過程控制系統(tǒng)試題庫

1、過程控制系統(tǒng)試題庫過程控制系統(tǒng)試題庫宿遷學院宿遷學院 機電系 自動化學科 勾厚政 編輯 機電系 自動化學科 20XX 年 6 月 3 日 星 期 五 第 一 章 緒 論 - 1 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫11過程控制（英文： Process Control ）通常是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制， 是自動化技術最重要的組成部分之一 11-1過程控制是生產(chǎn)過程自動化的簡稱，泛指石油、化工、電力、冶金、輕 工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(chǎn)過程自動控 制，是自動化技術的重要組成部分。11-2連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的 流動過程中進行著物理化學

2、反應、物質(zhì)能量的轉換或傳遞。11-3從控制的角度，通常將工業(yè)生產(chǎn)過程分為三類，即：連續(xù)型、離散型和 混合型。過程控制主要是針對連續(xù)生產(chǎn)過程采用的控制方法。11-4過程控制的主要任務是對生產(chǎn)過程中的有關參數(shù)進行控制“工業(yè)四大參數(shù) ”是：溫度、壓力、流量、物（液）位的自動控制，使其保持恒定或按一 定規(guī)律變化， 在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下， 使連續(xù)生產(chǎn)過程自動地進行 下去。11-5過程控制系統(tǒng)的定義： 為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制， 由相互聯(lián)系、 制約的一些儀表、裝置及工藝對象、設備構成的 一個整體 11-6在討論控制系統(tǒng)工作原理時，為清楚地表示自動控制系統(tǒng)各組成部分的 作用及相互關系，一般

3、用原理框圖來表示控制系統(tǒng)。11-7過程控制系統(tǒng)的主要任務是：對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、 流量、物位、成分、濕度等）進行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。11-8過程控制的特點： 控制對象 被控過程復雜、控制要求多樣 控制方案豐富多彩控制過程大多數(shù)屬于慢過程與參數(shù)控制 定值控制是過程控制的主要形式 過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的、系列化的檢測與控制儀表或自動化裝置組成 12過程控制的發(fā)展概況12-0過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自動化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展 歷程12-1過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程1局部自動化階段（20世紀 5060 年代）：自動化儀表安裝在現(xiàn)場生產(chǎn)設備上， 只具備簡單的

4、測控功能2模擬單元儀表控制階段（ 20世紀 60 70年代）：控制儀表集中在控制室，生 產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號， 送往控制室。 操作人員可以在控制室監(jiān) 控生產(chǎn)流程各處的狀況。宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 2 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫3集散控制階段( 20世紀 70 年代中期至今) 12-2過程控制策略與算法發(fā)展 13過程控制系統(tǒng)的性能指標 13-1干擾階躍響應和給定階躍響應的區(qū)別： 13-2系統(tǒng)階躍響應的單項性能指標 衰減比、衰減率 衰減比：B);n 取整數(shù)，習慣上常表示為 n:1,例如 4:1、 10:132 衰減率：11n最大動態(tài)偏差、超調(diào)量 最大動態(tài)偏

5、差： y1 超調(diào)量殘余偏差：系統(tǒng)設定值 r 與穩(wěn)態(tài)值 的差值，即 調(diào) 節(jié)時間、峰值時間、振蕩頻率調(diào)節(jié)時間 :tS峰值時間 :tp振蕩頻率13-3 系統(tǒng)階躍響應的綜合性能指標偏差積分 IE (Integral of Error )宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 3 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫絕對偏差積分 IAE(Integral Absolute value of Error)平方偏差積分 ISE( Integral of Squared Error ) 時間與絕對偏差乘積積分 ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute

6、value of Error)13-4-1某換熱器的溫度控制系統(tǒng)，給定值為 200 。在階躍干擾作用下的過 渡過程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間。解：最大偏差：A = 230-200 = 30； 余差： C= 205-200 = 5； 衰減比： 13-4-2某被控過程工藝設定溫度為 900，要求控制過程中溫度偏 離設定值不得超過 80?，F(xiàn)設計的定值溫度控制系統(tǒng)， 在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖， 試求最大動態(tài)偏差、衰減比、振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？ 解：最大動態(tài)偏差：宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 4 - 79過程控制系統(tǒng)試題

7、庫衰減比： 振蕩周期：50<80！能滿足工藝要求。13-4-3某化學反應器工藝規(guī)定的操作溫度為（ 900±10），考慮安全因素， 要求控制過程中溫度偏離設定值不得超過 80?，F(xiàn)設計的定值溫度控制系統(tǒng)， 在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖， 試求最大動態(tài)偏差、 衰減比、 振 蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解：最 大 動 態(tài) 偏 差 ：衰 減 比 ：振蕩周期：余差： 50<80！能滿足工藝要求。過渡過程時間： 47min13-4-4某化學反應器工藝規(guī)定的操作溫度為（ 800±10），考慮安全因素， 要求控制過程中溫度最高值不得超過 850。現(xiàn)設計的定值溫度控

