13化工仪表及自动化总复习学生.docx
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13化工仪表及自动化总复习学生
化工仪表及自动化总复习
第一章自动控制系统基本概念
一、基本要求
1.掌握自动控制系统的组成,了解各组成部分的作用以及相互影响和联系;
2.掌握自动控制系统中常用术语,了解方块图的意义及画法;
3.掌握管道及控制流程图上常用符号的意义;
4.了解控制系统的分类形式,掌握系统的动态特性和静态特性的意义;
5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下,过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念
1.化工自动化的主要内容
2.自动控制系统的基本组成:
被控对象和自动化装置(测量元件与变送器、控制器、执行器)。
3.被控对象
4.被控变量
5.操纵变量
6.干扰作用
7.设定值
8.偏差
9.闭环系统
10.开环系统
11.控制系统的过渡过程
12.反馈
13.负反馈
14.正反馈
三、问答题
1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类?
简述每种形式的基本含义。
2.在阶跃扰动作用下,控制系统的过渡过程有哪几种形式?
其中哪些形式能基本满足控制要求?
3.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
4.什么是控制系统的方块图?
它与工艺管道及控制流程图有何区别?
5.在自动化系统中,仪表符号由哪几部分组成,各表示什么意义?
四、选择题:
1.反馈调节系统()闭环系统。
A.不一定是B.肯定不是C.肯定是D、无法判断
2.定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统是按什么来划分的()。
A.按自动调节系统的结构B.按自动调节系统的特性
C.按给定值变化的规律D.调节系统的结构
3.在研究动态特性时可以将()看作系统对象环节的输入量。
A.干扰作用;B.控制作用;C.干扰作用和控制作用;D.测量仪表的信号
4.在下列仪表号位中表示有报警作用的字母为()
A、“C”B、“H”C、“A”D、“I”
5.控制系统在阶跃干扰作用下的几种过渡过程中,那种震荡过程是最希望出现的震荡过程()
A、非周期衰减过程B、衰减震荡过程
C、等幅震荡过程D、发散震荡过程
6.下列哪些参数不是表示过渡过程品质好坏的指标()
A、变差B、余差C、最大偏差D、衰减比
7.关于调节系统方块图的说法,不正确的是()。
A.一个方块代表一个设备;B.方块间的连线代表的是方块间物料关系;
C.方块图上的线条及箭头方向不一定与流体流向一致
D.方块间连线只代表信号关系
8.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做()。
A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈
9.某换热器的温度控制系统(设定值是40℃)在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图6所示。
则该系统的余差、衰减比、最大偏差是()。
A、1、4:
1、4
B、1、4:
1、5
C、1、5:
2、5
D、1、5:
1、4
五、填空题:
1.自动化装置是由__、__、_等环节组成。
2.描述控制系统的品质指标的参数有、和、、等。
六、综合题:
1.某发酵过程工艺操作温度为(40±2)︒C。
考虑到发酵效果,控制过程中温度偏离设定值最大不能超过6︒C。
先设计一定值控制系统,在阶跃扰动系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(按被控变量进入±2%新稳态值即达到稳定来确定)和振荡周期等过渡过程指标,并回答该系统能否满足工艺要求?
图5
作业21.某化学反应器工艺规定操作温度为(900士10)℃。
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图1-19所示。
试求该系统的过渡过程品质指标:
最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期,并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?
