化工儀表及自動化總復(fù)習(xí)題目及答案

1、化工儀表及自動化總復(fù)習(xí)習(xí)題及答案第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念一、基本要求1. 掌握自動控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用以及相互影響和聯(lián)系；2. 掌握自動控制系統(tǒng)中常用術(shù)語，了解方塊圖的意義及畫法；3. 掌握管道及控制流程圖上常用符號的意義；4. 了解控制系統(tǒng)的分類形式，掌握系統(tǒng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的意義；5. 掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，過渡過程的形式和過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)。二、常用概念1. 化工自動化的主要內(nèi)容： 化工生產(chǎn)過程自動化， 一般包括自動檢測、 自動操縱、自動保護和自動控制等方面的內(nèi)容。2. 自動控制系統(tǒng)的基本組成 : 被控對象和自動化裝置 （測量元件與變送器、 控制器、執(zhí)

2、行器）。3. 被控對象：在自動控制系統(tǒng)中， 將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機器叫做被控對象，簡稱對象。4. 被控變量：過程內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的物理量。5. 操縱變量：受控制器操縱的， 用以克服干擾的影響， 使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。6. 干擾作用：指除操縱變量以外的各種因素引起被控變量偏離給定值的作用。7. 設(shè)定值：被控變量的設(shè)定值。8. 偏差：個別測定值與測定的平均值之差。9. 閉環(huán)系統(tǒng)：指控制器與被控對象之間既有順向控制又 有反向聯(lián)系的自動控制。10. 開環(huán)系統(tǒng)：指控制器與被控對象之間只有順 向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制。11. 控制系統(tǒng)的過渡過程：一個控制系統(tǒng)在處界干擾或給

3、定干擾作用下，從原有的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為過渡過程。12. 反饋：把系統(tǒng) ( 或環(huán)節(jié) ) 的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸人端的做法叫做反饋。13. 負反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋叫做負反饋。14. 正反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相同， 反饋信號使原來的信號增強，這種反饋叫做正反饋。三、問答題1. 控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律可分為哪幾類？簡述每種形式的基本含義。答：開環(huán)自動控制系統(tǒng)： 操縱變量可以改變被控變量， 但被控變量對操縱變量沒有影響。閉環(huán)自動控制系統(tǒng)： 操縱變量可以改變被控變量， 被控變量又對操縱變量產(chǎn)生影響。定

4、值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)：按預(yù)定時間順序控制參數(shù)。2. 在階躍擾動作用下，控制系統(tǒng)的過渡過程有哪幾種形式 ? 其中哪些形式能基本滿足控制要求？答：發(fā)散振蕩過程非振蕩發(fā)散過程等幅振蕩過程衰減振蕩過程非振蕩衰減過程。在上述五種過渡過程形式中， 非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程， 能基本滿足控制要求。但由于非振蕩衰減過程中被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的進程過于緩慢，致使被控變量長時間偏離設(shè)定值， 所以一般不采用。 只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時才考慮采用這種形式的過渡過程。3. 試述控制系統(tǒng)衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)及其含義。答 :最大偏差

5、（超調(diào)量）：在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。衰減比：表示衰減程度的指標(biāo)。余差：當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。過渡時間：從干擾作用發(fā)生的時刻起， 直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止， 過渡過程所經(jīng)歷的時間。振蕩周期（振蕩頻率）：過渡過程同向兩波峰之間的間隔時間。4. 什么是控制系統(tǒng)的方塊圖？它與工藝管道及控制流程圖有何區(qū)別？答：自動控制系統(tǒng)的方塊圖是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合點、分支點構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中：每一個方塊代表系統(tǒng)中的一個組成部分， 方塊內(nèi)填入表示其自身特征的數(shù)學(xué)表達式；方塊間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及

6、信號的流向。 采用方塊圖可直觀的顯示出系統(tǒng)中各組分部分以及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進行分析和研究。而工藝管道及控制流程圖則是在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注有相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號、連鎖保護系統(tǒng)的圖。在工藝管道及控制流程圖上設(shè)備間的連線是工藝管線，表示物料流動的方向，與方塊圖中線段的含義截然不同。5. 在自動化系統(tǒng)中，儀表符號由哪幾部分組成，各表示什么意義？答：儀表位號由字母組合和回路編號組成：字母組合：首字母被側(cè)變量，尾字母儀表功能，中字母修飾詞。回路編號：首位數(shù)工序號，后續(xù)數(shù)順序號。四、選擇題：1反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)（C）閉環(huán)系