8、制系統(tǒng)，在最 大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖，試求最大動態(tài)偏差、余差、衰減比、 過渡時間（ ±2%！）和振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 5 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 解：最大動態(tài)偏差： 余差： 衰減比： ：過渡過程時間： 25min振蕩周期：5<10！能滿足工藝要求。13-4-5某發(fā)酵過程工藝規(guī)定的操作溫度為（ 40±2），考慮發(fā)酵效果，要求 控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 6?，F(xiàn)設計的定值溫度控制系統(tǒng)，在 階躍擾動作用下的過渡過程曲線如下圖，試求最大偏差、衰減比、余差、過渡時 間（ ±2%

9、?。┖驼袷幹芷?，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解： 最大動態(tài)偏差： 余差： 衰減比： ： 過渡過程時間： 23min 振蕩周期： 5<6！能滿足工藝要求。宿遷學院 機電系 自動化學科 - 6 -79過程控制系統(tǒng)試題庫 補充思考題與實用題1（王： 1-2）什么過程控制系統(tǒng) ？典型過程控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？（厲： P1-1、2）什么是化工自動化？化工自動化主要包括哪些 Control）是生產(chǎn) 過程自動化的簡稱。泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、建材、核能等 工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(chǎn)過程自動控制， 是自動化技術的 重要組成部分。在化工（生產(chǎn)過程）設備（裝置）上，配備一些自動

10、化裝置，代替操作人員的 部分直接勞動， 是生產(chǎn)在不同程度上自動進行， 這種用自動化裝置來管理 （化工） 生產(chǎn)過程的辦法，稱為（化工）生產(chǎn)過程自動化。（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 機 電 系 自 動 化 學 科 - 7 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫第二章 過程檢測與變送儀表2 1 檢測儀表的基本技術指標21-1真值 xt 定的，即使用 “認定設備 ”的檢測結果作為真值。通常，個個國家 或國際組織將其法定計量機構的專用設備作為 “認定設備 ”、它的檢測精度在這個 國家或國際組織某一個測量點滿度相對誤差： 模擬連續(xù)輸出儀表在測量范圍機電系 自動

11、化學科 - 8 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫解：；校驗儀表時取偏大值，即該儀表的精度等級為 1.0 級。例 2-2 選擇一臺測量壓力的儀表，測壓范圍為 08MPa，根據(jù)工藝要求，測壓 示值的誤差不允許超過 ±0.05MPa，要求確定滿足工藝要求的儀表的精度等級 解：； ； 8 選擇儀表時取偏小值，即該儀表的精度等級為 0.5 級。 靈敏度：表示指針（模擬量顯示）式測量儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度，常以 儀表輸出變化量（如指示裝置的直線位移或角位移） 與引起此輸出變化量 （位移） 的被測參數(shù)變化量之比表示靈敏限：表示指針式儀表在量程起點處， 能引起儀表指針動作的最小被測參數(shù)變 化值 對于

12、數(shù)字式儀表， 則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限 分辨力：是指 儀表能夠顯示的、最小被測值。變差：在外界條件不變的情況下， 同一儀表對被測量進行往返測量時 （正行程和 反行程），產(chǎn)生的最大差值與測量范圍之比稱為變差21-5測試題（習題、補充題）求：該表最大絕對誤差； 儀表的精度； 如果工藝要求允許最大誤差為 ±5， 該表是否能用？解：最大絕對誤差： +6儀表的精度： 1 級如果工藝要求允許最大誤差為 ±5，該表，不能用 100100宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 9 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫2（厲：例 3-1）某一標尺為 01000的溫度計，出廠前校

13、驗數(shù)據(jù)如下：求：該表最大絕對誤差；儀表的精度 解：最大絕對誤差： +6儀表的精度： 1 級3（王 2-2）一臺壓力表量程為 010MPa，校驗數(shù)據(jù) 求：變差；基本（最 大滿度相對）誤差；該表是否符合 1 級精度。 解：變差： 0 12%基本（最大滿度相對）誤差： ±06%； 該表的變差為 1 2%,不符合 1 級 精度？儀表允許變差的數(shù)值應等于或小于儀表的精度！ 照這個條件該表不符合 1 級精 度！4（王 2-5）有兩塊直流電流表，它們的精度等級和儀表量程分別為：表1：1.0級、0250mA；表 2：2.5 級、075mA。現(xiàn)在測量 50mA 的直流電流，從準確 性、經(jīng)濟性考慮，選用