第二章过程特性及数学模型
一、基本要求
1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法;
2.掌握用机理建模的方法,建立简单对象的数学模型;
3.掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响;
4.了解被控对象特性的实验测定方法。
二、常用概念
1.被控对象的数学模型
2.通道
3.被控对象的放大倍数
4.被控对象的时间常数
5.被控对象的滞后时间
三、选择题
1.一般认为,经过()时间后,动态过程便结束了。
A.3T;B.T;C.5T;D.10T
2.在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是()。
A.传递滞后又称为纯滞后;
B.容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的;
C.容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后,再经过一段时间时间后被控变量才开始变化;
D.滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。
四、填空题
1.目前求取过程数学模型的方法有两种。
其中一种是根据过程的内在机理,通过_和___平衡关系,用__的方法求取过程的数学模型。
2.描述对象特性的三个参数是、和,如果时间常数越大,系统的响应速度越,系统的稳定性越。
3.过程特性是指被控过程的发生变化时,其输出变量随时间变化的规律。
4.由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为。
五、综合题:
1.为了测量某物料干燥筒的对象特性,在T=0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h,物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。
试求出该对象的特性。
已知流量仪表量程为0~40m3/h,温度仪表为0~200℃
图干燥筒的阶跃响应曲线
作业11.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性,其时间常数为5,放大系数为10,纯滞后时间为2,试写出描述该对象特性的一阶微分方程。
第三章检测仪表与传感器
一、基本要求
1.掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。
2.了解仪表的性能指标。
3.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。
4.了解各种流量计的测量原理。
重点是差压式流量计及转子流量计。
5.了解各种液位测量方法。
初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。
6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。
熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。
7.了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。
二、常用概念
1.精度
2.绝对误差
3.相对误差:
4.相对百分误差
5.允许相对误:
6.仪表精度等级
7.灵敏度
8.灵敏限
9.分辨力
10.线性度
11.反应时间
三、问答题:
1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型?
试简述各种压力计的工作原理。
2.试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。
3.试述流量计的分类及其工作原理。
4.试述物位计的分类及其工作原理。
5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理
四、选择题:
1.1.5级仪表的精度等级可写为:
()
A.1.5级B.±1.5级C.+1.5级D.1.5
2.下列不属于节流装置的是()。
A、孔板;B、喷嘴;C、长径喷嘴D、阿纽巴管
3.温度越高,铂、镍、铜等材料的电阻值越()。
A.大B.小C.不变D.不一定
4.双金属温度计的感温元件,测量温度时必须是()
A浸液1/2;B全部浸液;C浸液2/3;D浸入任何长度
5.关于压力计安装的描述错误的是()
A.要选择测量介质拐弯处安装;
B.测量流动介质时,应使取压点与流动方向垂直安装;
C.测量液体压力时,取压点应安装在管道下部;
D.测量蒸汽压力时应安装凝液管。
6.下列仪表中属于恒压降的仪表是()。
A.孔板流量计B.文丘里管式流量计
C.电磁流量计D.转子流量计
7.在下列物位检测仪表中,能够检测出两种不同液体界面的仪表是()
A.压差式物位仪表B.压力式物位仪表
C.电容式物位仪表D.称重式液罐计量仪
