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1、《化工儀表及自動化》期末復習題 一．填空（每空1分） 1．工程上所用的壓力指示值多為 表壓 ，即絕對壓力和大氣壓力之差；當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度表示，即 大氣壓力與絕對壓力之差 之差。 2．差壓式液位計在使用中會出現(xiàn) 無遷移 、 負遷移 和 正遷移 三種零點遷移問題。 3．差壓式流量計通常由 節(jié)流裝置 、 差壓計 以及 顯示儀表 組成。 4． 熱電偶 溫度計是把溫度的變化通過測溫元件轉化為熱電勢的變化來測量溫度的，而 熱電阻 溫度

2、計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。 5．用來評價控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的衰減振蕩過程的品質指標分別是最大偏差（或超調量）、 衰減比 、 余差 、 過渡時間 和振蕩周期（或頻率）等。 6．描述簡單對象特性的參數(shù)分別有 放大系數(shù) 、 時間常數(shù) 和 滯后時間 。 7．對于比例積分微分（PID）控制來說，單純的比例作用存在余差，加入 積分作用 可以消除余差，而加入 微分作用

3、 可以起到“超前控制”的效果。 8．前饋控制的主要形式有 單純的前饋控制 和 前饋-反饋控制 兩種。 9．衰減振蕩過程的品質指標主要有 最大偏差 、 衰減比 、 余差 、 過渡時間 、振蕩周期等。 10．對于一個比例積分微分（PID）控制器來說，積分時間越大則積分作用越 弱 ；微分時間越大，則微分作用越 強 。 11．根據(jù)滯后性質的不同，滯后可以分為 傳遞滯后 和 容量滯后 兩類。

4、 12．測量儀表的量程是指 測量范圍上限值 與 測量范圍下限值 之差。 13．按照使用能源的不同，工業(yè)儀表可以分為 氣動儀表 、 電動儀表 兩類。 15．按照測量原理的不同，壓力檢測儀表可以分為 彈性式壓力計 、 液柱式壓力計 、 活塞式壓力計 、 電氣式壓力計 等 。 16．用于輸送流體和提高流體壓頭的機械設備統(tǒng)稱為流體輸送設備，其中輸送液體并提高其壓頭的機械稱為 泵 ，而輸送氣體并提高其壓頭的機械稱為 風機或壓縮機

5、 。 17、氣動儀表的信號傳輸，國際上統(tǒng)一使用 20~100KPa 的模擬氣壓信號；DDZIII型電動儀表國際上規(guī)定的統(tǒng)一標準信號制是 4~20mA DC 。 18．化工自動化的主要內容有 自動檢測系統(tǒng) 、 自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 、自動操縱和開停車系統(tǒng)、 自動控制系統(tǒng) 。 19．選擇性控制系統(tǒng)可分為 開關型選擇性自動控制系統(tǒng) 、連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 和混合型選擇性控制系統(tǒng)，對于選擇性控制系統(tǒng)要注意防止

6、 積分飽和 現(xiàn)象的發(fā)生。 20、常見的傳熱設備有 換熱器 、加熱爐 、 鍋爐 等。 21．兩種常用的均勻控制方案包括 簡單均勻控制 、 串級均勻控制 。 22．速度式流量計中，應用 電磁感應 原理測量流體流量的儀表為電磁流量計，根據(jù)“卡曼渦街”現(xiàn)象測量流體流量的儀表為 漩渦流量計 ，而差壓式流量計體積流量大小與其所測得差壓的 平方根（平方/平方根）成比例關系。 23．比例度對過渡過程的影響規(guī)律是比例度越 大 ，過渡過

7、程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大，比例度越 小 ，余差減小，但過渡過程曲線越振蕩 25．某換熱器溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖1所示，溫度給定值為200℃，該控制系統(tǒng)的最大偏差為 30℃ ，余差為 5℃ ，衰減比為 5∶1 。 圖1 26．用鎳鉻-銅鎳熱電偶測溫，設備的溫度為900℃（對應的分度表熱電勢為68783μV），自由端的溫度為30℃（對應的分度表熱電勢為1801μV），測得的熱電勢應為 66982μV 。 27．在精餾塔控制系統(tǒng)

8、中，可以改變的變量有進料流量、塔頂冷回流流量、塔底再沸器加熱蒸汽流量，要控制塔頂餾出物的組分應選擇 塔頂冷回流流量 作為操縱變量，要控制塔底餾出物的組分應選擇 塔底再沸器加熱蒸汽流量 作為操縱變量。 28．控制器參數(shù)工程整定的常用方法有 臨界比例度法 、 衰減曲線法 和經(jīng)驗湊試法。 29．某臺DDZ-III型比例積分控制器，控制器為正作用，比例度為100%，積分時間為2min。穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某瞬時，輸入突然增加了0.2mA，此時刻輸出瞬間變化到 5.2mA ；經(jīng)過5min后，輸出又