14、哪快表更合適！解：宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 10 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫表 1 ：表2：從準確性、經(jīng)濟性考慮，選用表 2 更合適！5（王 2-13）如果某反應器最大壓力為 1。0MPa，允許的最大絕對誤差為 001MPa， 現(xiàn)用一臺測量范圍為 016MPa、精度為 1 級的壓力表進行測量，問：能否符 合工藝要求？若用一臺測量范圍為 010MPa、精度為 1 級的壓力表進行測量， 問：能否符合要求？解：測量范圍為 016MPa、精度為 1 級的壓力表的允許的最大絕對誤差為：，大于 001MPa，不能符合工藝要求 100100測量范圍為 010MPa、精度為 1 級的

15、壓力表的允許的最大絕對誤差為：，等于 001MPa，從允許的最大絕對誤差 角度，能符合工 100100 藝要求，但量程不符合！6（厲：例 3-4）如果某反應器最大壓力為 08MPa，允許的最大絕對誤差為 001MPa，現(xiàn)用一臺測量范圍為 016MPa、精度為 1 級的壓力表進行測量， 問：能否符合工藝要求？若用一臺測量范圍為 010MPa、精度為 1 級的壓力 表進行測量，問：能否符合要求？解：測量范圍為 016MPa、精度為 1 級的壓力表的允許的最大絕對誤差為：，大于 001MPa，不能符合工藝要求 100100測量范圍為 010MPa、精度為 1 級的壓力表的允許的最大絕對誤差為：，等于

16、 001MPa，從允許的最大絕對誤差 角度，能符合工 100100藝要求，量程也符合！7某一標尺為 0500的溫度計，出廠前校驗數(shù)據(jù)：11 -宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科79過程控制系統(tǒng)試題庫 求：該表最大絕對誤差； 確定儀表的精度等級； 經(jīng)過一段時間使用后重新 校驗，儀表的最大絕對誤差為 ±8，問：儀表是否還符合原來的精度等級？ 解：最大絕對誤差： +6儀表的精度： 1。5 級經(jīng)過一段時間使用后重新校驗， 儀表的最大絕對誤差為 ±8，最大滿度相對誤 差： +1。 6%，儀表已經(jīng)超過1。5 級，不符合原來的精度等級。校驗數(shù)據(jù) 求：最大誤差；8（厲：習題 3

17、-1）一臺壓力表量程為 025MPa， 變差；該表是否符合 0。5 級精度。 解：最大誤差： 0。15MPa 變差： 0。 15MPa 、； SFS25該表的變差為 06,不符合 0。5 級精度？ 儀表允許變差的數(shù)值應等于或小 于儀表的精度！9（厲：習題 3-2）某溫度控制系統(tǒng)，控制溫度為 800，要求絕對誤差不超過 ±7， 現(xiàn)選擇一臺測量范圍為 01200、精度等級為 1。0 級的儀表，問：是否合適？ 如果不合適，應如何選擇？解：宿遷學院79機電系自動化學科12過程控制系統(tǒng)試題庫 測量范圍為 01200、精度等級為 1。0 級的儀表，其最大誤差：， 12大于 7，不合適 10010

18、0 應選擇測量范圍為 01200、精度等級為 0。5 級的儀表， 6小于 7，合適 100100 22 溫度檢測及儀表 22-0溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作 參數(shù)。22-1溫度檢測方法與儀表概述 22-2熱電偶 1熱電偶是以熱電效應為原理的測溫元件，能將溫度信號轉換成電勢信號 （ mV ） 。特點：結構簡單、測溫準確可靠、信號便于遠傳。一般用于測量5001600之間的溫度。2將兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路，若兩個連接點溫度不同，回路 中會產(chǎn)生電勢。此電勢稱為熱電勢。3熱電偶回路總電勢由接觸電勢和溫差電勢疊加而成，稱熱電勢。由于溫差電 勢很小，熱電勢基本

19、由接觸電勢構成。4熱電偶的基本定律 均質(zhì)導體定律： 熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導體或 半導體組成。但其幾何形狀 截面和長度等不限。 中間導體定律：在熱電偶 回路中接入另一種中間導體后， 只要中間導體兩端溫度相同， 中間導體的引入對 熱電偶回路的熱電勢沒有影響。中間溫度定律：一支熱電偶在兩接點溫度為 t 、t0 時的熱電勢，等于兩支同溫 度特性熱電偶在接點溫度為 t 、ta和 ta、t0時的熱電勢之代數(shù)和。即E AB （ t ，to ） = E AB（ t , 0 ） E AB（ to , 0 ） 據(jù)此，只要給出冷端為 0時的熱電勢關系 EAB（ t ,0 ） ，便可求出冷端任意溫度 時的熱

