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化工仪表及自动化期末复习题一填空（每空1分）1工程上所用的压力指示值多为 表压 ，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，即 大气压力与绝对压力之差 之差。2差压式液位计在使用中会出现 无迁移 、 负迁移 和 正迁移 三种零点迁移问题。3差压式流量计通常由 节流装置 、 差压计 以及 显示仪表 组成。4 热电偶 温度计是把温度的变化通过测温元件转化为热电势的变化来测量温度的，而 热电阻 温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。5用来评价控制系统性能优劣的衰减振荡过程的品质指标分别是最大偏差（或超调量）、 衰减比 、 余差 、 过渡时间 和振荡周期（或频率）等。6描述简单对象特性的参数分别有 放大系数 、 时间常数 和 滞后时间 。7对于比例积分微分（PID）控制来说，单纯的比例作用存在余差，加入 积分作用 可以消除余差，而加入 微分作用 可以起到“超前控制”的效果。8前馈控制的主要形式有 单纯的前馈控制 和 前馈-反馈控制 两种。9衰减振荡过程的品质指标主要有 最大偏差 、 衰减比 、 余差 、 过渡时间 、振荡周期等。10对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越大则积分作用越 弱 ；微分时间越大，则微分作用越 强 。11根据滞后性质的不同，滞后可以分为 传递滞后 和 容量滞后 两类。12测量仪表的量程是指 测量范围上限值 与 测量范围下限值 之差。13按照使用能源的不同，工业仪表可以分为 气动仪表 、 电动仪表 两类。15按照测量原理的不同，压力检测仪表可以分为 弹性式压力计 、 液柱式压力计 、 活塞式压力计 、 电气式压力计 等 。16用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为 泵 ，而输送气体并提高其压头的机械称为 风机或压缩机 。17、气动仪表的信号传输，国际上统一使用 20100KPa 的模拟气压信号；DDZIII型电动仪表国际上规定的统一标准信号制是 420mA DC 。18化工自动化的主要内容有 自动检测系统 、 自动信号和联锁保护系统 、自动操纵和开停车系统、 自动控制系统 。19选择性控制系统可分为 开关型选择性自动控制系统 、连续型选择性控制系统 和混合型选择性控制系统，对于选择性控制系统要注意防止 积分饱和 现象的发生。20、常见的传热设备有 换热器 、加热炉 、 锅炉 等。21两种常用的均匀控制方案包括 简单均匀控制 、 串级均匀控制 。22速度式流量计中，应用 电磁感应 原理测量流体流量的仪表为电磁流量计，根据“卡曼涡街”现象测量流体流量的仪表为 漩涡流量计 ，而差压式流量计体积流量大小与其所测得差压的 平方根（平方/平方根）成比例关系。23比例度对过渡过程的影响规律是比例度越 大 ，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大，比例度越 小 ，余差减小，但过渡过程曲线越振荡25某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1所示，温度给定值为200，该控制系统的最大偏差为 30 ，余差为 5 ，衰减比为 51 。图126用镍铬-铜镍热电偶测温，设备的温度为900（对应的分度表热电势为68783V），自由端的温度为30（对应的分度表热电势为1801V），测得的热电势应为 66982V 。27在精馏塔控制系统中，可以改变的变量有进料流量、塔顶冷回流流量、塔底再沸器加热蒸汽流量，要控制塔顶馏出物的组分应选择 塔顶冷回流流量 作为操纵变量，要控制塔底馏出物的组分应选择 塔底再沸器加热蒸汽流量 作为操纵变量。28控制器参数工程整定的常用方法有 临界比例度法 、 衰减曲线法 和经验凑试法。29某台DDZ-III型比例积分控制器，控制器为正作用，比例度为100%，积分时间为2min。稳态时，输出为5mA。某瞬时，输入突然增加了0.2mA，此时刻输出瞬间变化到 5.2mA ；经过5min后，输出又将变化到 5.7mA 。30比值控制系统中，要求不仅可以实现比较精确的流量比值，而且确保两物料总量基本不变，应采用 双闭环比值控制系统 。31离心泵的流量控制方案有以下三种：控制泵的出口阀门开度、 控制泵的转速 以及 控制泵的出口旁路阀门开度 ；32离心式压缩机产生喘振现象的主要原因是压缩机的吸气量 小于 （大于、小于或等于）极限排气量引起的，防喘振控制方案有固定极限流量法和 可变极限流量法 。33比例调节器的指示变化量相同时，比例度越小，输出变化越_，比例度不变，指示值越大，输出越_。二简答1试分别写出QDZ型气动单元组合仪表和DDZ-II型、DDZ-III型电动单元组合仪表的信号范围。（6分）2列举一种容积式流量计，三种速度式流量计，一种直接式质量流量计。（10分）3简述化工自动化的主要内容。（8分）6什么是反馈？什么是负反馈？（6分）7用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的冷端温度补偿方法有那些？ （6分）8什么是控制器的参数整定？工程上常用的控制器参数整定有几种方法？（6分）9控制阀的流量特性是什么？何为控制阀的理想流量特性？控制阀的理想流量特性有哪几种？（6分）12、试述比例(P)、积分(I)、微分(D)控制规律的定义及其各自特点？（6分）13简述操纵变量的选择原则是什么？ （6分）14简述放大系数、时间常数的定义。（6分）15常用的热电偶有哪几种？什么是补偿导线？（6分）17简述单回路控制系统由哪些环节组成？试画出单回路控制系统的典型方块图。（6分）三计算1某台测温仪表的测量范围是200700，校验该表时得到的最大绝对误差为+4，试确定该仪表的精度等级。（5分）2用差压变送器来测量液位时，在变送器正、负压室与取压点之间装有隔离罐，测量方式如图2所示，若被测介质密度为1，隔离液密度为2，问有无迁移？何种迁移？迁移量多少？（10分）h2h1H1p022图24某发酵过程工艺规定操作温度为（402）。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图3所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统是否能够满足工艺要求？（10分）图3 5 用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图4所示。已知被测液位的变化范围是03m，被测介质密度=900，毛细管内工作介质密度0=950。变送器的安装尺寸为h1=1m，h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量。当法兰式差压变送器的安装位置升高或者降低时，问对迁移量有什么影响？（10分）图4 法兰式差压变送器测量液位6现用一支镍铬镍硅热电偶来测量某换热器内的温度，其冷端温度为30，显示仪表为动圈仪表，此仪表的机械零位为0，这时指示值为400，若认为换热器内的温度为430，对不对？