7、統(tǒng)。A. 不一定是B. 肯定不是C. 肯定是D、無法判斷2定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)是按什么來劃分的（C）。A. 按自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)B. 按自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性C. 按給定值變化的規(guī)律D. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3. 在研究動態(tài)特性時可以將 ( C )看作系統(tǒng)對象環(huán)節(jié)的輸入量。A. 干擾作用； B.控制作用； C干擾作用和控制作用；D測量儀表的信號4. 在下列儀表號位中表示有報警作用的字母為(C）A、“ C”B、“ H”C、“ A”D、“ I ”5. 控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的幾種過渡過程中， 那種震蕩過程是最希望出現(xiàn)的震蕩過程（ B）A、非周期衰減過程B 、衰減震蕩過程C、等幅震蕩過程

8、D、發(fā)散震蕩過程6. 下列哪些參數(shù)不是表示過渡過程品質(zhì)好壞的指標(biāo)（A）A、變差B、余差C、最大偏差D、衰減比7. 關(guān)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖的說法，不正確的是（B）。A. 一個方塊代表一個設(shè)備；B. 方塊間的連線代表的是方塊間物料關(guān)系；C.方塊圖上的線條及箭頭方向不一定與流體流向一致D.方塊間連線只代表信號關(guān)系8. 控制系統(tǒng)的反饋信號使得原來信號增強的叫做（B）。A. 負反饋B. 正反饋C.前饋 D. 回饋9. 某換熱器的溫度控制系統(tǒng) （設(shè)定值是 40 ）在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖 6 所示。則該系統(tǒng)的余差、衰減比、最大偏差是（B）。A、1、4: 1 、4B、1、4:1 、5C、1、5:2 、

9、5D、1、5:1 、4五、填空題：1. 自動化裝置是由測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器、等環(huán)節(jié)組成。2描述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的參數(shù)有最大偏差或超調(diào)量、衰減比、余差、過渡時間、震蕩周期或頻率等。六、綜合題：1. 某發(fā)酵過程工藝操作溫度為（ 40 2） C?？紤]到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不能超過 6 C。先設(shè)計一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（按被控變量進入 2%新穩(wěn)態(tài)值即達到穩(wěn)定來確定）和振蕩周期等過渡過程指標(biāo)，并回答該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？圖 5解：由反應(yīng)曲線可知：最大偏差：A45405余差： C41401衰減比：第一個波峰值B45414第二個

10、波峰值B'42411B4n4B'1過渡時間：由題要求，被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的2% 就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍應(yīng)是 41 20.82由圖可看出，過渡時間Ts 23 min振蕩周期： T 18 513 min作業(yè) 21某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(900士 10) ?？紤]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(shè)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圖1-19 所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比和振蕩周期，并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？解：最大偏差： A95090050超調(diào)量： B95090

11、8 42由于 B' 91890810所以，衰減比 nB424.2B' 10余差 C 9089008振蕩周期 T45936 min所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。第二章過程特性及數(shù)學(xué)模型一、基本要求1. 了解建立被控對象數(shù)學(xué)模型的意義及數(shù)學(xué)模型的建立方法；2. 掌握用機理建模的方法，建立簡單對象的數(shù)學(xué)模型；3. 掌握表征被控對象特性的三個參數(shù)放大倍數(shù) K、時間常數(shù) T、滯后時間 的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響；4. 了解被控對象特性的實驗測定方法。二、常用概念1. 被控對象的數(shù)學(xué)模型： 被控對象的動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達式， 即被控對象的輸出（被控量）在輸入量（控制量和擾動量

12、）作用下變化的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式。2. 通道：由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系。3. 被控對象的放大倍數(shù)：如果有一定的輸入變化量Q1 , 通過對象就被放大了 K倍變?yōu)檩敵鲎兓縣 ，則 K 稱被控對象的放大倍數(shù)。4. 被控對象的時間常數(shù)： 對象受到干擾后， 被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。5. 被控對象的滯后時間： 純滯后（輸出變化落后于輸入變化的時間） 與容積滯后（因物料或能量傳遞需要一定時間而引起的輸出變化遲緩）之和。三、選擇題1. 一般認為，經(jīng)過（ A ）時間后，動態(tài)過程便結(jié)束了。A.3T；B.T ；C.5T； D10T2. 在描述對象特性參數(shù)的滯后時間時 , 下列說法錯誤的是（ C

13、 ）。 A. 傳遞滯后又稱為純滯后；B. 容量滯后一般是由于物料和能量傳遞需要通過一定的阻力引起的；C. 容量滯后是有些對象在受到階躍輸入后，再經(jīng)過一段時間時間后被控變量才開始變化；D. 滯后時間包括可分為容量滯后和純滯后時間。四、填空題1. 目前求取過程數(shù)學(xué)模型的方法有兩種。其中一種是根據(jù)過程的內(nèi)在機理，通過物料和能量平衡關(guān)系，用機理建模的方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。2. 描述對象特性的三個參數(shù)是放大系數(shù)、時間常數(shù) 和滯后時間 ，如果時間常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。3.過程特性是指被控過程的被控對象的輸入變量發(fā)生變化時， 其輸出變量隨時間變化的規(guī)律。4.由于物料或能量的傳遞需