8.在下列物位检测仪表中,不与被测物体发生实际接触并可以检测物位的仪表是()。
A.称重式液罐计量仪B.核辐射物位仪表C.压差式物位仪表D.电容式物位仪表
9.在下列工业用流量计中,属于容积式流量计的是()。
A.转子流量计B.电磁流量计
C.椭圆齿轮流量计D.科里奥利力式流量计
10.测量稳定压力时,被测介质的最大工作压力不得超过仪表量程的()。
A.1/2;B.1/3;C.2/3;D.3/5
11.关于压力测量仪表的下列描述中,错误的是()。
A.液柱式压力计是根据流体静力学的原理,将被测压力转换成为液柱高度进行测量的;
B.弹性式压力计利用弹性元件变形的位移进行测量的;
C.电气式压力计是将压力转换为电量来进行测量的;
D.活塞式压力计是将压力转换为活塞位移来进行测量的。
12.热电偶信号,在采集过程中,实质上是(C)。
A电流信号;B热电阻信号;C电压信号;D数字信号。
13.关于温度检测仪表的下列描述中错误的是()。
A.玻璃管温度计属于膨胀式温度计的一种;
B.测量的温度大于600度的温度计为高温计;
C.热电偶是由两种不同的金属材料构成的,不同材料构成的热电偶在相同的触点温度下所产生的电势相同;
D.在热电偶回路中引入第三种导线对热电偶所产生的电势无影响。
14.热电偶输出电压与()有关。
A.热电偶两端温度B.热电偶两端温度和电极材料
C.热电偶热端温度D.热电偶两端温度、电极材料及长度
15.镍铬-镍硅热电偶的分度号是()。
A、EB、SC、KD、B
16.关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时,以下说法不正确的是()
A、热电偶与补偿导线应该配接
B、补偿导线也有极性
C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿
D、在一定温度范围内,热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性
17.一台安装在设备内最低液位下方的压力式液位变送器,为了测量准确,压力
变送器必须采用(A)。
A、正迁移B、负迁移C、无迁移D、不确定
18.差压式液位计进行负向迁移后,其量程(C)。
A、变大B、变小C、不变D、视迁移大小而定
19.用电容式液位计测量导电液体的液位时,介电常数是不变的,那么液位变化
相当于(C)在改变。
A、电极电容B、电极电感C、电极面积D、电极能量
20.一台1151压力变送器量程范围为0~3OOkPa,现零位正迁50%,则
仪表的量程为(B)。
A.150kPaB.300kPaC.450kPaD.250kPa
五、填空题
1.某温度表的精度为0.5级,其测量下限是50℃,上限是850℃。
则此表的量程是;测量范围是;允许相对百分误差是;最大绝对误差是。
2.热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有、、
、、五种。
3.弹簧管压力表是利用产生___与被测压力相平衡来测量的。
4.差压式流量计是利用_原理测量流量的。
5.电容式差压变送器的测量部分是先将转变成,然后再变成_作为转换部分的输入。
6.液位变送器测量进行零点迁移时只改变___,不改变__。
7.在常用的热电偶温度计中,精度较高的是__热电偶,线性最好的是__热电偶,灵敏度较高的是___热电偶。
8.常用的热电阻材料是__,分度号是_、,、__,线性好的是___热电阻,它适于测量___温度。
9.热电偶是基于原理工作的。
六、综合题:
1.热电偶测温时,使用补偿导线的目的是什么?
它能否进行冷端温度补偿?
如不能应如何处理?
2.某压力仪表的测量范围是100~1100Pa,其精度为0.5级,则这台表的量程是多少?
允许相对百分误差是多少?
最大绝对误差是多少?
3.一台测温仪表,其测温范围为0~300℃,已知其最大绝对误差为±2℃,则其精度等级为多少?
4.有一台测压仪表,其标尺范围为0~400KPa,要求测量时最大绝对误差不超过5KPa,则应该选择精度等级为多少的仪表才能满足要求。
作业20.某压力表的测量范围为0~1MPa,精度等级为1级,试问此压力表允许的最大绝对误差是多少?
若用标准压力计来校验该压力表,在校验点为0.5MPa时,标准压力计上读数为
0.508MPa,试问被校压力表在这一点是否符合1级精度,为什么?
第四章自动控制仪表
一、基本要求
1.掌握各种基本控制规律及其特点。
2.熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。
3.了解DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成。
二、常用概念
1.基地式控制仪表
2.单元组合式控制仪表
3.控制器的控制规律
4.双位控制
5.放大倍数KP
6.比例度δ
7.无干扰切换
三、问答题
1.控制系统按控制规律可以分为哪几类?
各类控制规律的特点是什么?
2.试述PID控制的数学模型及参数意义。
3.试述DDZ-Ⅲ仪表的特点。
4.在控制系统应用中,有哪些基本控制规律和组合控制规律?
写出各自的表达式?
它们各应用在什么场所?
