化工儀表及自動化復(fù)習(xí)資料

1、第一章1.1 什么是化工自動化？它有什么重要意義？化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動化的簡稱。在化工設(shè)備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的辦法，稱為化工自動化。?實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化的意義：（1）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。（2）減輕勞動強度，改善勞動條件。（3）能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用能力的目的。（4）能改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。1.2 、化工自動化主要包括

2、哪些內(nèi)容？一般要包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動控制等方面的內(nèi)容。1.4 、自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)主要由測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器和被控對象等四個環(huán)節(jié)組成。1.8 在自動控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用？測量元件與變送器：用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號（如氣壓信號、電壓、電流信號等）；控制器：將測量元件與變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的給定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號送住執(zhí)行器。執(zhí)行器：能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流入（或流

3、出）被控對象的物料量或能量，從而克服擾動影響，實現(xiàn)控制要求。1.9 試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量？被控對象：在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機器叫做。被控變量：被控對象內(nèi)要求保持給定值的工藝參數(shù)。給定值：被控變量的預(yù)定值。操縱變量：受控制閥操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持給定值的物料量或能量。1.17 何謂階躍作用？為什么經(jīng)常采用階躍作用作為系統(tǒng)的輸入作用形式？階躍作用：在某一瞬間t0，干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并保持在這個幅度。采用階躍干擾的原因：階躍干擾比較突然，比較危險，對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效克服階躍干擾，

4、對其他比較緩和的干擾也一定很好地克服。階躍干擾形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算1.18 什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程它有哪幾種基本形式？系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程，稱為系統(tǒng)的過渡過程。五種基本形式：非周期衰減過程、衰減振蕩過程、等幅振蕩過程、發(fā)散振蕩過程、單調(diào)振蕩過程。1. 21、某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為（90010）。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進入新穩(wěn)態(tài)值的1%（

5、即900（1%）=9）的時間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？題1-19圖溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線解最大偏差A(yù)=950900=50（）；超調(diào)量B=950908=42（）；由于B=918908=10（），所以，衰減比n=B:B=42:10=4.2；余差C=908900=8；振蕩周期T=459=36（min）；過渡時間ts=47min。因為A=50<80，C=8<10，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。1.22、 題l-20（a）圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物

6、料溫度從80提高到81，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20（b）圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，新的給定值為81）。題1-20圖蒸汽加熱器溫度控制解蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量?？赡艽嬖诘母蓴_主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差A(yù)=81.581=0.5（）；由于B=81.580.7=0.8（），B=80.980.7

7、=0.2（），所以，衰減比n=B:B=0.8:0.2=4；余差C=80.781=0.3（）。第二章2.1什么是對象特性？為什么要研究對象特性？對象特性指對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。各種對象千差萬別，有的操作很穩(wěn)定，操作很容易；有的稍不小心可能就會超越正常工藝條件，甚至造成事故。有經(jīng)驗的操作人員需要很熟悉這些對象，才能使生產(chǎn)操作得心應(yīng)手；設(shè)計自動化裝置時，也必須深入了解對象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)，使系統(tǒng)正常地運行2.8反映對象

8、特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和滯后時間放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即對象的放大系數(shù)K越大，就表示對象的輸入量有一定變化時，對輸出量的影響越大，或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，K實質(zhì)上是對象的靈敏度。時間常數(shù)T是指當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間；或當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越大對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化的現(xiàn)象

9、稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時間表示。對象的滯后時間，使對象的被控變量對輸入的變化響應(yīng)滯后，控制不及時。2.14第三章3.4何謂儀表的精度等級？儀表的精確度等級是將儀表允許的相對百分誤差的“土”號及“%去掉后的數(shù)值，以一定的符號形式表示在儀表標(biāo)尺板上。精確度等級目前是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。3.5某一標(biāo)尺為07000c的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗，其刻度標(biāo)尺上的各點測量結(jié)果分別為：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/C02004006007008009001000被校表讀數(shù)/C02014026047068059031001(1)求出該溫度儀表的

10、最大絕對誤差值;(2)確定該溫度儀表的精度等級；(1)校驗數(shù)據(jù)處理:標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/C02004006007008009001000被校表讀數(shù)/C02014026047068059031001絕對誤差/C0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：+6C；6(2)儀表誤差：max100%0.6%,1000儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級；3.15電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點？工作原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定極板組成可變電容器。當(dāng)被測壓力變化時，由于測壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變

11、化。特點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達0.2級、可以測量壓力和差壓。3.21為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)測量大小來選??？選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值有何問題？解：(1)為了保證敏感元件能在其安全的范圍內(nèi)可靠地工作，也考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實際使用時的測量誤差，儀表的量程又不宜選得過大。(2)由于儀表的基本誤差m由其精度等級和量程決定，在整個儀表測量范圍內(nèi)其大小是一定的，選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值這樣會加大測量誤差。3.29什么叫節(jié)流現(xiàn)象流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差？流體在有節(jié)流裝置的管

12、道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流速發(fā)生變化，使流體的動能發(fā)生變化。根據(jù)能量守恒定律，動能的變化必然引起靜壓能的變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產(chǎn)生靜壓差。3.38用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計，測量范圍為010L/min,轉(zhuǎn)子用密度為7920kg/m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.831kg/L苯的流量，問測量范圍為多少？若這時轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750kg/m3的鋁制成，問這時用來測量水的流量及苯的流量，其測量范圍各為多少？f=0.831kg/L=831kg/m3, w=1000/m3, Qo=1O L/min解由題知t=7