14、要通過一定的阻力導(dǎo)致的滯后稱為容量滯后。五、綜合題：1. 為了測量某物料干燥筒的對象特性， 在 T0 時刻突然將加熱蒸汽量從 25m3/h 增加到 28m3/h，物料出口溫度記錄儀得到的階躍響應(yīng)曲線如圖所示。試求出該對象的特性。已知流量儀表量程為040m3/h，溫度儀表為 0200圖干燥筒的階躍響應(yīng)曲線解：由階躍應(yīng)曲線可看出該回想具有一階純滯后特性：放大倍數(shù)時間常數(shù)滯后時間150120K2002282540T 4 min2 min作業(yè) 11. 已知一個對象特性是具有純滯后的一階特性，其時間常數(shù)為5，放大系數(shù)為 10，純滯后時間為2，試寫出描述該對象特性的一階微分方程。解：根據(jù)題意可知K10T5

15、2則起一階微分方程為 :dy t25y t210x tdt第三章檢測儀表與傳感器一、基本要求1掌握儀表精度的意義與測量誤差的關(guān)系。2了解儀表的性能指標(biāo)。3初步掌握各種壓力檢測儀表的基本原理及壓力表的選用方法。4了解各種流量計的測量原理。重點是差壓式流量計及轉(zhuǎn)子流量計。5了解各種液位測量方法。初步掌握液位測量中零點遷移的意義及計算方法。6掌握熱電偶溫度計及熱電阻溫度計的測溫原理。熟悉熱電偶溫度測量中的冷端溫度補償?shù)淖饔眉胺椒ā?了解 DDZ-型顯示儀表的基本結(jié)構(gòu)及原理。二、常用概念1. 精度：測量值與真值的接近程度。2. 絕對誤差：指儀表指示值 xi 與被測量的真值 xt 之間的差值，可表示為x

16、ixt 。3. 相對誤差：某一點的絕對誤差與標(biāo)準(zhǔn)表在這一點的指示值之比 x0 ，可表示為xx0 。4. 相對百分誤差：絕對誤差折合成儀表測量范圍的百分數(shù)，可表示為max100%。測量范圍上限值測量范圍下限值5. 允許相對誤差：在正常情況下允許的最大誤差，可表示為儀表允許的最大絕對誤差值允測量范圍上限值100% 。測量范圍下限值6. 儀表精度等級：用來統(tǒng)一規(guī)定儀表的精確度等級。7. 靈敏度：儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值，可表示為Sa。x8. 靈敏限：指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。9. 分辨力：指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測參數(shù)變化量。

17、10. 線性度：表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。11. 反應(yīng)時間：用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。三、問答題：1. 工業(yè)壓力計按敏感元件通?？梢苑譃槟膸追N類型？試簡述各種壓力計的工作原理。答:（1）液柱式壓力計：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量的；（2）活塞式壓力計：根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來進行測量的；（3）彈性式壓力計：將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的；（4）電氣式壓力計：通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量的。2. 試述壓力計選型的主要內(nèi)容及安裝注意事項。答：（

18、1）儀表類型選擇：類型選用必須滿足工藝生產(chǎn)要求。（ 2）量程與盤面選擇：根據(jù)操作中需測量的參數(shù)大小來確定。（ 3）精度選擇：根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測量誤差來確定。注意：取壓位置與隔離。3. 試述流量計的分類及其工作原理。答：（1）速度式流量計：以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量的依據(jù)來計算流量。（2）壓差流量計：基于流體流動的節(jié)流原理，在節(jié)流面積不變的情況下，以壓差變化來反應(yīng)流量的大小。（3）轉(zhuǎn)子流量計：以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小。（4）電磁流量計：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在非磁性管道中，利用測量導(dǎo)電流體平均速度而顯示流量。（5）超聲波流量計：利用聲學(xué)原理來測定流過管道的流體的

19、流速。（6）渦輪流量計：利用在一定流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)黏度，渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度與流體的流速成正比來反應(yīng)流量。（7）容積式流量計（齒輪流量計、活塞流量計）：利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分， 根據(jù)計量室逐次、 重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流量體積總量。（8）質(zhì)量流量計：以流體流過的質(zhì)量M 為依據(jù)計算流量。（9）間接質(zhì)量流量計： 通過測量體積流量和流體密度經(jīng)計算得出質(zhì)量流量，這種方式又稱為推導(dǎo)式。（10）直接質(zhì)量流量計：由檢測元件直接檢測出流體的質(zhì)量流量。4. 試述物位計的分類及其工作原理。答：（1）直讀式物位計：主要有玻璃管液位計，玻璃板液位計。（2）