20、電勢 5熱電偶冷端溫度補償：熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度有關，還與冷端 溫度有關。所以使用時， 需保持熱電偶冷端溫度恒定。 但實際使用的熱電偶的冷 端和熱端離得很近， 使用時冷端溫度較高且變化較大。 為此應將熱電偶冷端延至 溫度穩(wěn)定處。為了節(jié)約， 工業(yè)上選用在低溫區(qū)與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價金屬， 作為 熱偶絲在低溫區(qū)宿遷學院 機電系 自動化學科 - 13 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 的替代品來延長熱電偶，稱為補償導線。 6熱電偶冷端溫度的處理：查表法（計算法） 、儀表零點調(diào)整法、冰浴法、補償 電橋法、半導體 PN 結補償法。7標準熱電偶：熱電勢與溫度的關系、允許誤差、型號（分度號）

21、按國際標準（IEC）統(tǒng)一規(guī)定。8熱電偶的冷端溫度校正： 1）查表法、 2）電橋補償法、 ,22-3熱電阻1對于 500以下的中、低溫，熱電偶輸出的熱電勢很小，容易受到干擾而測 不準。一般使用熱電阻溫度計來進行中低溫度的測量。2金屬熱電阻測溫精度高。大多數(shù)金屬電阻阻值隨溫度升高而增大。具有正溫 度系數(shù)。3鉑材料容易提純，其化學、物理性能穩(wěn)定；測溫復現(xiàn)性好、精度高。被國際 電工委 員會規(guī) 定為 -259+630 間 的基準器，但 線性度 稍差，常用于 -200+600 溫度測量。4鉑電阻的電阻溫度關系：-2000）鉑電阻有兩種分度號： Pt10 , Pt100 5銅電阻價格便宜，線性度好，但溫度稍

22、高易氧化，常用于 -50+100 溫度測 量。銅電阻有兩種分度號： Cu50 ，Cu100 。電阻溫度關系：-50150） 6熱電阻的三線制接法：電阻測溫信號通過電橋轉換成電壓時，熱電阻的接線 如用兩線接法， 接線電阻隨溫度變化會給電橋輸出帶來較大誤差， 必須用三線接 法。22-4集成溫度傳感器：1集成溫度傳感器將溫敏晶體管和外圍電路集成在一個芯片上構成，相當于一 個測溫器件。特點：體積小、反應快、線性較好、價格便宜，測溫范圍為 -50150。 2集成溫度傳感器按輸出量形式不同，可分為電壓型、電流型和數(shù)字型三類。 22-5溫度顯示與記錄方法與儀表1動圈式指示儀表：可直接與熱電偶、熱電阻配套顯示

23、溫度，是最簡單的模擬 指示儀表。2數(shù)字式指示儀表3自動記錄儀表4數(shù)字式指示記錄儀表宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 14 -79過程控制系統(tǒng)試題庫22-6溫度變送器1檢測信號要進入控制系統(tǒng)，必須傳遞符合控制系統(tǒng)的信號標準。變送器的任 務就是將不標準的檢測信號， 如熱電偶、熱電阻的輸出信號轉換成標準信號輸出。 2現(xiàn)代電控系統(tǒng)：模擬控制系統(tǒng)的信號標準是：型： 010mA、010V；III型：420mA、15V。數(shù)字控制系統(tǒng)的信號標準有： FF 協(xié)議、 HART 協(xié)議等。 補充習題、例題、典型題1（王 2-7）用分度號 K 的熱電偶測量某設備的溫度，測得熱電動勢為 20.3mV，

24、熱電偶冷端溫度為 30，求設備的溫度！如果改用分度號為 S 的熱電偶測量該 設備的溫度，在相同的條件下，測得熱電動勢為？解：查表計算分度號為 K 的熱電偶： 改用分度號為 S 的熱電偶測量該設備的溫度2（厲 -例？）用分度號 K 的熱電偶測量某設備的溫度，在沒有采用冷端補償措 施的情況下， 顯示儀表的指示值為 500，而這時冷端溫度為 60。此時實際溫 度為多少？如果熱端溫度保持不變，設法使冷端溫度保持為20，此時顯示儀表的指示值為？解：使冷端溫度保持為 20熱端溫度保持不變： 557，則宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 15 -79過程控制系統(tǒng)試題庫3（厲 -例 3-19）

