題庫(kù)《化工儀表及自動(dòng)化》.doc

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1、《化工儀表及自動(dòng)化》期末復(fù)習(xí)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(duì)壓力和大氣壓力之差；當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度表示，即 大氣壓力與絕對(duì)壓力之差 之差。 2．差壓式液位計(jì)在使用中會(huì)出現(xiàn) 無(wú)遷移 、 負(fù)遷移 和 正遷移 三種零點(diǎn)遷移問(wèn)題。 3．差壓式流量計(jì)通常由 節(jié)流裝置 、 差壓計(jì) 以及 顯示儀表 組成。 4． 熱電偶 溫度計(jì)是把溫度的變化通過(guò)測(cè)溫元件轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的變化來(lái)測(cè)量溫度的，而 熱電阻 溫度

2、計(jì)是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。 5．用來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的衰減振蕩過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)分別是最大偏差（或超調(diào)量）、 衰減比 、 余差 、 過(guò)渡時(shí)間 和振蕩周期（或頻率）等。 6．描述簡(jiǎn)單對(duì)象特性的參數(shù)分別有 放大系數(shù) 、 時(shí)間常數(shù) 和 滯后時(shí)間 。 7．對(duì)于比例積分微分（PID）控制來(lái)說(shuō)，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(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)主要有 最大偏差 、 衰減比 、 余差 、 過(guò)渡時(shí)間 、振蕩周期等。 10．對(duì)于一個(gè)比例積分微分（PID）控制器來(lái)說(shuō)，積分時(shí)間越大則積分作用越 弱 ；微分時(shí)間越大，則微分作用越 強(qiáng) 。 11．根據(jù)滯后性質(zhì)的不同，滯后可以分為 傳遞滯后 和 容量滯后 兩類。

4、 12．測(cè)量?jī)x表的量程是指 測(cè)量范圍上限值 與 測(cè)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(dòng)儀表 、 電動(dòng)儀表 兩類。 15．按照測(cè)量原理的不同，壓力檢測(cè)儀表可以分為 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) 等 。 16．用于輸送流體和提高流體壓頭的機(jī)械設(shè)備統(tǒng)稱為流體輸送設(shè)備，其中輸送液體并提高其壓頭的機(jī)械稱為 泵 ，而輸送氣體并提高其壓頭的機(jī)械稱為 風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)

5、 。 17、氣動(dòng)儀表的信號(hào)傳輸，國(guó)際上統(tǒng)一使用 20~100KPa 的模擬氣壓信號(hào)；DDZIII型電動(dòng)儀表國(guó)際上規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制是 4~20mA DC 。 18．化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容有 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)操縱和開停車系統(tǒng)、 自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 19．選擇性控制系統(tǒng)可分為 開關(guān)型選擇性自動(dòng)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(duì)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(jiàn)的傳熱設(shè)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(jiǎn)單均勻控制 、 串級(jí)均勻控制 。 22．速度式流量計(jì)中，應(yīng)用 電磁感應(yīng) 原理測(cè)量流體流量的儀表為電磁流量計(jì)，根據(jù)“卡曼渦街”現(xiàn)象測(cè)量流體流量的儀表為 漩渦流量計(jì) ，而差壓式流量計(jì)體積流量大小與其所測(cè)得差壓的 平方根（平方/平方根）成比例關(guān)系。 23．比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響規(guī)律是比例度越 大 ，過(guò)渡過(guò)

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(guò)渡過(guò)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(guò)渡過(guò)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(cè)溫，設(shè)備的溫度為900℃（對(duì)應(yīng)的分度表熱電勢(shì)為68783μV），自由端的溫度為30℃（對(duì)應(yīng)的分度表熱電勢(shì)為1801μV），測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為 66982μV 。 27．在精餾塔控制系統(tǒng)

8、中，可以改變的變量有進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yàn)湊試法。 29．某臺(tái)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(shí)間為2min。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為5mA。某瞬時(shí)，輸入突然增加了0.2mA，此時(shí)刻輸出瞬間變化到 5.2mA ；經(jīng)過(guò)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(shí)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(yīng)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(zhuǎn)速 以及 控制泵的出口旁路閥門開度 ； 32．離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是壓縮機(jī)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(diào)節(jié)器的指示變化量相同時(shí)，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(jiǎn)答 1．試分別寫出QDZ型氣動(dòng)單元組合儀表和DDZ-II型、DDZ-III型電動(dòng)單元組合儀表的信號(hào)范圍。（6分） 2．列舉一種容積式流量計(jì)，三種速度式流量計(jì)，一種直接式質(zhì)量流量計(jì)。（10分） 3．簡(jiǎn)述化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容。（8分） 6．什么是反饋？什么是負(fù)反饋？（6分） 7．用熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的冷端溫度補(bǔ)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(diǎn)？（6分） 13．簡(jiǎn)述操縱變量的選擇原則是什么？ （6分） 14．簡(jiǎn)述放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)的定義。（6分） 15．常用的熱電偶有哪幾種？什么是補(bǔ)償導(dǎo)線？（6分） 17．簡(jiǎn)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(jì)算 1．某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍是200～700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為+4℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。（5分）