20、浮力式物位計：利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子的浮力隨液位高度而變化的原理工作。（3）壓差式物位計：利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理工作。（4）電磁式物位計：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測量這些電量的變化來測知物位。（5）核輻射式物位計：利用輻射透過物料時，其強度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理工作。（6）超聲波物位計：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波的反射距離的不同，測出這些變化就可測知物位。（7）光電式物位計：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作。5. 試述溫度測量儀表的種類及其工作原理。答：（ 1）接觸式溫度計：測溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，

21、兩者進行充分的熱交達測溫目的。膨脹式溫度計：根據(jù)物體受熱時體積膨脹的原理工作。玻璃液體溫度計： 當(dāng)溫度變化時， 玻璃球中的液體體積會發(fā)生膨脹或收縮， 使進入毛細管中的液柱高度發(fā)生變化，從刻度上可指示出溫度的變化。雙金屬溫度計：利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的。壓力式溫度計： 根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、 氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化的原理工作。熱電偶溫度計：根據(jù)熱電效應(yīng)原理工作。熱電阻溫度計：根據(jù)導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度的變化關(guān)系的原理工作。（ 2）非接觸溫度計：測溫元件與被測介質(zhì)不接觸，通過輻射或?qū)α鲗崿F(xiàn)熱交換來測溫。輻射溫度計：根據(jù)物體輻射的能量來測量

22、溫度。紅外溫度計（光電溫度計、熱電溫度計）：一切溫度高于零度的物體都在不停向周圍四周發(fā)出紅外輻射能量。四、選擇題：1 1.5 級儀表的精度等級可寫為：（A ）A.1.5 級B. ± 1.5級C. +1.5 級D. 1.52. 下列不屬于節(jié)流裝置的是（D）。A、孔板； B、噴嘴； C、長徑噴嘴D、阿紐巴管3溫度越高，鉑、鎳、銅等材料的電阻值越（A）。A. 大B. 小C. 不變D. 不一定4 雙金屬溫度計的感溫元件，測量溫度時必須是（B）A 浸液 1/2； B 全部浸液；C 浸液 2/3； D 浸入任何長度5.關(guān)于壓力計安裝的描述錯誤的是（A）A. 要選擇測量介質(zhì)拐彎處安裝；B. 測量流

23、動介質(zhì)時，應(yīng)使取壓點與流動方向垂直安裝；C. 測量液體壓力時，取壓點應(yīng)安裝在管道下部；D. 測量蒸汽壓力時應(yīng)安裝凝液管。6.下列儀表中屬于恒壓降的儀表是（A. 孔板流量計B.文丘里管式流量計C.電磁流量計D.轉(zhuǎn)子流量計D）。7.在下列物位檢測儀表中，能夠檢測出兩種不同液體界面的儀表是（C）A. 壓差式物位儀表B.壓力式物位儀表C.電容式物位儀表D.稱重式液罐計量儀8.在下列物位檢測儀表中， 不與被測物體發(fā)生實際接觸并可以檢測物位的儀表是（B）。A. 稱重式液罐計量儀B.核輻射物位儀表C.壓差式物位儀表D.電容式物位儀表9.在下列工業(yè)用流量計中，屬于容積式流量計的是（C）。A. 轉(zhuǎn)子流量計 B.

24、 電磁流量計C. 橢圓齒輪流量計 D. 科里奧利力式流量計10.測量穩(wěn)定壓力時，被測介質(zhì)的最大工作壓力不得超過儀表量程的(C)。A.1 2； B.13；C.23；D.3511.關(guān)于壓力測量儀表的下列描述中，錯誤的是（ D）。A. 液柱式壓力計是根據(jù)流體靜力學(xué)的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成為液柱高度進行測量的；B. 彈性式壓力計利用彈性元件變形的位移進行測量的；C. 電氣式壓力計是將壓力轉(zhuǎn)換為電量來進行測量的；D. 活塞式壓力計是將壓力轉(zhuǎn)換為活塞位移來進行測量的。12. 熱電偶信號，在采集過程中，實質(zhì)上是（C）。A 電流信號；B熱電阻信號；C電壓信號；D數(shù)字信號。13.關(guān)于溫度檢測儀表的下列描述中錯誤

25、的是（C）。A. 玻璃管溫度計屬于膨脹式溫度計的一種；B. 測量的溫度大于 600 度的溫度計為高溫計；C. 熱電偶是由兩種不同的金屬材料構(gòu)成的，不同材料構(gòu)成的熱電偶在相同的觸點溫度下所產(chǎn)生的電勢相同；D.在熱電偶回路中引入第三種導(dǎo)線對熱電偶所產(chǎn)生的電勢無影響。14.熱電偶輸出電壓與（B）有關(guān)。A. 熱電偶兩端溫度B. 熱電偶兩端溫度和電極材料C.熱電偶熱端溫度D.熱電偶兩端溫度、電極材料及長度15. 鎳鉻鎳硅熱電偶的分度號是（C）。A、EB、SC、KD、B16. 關(guān)于用熱電偶與補償導(dǎo)線配接進行溫度測量時，以下說法不正確的是（ C） A、熱電偶與補償導(dǎo)線應(yīng)該配接B、補償導(dǎo)線也有極性C、采用了補