25、用分度號 K 的熱電偶測量某設備的溫度， 測得熱電動勢為 20mV， 熱電偶冷端溫度為 25，求設備的溫度！如果改用分度號為 E 的熱電偶測量該 設備的溫度，在相同的條件下，測得熱電動勢為？解：查表計算分度號為 K 的熱電偶： 改用分度號為 S 的熱電偶測量該設備的溫度4（王 2-9）（厲：習題 3-16？）（厲：例題 3-25？）用 Pt100 鉑電阻測溫，在查 表時錯用了 Cu100 的分度表，查得溫度為 140，問：實際溫度為多少？ “厲” 有錯誤？ Cu100：150 164。27； Pt100：164。27 168。7 解： 查 Cu100 的分度表： 140 查 Pt100 的分度

26、表。5（厲 -例 3-？）某溫度控制系統(tǒng)，最高溫度為 700，要求測量的絕對誤差不 超過±10，現(xiàn)有兩臺量程分別為 01600、01000的 1。0 級溫度檢測儀表， 試問應該選擇哪臺儀表更合適？如果兩臺量程均 01000，精度等級分別為 1.0 級和 0.5 級，那么又應該選擇哪臺儀表更合適？宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 16 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 解： 因為； 量程為 01000的 100100同為 1.0 級儀表 , 量程為 01600的儀表 儀表已經(jīng)能夠滿足 100100同為量程為 01000的儀表 ,精度為 1.0 級的儀表 要求；從經(jīng)濟角度考慮

27、，不必選用 0.5 級的儀表。6（厲：例 3-20）現(xiàn)用一支鎳鉻 銅鎳熱電偶測量某換熱器的溫度，其冷端溫度 為 30，顯示儀表為動圈儀表、機械零點為 0 ，這時儀表顯示值為 400，若 認為換熱器的溫度為 430，對不對？正確值是多少？ 解：不對！熱電偶的熱電勢是非線性的 查表： 顯示儀表測出的毫伏值 冷端溫度為 30， 熱電偶的熱電勢 查表： 。7（厲：習題 3-8）用鎳鉻 鎳硅熱電偶測量爐溫，其冷端溫度為 30，測得熱 電勢為 33。29mV，求被測爐子的實際溫度？ 解：查鎳鉻 鎳硅熱電偶的分度號為 K 的分度表：宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 17 - 79過程控制系

28、統(tǒng)試題庫 8（厲：習題 3-9）某臺動圈式儀表是與鎳鉻 鎳硅熱電偶配套使用的，但錯接 了鉑銠 10鉑熱電偶，儀表指示為 201，（冷端溫度為 0?。﹩枌嶋H溫度為多 少？ 解：查鎳鉻 鎳硅熱電偶的分度號為 K 的分度表：查鉑銠 10鉑熱電偶的分度號為 S 的分度表：；。 823壓力檢測及儀表23-1壓力檢測的方法1工程上習慣把垂直作用于作用單位面積上的力稱為“壓力 ”2工程中壓力的表示方式有：表壓、負壓（真空度） 、差壓、絕對壓力。 3國際單位制（SI）定義的壓力的單位是 “帕斯卡”1Pa =1N/m、1MPa =106Pa； 過去常用的壓力單位是： 1 工程大氣壓 = 1kgf /cm = 9

29、.80665 ×10Pa=0.980665 × 10Pa 0.1MPa23-2壓力表的選擇、安裝與校驗 1為了合理、經(jīng)濟使用儀表，儀表的量程不能選得太大，但為了保證測量精度， 一般被測壓力的最小值不低于儀表滿量程的 1/3 為宜；同時為了延長彈性元件的 使用壽命， 避免彈性元件因長期受力過大而永久變形， 壓力計的上限值應該高于 被測量的最大值（量程的 3/42/3） ，留有余量 2儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測量誤差 max來確定的。不能認 為選用的儀表精度越高越好， 應在滿足工藝要求的前提下， 盡可能選用精度較低、 價廉耐用的儀表3例： 某臺壓縮機的出口壓力范圍為

30、 2528MPa，測量絕對誤差不得大于 1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出 型號、精度與測量范圍；要求條件為： 被測脈動壓力 2528MPa，測量絕對誤 差 1MP，a 就地觀察、高低限報警。解： 2452 脈動壓力對儀表壽命影響很大，故選擇儀表 的上限值為：若選壓力表的測量范圍為 060MPa則：25MPa / 60MPa &gt;1/3被測壓力的最小值不低于滿量程的 1/3，下限值也符合要求。 另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得對儀表允許誤差的要求為： 宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 18 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫故選精度等

