昆明理工大学化工仪表和自动化复习题集与答案解析.docx

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昆明理工大学化工仪表和自动化复习题集与答案解析

《化工仪表与自动化》课程测试试题一

一、    填空题（36分）

1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。

2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。

3、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在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。

4、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愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。

5、 选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通道的放大倍数（增益）。

6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。

7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。

8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。

9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。

二、综合题（54分）

1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？

举例说明。

答：

在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。

如：

加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。

 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？

有哪些冷端温度补偿方法？

原理是什么？

答：

①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。

但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。

②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：

冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶

③

Ø      冰浴法：

用冰槽使t0保持零度。

Ø      计算法：

EAB（t，0）＝EAB（t，t0）＋EAB（t0，0）

Ø      仪表零点调整法：

将仪表的机械零点调到t0

Ø      补偿电桥法：

用电桥产生EAB（t0，0）与EAB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。

Ø      补偿热电偶：

用与测量热电偶同型号的热电偶进行补偿，用于多支热电偶。

3、（10分）控制器输入偏差是阶跃信号（见下图），请根据已知参数，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    

答：

4、（20分）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

 答：

①      构成控制系统时的被控变量是出口介质温度；操纵变量是燃料量，干扰量是：

进料流量和温度、燃料的压力、炉膛温度和压力以及环境温度。

②      控制流程图见下图。

③      执行器应选择气开类型，控制器为反作用方向。

④      简单控制系统方框图见下图。

⑤      该系统克服干扰的过程：

当干扰作用使温度t升高，测量大于给定，控制器输入偏差增大，其输出控制信号减少，气开阀关小，燃料量减少，塔顶温度下降，维持给定。

三、计算题：

（10分）

计算下图各热电偶回路所产生的热电势（10分）。

注：

AB----K型热电偶；AˊBˊ----K型热电偶补偿导线

CD----S型热电偶；CˊDˊ----S型热电偶补偿导线；

答：

1、E1=EAB（300,50）+ECD（50,25）=（12.207-2.002）+（0.299-0.142）=10.342（mV）

E2=ECD（300,50）-ECD（50,25）=（2.323-0.299）-（0.299-0.142）=1.867（mV）

《化工仪表与自动化》课程测试试题二

一、    填空题（28分）

1．控制系统引入积分作用是为了_消除余差___,但积分的引入会使系统__不稳定,引入微分作用是为了_克服容量滞后___。

某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应_减小放到倍数___。

2.被调介质流过阀门的相对流量（Q/Qmax）与阀门相对行程（l/L）之间的关系,称为调节阀的流量_______特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为____理想__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_工作___特性。

调节阀的流量特性有_直线__、__等百分比___、__抛物线__和__快开_，流量特性的选择主要是与__广义对象__相匹配。

3.与单回路控制系统相比，串级调节系统具有以下三个特点：

①（对于进入副回路的干扰有很强的克服能力）;②（提高了工作频率）;③（具有）。

4.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愈大,对被控变量的影响越小;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量越差;干扰通道的纯滞后对调节质量有影响，纯滞后越大，质量越差。

5．简单调节系统的基本特征是闭合回路和负反馈。

6．常用的标准节流件有孔板和喷嘴。

7.热电偶的热电特性与热电偶材料、两节点温度__有关，与

热电偶几何尺寸无关。

二、综合题（分）

1、（10分）画出气开式类型执行器的两种简单结构示意简图；控制系统在什么情况下选择气开类型执行器？

举例说明。

答：

①

②如：

加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。

 2、（20分）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？

答：

①在控制系统应用中，基本调节规律有：

P、I、D，基本组合调节规律有PI、PD、PID。

②

③

P：

自衡能力强，滞后小的对象且控制质量要求不高

PI：

对象滞后小，负荷变化幅度大，要求无差

PD：

一阶滞后较大允许有余差的对象

PID：

负荷变化大，容量滞后大，被控变量变化缓慢，质量要求高。

 3、（12分）下图为电子电位差计结构原理图，请补充完整连接线（包括电源和电流及输入信号的方向），并回答：

电子电位差计是根据什么原理工作的？

在温度检测中与何种检测元件配套使用？

指出调整零点、量程的电阻。

答：

①电子电位差计是使用电压平衡原理工作。

②在温度检测中热电偶配套。

下图是其线路图。

③起到零点调整的电阻是RG，起到量程调整的电阻是RM。

4、（10分）写出差压式流量计的基本方程式；说明公式中各个符号所代表的含义。

答：

α——流量系数；Q——被测流体流量

ε——体膨胀校正系数F0——节流件的开口面积

ρ1——被测流体的密度△P——节流件前后差压

 三、计算题（20分）

1、（10分）计算下图液位差压变送器的量程、测量围及迁移量。

已知：

H=0～10mh=1.2mρ=35kg/m3g≈10m/s2

答：

ΔP=P+-P-=Hρg+hρg=3500H+4200Pa

差压变送器：

量程=35000（Pa）测量围=4200～39200（Pa）

迁移量=4200（Pa）

 2、（10分）某压力仪表的测量围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？

基本误差是多少？

最大绝对误差是多少？

允许误差是多少？

答：

①1000Pa②0.5%③±5Pa④0.5%

《化工仪表与自动化》课程测试试题三

一、    填空题（28分）

1、  检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。

2、  在控制系统中，增加比例度，控制作用减少；增加积分时间；控制作用减少；增加微分时间，控制作用增加。

3、  按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。

4、  描述对象特性的三个参数是放大系数、时间常数和滞后时间。

5、  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800；测量围是50~850；允许基本误差是0.5%；最大绝对误差是4。