26、償導(dǎo)線后可以不進行冷端溫度補償D、在一定溫度范圍內(nèi)，熱電偶與補償導(dǎo)線有近似相同的熱電特性17. 一臺安裝在設(shè)備內(nèi)最低液位下方的壓力式液位變送器，為了測量準(zhǔn)確，壓力變送器必須采用（A ）。18. 差壓式液位計進行負向遷移后 , 其量程（C ）。A、變大B、變小C、不變D、視遷移大小而定19. 用電容式液位計測量導(dǎo)電液體的液位時， 介電常數(shù)是不變的， 那么液位變化相當(dāng)于（ C ）在改變。A、電極電容B、電極電感C、電極面積D、電極能量20. 一臺 1151壓力變送器量程范圍為 03OOkPa，現(xiàn)零位正遷 50，則儀表的量程為（B ）。A150kPa B300kPa C 450kPa D 250kP

27、a五、填空題1. 某溫度表的精度為 0.5 級，其測量下限是 50，上限是 850。則此表的量程是 800 ；測量范圍是 50850 ；允許相對百分誤差是±0.5%；最大絕對誤差是 4。2. 熱電偶溫度計中常用的冷端溫度補償方法有冷端溫度保持 0、冷端溫度修正法、 校正儀器零點法、 補償電橋法、 補償熱電偶法五種。3. 彈簧管壓力表是利用 輸入壓力 產(chǎn)生 _位移量 與被測壓力相平衡來測量的。4. 差壓式流量計是利用節(jié)流 _原理測量流量的。5. 電容式差壓變送器的測量部分是先將 壓差 轉(zhuǎn)變成 位移 ，然后再變成 _電容量變化 作為轉(zhuǎn)換部分的輸入。6. 液位變送器測量進行零點遷移時只改變

28、 _ 測量范圍 _，不改變量程。7. 在常用的熱電偶溫度計中， 精度較高的是 S 熱電偶，線性最好的是 K 熱電偶，靈敏度較高的是E 熱電偶。8常用的熱電阻材料是金屬銅和鉑， 分度號是 cu-50 、cu-100 ，pt-10 、pt-100 ，線性好的是銅熱電阻，它適于測量較低溫度。9.熱電偶是基于熱點效應(yīng)原理工作的。六、綜合題：1. 熱電偶測溫時，使用補償導(dǎo)線的目的是什么？它能否進行冷端溫度補償？如不能應(yīng)如何處理？答：由熱電偶測溫原理知道， 只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時， 熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。但實際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間， 易受到周圍環(huán)境

29、溫度波動的影響， 因而冷端溫度難以保持恒定。當(dāng)然也可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，但是這樣做會多消耗許多貴重金屬材料。 解決這一問題的方法是采用一種專用導(dǎo)線， 將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用導(dǎo)線稱為“償導(dǎo)線”。補償導(dǎo)線不能進行冷端補償， 因為把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，冷端溫度還不是0 攝氏度。進行冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：(1) 冷端溫度保持為 0的方法； (2) 冷端溫度修正方法； (3) 校正儀表零點法；(4) 補償電橋法； (5) 補償熱電偶法。2. 某壓力儀表的測量范圍是 1001100Pa，其精度為 0.5 級，則這臺表

30、的量程是多少？允許相對百分誤差是多少？最大絕對誤差是多少？解：量程為 1100 100 1000Pa基本誤差有儀表的精度可知0.5%最大絕對誤差為： 10000.5%5Pa允許誤差為 0.5%3. 一臺測溫儀表，其測溫范圍為 0300 ，已知其最大絕對誤差為± 2，則其精度等級為多少？解：依題意得，儀器的相對百分誤差為：2100%0.7%3000因此，其精度等級為1.0 級4. 有一臺測壓儀表，其標(biāo)尺范圍為 0 400 KPa，要求測量時最大絕對誤差不超過 5 KPa ，則應(yīng)該選擇精度等級為多少的儀表才能滿足要求。解：依題意得，儀器的相對百分誤差為：5100%1.25%400 0所以