31、級為 1.5 級的儀表可以滿足誤差要求。 答：根據(jù)就地觀察及能進行高低限報警的要求，可選用YX 150 型電接點壓力表，測量范圍為 060MPa，精度等級為 1.5 級。4習題（王 -2-12）工藝要求壓力范圍為 1.2MPa±0.05MPa，可選用的彈簧管壓 力表的精度有 1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五個等級 , 可選用的量程規(guī)格有 01.6MPa、02.5MPa、04MPa， 選用合適的儀表。解：量程選擇： ；則 ；選擇儀表量程為 02.5MPa 3412 被測壓力變化頻繁時： ；則 ；選擇儀表量 程為 02.5MPa 33 被測壓力變化緩慢時： 儀表精度選擇：Y-15

32、0，量程 02.5MPa，精度 2.0 級5習題（王 -2-13）反應器最大壓力為 1.0MPa，允許最大絕對誤差為 0.01MPa。 現(xiàn)用一臺測量范圍為 01.6MPa、精度為 1級的壓力表進行測量， 能否滿足要求？ 若采用一臺測量范圍為 01.0MPa、精度為 1 級的壓力表進行測量，能否滿足要 求？ 解：測量范圍為 01.6MPa、精度為 1 級的壓力表：；不能滿足要求 100100測量范圍為 01.0MPa、精度為 1 級的壓力表： 滿度值等于被測量值，不能滿足要求6（王 2-14）某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為 1.01.6MPa，工藝要求 就 地 觀 察 罐 機 電 系 自

33、動 化 學 科 - 19 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 ；選擇儀表量程為 02.5MPa測量值在 1.0MPa 時的誤差不得大于 ±5%，則查附錄 E：只能選擇型號為 Y-100T，儀表量程為 02.5MPa、精度為 1。5 級的彈 簧管壓力表。7（厲：例 3-9）某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為 1.11.6MPa，工藝要 求 就 地觀 察 罐機 電 系 自動 化 學科 - 20 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫這塊壓力表合格9測量穩(wěn)定壓力時，儀表最大量程應為測定值的1.5 倍，測量波動壓力時，儀表最大量程應為測定值的 2 倍。測空氣、水、蒸汽、油等介質(zhì)，用 Y 型壓力表，其外殼為黑色

34、。測氨類用 YA 型 氨用壓力表，其外殼為黃色。測氧氣用 YD 型氧用壓力表，其外殼為天藍色。 24流量檢測及儀表2 4-1流量指單 位時間機電系 自動化 學科 - 21 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 例題與參考題1（厲：例 3-12）用水刻度的轉子流量計，轉子由密度為 7900kq/m 的不銹鋼制 成，用它來測量密度為 790kq/m 的某液體介質(zhì)，當儀表讀數(shù)為 5m/h 時，被測介 質(zhì)的實際流量為多少？如果轉子由密度為 2750kq/m 的鋁制成，其他條件不變，被測介質(zhì)的實際流量為 多少？ 解： 介質(zhì) 密度修正系數(shù) ： 、3 用水刻度的轉子流量計，當儀表讀數(shù)為 5m/h 時，被測介質(zhì)的實際流

35、量為。K更換轉子材料。 KJ0.84（厲：例 3-13）用水刻度的轉子流量計，轉子由密度為 7900kq/m 的不 銹鋼制成，測量范圍為 010L/min ，用它來測量密度為 0。831kq/L 的苯的流量，測量范圍為多少？ 解：。3（厲：例 3-14）用轉子流量計測量氣壓為 0。 65MPa、溫度為 40的 CO2 氣 體流量，若流量計的讀數(shù)為 50L/s，求CO2氣體的真實流量。 CO2氣體在標準狀 態(tài)時的密度為 1。977 kq/m。解：氣體流量的修正公式：本 題 ： （ NL/min ）宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 22 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 25物位檢測及

36、儀表25-1概述 1物位的含義：包括 液位：容器中液體介質(zhì)的高低 料位：容器中固體物質(zhì)的堆積高度 界面：兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的高度 2物位測量儀表可分為下列幾種類型。 靜壓式物位測量：利用液體或物料對某定點產(chǎn)生的壓力隨液位高度而變化的原理 而工作。 浮力式物位測量： 利用浮子所受的浮力隨液位高度而變化的原理工作。 電氣式物位測量： 利用敏感元件將物位的變化轉換為電量參數(shù)的變化， 而得知物 位。核輻射式物位測量： 利用核輻射線穿透物料時， 核輻射線的透射強度隨物質(zhì)層的 厚度而變化的原理進行測量。聲學式物位測量：測量超聲波在物質(zhì)中傳播時間的長短，據(jù)此可測出物位。 光學式物位測量：利用光波在