13、920kg/m3,測苯的流量的修正系數(shù)為所以，苯的流量測量范圍為當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時，Qr=Qo/KQ=10/0.911.1（L/min）011.1L/min。r=2750kg/m3,此時測水的流量的修正系數(shù)為Qro=Qo/KrQ=1O/2=5（L/min）所以，此時測水的流量的測量范圍為05L/min測苯的流量的修正系數(shù)為Qrf=Qro/KfQ=5/0.87=5.75（L/min）所以，此時測苯的流量的測量范圍為3.490 5.75L/min。491）利用差壓式液位計可以測液體的分界面qA=包背+（寓十名）Pi貨十AP,=（/+鳥+，）*1#十八&P=AP*=A（Pi-Pi”=得與分界

14、面高度離成正比02）注意:-測量界面時，兩種液體應(yīng)互不相溶.且有明顯的密度差；差壓交送器的正取壓口應(yīng)在最低分界面之下,負取壓口應(yīng)在域高分界面之上，但不能高于容器內(nèi)的液位高度（即不能代相取壓.）3.60用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：（1）熱電偶的熱電勢只有當(dāng)To（或to）恒定是才是被測溫度T（或t）的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)準(zhǔn)分度表是以T°=0C為參考溫度條件下測試制定的，只有保持To=OC,才能直接應(yīng)用分度表或分度曲線。若TowOC,則應(yīng)進行冷端補償和處理。（2）冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L導(dǎo)線法，0C恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動補償法等

15、。第四章4.3比例控制規(guī)律是怎樣的？為什么比例控制會產(chǎn)生余差？比例控制是按偏差大小進行控制的，控制器的輸出信號p與其輸入信號e成正比。余差的產(chǎn)生是由比例控制本身的特性所決定的。因為比例控制作用是與偏差成比例的，只有偏差存在，才能產(chǎn)生控制作用。當(dāng)系統(tǒng)受到一定的擾動后，為了克服擾動，必定要有一定的控制作用，才能使系統(tǒng)達到新的平衡，所以必定存在與該控制作用相對應(yīng)的偏差，即余差。4.6比例控制器的比例度對控制過程有什么影響？選擇比例度時要注意什么問題？Ti和Td對控制過程有什么影響？比例度對控制過程的影響：比例度越大，比例控制越弱，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大；比例度越小，比例控制越強，過渡過程曲

16、線越振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但余差也越小，提高了系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度；比例度過小，可能會出現(xiàn)發(fā)散振蕩。選擇比例度要注意：若對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以及放大系數(shù)較小，可選擇小比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，使過渡過程曲線形狀較好；反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇大的比例度。積分時間Ti過大，積分作用不明顯，余差消除很慢；積分時間Ti過小，易于消除余差，但系統(tǒng)振蕩加劇。微分時間Td對慣性打的對象可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時間，有抑制振蕩的效果，但如果加得過大，由于控制作用過強，反而會引起被控變量大幅度的振蕩。4.9某臺DDZ-m型比例積分控制器，比例度為100%,積分時間為2mi

17、n。穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某瞬間，輸入突然增加了0.6mA,試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化到多少？4.13電動控制器DDZ-m型有何特點？1 .采用國際電工委員會推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，現(xiàn)場傳輸出信號為420mADC,控制室聯(lián)絡(luò)信號為15VDC,信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Q。2 .廣泛采用集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。3 .田型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源。4 .結(jié)構(gòu)合理，比之II型有許多先進之處。5.整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。第五章5.45.113.什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式和氣關(guān)式，其選擇原則是什么,.有壓力信號時閥關(guān)，無信號壓力時閥開

18、的為氣關(guān)式.反之,為氣開式。選擇原則：信號壓力中斷時，成保證設(shè)備和操作人員安全，如果閥處打開位置時危害小，則應(yīng)選用汽關(guān)式，反之，閥處關(guān)閉時危害性小，貝I應(yīng)選用氣開閥.第六章6.7操縱變量的選擇應(yīng)遵循哪些原則？(1)操縱變量應(yīng)是工藝上允許加以控制的可控變量；(2)操縱變量應(yīng)是對被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量；(3)操縱變量的選擇還應(yīng)考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟性。6.5被控變量的選擇原則是什么？答：一般原則是：(1)被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或是反映工藝操作狀態(tài)的重要變量；(2)被控變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變量；(3)被控變量應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過程的直

19、接控制指標(biāo)，當(dāng)無法獲得直接控制指標(biāo)信號，或其測量或傳送滯后很大時，可選擇與直接控制指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接控制指標(biāo)；(4)被控變量應(yīng)是能測量的，并具有較大靈敏度的變量；(5)被控變量應(yīng)是獨立可控的；(6)應(yīng)考慮工藝的合理性與經(jīng)濟性。6.4也什么時直接指標(biāo)控制割網(wǎng)接指標(biāo)控制?各使用在什么場合?加里被控攵員本身就是靠要控制的工藝指標(biāo)則標(biāo)為直接指標(biāo)控制：如果被控變量本q不是希要控制的工藝指標(biāo).但與jt有一定的前接時應(yīng)關(guān)系時,稱為叩找指標(biāo)捽制.在控制系銃設(shè)計時,盡量果用直接指標(biāo)持制，只布當(dāng)被挖變量無法直卷檢捌1或雖度檢期,但信號很微冊或滯后他晨才壽出采用間接指標(biāo)拽制.6.15第七章7.2. 串級控制系統(tǒng)有哪些特點主要使用在哪些場合特點：1、 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器；主控制器和副控制器；有兩個測量變速器，