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1、《化工儀表及自動(dòng)化》期末復(fù)習(xí)題 標(biāo)準(zhǔn)答案 一．填空 1．表壓，大氣壓力與絕對(duì)壓力之差 2．無(wú)遷移，負(fù)遷移，正遷移 3．節(jié)流裝置，差壓計(jì)，顯示儀表 4．熱電偶，熱電阻 5．衰減比，余差，過(guò)渡時(shí)間 6．放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)，滯后時(shí)間 7．積分作用，微分作用 8．單純的前饋控制，前饋-反饋控制 9．最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間 10．弱，強(qiáng) 11．傳遞滯后，容量滯后 12．測(cè)量范圍上限值，測(cè)量范圍下限值 13．氣動(dòng)儀表，電動(dòng)儀表 14．積分，微分 15．彈性式壓力計(jì)、液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)、電氣式壓力計(jì) 16．泵，風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī) 17．20~100KPa，4

2、~20mA DC 18．自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng) 19．開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)，連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)，積分飽和 20．換熱器、加熱爐、鍋爐、再沸器、冷凝器、加熱器中任選三種 21．簡(jiǎn)單均勻控制、串級(jí)均勻控制 22．電磁感應(yīng)，漩渦流量計(jì)（渦街流量計(jì)），平方根 23．大，小 24．表壓、負(fù)壓 25．30℃，5℃，5: 1 26．66982μV 27．塔頂冷回流流量，塔底再沸器加熱蒸汽流量 28．臨界比例度法，衰減曲線法 29．5.2mA，5.7mA 30．雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 31．控制泵的轉(zhuǎn)速，控制泵的出口旁路閥門(mén)開(kāi)度 32．小于，可變極限流量

3、法 二．簡(jiǎn)答 1．答： QDZ型氣動(dòng)單元組合儀表的信號(hào)范圍為20~100KPa氣壓信號(hào)；（2分） DDZ-II電動(dòng)單元組合儀表的信號(hào)范圍為0~10mA DC電流信號(hào)；（2分） DDZ-III電動(dòng)單元組合儀表的信號(hào)范圍為4~20mA DC電流信號(hào)。（2分） 2．答： 容積式流量計(jì)：橢圓齒輪流量計(jì)；（2分） 速度式流量計(jì)：差壓式流量計(jì)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)；渦輪流量計(jì)；電磁流量計(jì)；漩渦流量計(jì)；（任取三種，每種2分） 質(zhì)量流量計(jì)：科氏力流量計(jì)（或微動(dòng)流量計(jì)）；（2分） 3．答： 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容有 (1) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；（2分） (2) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)；（2分）

4、(3) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開(kāi)停車(chē)系統(tǒng)；（2分） (4) 自動(dòng)控制系統(tǒng)。（2分） 4．答： 主控制器：按主變量的測(cè)量值和給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。（2分） 副控制器：其給定值來(lái)自主控制器的輸出，并按副變量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作的那個(gè)控制器。（2分） 串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖（6分） 主控制器 執(zhí)行器 副對(duì)象 主測(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 擾動(dòng)2 主對(duì)象 副測(cè)量變送環(huán)節(jié) 擾動(dòng)1 + － 副控制器 副變量 主變量 給定值 5．答： 離心泵的流量控制方案有 (1) 控制泵的出口閥門(mén)開(kāi)度；（2分） (2) 控制泵的轉(zhuǎn)速；（2分） (

5、3) 控制泵的出口旁路；（2分） 6. 反饋：控制系統(tǒng)方塊中的任何一個(gè)信號(hào)，只要沿著箭頭方向前進(jìn)，通過(guò)若干個(gè)環(huán)節(jié)后，最終又會(huì)回到原來(lái)的起點(diǎn) 負(fù)反饋：反饋信號(hào)的作用方向與設(shè)定信號(hào)相反，即偏差為兩者之差。 7．工業(yè)上常用熱電偶的溫度-熱電勢(shì)關(guān)系曲線是在冷端溫度保持為0℃情況下得到，而當(dāng)采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)延伸到操作室內(nèi)時(shí)，熱電偶的冷端溫度高于0℃，而且不恒定，這樣熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)必然偏小，且隨冷端溫度變化而變化，測(cè)量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，必須進(jìn)行熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。 常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有以下幾種：(1) 冷端溫度保持0℃的方法；(2) 冷