为什么？正确值为多少？（10分）已知条件：（1）28.943mV （2）1.801mV （3）30.744mV7（15分）如果有一台压力表，其测量范围为010MPa，经校验得到下列数据标准表读数/ MPa0246810被校表正行程读数/ MPa01.983.965.947.979.99被校表反行程读数/ MPa02.024.036.068.0310.01(1) 分别求出该压力表正反行程的最大绝对误差值；（5分）(2) 根据正反行程的最大绝对误差值，该压力表的精度等级应为多少；（5分）(3) 求出该压力表的变差；（3分）(4) 根据变差的大小，问该压力表是否还能符合(2)中确定的精度等级。（2分）（我国规定的仪表等级有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等） 8（10分）一台精度等级为0.5级，测量范围为6001200的电子电位差计，问：（1）它的最大允许绝对误差是多少？（5分）（2）校验时，如其中的某一点最大绝对误差是4，问此表是否合格？（5分）9测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况）时，在负压管上装有冷凝罐（图5），已知被测液位H变化范围为，被测介质密度，变送器安装尺寸为，大气压，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应为多少？（8分）h2h1Hp0图510某合成氨厂合成塔的压力变化范围为1114MPa，较为平稳，要求测量误差不得大于0.4MPa。工艺上要求就地指示，并能高低限报警。试选用一台压力表，指出其类型、量程和精度。可供选用的压力表量程规格为010、016、025M、040、060MPa，精度等级为1.0, 1.5, 2.5。（9分）11某被测压力变化范围为1.01.6Mpa，较为平稳，要求测量误差不得大于0.05MPa，就地指示压力表示值，试选用一台压力表，指出其类型、量程和精度。可供选用的压力表量程规格为01.6、02.5、04.0MPa，精度等级为1.0, 1.5, 2.5。（10分）12某台测温仪表的测量范围是01000，出厂时经校验，其刻度标尺上的各点测量结果为标准表读数/ 02004006007008009001000被校表读数/ 02014026047068059031001(1) 求出该测温仪表的最大绝对误差值；(2) 确定该测温仪表的精度等级；(3) 如果工艺上允许的最大绝对误差为8，问该测温仪表是否符合要求？（我国规定的仪表等级有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等）（10分）13测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况）时，在负压管上装有冷凝罐（见图6），问这时用差压变送器来测量液位时，有无迁移？何种迁移？迁移量多少？（10分）h2h1Hp0图6四分析1某贮槽，其进口流量来自上一工序，不可控，控制目标是保证贮槽的液位恒定，为此设计一简单液位控制系统，如图7所示，试问：(1) 画出简单控制系统的方块图。（6分）进口流量LTLC(2) 指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和主要扰动变量。（4分）出口流量2、乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气的装置。为了降低电石消耗量，提高乙炔气的收率，确保安全生产，设计了图8所示的温度控制系统。工艺要求乙炔发生器的反应温度控制在（801）。试画出该温度控制系统的方块图，并指出图中的被控对象、被控变量、操纵变量以及可能存在的扰动。（10分）TTTC乙炔气电石出料冷水图83（12分）下为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别设计简单控制系统，画出系统的控制流程图；确定执行器的气开、气关形式及控制器的正、反作用。(1) 选择流入量为操纵变量；（6分）(2) 选择流出量为操纵变量。（6分）4. 下图所示为精馏塔温度控制系统的示意图，它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图，确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用，并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。精馏塔温度控制系统解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图控制阀应为气开型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“反”作用。当外界扰动使精馏塔温度升高时，控制器TC输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温度下降。5.下图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80提高到81，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81）。题1-20图 蒸汽加热器温度控制解 蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。题解1-20图 蒸汽加热器温度控制系统方块图其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。该系统的过渡过程品质指标：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，衰减比n=B:B=0.8:0.2=4；余差C=80.7-81= -0.3（）。某化学反应器工艺规定操作温度为(90010)。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的1%（即900（1%）=9）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线解 最大偏差A=950-900=50（）；超调量B=950-908=42（）；由于B=918-908=10（），所以，衰减比n=B:B=42:10=4.2；余差C=908-900=8；振荡周期T=45-9=36(min)；过渡时间ts=47min。因为A=5080，C=810，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。6.下图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。 反应器温度控制系统解 该温度控制系统的方块图题解1-11图 反应器温度控制系统方块图其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。