四、选择题:
1.调节器加入微分作用是用来()。
A.克服对象的纯滞后B.克服对象的惯性滞后
C.克服对象的惯性滞后和容量滞后D.克服对象的容量滞后
2.调节器的比例度和积分时间正确说法是()。
A.比例度越大,比例作用越强B.积分时间越小,积分作用越强
C.比例度越大,比例作用越弱,积分时间越大,积分作用越强
D.比例度越小,比例作用越弱,积分时间越小,积分作用越弱
3.在控制系统中,控制器的积分作用过强,会使系统的(C)变坏。
A、余差;B、最大偏差;C、稳定性;D、超调量。
4.根据对象特性来选择控制规律时,对于控制通道滞后小,负荷变化不大,
工艺参数不允许有余差的系统,应当选用(B)控制。
A、比例;B、比例积分;C、比例微分;D、比例积分微分。
5.控制系统中控制器正反作用的确定是依据()
A.生产的安全性B.实现闭环回路的负反馈
C.系统放大倍数恰到好处D.调节器本身的特性
6、()存在纯滞后,通常不影响控制质量。
A、调节通道B、测量元件
C、变送器D、干扰通道
7、调节器的反作用是指(D)。
A.测量值大于给定值时,输出增大;B.测量值大于给定值时,输出减小;
C.测量值增大,输出增大;D.测量值增大,输出减小。
8、PID调节器变为纯比例作用,则(C)。
A、积分时间置∞、微分时间置∞;B、积分时间置0、微分时间置∞
C、积分时间置∞,微分时间置0;D、积分时间置0,微分时间置0
五、填空题:
1.仪表自动化标准中,气动仪表标准信号范围是;电动Ⅲ型标准信号范围是 。
2.控制系统引入积分作用是为了__,但积分的引入会使系统___,引入微分作用是为了___。
3.表征控制规律的参数是、及。
4.在PID调节中,比例作用是依据来动作的,在系统中起着的作用;积分作用是依据来动作的,在系统中起着的作用;微分作用是依据来动作的,在系统中起着的作用。
5.调节器的比例度越大,则放大倍数越,比例作用就越,过渡过程曲线越,但余差也越。
6.调节器的积分时间越小,则积分速率越,积分特性曲线的斜率越,积分作用就越,消除余差越。
微分时间越大,微分作用越。
7.在PI控制规律中,过渡过程振荡剧烈,可以适当(C)。
A、减小比例度
B、增大输入信号
C、增大积分时间
D、增大开环增益
六、综合题:
1.控制器输入偏差是阶跃信号(见下图),请根据下列已知参数,分别画出P、PI的输出响应曲线。
(1)P输出,已知:
比例度δ=50% ;
(2)PI输出,已知:
比例度δ=100%,积分时间TI=1分。
作业5.一台DDZ-Ⅲ型温度比例控制器,测量的全量程为0~1000℃,当指示值变化100℃,控制器比例度为80%,求相应的控制器输出将变化多少?
第五章执行器
一、基本要求
1.掌握控制阀的流量特性的意义,了解串联管道中阻力比s和并联管道中分流比x对流量特性的影响。
2.了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。
3.理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。
二、常用概念
1.控制阀的理想流量特性
2.控制阀的实际流量特性
串联管道:
阻力比s对流量特性的影响。
并联管道:
分流比x对可调范围的影响。
三、问答题
1.什么是气开式控制阀和气关式控制阀?
如何选择?
2.执行器在控制系统中有何作用?
3.执行器有哪几种?
工业现场为什么大多数使用气动执行器?
4.气动执行器主要有哪两部分组成?
各起什么作用?
5.气动执行机构主要有哪几种结构形式?
各有什么特点?
6.何谓正作用执行器?
何谓反作用执行器?
7.何谓控制阀的理想流量特性和工作流量特性?
理想流量特性有哪几种?
8.什么叫气动执行器的气开式与气关式?
其选择原则是什么?
四、选择题
1.控制阀的流量随着阀门开度的增大迅速上升,很快地接近最大值的是(C)。
A、直线流量特性;B、等百分比流量特性;
C、快开流量特性;D、抛物线流量特性。
2.工艺人员打开与调节阀并联的截止阀,会使可调比变(D),流量特性变
()。
A.大,好B.大,差C.小,好D.小,差
3.执行机构为(A)作用,阀芯为()装,则该调节阀为气关阀。
A、正、正B、正、反C、反、正D、正或反、正
4.487.控制阀工作流量特性取决于(D)。
A.阀芯形状B.配管状况C.阀前后压差D.阀芯形状及配管状况
5.490.控制阀的气开、气关型式的选择与(D)有关。
A.控制器B.管道的位置C.工艺要求D.生产安全
6.气开式薄膜调节阀,当压缩空气中断时,其处于(A)状态。
A全关B原位不动C全开D不确定
五、填空题:
1.被控介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对开度(l/L)之间的关系,称为调节阀的特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为______特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为____特性。
调节阀的流量特性有___、__、____、和____。
五、综合题:
1.从保证控制质量的角度,控制阀设计中应考虑哪几个方面?