37、傳播中可被不同的物質(zhì)界面遮斷和反射的原理測量 物位。25-2差壓式液位變送器1（王：習題 2-25）用差壓變送器測量某儲罐的液體， 差壓變送器安裝位置如圖； 導出變送器所測出的差壓值 與液位高度 H 之間的關系。變送器零點要不要遷 移？為什么？2（厲： 3-17）測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝！ ）時，經(jīng)常在負壓 管上裝有冷凝罐， 這時用差壓變送器測量儲罐液體的液位時， 要不要遷移？如果 遷移，遷移量？解：；宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 23 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫（）時，（） ！需要零點遷移時，（）！需要零點正遷移 時， （）！需要零點負遷移本題； ；需要負

38、遷移，遷移量（）宿遷學院機電系自動化學科- 2479過程控制系統(tǒng)試題庫第三章 過程控制儀表30概述1控制儀表又稱控制器或調(diào)節(jié)器。其作用是把被控變量的測量值和給定值進行 比較，得出偏差后，按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算，輸出控制信號，以推動執(zhí)行器 動作，對生產(chǎn)過程進行自動調(diào)節(jié)。2控制儀表按工作能源分類有：電動儀表、氣動儀表、自力式儀表 3控制儀表的發(fā)展基本上分為三個階段： 基地式儀表：將檢測、控制、顯示功能設計在一個整體 。2比例控制的特點：控制及時、適當。只要有偏差，輸出立刻成比例地變化， 偏差越大，輸出的控制作用越強；控制結果存在靜差 3在實際的比例控制器中，習慣上使用比例度 P 來表示比例控制作

39、用的強弱。 宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 25 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 4所謂比例度就是指控制器輸入偏差的相對變化值與相應的輸出相對變化值之 比，用百分數(shù)表示。31-3比例積分控制（ PI） 1當要求控制結果無余差時，就需要在比例控制的基礎上，加積分控制作用。 2積分（ I）控制：輸出變化量 y 與輸入偏差 e 的積分成正比 3積分控制的特點 當有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或減?。?；當偏差消失時，輸出能保 持在某一值上。 積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除余差。 輸出信號隨著時間逐漸增強，控制動作緩慢，故積分作用不單獨使用 4若將比例與積分組合起來，既

40、能控制及時，又能消除余差 5比例積分（PI）控制 ：時 域方程，傳遞函數(shù)。31-4比例微分控制（ PD） 1對于慣性較大的對象，常常希望能加快控制速度，此時可增加微分作用。 2理想微分微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間， 微分立即產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用， 使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。微分對靜態(tài)偏差毫無控制能力。當偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，因此 不能單獨使用。必須和 P或PI結合，組成 PD控制或 PID 控制。 3理想的比例微分控制4理想微分作用持續(xù)時間太短，執(zhí)行器來不及響應。一般使用實際的比例微分 作用。 理想 微分 ：；實際 微 分： 在單 位階躍信 號作用下6（厲例題

41、5-12）DDZ- 控制器，比例度，積分時間 TI=0.2min ，微分時間 TD=2min ，微分放大倍數(shù) KD=10 。假定輸出初始值為 4mA；在時施加0.5mA 的階躍信號，試寫出在該階躍信號作用下比例、 積分、微分輸出的表達式； 計算 時控制器的輸出信號值。解：比例輸出：積分輸出：宿遷學院機電系自動化學科- 26 -79過程控制系統(tǒng)試題庫微分輸出：3.3mA 0.5時控制器的輸出信號值7（厲習題 5-6）DDZ- 控制器，比例度，積分時間 TI=0.4min ，微分時間 TD=2.4min ，微分放大倍數(shù) KD=10。假定輸出初始值為 6mA；在 時施加 0.4mA 的階躍信號，試寫

42、出在該階躍信號作用下比例、 積分、微分輸出的表達式； 計算 時控制器的輸出信號值。解： 比例輸出：積分輸出：微分輸出：時控制器的輸出信號值mA8比例積分微分（ PID ）控制9（王：習題 3-6）某比例積分控制器輸入、輸出均為 420mA，若將比例度設 為 100%，積分時間 TI=2min ，穩(wěn)態(tài)時輸出為 5mA，某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA，試問經(jīng)過 5min 后，輸出將由 5mA 變化到多少？（厲：例題 5-4）某 DDZ- 比例積分控制器，若將比例度設為 100%，積分時間 TI=2min ，穩(wěn)態(tài)時輸出為 5mA，某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA，試問經(jīng)過 5min 后，輸出將