31、應(yīng)該選擇 1.0 級的儀表才能滿足要求。作業(yè) 20某壓力表的測量范圍為01MPa，精度等級為 1 級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差 是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計來校驗該壓力表，在校驗點 0.5MPa 時，標(biāo)準(zhǔn)壓力計上讀數(shù)為 0.508MPa，試問被校壓力表在這一點是否符合 1 級精度，為什么 ?解 :最大絕對誤差max101%0.01MPa在校驗點為 0.5MPa處，校驗得到的絕對誤差為：0.5080.50.008MPa在0.01MPa 范圍之內(nèi)，所以被校驗壓力表在這一點符合1級精度。第四章自動控制儀表一、基本要求1掌握各種基本控制規(guī)律及其特點。2熟悉比例度、積分時間、微分時間對控制系統(tǒng)的影響。3

32、了解 DDZ-型和 DDZ-型控制器的特點和基本組成。二、常用概念1. 基地式控制儀表 : 由檢測器和顯示器組裝成的一個整體，同時具有檢測，控制，顯示等功能的儀表。2. 單元組合式控制儀表：根據(jù)其功能不同分成若干單元，每個單元只完成其中一種功能。3. 控制器的控制規(guī)律：控制器的輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系。4. 雙位控制：控制器只有兩個輸出值，相應(yīng)的控制機構(gòu)只有開和關(guān)兩個極限位置，又稱開關(guān)控制。5. 放大倍數(shù) KP：是一個可調(diào)的放大倍數(shù)，它決定了比例控制作用的強弱。6. 比例度 ：指控制器輸入變化相對值和相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分數(shù)。7. 無干擾切換：指在自動 - 手動切換時，控制器輸出不

33、變，因此生產(chǎn)過程不會有擾動。三、問答題1. 控制系統(tǒng)按控制規(guī)律可以分為哪幾類？各類控制規(guī)律的特點是什么？答：（1）雙位控制系統(tǒng)：控制器只有兩個輸出值，相應(yīng)的控制機構(gòu)只有開和關(guān)兩個極限位置。（2）比例控制系統(tǒng)：即輸出信號與輸入信號之間成比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，一種最簡單的控制方式，僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。（3）積分控制系統(tǒng) : 反應(yīng)慢，控制不及時，但能消除余差。（4）微分控制系統(tǒng)：動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn) . 其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay) 組件 , 具有抑制誤差的作用 , 其變化總是落后于誤差的變化。（5）比例積分控制系統(tǒng)：

34、積分作用使控制器的輸出和偏差的積分成比例，故過度過程結(jié)束時無余差， 但是加上積分作用， 穩(wěn)定性降低。 積分作用時增大比例度，可保持穩(wěn)定性， 但超調(diào)量和振蕩周期增大， 過度時間增長 . 此控制器是適用最多的，它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小， 負荷變化不大， 工藝要求不能有余差的系統(tǒng)。（6）比例微分控制系統(tǒng)： 它所產(chǎn)生的控制作用不僅反映了系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，同時還反映了誤差信號的變化率， 因此微分使控制信號提前作用， 使系統(tǒng)的響應(yīng)振蕩減 輕，過渡過程加快，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有利。（7）比例積分微分控制系統(tǒng)：這種控制器既能快速進行控制，又能消除余差，具有較好的控制性能。2. 試述 PID 控制的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)意義

35、。答：比例積分微分控制規(guī)律為：pK pe1TIedtTDdedtp 為輸出變化量； K p 為放大倍數(shù)即比例增益； e 為輸入信號的偏差； TI 為積分時間即控制器消除偏差的調(diào)整時間； TD 為微分時間； de 為偏差信號變化速度。dt3. 試述 DDZ儀表的特點。答：（ 1）采用國際電工委員會（ IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，現(xiàn)場傳輸出信號為4-20mDC，控制室聯(lián)絡(luò)信號為 1-5VDC，信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為 250 歐姆，這種信號的優(yōu)點如下：電氣零點不是從零開始， 且與機械零點重合， 不但利用了晶體管的線性段，而且容易識別斷電、斷線等故障。只要改變轉(zhuǎn)換電阻阻值，控制室儀表便可接收其它1

36、:5 的電流信號。因為最小信號電流不為零，為現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制創(chuàng)造了條件。（ 2）廣泛采集運算放大器電路，可靠性提高，維修工作量減小，為儀表帶來了如下優(yōu)點：由于集成運算放大器均為差分放大器， 且輸入對稱性好， 漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。由于集成運算放大器有高增益， 因而開環(huán)放大倍數(shù)很高， 這使儀表的精度得到提高。由于采用了集成電路，焊點少，強度高，大大提高了儀表的可靠性。（ 3）型儀表統(tǒng)一由電源供給 24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源，這種供電方式優(yōu)點而下：各單元省掉了電源變壓器， 沒有工頻電源進入單元儀表， 既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件。在工頻電源停電時備用電