6、端溫度修正法；(3) 校正儀表零點(diǎn)法；(4) 補(bǔ)償電橋法；(5) 補(bǔ)償熱電偶法。 8．按照已定的控制方案，確定使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。 經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法 9．控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度（或相對(duì)位移）之間的關(guān)系，即 在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為理想流量特性。 控制閥的理想流量特性主要有直線流量特性、等百分比流量特性、拋物線流量特性和快開(kāi)特性。 10、前饋控制的特點(diǎn) （1）基于不變性原理，比反饋控制及時(shí)、有效 （2）前饋是開(kāi)環(huán)控制 （3）前饋控制規(guī)律隨對(duì)象特性的不同而不同 （4）一種前

7、饋只能克服一種干擾 為什么采用前饋＋反饋的復(fù)合控制系統(tǒng)可以大大提高控制系統(tǒng)的品質(zhì) （1）從前饋控制角度，由于反饋，減輕了對(duì)前饋控制模型的精度要求，并可對(duì)未做前饋補(bǔ)償?shù)母蓴_進(jìn)行校正 （2）從反饋角度，前饋控制事先起了一個(gè)粗調(diào)的作用，大大減少了反饋的負(fù)擔(dān) 11．溫差控制：靈敏板溫度與塔頂（或塔底）附近某塊塔板的溫度之差作為被控變量來(lái)間接控制塔的產(chǎn)品的成分。 雙溫差控制：分別在精餾段及提餾段上選取溫差信號(hào)，然后將兩個(gè)溫差信號(hào)相減，作為控制器的測(cè)量信號(hào)（控制系統(tǒng)的被控變量） 12．答： 比例控制規(guī)律(P)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸入偏差信號(hào)e之間成比例關(guān)系，即

8、 比例控制的特點(diǎn)是反應(yīng)快、控制及時(shí) ，但控制結(jié)果存在余差 。 積分控制規(guī)律(I)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸入偏差信號(hào)e的積分成正比，即 積分控制的特點(diǎn)是控制緩慢（1分），但能消除余差 。 微分控制規(guī)律(D)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸入偏差信號(hào)e的變化速度成正比，即 微分控制的特點(diǎn)是有一定的超前控制作用 ，但不能單獨(dú)使用 。 13． (1) 操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié) (2) 操縱變量應(yīng)比干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏，控制通道放大系數(shù)適當(dāng)大，時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小 純滯后時(shí)間盡量小，干擾通道放大系數(shù)盡量小，時(shí)間常數(shù)盡量大 (3) 考慮工藝合理性與經(jīng)

9、濟(jì)性。 14．放大系數(shù)：對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出變化量與輸入變化量的比值。 時(shí)間常數(shù)：對(duì)象受到階躍輸入后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間。 15．常用的熱電偶有如下幾種：鉑銠30－鉑銠6，鉑銠10—鉑，鎳鉻—鎳硅，鎳鉻—康銅 補(bǔ)償導(dǎo)線：為了保持冷端溫度的恒定，采用一種專用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，稱為補(bǔ)償導(dǎo)線 16．答： 控制器一般都具有自動(dòng)與手動(dòng)兩種功能。在進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)兩種功能切換時(shí)，在切換的瞬間，應(yīng)當(dāng)保持控制器的輸出不變，這樣使執(zhí)行器的位置在切換過(guò)程中不致于突變，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程引起附加的擾動(dòng)，這稱為無(wú)擾動(dòng)切換。（2分） 17．答： 單回路控制系統(tǒng)