第六章简单控制系统
一、基本要求
1.了解简单控制系统的结构、组成及作用。
2.掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则。
3.了解各种基本控制规律的特点及应用场合。
4.掌握控制器正、反作用确定的方法。
5.了解控制器参数工程整定的方法。
二、常用概念
1.简单控制系统
2.控制器的工程整定
三、问答题
1.如何选择被控变量
2.如何选择操纵变量?
3.造成控制系统滞后的原因有哪些?
4.控制器整定的任务是什么?
常用整定方法有哪几种?
5.为什么要考虑控制器的正、反作用?
如何选择?
6.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向是怎么规定的?
7.控制器参数整定的任务是什么?
工程上常用的的控制器参数整定有哪几种方法?
四、选择题:
1.在研究对象特性对选择操纵变量影响中,下列哪个参数对控制质量影响是可以忽略的()
A、控制通道时间常数B、控制通道纯滞后时间
C、干扰通道的时间常数D、干扰通道的纯滞后时间
2、()存在纯滞后,但不会影响调节品质。
A、调节通道;B、测量元件;C、变送器;D、干扰通道。
3、DDZ-Ⅲ调节器,如无预先平衡,()的切换为有扰动的切换。
A、从"硬手动"向"软手动";B、从"硬手动"向"自动";
C、从"自动"向"硬手动";D、从"自动''向"软手动"。
4、在自控系统中,确定控制器、控制阀、被控对象的正、反作用方向必须按
步骤进行,其先后排列次序为()。
A、控制器、控制阀、被控对象;B、控制阀、被控对象、控制器;
C、被控对象、控制器、控制阀;D、被控对象、控制阀、控制器。
5、调节系统中控制器正、反的确定依据是()
A、实现闭环回路的正反馈;B、实现闭环回路的负反馈;
C、系统放大系数恰到好处;D、生产的安全性。
6.下列哪一种方法不是自动调节系统常用的参数整定方法()。
A、经验法;B、衰减曲线法;C、临界比例度法;D、阶跃响应法。
7.控制器参数整定的工程方法主要有经验凑试法、衰减曲线法和()
A、理论计算法;B、临界比例度法;C、检测法;D、经验法。
8.有一冷却器,以冷却水作为冷剂来冷却物料温度,现选择冷却水流量为操
纵变量,物料出口温度为被控变量,若从被冷却物料温度不能太高,否则对后续
生产不利角度来考虑,则()
A、执行器应选气开阀、控制器为反作用方式
B、执行器应选气开阀、控制器为正作用方式
C、执行器应选气关阀、控制器为反作用方式
D、执行器应选气关阀、控制器为正作用方式
9.如果在燃烧炉的燃料气进口的管线上,设置一个燃料气压力控制系统,则控
制阀和控制器应采用下述情况中的()
A、气开阀、正作用控制器;B、气开阀、反作用控制器;
C、气关阀、反作用控制器;D、气关阀、正作用控制器。
五、填空题:
1.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:
干扰通道的时间常数越大,干扰对被控变量的影响。
若控制通道不存在纯滞后,则干扰通道纯滞后通常对调节质量。
2.简单调节系统的基本特征是和。
六、综合题:
1.下图为加热炉装置,工艺要求利用燃料量来控制炉出口介质温度t(简单控制系统);
① 指出构成控制系统时的被控变量、控制变量、干扰量是什么?
② 在下图中画出控制流程图;
③ 选择执行器的气开、气关类型以及控制器的作用方向;
④ 画出简单控制系统方框图;
⑤ 简单说明该系统克服干扰的过程(可设温度t升高,分析调节动作过程)。
2.工艺要求利用回流量来控制塔顶温度t(简单控制系统),为保证塔正常操作,回流量不允许中断。
① 指出构成控制系统时的被控变量、操纵变量、主要干扰是什么?
② 画出控制流程图并确定执行器类型;
③ 选择控制器的作用方向;
④ 画出简单控制系统方框图;
⑤ 简单说明该系统克服干扰的过程(可设温度t升高,分析控制动作过程)。
第七章复杂控制系统
一、基本要求
1.掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合;掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择;了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整
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