1.2m=35kg/m3g 10m/s2答：P=P+-P- =Hg+hg=3500H+4200 Pa差壓變送器：量程 =35000 (Pa) 測量范圍 =420039200 (Pa)遷移量 =4200 (Pa)2、（ 10 分）某壓力儀表的測量范圍是1001100Pa，其精度為 0.5 級，則這臺表的量程是多少？基本誤差是多少？最大絕對誤差是多少？允許誤差是多少？答： 1000Pa 0.5%± 5Pa0.5%化工儀表與自動化課程測試試題三

12、一、填空題（ 28 分）1、 檢測儀表的基本組成有測量、 傳動放大和顯示 三個(gè)部分。2、 在控制系統(tǒng)中， 增加比例度，控制作用減少 ；增加積分時(shí)間；控制作用減少；增加微分時(shí)間，控制作用增加。3、 按誤差出現(xiàn)的規(guī)律， 可將誤差分為系統(tǒng)誤差、偶然 誤差及疏忽 誤差。4、 描述對象特性的三個(gè)參數(shù)是放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間。5、 某溫度表的精度為0.5 級，其測量下限是50 ，上限是 850 。則此表的量程是800；測量范圍是50850；允許基本誤差是0.5%；最大絕對誤差是4。-8精選文庫6、 熱電偶溫度計(jì)中常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有冷端溫度保持 0 度法、冷端溫度修正法、校正儀表零點(diǎn)法、 補(bǔ)償電

13、橋法、 補(bǔ)償熱電偶法五種。7、自動平衡電橋配熱電阻測溫時(shí)，采用三線制連接，其連接導(dǎo)線的電阻規(guī)定為2x2.5 _。二、綜合題（ 62 分）1、（ 15 分）比較電子電位差計(jì)與電子平衡電橋在測量原理和結(jié)構(gòu)上有哪些異同點(diǎn)。答：原理的相同點(diǎn)：都是利用滑動觸點(diǎn)位置的變化來反映被測溫度的大小。結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)：放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的不相同點(diǎn)：檢測元件、測量橋路。原理的不相同點(diǎn)：2 、（ 15 分）熱電偶測溫時(shí)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線的目的是什么？它能否進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？如不能應(yīng)如何處理？答：使用補(bǔ)償導(dǎo)線的目的是將熱電偶的冷端從溫度較高、波動較大的地方移到溫度較低、且相對穩(wěn)定的地方。如果只使用補(bǔ)償導(dǎo)線

14、還不能達(dá)到冷端溫度補(bǔ)償?shù)哪康?，必須與其它方法配合起來使用。具體方法如下：熱電偶常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有： 公式計(jì)算法、冰浴法、 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法和電橋補(bǔ)償法。3、（12 分）畫出串級控制系統(tǒng)的方框圖；分別說出副回路及主回路所起到的作用。答：下圖為串級控制系統(tǒng)的方框圖；副回路是克服作用于副對象的干擾，使副被控變量基本穩(wěn)定，減少對主變量的影響；而主回路主要克服作用于主對象的干擾，保證主被控變量穩(wěn)定。-9精選文庫4、（20 分）工藝要求利用回流量來控制塔頂溫度 t( 簡單控制系統(tǒng) ) ，為保證塔正常操作，回流量不允許中斷。 指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)的被控變量、操縱變量、主要干擾是什么？（4分） 在圖上畫

15、出控制流程圖并確定執(zhí)行器類型；（5 分） 選擇控制器的作用方向；（3 分） 畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖；（4 分） 簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程 （可設(shè)溫度 t 升高，分析控制動作過程） 。（4 分）答： 構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)的被控變量是塔頂溫度；操縱變量是塔頂回流量，主要干擾量是：進(jìn)料的流量和溫度，回流的溫度和流量，加熱蒸汽量等。控制圖見下圖，執(zhí)行器為氣關(guān)式?？刂破鳛榉醋饔梅较?。簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖-10精選文庫 該系統(tǒng)克服干擾的過程：當(dāng)干擾作用使溫度 t 升高，測量大于給定，控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號增加，氣開閥開大，回流量加大，塔頂溫度下降，回復(fù)給定。三、計(jì)算題（ 10 分）計(jì)算下圖液

16、位差壓變送器量程、測量范圍及遷移量(10 分) 。已知： H=0 10m； =35kg/m3； g 10m/s2 。答：P=P+-P- =Hg=3500H Pa差壓變送器量程： 35000 (Pa) 測量范圍： 0 35000 (Pa) 遷移量： 0 (Pa)化工儀表與自動化課程測試試題四一、填空題（ 32 分）1、表征控制規(guī)律的參數(shù)是比例度、積分時(shí)間及 微分時(shí)間。2、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)回路，分別稱為 主 回路和 副 回路；有兩個(gè)被調(diào)參數(shù)，分別稱為 主參數(shù)和 副 參數(shù)；有 一 個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。3、彈簧管壓力表是利用彈簧產(chǎn)生 _位移 _與被測壓力相平衡來測量的。4、不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)影響的流