10、是由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及傳感器（或變送器）、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。（4分，缺一點(diǎn)減1分） 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的典型方塊圖為 （2分） 三．計(jì)算 1．解： 該儀表的相對(duì)百分誤差為 （3分） 該儀表的誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。（2分） 2．解： 當(dāng)液面高度為H時(shí)， 正壓室，（2分） 負(fù)壓室，（2分） （2分） 當(dāng)H=0時(shí)，（2分） 所以，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為（2分） 3．解： P作用響應(yīng)曲線（3分） PI作用響應(yīng)曲線（5分）

11、 標(biāo)注Kp（2分） 標(biāo)注Kp（2分）標(biāo)注2Kp（1分） 標(biāo)注TI（2分） 4、由曲線可知：最終穩(wěn)態(tài)值位41℃，設(shè)定值40℃； 最大偏差＝45－40＝5℃ 余差＝41－40＝1℃ 第一波峰值 B=45-41=4℃ 第二波峰值B’＝42－41＝1℃ 衰減比＝B/B’=4:1 過(guò)渡時(shí)間 23min 振蕩周期 ＝18－5＝13min 5、當(dāng)不考慮遷移量是，變送器的測(cè)量范圍根據(jù)液位的最大變化范圍來(lái)計(jì)算 Δpmax＝Hρ

12、g＝3*900*9.81＝26487Pa＝26.487kPa 所以測(cè)量范圍可選為０-３０ｋＰａ 如圖所示，當(dāng)液位高度為H時(shí)，差壓變送器正、負(fù)壓室所受壓力p1, p2分別為 p1=p0+ Hρg-h1ρ0g p2=p0+(h2-h1)ρ0g 因此，差壓變送器所受的壓差為： Δp＝p1－p2＝Hρg－h(huán)2ρ0g 由上式可知，當(dāng)H=0時(shí)，Δp＝－h(huán)2ρ0g<0，為負(fù)遷移，其遷移量為h2ρ0g 遷移量只和h2有關(guān)，所以當(dāng)差壓變送器的安裝高度h1改變時(shí)，只要兩個(gè)取壓法蘭之間的尺寸h2不變，其遷移量是不變的. 6．解：不對(duì)； 因?yàn)榇藭r(shí)冷端溫度為30℃，而儀表的

13、指示值是在儀表的機(jī)械零位在0℃時(shí)的值，所以，此時(shí)儀表指示值不是換熱器的實(shí)際溫度。 正確值的計(jì)算： mV mV，所以實(shí)際溫度是422℃ 7、解： (1) 該壓力表正反行程的絕對(duì)誤差為 正行程絕對(duì)誤差/ MPa 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.03 -0.01 反行程絕對(duì)誤差/ MPa 0 0.02 0.03 0.06 0.03 0.01 所以，正行程最大絕對(duì)誤差為-0.06MPa，反行程最大絕對(duì)誤差為0.06MPa， (2) 正行程相對(duì)百分誤差為 反行程相對(duì)百分誤差為 所以，根據(jù)正反行程的最大絕對(duì)誤差值，該壓力表的精度等級(jí)為

14、1.0級(jí) 。 (3) 該壓力表的變差為 (4) 儀表的變差不能超過(guò)儀表的允許誤差，根據(jù)(2)確定的壓力表的精度等級(jí)為1.0級(jí)，允許誤差為1%，，所以，該壓力表不符合(2)中確定的精度等級(jí)。 8．（1）根據(jù) 得，℃ （2）由于某一點(diǎn)最大絕對(duì)誤差>3℃，所以不合格。 9．解： 當(dāng)液面高度為H時(shí)， 正壓室，（1分） 負(fù)壓室，（1分） （2分） 當(dāng)H=0時(shí)，（2分） 所以，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移（1分），遷移量為19.6KPa（1分） 10．解： 平穩(wěn)壓力，所以選擇儀表的上限值為（2分） 所以選擇儀表量程為0~25 MPa（1分） ，被測(cè)壓力最小