12、 2．用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間裝有隔離罐，測(cè)量方式如圖2所示，若被測(cè)介質(zhì)密度為ρ1，隔離液密度為ρ2，問(wèn)有無(wú)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(guò)程工藝規(guī)定操作溫度為（402）℃?？紤]到發(fā)酵效果，控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不能超過(guò)6℃?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)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(guò)渡時(shí)間和振蕩周期等過(guò)渡過(guò)程指標(biāo)，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(tái)雙法蘭式差壓變送器測(cè)量某容器的液位

13、，如圖4所示。已知被測(cè)液位的變化范圍是0~3m，被測(cè)介質(zhì)密度ρ=900，毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度ρ0=950。變送器的安裝尺寸為h1=1m，h2=4m。求變送器的測(cè)量范圍，并判斷零點(diǎn)遷移方向，計(jì)算遷移量。當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或者降低時(shí)，問(wèn)對(duì)遷移量有什么影響？（10分） 圖4 法蘭式差壓變送器測(cè)量液位 6．現(xiàn)用一支鎳鉻—鎳硅熱電偶來(lái)測(cè)量某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30℃，顯示儀表為動(dòng)圈儀表，此儀表的機(jī)械零位為0℃，這時(shí)指示值為400℃，若認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃，對(duì)不對(duì)？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(tái)壓力表，其測(cè)量范圍為0~10MPa，經(jīng)校驗(yàn)得到下列數(shù)據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)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(duì)誤差值；（5分） (2) 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)應(yīng)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(wèn)該壓力表是否還能符合(2)中確定的精度等級(jí)。（2分） （我國(guó)規(guī)定的儀表等級(jí)有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等） 8．（10分）一臺(tái)精度等級(jí)為0.5級(jí)，測(cè)量范圍為600～1200℃的電子電位差計(jì)，問(wèn)： （1）它的最大允許絕對(duì)誤差是多少？（5分） （2）校驗(yàn)時(shí)，如其中的某一點(diǎn)最大絕對(duì)誤差是4℃，問(wèn)此表是否合格？（5分） 9．測(cè)量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時(shí)，在負(fù)壓管上裝有冷凝罐（圖5），已知被測(cè)液位H變化范圍為，被測(cè)介質(zhì)密度，變送器安裝尺寸為，，大氣壓，問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)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(cè)量誤差不得大于0.4MPa。工藝上要求就地指示，并能高低限報(bào)警。試選用一臺(tái)壓力表，指出其類型、量程和精度?？晒┻x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(jí)為1.0, 1.5, 2.5。（9分） 11．某被測(cè)壓力變化范圍為1.0~1.6Mpa，較為平穩(wěn)，要求測(cè)量誤差不得大于0.05MPa，就地指示壓力表示值，試選用一臺(tái)壓力表，指出其類型、量程和精度?？晒┻x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(jí)為1.0, 1.5, 2.5。（10分） 12．某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍是0～1000℃，出廠時(shí)經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果為 標(biāo)準(zhǔn)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(cè)溫儀表的最大絕對(duì)誤差值；(2) 確定該測(cè)溫儀表的精度等級(jí)；(3) 如果工藝上允許的最大絕對(duì)誤差為8℃，問(wèn)該測(cè)溫儀表是否符合要求？（我國(guó)規(guī)定的儀表等級(jí)有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等）（10

18、分） 13．測(cè)量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時(shí)，在負(fù)壓管上裝有冷凝罐（見(jiàn)圖6），問(wèn)這時(shí)用差壓變送器來(lái)測(cè)量液位時(shí)，有無(wú)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(jìn)口流量來(lái)自上一工序，不可控，控制目標(biāo)是保證貯槽的液位恒定，為此設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)，如圖7所示，試問(wèn)： (1) 畫出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖。（6分） 進(jìn)口流量 LT LC (2) 指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量和主要擾動(dòng)變量。（4分） 出口流量 2、乙炔發(fā)生器是利用電石和水來(lái)產(chǎn)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(chǎn)，設(shè)計(jì)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(yīng)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(duì)象、被控變量、操縱變量以及可能存在的擾動(dòng)。（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(jiàn)，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分別設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(guān)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(guò)控制進(jìn)入再沸器的蒸汽量實(shí)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(guān)型式和控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述由于外界擾動(dòng)使精餾塔溫度升高時(shí)該系統(tǒng)的控制過(guò)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(yīng)為氣開型式；被控對(duì)象是“正”作用，控制器應(yīng)為“反”作用。 當(dāng)外界擾動(dòng)使精餾塔溫度升高時(shí)，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(duì)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(guò)渡過(guò)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(dòng)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(duì)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(jìn)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(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)： 最大偏差A(yù)=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(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(90010)℃?？紤]安全因素，控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò)80℃?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)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(guò)渡時(shí)間（被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的1%（即900（1%）=9℃）的時(shí)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(guò)渡過(guò)程曲線 解 最大偏差A(yù)=950-900=50（℃）； 超調(diào)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(guò)渡時(shí)間ts=47min。 因?yàn)锳=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(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)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(duì)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(shuō)明該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 反應(yīng)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(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器內(nèi)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(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時(shí)，其測(cè)量值與給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度控制器運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來(lái)。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。