6、  热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有冷端温度保持0度法、冷端温度修正法、校正仪表零点法、补偿电桥法、补偿热电偶法五种。

7、自动平衡电桥配热电阻测温时，采用三线制连接，其连接导线的电阻规定为2x2.5_______________Ω。

二、综合题（62分）

1、（15分）比较电子电位差计与电子平衡电桥在测量原理和结构上有哪些异同点。

答：

原理的相同点：

都是利用滑动触点位置的变化来反映被测温度的大小。

结构的相同点：

放大器、可逆电机、同步电机、传动机构

结构的不相同点：

检测元件、测量桥路。

原理的不相同点：

2、（15分）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？

 答：

①使用补偿导线的目的是将热电偶的冷端从温度较高、波动较大的地方移到温度较低、且相对稳定的地方。

②如果只使用补偿导线还不能达到冷端温度补偿的目的，必须与其它方法配合起来使用。

③具体方法如下：

热电偶常用的冷端温度补偿方法有：

公式计算法、冰浴法、仪表机械零点调整法和电桥补偿法。

3、（12分）画出串级控制系统的方框图；分别说出副回路及主回路所起到的作用。

答：

下图为串级控制系统的方框图；副回路是克服作用于副对象的干扰，使副被控变量基本稳定，减少对主变量的影响；而主回路主要克服作用于主对象的干扰，保证主被控变量稳定。

4、（20分）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？

（4

②  在图上画出控制流程图并确定执行器类型；（5分）

③  选择控制器的作用方向；（3分）

④  画出简单控制系统方框图；（4分）

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）

答：

①      构成控制系统时的被控变量是塔顶温度；操纵变量是塔顶回流量，主要干扰量是：

进料的流量和温度，回流的温度和流量，加热蒸汽量等。

②      控制图见下图，执行器为气关式。

③      控制器为反作用方向。

④      简单控制系统方框图见下图

⑤      该系统克服干扰的过程：

当干扰作用使温度t升高，测量大于给定，控制器输入偏差增大，其输出控制信号增加，气开阀开大，回流量加大，塔顶温度下降，回复给定。

 三、计算题（10分）

计算下图液位差压变送器量程、测量围及迁移量（10分）。

已知：

H=0～10m；ρ=35kg/m3；g≈10m/s2。

答：

ΔP=P+-P-=Hρg=3500HPa

差压变送器

量程：

35000（Pa）测量围：

0～35000（Pa）迁移量：

0（Pa）

《化工仪表与自动化》课程测试试题四

一、    填空题（32分）

1、表征控制规律的参数是比例度、积分时间及微分时间。

2、串级调节系统结构上有两个回路，分别称为主回路和副回路；有两个被调参数，分别称为主参数和副参数；有一个调节参数。

3、弹簧管压力表是利用弹簧产生__位移___与被测压力相平衡来测量的。

4、不受被测介质物理性质影响的流量计是：

___电磁流量计_____、____漩涡流量计______、椭圆齿轮流量计____（说出三种即可）。

5、 差压式流量计是利用_节流__原理进行测量流量的。

6、电容式液位传感器测量液位时，如测量高粘度导电介质则测量精度受__虚拟液位__的影响。

7、分度号为S型的热电偶，如果错接了K型热电偶的补偿导线则产生的热电势会增加。

如果补偿导线的型号正确但正负接反，则产生的热电势会减少。

8、电容式差压变送器的测量部分是先将差压转变成位移，然后再变成

__电容变化量_作为转换部分的输入。

二、综合题（58分）

1、（10分）均匀控制系统和一般控制系统的异同点有哪些？

怎样实现均匀控制？

答：

①均匀控制系统和一般控制系统的相同点：

结构相同；不同点：

目的和特点不同，其目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量间能互相兼顾和协调操作，特点是使两个互相联系的变量都在允许的围缓慢地变化。