15、值不低于滿量程的1/3，允許（1分） 根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為 （2分） 應(yīng)選擇精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表。（1分） 因此，選擇的壓力表為電接點(diǎn)彈簧管壓力表（2分），量程0~25MPa，精度1.5級(jí)。 11．解： 平穩(wěn)壓力，所以選擇儀表的上限值為（2分） 所以選擇儀表量程為0~2.5 MPa（2分） ，被測(cè)壓力最小值不低于滿量程的1/3，允許（1分） 根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為 （2分） 應(yīng)選擇精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表。（2分） 因此，選擇的壓力表為彈簧管壓力表（1分），量程0~2.5MPa，精度1.5級(jí)。 12．解： (1) 各點(diǎn)絕對(duì)誤差為

16、 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 絕對(duì)誤差/℃ 0 1 2 4 6 5 3 1 所以，最大絕對(duì)誤差為6℃。（2分） (2) 儀表相對(duì)百分誤差為 （2分） 所以，該測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)（2分）。 (3) 根據(jù)工藝要求，儀表的允許誤差為 （2分） 所以，應(yīng)選擇0.5級(jí)儀表才能滿足工藝要求，所以該測(cè)溫儀表不符合要求（2分）。 13．解： 當(dāng)液面高度為H時(shí)， 正壓室，（2分） 負(fù)壓室，（2分） （2分） 當(dāng)H=0時(shí)，（2分） 所以，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為（2分） 四

17、．分析 1、答： (1) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖（6分） 液位控制器 控制閥 貯槽對(duì)象 液位檢測(cè)變送環(huán)節(jié) + － 控制信號(hào) 出口流量 液位 液位測(cè)量值 偏差 進(jìn)口流量 給定值 (2) 被控對(duì)象：液體貯槽（1分） 被控變量：貯槽液位（1分） 操縱變量：貯槽出口流量（1分） 主要擾動(dòng)變量：貯槽進(jìn)口流量（1分） 2、乙炔發(fā)生器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 溫度控制器 控制閥 乙炔發(fā)生器 測(cè)量變送 + － 溫度 偏差 擾動(dòng) 給定值 被控對(duì)象：乙炔發(fā)生器； 被控變量：乙炔發(fā)生器內(nèi)溫度 操縱變量：冷水流量 擾動(dòng)變量：冷水溫

18、度、壓力；電石進(jìn)料量、成分等。 3、（1）方框圖如下： 液位控制器 控制閥 流量對(duì)象 液位測(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 受控變量 擾動(dòng)1 流量控制器 液位對(duì)象 流量測(cè)量變送環(huán)節(jié) 擾動(dòng)2 + － （2）該系統(tǒng)和一般串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上相同。不同之處在于控制目的上，一般串級(jí)系統(tǒng)是為了保證主變量的控制效果，而對(duì)副變量的控制品質(zhì)沒(méi)有過(guò)高的要求，而串級(jí)均勻控制對(duì)主副變量的控制都有要求，其目的是保證這兩個(gè)變量的統(tǒng)籌兼顧、相互協(xié)調(diào)。即應(yīng)使這兩個(gè)變量都是變化的，并且變化都是比較緩慢并且在允許的范圍之內(nèi)。這樣的要求體現(xiàn)在參數(shù)整定上串級(jí)均勻控制的整定原則與一般串級(jí)控制的整定原則是不一

19、樣的。 4．答： （1）這是串級(jí)控制系統(tǒng) 。 （2）主變量是反應(yīng)釜內(nèi)溫度 ，副變量是夾套內(nèi)溫度 。（5分） （3）為了保證在氣源中斷時(shí)保證冷卻水繼續(xù)供應(yīng)，以防止釜溫過(guò)高，所以控制閥應(yīng)選擇氣關(guān)式。 （利用方框圖法或邏輯推理法確定主副控制器的正反作用）副控制器T2C的作用方向：冷卻水流量增加，夾套溫度下降，即副對(duì)象為“-”方向；控制閥為氣關(guān)式，屬于“-”作用方向；為使控制系統(tǒng)具有負(fù)反饋?zhàn)饔?，控制器?yīng)選擇反作用控制器。當(dāng)主副變量均升高時(shí)，要求控制閥動(dòng)作方向相同，所以主控制器選反作用。 5、解： （1）該系統(tǒng)是溫差控制的方案。 塔頂根據(jù)溫差控制回流量LR，采用溫差控制是因?yàn)樵诩?/p>