9、將變化到 5.7mA 。 30．比值控制系統(tǒng)中，要求不僅可以實現(xiàn)比較精確的流量比值，而且確保兩物料總量基本不變，應采用 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 。 31．離心泵的流量控制方案有以下三種：控制泵的出口閥門開度、 控制泵的轉速 以及 控制泵的出口旁路閥門開度 ； 32．離心式壓縮機產生喘振現(xiàn)象的主要原因是壓縮機的吸氣量 小于 （大于、小于或等于）極限排氣量引起的，防喘振控制方案有固定極限流量法和 可變極限流量法

10、 。 33．比例調節(jié)器的指示變化量相同時，比例度越小，輸出變化越_____，比例度不變，指示值越大，輸出越____。 二．簡答 1．試分別寫出QDZ型氣動單元組合儀表和DDZ-II型、DDZ-III型電動單元組合儀表的信號范圍。（6分） 2．列舉一種容積式流量計，三種速度式流量計，一種直接式質量流量計。（10分） 3．簡述化工自動化的主要內容。（8分） 6．什么是反饋？什么是負反饋？（6分） 7．用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的冷端溫度補償方法有那些？ （6分） 8．什么是控制器的參數(shù)整定？工程上常用的控制器參數(shù)整定有幾種方法

11、？（6分） 9．控制閥的流量特性是什么？何為控制閥的理想流量特性？控制閥的理想流量特性有哪幾種？（6分） 12、試述比例(P)、積分(I)、微分(D)控制規(guī)律的定義及其各自特點？（6分） 13．簡述操縱變量的選擇原則是什么？ （6分） 14．簡述放大系數(shù)、時間常數(shù)的定義。（6分） 15．常用的熱電偶有哪幾種？什么是補償導線？（6分） 17．簡述單回路控制系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成？試畫出單回路控制系統(tǒng)的典型方塊圖。（6分） 三．計算 1．某臺測溫儀表的測量范圍是200～700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為+4℃，試確定該儀表的精度等級。（5分）

12、 2．用差壓變送器來測量液位時，在變送器正、負壓室與取壓點之間裝有隔離罐，測量方式如圖2所示，若被測介質密度為ρ1，隔離液密度為ρ2，問有無遷移？何種遷移？遷移量多少？（10分） h2 h1 H ρ1 p0 ρ2 ρ2 圖2 4．某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為（402）℃?？紤]到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6℃?，F(xiàn)設計一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖3所示。試確定該系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間和振蕩周期等過渡過程指標，并回答該系統(tǒng)是否能夠滿足工藝要求？（10分） 圖3 5． 用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位

13、，如圖4所示。已知被測液位的變化范圍是0~3m，被測介質密度ρ=900，毛細管內工作介質密度ρ0=950。變送器的安裝尺寸為h1=1m，h2=4m。求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或者降低時，問對遷移量有什么影響？（10分） 圖4 法蘭式差壓變送器測量液位 6．現(xiàn)用一支鎳鉻—鎳硅熱電偶來測量某換熱器內的溫度，其冷端溫度為30℃，顯示儀表為動圈儀表，此儀表的機械零位為0℃，這時指示值為400℃，若認為換熱器內的溫度為430℃，對不對？為什么？正確值為多少？（10分） 已知條件：（1）28.943mV （2）1.

14、801mV （3）30.744mV 7．（15分）如果有一臺壓力表，其測量范圍為0~10MPa，經(jīng)校驗得到下列數(shù)據(jù) 標準表讀數(shù)/ MPa 0 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù)/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù)/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 (1) 分別求出該壓力表正反行程的最大絕對誤差值；（5分） (2) 根據(jù)正反行程的最大絕對誤差值，該壓力表的精度等級應為多少；（5分） (3) 求出該壓力表的變差；（3分） (4) 根據(jù)變差的大

15、小，問該壓力表是否還能符合(2)中確定的精度等級。（2分） （我國規(guī)定的儀表等級有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等） 8．（10分）一臺精度等級為0.5級，測量范圍為600～1200℃的電子電位差計，問： （1）它的最大允許絕對誤差是多少？（5分） （2）校驗時，如其中的某一點最大絕對誤差是4℃，問此表是否合格？（5分） 9．測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時，在負壓管上裝有冷凝罐（圖5），已知被測液位H變化范圍為，被測介質密度，變送器安裝尺寸為，，大氣壓，問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移？如要遷移，遷移量應為多少