②均匀控制的实现可以从以下2方面来做：

1）调节规律上采用P或PI，而不采用D调节，2）参数整定上比例度从小到大整定，且比例度（和积分时间）都较大。

 2、（8分）从保证控制质量的角度，控制阀设计中应考虑哪几个方面？

阀的理想流量特性有哪几种形式？

答：

①控制阀的设计应考虑：

阀口径的选择、气开气关形式的选择和流量特性选择。

②理想流量特性有4种形式：

1） 直线特性2） 等百分比特性3） 快开特性

4） 抛物线特性

3、（10分）控制器输入偏差是阶跃信号（见下图），请根据已知参数，画出P、PI的输出响应曲线。

已知：

比例度δ=200%已知：

比例度δ=100%积分时间Ti=2分

答：

4、（20分）某列管式蒸汽加热器，工艺要求出口物料温度稳定在（90±1）℃。

已知主要干扰为蒸汽压力的波动。

（1确定被控变量，并选择相应的测量元件。

（2制定合理的控制方案。

（3如物料温度不允许过高，否则易裂解，试确定控制阀的气开、气关式。

（4）      画出控制流程图与方框图。

答：

①被控变量为列管式蒸汽加热器物料出口温度，因测量温度较低但精度较高选择铂热电阻为测量元件。

②干扰为蒸汽压力，控制方案选用副参数为蒸汽压力主参数为物料出口温度的串级控制。

③控制阀选用的气开式

④控制流程图与方框图如图

5、（10分）某化学反应器工艺规定操作温度为400±2ºC，考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定值不得超过6ºC。

现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰下的过渡过程曲线如图所示。

问该过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（按被控变量进入新稳态值的±2%为准）和振荡周期。

答：

由反应曲线可知：

最大偏差A=45-40=5℃余差C=41-40=1℃

衰减比过渡时间：

Ts=23min

三、计算题：

（10分）

计算下图各热电偶回路所产生的热电势（10分）。

如图为S型热偶测温线路，由于疏忽将其中第二段补偿导线接反，求：

①输入到显示仪表的总电势为多少？

②由于第二段补偿导线接反引入的误差是多少？

答：

①E1=ES（800,50）-ES（50,0）=（7.345-0.299）-0.299=6.747（mV）

②E2=ECD（800,0）-6.747=7.345-6.747=0.598（mV）

《化工仪表与自动化》课程测试试题五

一、    填空题（36分）

1、在阶跃扰动作用下，自动控制系统的过渡过程有__发散震荡__、等幅震荡___、非震荡衰减_和__衰减震荡__等基本形式。

2、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为__定值控制系统__、_随动控制系统_____、__程序控制系统_等控制系统。

3、对象的数学模型就是_利用数学的表达式来描述对象的特点___。

4、液位变送器测量进行零点迁移时只改变__测量围____，不改变__量程_____。

5、 在常用的热电偶温度计中，精度较高的是___S_热电偶，线性最好的是_K___热电偶，灵敏度较高的是__E_热电偶。

6．常用的热电阻材料是____铜、铂_______，分度号是_Cu50、Cu100_、Pt50、Pt100_，线性好的是__铜_热电阻，它适于测量__低___温度。

7．描述对象特性的三个参数是放大倍数、时间常数、滞后时间，如果时间常数越大，系统的响应速度越慢，系统的稳定性越好。

8．差压式流量计由节流件、导压管和显示仪器组成。

常用的标准取压方式有角接取压和法兰取压。

9．指出你所知道的几种复杂控制系统串级控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统、比值控制系统等。

二、综合题（54分）

1、（10分）在控制系统中如何得到执行器的类型？

画出执行器类型的简单结构示意简图。

答：

在控制系统中，执行器类型的获得是靠改变执行机构和调节机构的作用方向来得到的，一般情况下，对于大口径的执行器，执行机构采用正作用，靠改变调节机构的正反装来得到执行器的气开气关类型，对于小口径的执行器，调节机构选择正装，故只能靠改变执行机构的正反作用来得到执行器的气开气关类型

2、（14分）比较差压式流量计与转子式流量计的异同点。

答：

①相同点：

两者都是利用节流原理来测量流量。

②不同点：

差压式流量计

转子式流量计

节流件固定安装

节流件安装不固定

节流件前后差压变化

节流件前后差压固定

输入输出非线性

输入输出线性

 3、（10分）控制器输入偏差是阶跃信号（见下图），请根据已知参数，画出P、PI的输出响应曲线。

答：

4、（20分）如图为釜式反应器，釜温度通过改变冷却剂流量的方式来控制。

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 如果冷却剂压力为主要干扰，选择控制方案，在下图中画出控制流程图；

③ 选择执行器的气开、气关类型；

④ 画出控制系统的方框图；

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）。

答：

①      构成控制系统时的被控变量是釜温度。

操纵变量是冷却剂流量，干扰量是：

冷却剂压力和温度、搅拌速度以及环境温度。

②      控制流程图见下图1。

③      执行器应选择气关类型。

④      控制系统方框图见下图2。

⑤      该系统克服干扰的过程：

当干扰作用使温度t升高，测量大于给定，控制器输入偏差增大，其输出控制信号减少，气关阀开大，冷却剂流量增加，釜温度下降，维持给定。

图1

图2

三、计算题：

（10分）

计算下图热电偶温度计所产生的热电势以及温度计所显示的温度（10分）。

注：

CD----S型热电偶；CˊDˊ----S型热电偶补偿导线；

答：

①E=ECD（300,25）=（2.323-0.142）=2.181（mV）

②因为电子电位差计有自动冷端温度补偿装置，所以测量不受环境温度影响，温度计所显示的温度为300℃。