20、苯－二甲苯的精餾塔中，塔頂和塔底產(chǎn)品的相對(duì)揮發(fā)度差值較小，壓力變化對(duì)溫度的影響要比成分變化對(duì)溫度的影響大，即此時(shí)微小的壓力變化也會(huì)影響成分與溫度之間的關(guān)系，由于壓力對(duì)各層塔板上溫度的影響的方向和大小基本是一致，此時(shí)可以分別在塔頂和靈敏板測(cè)取溫度，然后取這兩個(gè)溫度的差值作為受控變量，則壓力對(duì)溫度變化的影響就基本被消除了。 塔頂回流罐液位控制和塔釜液位控制是為了保證回流罐和塔釜有一定的蓄液量而設(shè)置的。這兩個(gè)系統(tǒng)可保證整個(gè)塔的物料平衡。 再沸器加熱蒸汽量的定值控制系統(tǒng)，是為了能有恒定的蒸汽量返回到精餾塔，以保證精餾過(guò)程中的能量需求。 （2） （1）適用于塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底高的情況

21、 （2）氣相進(jìn)料的情況 （3）塔底、提餾段塔板上的溫度不能很好的反映產(chǎn)品成分變化時(shí)。 6．答： (1) 選擇流入量為操縱變量，控制閥安裝在流入管線上， 貯槽液位控制系統(tǒng)的控制流程圖為 （2分） 為了防止液體溢出，在控制閥氣源突然中斷時(shí)，控制閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以應(yīng)選用氣開(kāi)形式控制閥，為“+”作為方向。（2分） 操縱變量即流入量增加時(shí)，被控變量液位是上升的，故對(duì)象為“+”作用方向。由于控制閥與被控對(duì)象都是“+”作用方向，為使控制系統(tǒng)具有負(fù)反饋?zhàn)饔?，控制器?yīng)選擇反作用。（2分） (2) 選擇流出量為操縱變量，控制閥安裝在流出管線上， 貯槽液位控制系統(tǒng)的控制流程圖為 （2

22、分） 為了防止液體溢出，在控制閥氣源突然中斷時(shí)，控制閥應(yīng)處于全開(kāi)狀態(tài)，所以應(yīng)選用氣關(guān)形式控制閥，為“-”作為方向。（2分） 操縱變量即流出量增加時(shí)，被控變量液位是下降的，故對(duì)象為“-”作用方向。由于控制閥與被控對(duì)象都是“-”作用方向，為使控制系統(tǒng)具有負(fù)反饋?zhàn)饔茫刂破鲬?yīng)選擇反作用。（2分） 7．答：這是前饋-反饋控制系統(tǒng)（1分） 前饋-反饋控制系統(tǒng)的方塊圖為 （2分） 8．答： (1) 串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖（4分） 給定值 溫度控制器 T1C 控制閥 溫度對(duì)象2 溫度T1測(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 擾動(dòng)2 溫度對(duì)象1 溫度T2測(cè)量變送環(huán)節(jié) 擾動(dòng)1 + － 溫度控制器 T2C T2 T1 (2) 因?yàn)楣に嚢踩珬l件是：一旦發(fā)生重大事故，立即切斷燃料油的供應(yīng)，在氣源中斷時(shí)，控制閥應(yīng)切斷燃料油的供應(yīng)，所以控制閥應(yīng)選為氣開(kāi)閥（2分） (3) 控制閥為氣開(kāi)閥，執(zhí)行器為“+”方向；燃料量增加，爐膛溫度增加，副對(duì)象為“+”方向；所以，為使副回路為負(fù)反饋系統(tǒng)，副控制器應(yīng)選擇反作用（4分）。 如結(jié)論錯(cuò)誤，回答執(zhí)行器和副對(duì)象方向正確，可各得1分。 被加熱物料出口溫度和爐膛溫度增加時(shí)，對(duì)控制閥動(dòng)作要求方向一致，都要求關(guān)小控制閥，減小燃料供應(yīng)量，所以，主控制器取反作用（2分）。