17、量計(jì)是：_電磁流量計(jì) _、 _漩渦流量計(jì) _、橢圓齒輪流量計(jì) _（說出三種即可）。-11精選文庫5、 差壓式流量計(jì)是利用 _節(jié)流 _原理進(jìn)行測量流量的。6、電容式液位傳感器測量液位時(shí)， 如測量高粘度導(dǎo)電介質(zhì)則測量精度受 _虛擬液位 _的影響。7、分度號為 S 型的熱電偶，如果錯(cuò)接了 K 型熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線則產(chǎn)生的熱電勢會 增加 。如果補(bǔ)償導(dǎo)線的型號正確但正負(fù)接反，則產(chǎn)生的熱電勢會 減少 。8、電容式差壓變送器的測量部分是先將差壓轉(zhuǎn)變成位移，然后再變成_電容變化量 _作為轉(zhuǎn)換部分的輸入。二、綜合題（ 58 分）1、（ 10 分）均勻控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)的異同點(diǎn)有哪些？怎樣實(shí)現(xiàn)均勻控制？答：均勻

18、控制系統(tǒng)和一般控制系統(tǒng)的相同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相同；不同點(diǎn)：目的和特點(diǎn)不同，其目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量間能互相兼顧和協(xié)調(diào)操作，特點(diǎn)是使兩個(gè)互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。均勻控制的實(shí)現(xiàn)可以從以下2 方面來做： 1）調(diào)節(jié)規(guī)律上采用P 或 PI ，而不采用 D 調(diào)節(jié)， 2）參數(shù)整定上比例度從小到大整定，且比例度（和積分時(shí)間）都較大。2、（ 8 分）從保證控制質(zhì)量的角度，控制閥設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪幾個(gè)方面？閥的理想流量特性有哪幾種形式？答：控制閥的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：閥口徑的選擇、氣開氣關(guān)形式的選擇和流量特性選擇。理想流量特性有4 種形式： 1） 直線特性 2） 等百分比特性 3） 快開特性4

19、） 拋物線特性3、（ 10 分）控制器輸入偏差是階躍信號（見下圖），請根據(jù)已知參數(shù)，畫出 P、PI 的輸出響應(yīng)曲線。已知：比例度=200%已知：比例度=100%積分時(shí)間 Ti=2 分-12精選文庫答：4、(20 分 ) 某列管式蒸汽加熱器， 工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在（90± 1）。已知主要干擾為蒸汽壓力的波動。（ 1） 確定被控變量，并選擇相應(yīng)的測量元件。（ 2） 制定合理的控制方案。（ 3）如物料溫度不允許過高，否則易裂解，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)式。（ 4） 畫出控制流程圖與方框圖。答： 被控變量為列管式蒸汽加熱器物料出口溫度，因測量溫度較低但精度較高選擇鉑熱電阻為測量元件。-

20、13精選文庫干擾為蒸汽壓力，控制方案選用副參數(shù)為蒸汽壓力主參數(shù)為物料出口溫度的串級控制?？刂崎y選用的氣開式控制流程圖與方框圖如圖5、（10 分）某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為400±2oC，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過 6oC?，F(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾下的過渡過程曲線如圖所示。問該過程的最大偏差、余差、衰減比、過渡時(shí)間（按被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的 ±2% 為準(zhǔn)）和振蕩周期。答：由反應(yīng)曲線可知：最大偏差A(yù)=45-40=5 余差 C=41-40=1 衰 減 比 過渡時(shí)間： T s=23min三、計(jì)算題：（ 10 分）計(jì)算下圖各熱電偶回路所產(chǎn)生

21、的熱電勢（10 分）。-14精選文庫如圖為 S 型熱偶測溫線路， 由于疏忽將其中第二段補(bǔ)償導(dǎo)線接反， 求：輸入到顯示儀表的總電勢為多少？由于第二段補(bǔ)償導(dǎo)線接反引入的誤差是多少？答： E1=ES(800,50)-E S(50,0) =(7.345-0.299)-0.299=6.747 (mV) E2=ECD(800,0)-6.747= 7.345-6.747 =0.598(mV)化工儀表與自動化課程測試試題五一、填空題（ 36 分）1、在階躍擾動作用下， 自動控制系統(tǒng)的過渡過程有_發(fā)散震蕩 _、等幅震蕩 _、非震蕩衰減 _ 和_衰減震蕩 _等基本形式。2、自動控制系統(tǒng)按按設(shè)定值的不同形式可分為_

22、定值控制系統(tǒng) _、_隨動控制系統(tǒng) _、_程序控制系統(tǒng) _等控制系統(tǒng)。3、對象的數(shù)學(xué)模型就是 _利用數(shù)學(xué)的表達(dá)式來描述對象的特點(diǎn)_。4、液位變送器測量進(jìn)行零點(diǎn)遷移時(shí)只改變_測量范圍 _，不改變 _量程_。5、在常用的熱電偶溫度計(jì)中，精度較高的是_S _熱電偶，線性最好的是 _K _熱電偶，靈敏度較高的是_E_熱電偶。6常用的熱電阻材料是 _銅、鉑 _，分度號是 _Cu50、 Cu100_、Pt50、Pt100 _，線性好的是 _銅_熱電阻，它適于測量 _低_溫度。-15精選文庫7描述對象特性的三個(gè)參數(shù)是放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間，如果時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。8差壓式流量計(jì)由節(jié)流件、導(dǎo)壓管和顯示儀器組成。常用的標(biāo)準(zhǔn)取壓方式有角接取壓和法蘭取壓。9指出你所知道的幾種復(fù)雜控制系統(tǒng) 串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)等。二、綜合題（ 54 分）1、（ 10 分）在控制系統(tǒng)中如何得到執(zhí)行器的類型？畫出執(zhí)行器類型的簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖。答：在控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器類型的獲得是靠改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用方向來得到的，一般情況下，對于大口徑的執(zhí)行器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用正作用，靠改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正反