37、源投入， 整套儀表在一定時間內(nèi)仍可照常工作， 繼續(xù)進行監(jiān)視控制作用，有利于安全停車。（ 4）結(jié)構(gòu)合理，與之型有許多先進之處，主要表現(xiàn)在：基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器， 指示表頭為 100mm刻度縱形大表頭，指示醒目，便于監(jiān)視操作。自動、手動的切換以無平衡、 無擾動的方式進行。 結(jié)構(gòu)形式適于單獨安裝和高密度安裝。有內(nèi)給定和外給定兩種給定方式。整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。4. 在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，有哪些基本控制規(guī)律和組合控制規(guī)律？寫出各自的表達式？它們各應(yīng)用在什么場所？答：（ 1）在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，基本調(diào)節(jié)規(guī)律有： P、 I 、 D，基本組合調(diào)節(jié)規(guī)律有 PI 、PD、PID。（

38、 2）P : yK pePI :yK pe1edtTIPD :yK peTDdedtPID :yK pe1edt TDdeTIdt（ 3）P：自衡能力強，滯后小的對象且控制質(zhì)量要求不高；PI ：對象滯后小，負荷變化幅度大，要求無差；PD：一階滯后較大允許有余差的對象；PID：負荷變化大，容量滯后大，被控變量變化緩慢，質(zhì)量要求高。四、選擇題：1調(diào)節(jié)器加入微分作用是用來（C）。A. 克服對象的純滯后B. 克服對象的慣性滯后C. 克服對象的慣性滯后和容量滯后D. 克服對象的容量滯后2.調(diào)節(jié)器的比例度和積分時間正確說法是（B）。A. 比例度越大 , 比例作用越強 B. 積分時間越小 , 積分作用越強

39、C. 比例度越大 , 比例作用越弱 , 積分時間越大 , 積分作用越強 D. 比例度越小 , 比例作用越弱 , 積分時間越小 , 積分作用越弱3在控制系統(tǒng)中，控制器的積分作用過強，會使系統(tǒng)的（C ）變壞。A、余差；B、最大偏差；C、穩(wěn)定性；D、超調(diào)量。4. 根據(jù)對象特性來選擇控制規(guī)律時，對于控制通道滯后小，負荷變化不大，工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)選用(B)控制。A、比例；B 、比例積分；C 、比例微分； D、比例積分微分。5控制系統(tǒng)中控制器正反作用的確定是依據(jù)（B）A. 生產(chǎn)的安全性B. 實現(xiàn)閉環(huán)回路的負反饋C. 系統(tǒng)放大倍數(shù)恰到好處D. 調(diào)節(jié)器本身的特性6、（ D）存在純滯后，通常不影

40、響控制質(zhì)量。A、調(diào)節(jié)通道B、測量元件C、變送器D、干擾通道7、 調(diào)節(jié)器的反作用是指（D ）。A測量值大于給定值時，輸出增大；B.測量值大于給定值時，輸出減??；C測量值增大，輸出增大；D.測量值增大，輸出減小。8、PID 調(diào)節(jié)器變?yōu)榧儽壤饔?，則（C ）。A、積分時間置、微分時間置；C、積分時間置，微分時間置 0；B 、積分時間置 D 、積分時間置0、微分時間置0，微分時間置 09. 在 PI 控制規(guī)律中，過渡過程振蕩劇烈，可以適當(dāng)（ C ）。A、減小比例度B、增大輸入信號C、增大積分時間D、增大開環(huán)增益五、填空題：1儀表自動化標(biāo)準(zhǔn)中，氣動儀表標(biāo)準(zhǔn)信號范圍是 0.02-0.1MPa ；電動型標(biāo)準(zhǔn)

41、信號范圍是 4-20mA 。2控制系統(tǒng)引入積分作用是為了消除余差 _, 但積分的引入會使系統(tǒng) _不穩(wěn)定 , 引入微分作用是為了 _克服慣性滯后和容量滯后 _。3. 表征控制規(guī)律的參數(shù)是比例度 、積分時間 及 微分時間。4. 在 PID 調(diào)節(jié)中，比例作用是依據(jù) 余差大小來動作的， 在系統(tǒng)中起著 穩(wěn)定控制變量的作用；積分作用是依據(jù) 余差是否存在來動作的，在系統(tǒng)中起著 消除余差 的作用；微分作用是依據(jù) 余差變化速度來動作的，在系統(tǒng)中起著 超前調(diào)節(jié)的作用。5.調(diào)節(jié)器的比例度越大，則放大倍數(shù)越小 ，比例作用就越弱 ，過渡過程曲線越 平穩(wěn) ，但余差也越大。6.調(diào)節(jié)器的積分時間越小，則積分速率越大 ，積分特