16、？（8分） h2 h1 H ρ p0 圖5 10．某合成氨廠合成塔的壓力變化范圍為11~14MPa，較為平穩(wěn)，要求測量誤差不得大于0.4MPa。工藝上要求就地指示，并能高低限報警。試選用一臺壓力表，指出其類型、量程和精度。可供選用的壓力表量程規(guī)格為0～10、0～16、0～25M、0~40、0~60MPa，精度等級為1.0, 1.5, 2.5。（9分） 11．某被測壓力變化范圍為1.0~1.6Mpa，較為平穩(wěn)，要求測量誤差不得大于0.05MPa，就地指示壓力表示值，試選用一臺壓力表，指出其類型、量程和精度。可供選用的壓力表量程規(guī)格為0～1.6、0～2.5、0～

17、4.0MPa，精度等級為1.0, 1.5, 2.5。（10分） 12．某臺測溫儀表的測量范圍是0～1000℃，出廠時經(jīng)校驗，其刻度標尺上的各點測量結果為 標準表讀數(shù)/ ℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/ ℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001 (1) 求出該測溫儀表的最大絕對誤差值；(2) 確定該測溫儀表的精度等級；(3) 如果工藝上允許的最大絕對誤差為8℃，問該測溫儀表是否符合要求？（我國規(guī)定的儀表等級有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等）（10

18、分） 13．測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時，在負壓管上裝有冷凝罐（見圖6），問這時用差壓變送器來測量液位時，有無遷移？何種遷移？遷移量多少？（10分） h2 h1 H ρ p0 圖6 四．分析 1．某貯槽，其進口流量來自上一工序，不可控，控制目標是保證貯槽的液位恒定，為此設計一簡單液位控制系統(tǒng)，如圖7所示，試問： (1) 畫出簡單控制系統(tǒng)的方塊圖。（6分） 進口流量 LT LC (2) 指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量和主要擾動變量。（4分） 出口流量 2、乙炔發(fā)生器是利用電石和水來產生乙炔氣的裝置。為了降低電

19、石消耗量，提高乙炔氣的收率，確保安全生產，設計了圖8所示的溫度控制系統(tǒng)。工藝要求乙炔發(fā)生器的反應溫度控制在（801）℃。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出圖中的被控對象、被控變量、操縱變量以及可能存在的擾動。（10分） TT TC 乙炔氣 電石 出料 冷水 圖8 3．（12分）下為貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見，貯槽內液體嚴格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分別設計簡單控制系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的控制流程圖；確定執(zhí)行器的氣開、氣關形式及控制器的正、反作用。 (1) 選擇流入量為操縱變量；（6分） (2) 選擇流出量為操縱變量。（6分） 4. 下圖

20、所示為精餾塔溫度控制系統(tǒng)的示意圖，它通過控制進入再沸器的蒸汽量實現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，確定控制閥的氣開氣、關型式和控制器的正、反作用，并簡述由于外界擾動使精餾塔溫度升高時該系統(tǒng)的控制過程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。 精餾塔溫度控制系統(tǒng) 解 精餾塔溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 題解7-16 圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)方塊圖 控制閥應為氣開型式；被控對象是“正”作用，控制器應為“反”作用。 當外界擾動使精餾塔溫度升高時，控制器TC輸出減小，控制閥開度變小，蒸汽流量降低，精餾塔溫度下降。 5.下圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)

21、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)因生產需要，要求出口物料溫度從80℃提高到81℃，當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)的過渡過程品質指標：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。 可能存在的干擾主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；

22、環(huán)境溫度的變化等。 該系統(tǒng)的過渡過程品質指標： 最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）； 由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰減比n=B:B=0.8:0.2=4； 余差C=80.7-81= -0.3（℃）。 某化學反應器工藝規(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)的過渡過程品質指標：最大偏差、超調量、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%（即900（1%）=9℃）的時間）

23、，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=950-900=50（℃）； 超調量B=950-908=42（℃）； 由于B=918-908=10（℃），所以，衰減比n=B:B=42:10=4.2； 余差C=908-900=8℃； 振蕩周期T=45-9=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。 6.下圖所示為一反應器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進入反應器進行反應，通過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應器內的溫度不變

24、。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么？并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 反應器溫度控制系統(tǒng) 解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解1-11圖 反應器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內的溫度；操縱變量：冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有A、B兩種物料的溫度、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當反應器內的被控溫度在干擾作用下升高時，其測量值與給定值比較，獲得偏差信號，經(jīng)溫度控制器運算處理后，輸出控制信號去驅動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。