42、性曲線的斜率越大，積分作用就越強 ，消除余差越快。微分時間越大，微分作用越強。六、綜合題：1. 控制器輸入偏差是階躍信號（見下圖），請根據(jù)下列已知參數(shù)，分別畫出P、PI 的輸出響應(yīng)曲線。（ 1） P 輸出，已知：比例度 =50% ；（ 2） PI 輸出，已知：比例度 =100%，積分時間 TI =1 分。答：作業(yè) 5一臺 DDZ- 型溫度比例控制器，測量的全量程為 01000，當(dāng)指示值變化 100，控 制器比例度為 80%，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？解：100010000100%80%x204x2即相應(yīng)的控制器輸出將變化2mA.即級第五章執(zhí)行器一、基本要求1掌握控制閥的流量特性的意義，了解

43、串聯(lián)管道中阻力比 s 和并聯(lián)管道中分流比 x 對流量特性的影響。2了解氣動薄膜控制閥的基本結(jié)構(gòu)、主要類型及使用場合。3理解氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及其選擇原則。二、常用概念1. 控制閥的理想流量特性 : 在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性。2. 控制閥的實際流量特性 : 在實際生產(chǎn)中， 控制閥前后壓差總是變化的， 這時的流量特性3. 串聯(lián)管道：阻力比 s 對流量特性的影響。4. 并聯(lián)管道：分流比 x 對可調(diào)范圍的影響。三、問答題1. 什么是氣開式控制閥和氣關(guān)式控制閥？如何選擇？答：有壓力信號時閥關(guān)、無信號壓力時閥開的為氣關(guān)式，反之，為氣開式。考慮原則是： 信號壓力中斷時， 應(yīng)保證設(shè)備

44、和操作人員的安全。 如果閥處于打開位置危害性小，則應(yīng)選擇氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時，閥門能自動打開，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時危害性小，則應(yīng)選擇氣開閥。又如控制進入設(shè)備易燃氣體的控制閥，應(yīng)選用氣開式， 以防爆炸，若介質(zhì)為易結(jié)晶物料，則選用氣關(guān)式，以防賭賽。2. 執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中有何作用？答：接收控制器送來的控制信號， 改變被控介質(zhì)的流量， 從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。3. 執(zhí)行器有哪幾種 ?工業(yè)現(xiàn)場為什么大多數(shù)使用氣動執(zhí)行器？答：氣動，電動，液動。因為其結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠穩(wěn)定，輸出推力較大，維修方便，防火防爆而且價格較低。4. 氣動執(zhí)行器主要有哪兩部分組成

45、？各起什么作用？答：（1)執(zhí)行機構(gòu)：是執(zhí)行器的推動裝置，按控制信號壓力大小產(chǎn)生相對應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作。（2)控制機構(gòu)：是執(zhí)行器的控制部分，直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。5. 氣動執(zhí)行機構(gòu)主要有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點？答:（1）薄膜式：最為常用，用作一般控制閥的推動裝置，組成氣動薄膜式執(zhí)行器，它的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。（2）活塞式：推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。（3）長行程執(zhí)行機構(gòu)：它的行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（0-90）和力矩。6. 何謂正作用執(zhí)行器？何謂反作用執(zhí)行器？答：當(dāng)來自控制器或閥門定位器的信號壓力增大時，閥桿向下動

46、作的叫正作用，反之叫反作用。7. 何謂控制閥的理想流量特性和工作流量特性？理想流量特性有哪幾種？答：（1）理想流量特性：在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性。理想流量特性種類：直線流量特性：等百分比特性：等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。線性特性：線性特性的相對行程和相對流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。拋物

47、線特性：流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。（2）工作流量特性：在實際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性。8. 什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式 ?其選擇原則是什么？答：氣動執(zhí)行器的氣開式為， 有壓力控制信號時閥開， 無壓力控制信號時閥處于全關(guān)；氣動執(zhí)行器的氣關(guān)式為， 有壓力控制信號時閥關(guān)， 無壓力控制信號時閥處于全開。氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式的選擇原則是考慮工藝生產(chǎn)的安全， 即信號中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和工作人員的安全。四、選擇題1. 控制閥的流量隨著閥門開度的增大迅速上升， 很快地接近最大值的是 （ C ）。A、直線流量特性； B 、等百分比流量特性；C、快開流量特性； D 、拋物線流量特性。2.工藝人員打開與調(diào)節(jié)閥并聯(lián)的截止閥，會使可調(diào)比變( D )，流量特性變(D)。A. 大，好 B. 大，差 C. 小，好 D. 小，差3. 執(zhí)行機構(gòu)為（ A ）作用，閥芯為（ A ）裝，則該調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥。A、正、正 B 、正、反 C、反、正 D 、正或反、正4. 487. 控制閥工作流量特性取決于（ D ）。A閥芯形狀 B 配管狀況 C 閥前后壓差 D.閥芯形狀及配管狀況5. 490. 控制閥的氣開、氣關(guān)型式的選擇與（ D ）有關(guān)。A控制器 B 管道的位置 C 工藝要求 D 生產(chǎn)安全6.