43、由 5mA 變化到多少？解：，對于比例輸入：控制器輸入、輸出均為 420mA，比例度- 27某瞬間，輸入突然增加了 宿 遷 學 院 機 電 系 790.2mA，輸出增量自動化學科過程控制系統(tǒng)試題庫試問經(jīng)過 5min 后，輸出將由 5mA 變化到32模擬式控制器。1模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)控制功能。 2、型（用晶體管）和型（用集成電路） 。 32-1DDZ-型儀表的特點1采用統(tǒng)一信號標準： 420mA DC 和 15V DC 。這種信號制的主要優(yōu)點是電 氣零點不是從零開始，容易識別斷電、斷線等故障。同樣，因為最小信號電流不 為零，可以使現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制。2廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、

44、精度提高、可靠性提高、維修工作量 減少。3可構成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險現(xiàn)場。33數(shù)字 PID 控制器1數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、 計算一次。 必須把連續(xù)方程用離散方程表示。 第 n 次采樣時：綜合實用簡答題1位式控制是怎樣的？ 答：位式控制是斷續(xù)控制 控制器輸出接點信號，如雙位控制、三位控制。 雙位控制器只有兩個輸出值， 相應的執(zhí)行機構只有開和關兩個極限位置， 因此又 稱開關控制。被控溫度在 T0 上下振蕩，無法穩(wěn)定。 三位控制控制器有三個輸出位值， 可以控制兩個繼電器。 溫度三位控制效果： 溫 度偏差大時，升溫速度快；溫度偏差小時，小幅調(diào)整。 2DDZ-基型調(diào)節(jié)器有哪幾部分組成？答：

45、 DDZ- 基型調(diào)節(jié)器的主要由輸入電路、給定電路、 PID 運算電路、自動與 手動（硬手動和軟手動）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。 3DDZ-基型調(diào)節(jié)器的軟手動與硬手動有什么區(qū)別？各用在什么場合？ 答： 軟手動時： 調(diào)節(jié)器的輸出是隨著時間按一定的速度增加或減少； 硬手動時： 調(diào)節(jié)器的輸出數(shù)值完宿遷學院 機電系 自動化學科 - 28 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 全由硬手動操作桿的位置所決定。通常情況下， 都是用軟手動操作扳鍵進行手動操作的， 這樣的控制比較平穩(wěn)、 精 細； 只有當要求給出恒定不變的操作信號，或者在緊急時刻要一下子就控制到 “安全 開度”等情況下，才使用軟手動。3什么叫控制器

46、的無擾動切換？ 答：基型模擬調(diào)節(jié)器一般都具備自動與手動兩種功能； 在進行自動與手動兩種功能切 換時，在切換瞬間， 應保持控制器的輸出不變， 這樣保證執(zhí)行器的位置在切換過 程中不至于突變、不會對生產(chǎn)過程引起附加的擾動，著稱為 “無擾動切換 ”。 4什么是調(diào)節(jié)器的正作用、反作用？答： 調(diào)節(jié)器的正作用：（偏差=測量值給定值）增加、調(diào)節(jié)器輸出增加； 調(diào)節(jié)器的反作用：（偏差 =給定值測量值）增加、調(diào)節(jié)器輸出增加。 5從控制器的發(fā)展及結構原理來看，主要有哪幾種類型？ 答： 基地式儀表：將檢測、顯示、控制、乃至記錄功能設計在一個整體機電系 自 動 化 學 科 - 29 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫6試寫出微分

47、控制規(guī)律的輸入 e 與輸出的數(shù)學表達式 答： 理想微分控制規(guī)律的輸入 e 與輸出 的數(shù)學表達式；如果輸入偏差為一單位階躍作用， 則 實際微分控制規(guī)律在單位階躍作用下的輸入 e 與輸出 的數(shù)學表達式DDZ-型組合儀表習題擇選1DDZ- 基型調(diào)節(jié)器，輸入信號階躍變化了 0。5mA 時，其輸出信號由 6mA 變化到 7mA，試求調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù) KP 與比例度 。解： DDZ-基型調(diào)節(jié)器的輸入、輸出均為 420mA，所以：；。 502一臺 DDZ- 型溫度控制器，測量的全量程為 0800，當溫度階躍變化了 40時，控制器的輸出由 6mA 變化到 8mA ，試求控制器的比例度 。 解：3一臺 DD

48、Z- 型溫度控制器，測量的全量程為 01000，當溫度階躍變化了 40時，控制器的比例度，試求控制器的輸出變化。解：；（ （ ） 。28mA0。5/16宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 30 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫4DDZ-比例積分控制器，若將比例度設為 50%，積分時間 TI=2min ，穩(wěn)態(tài)時 輸出為 5mA，某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA，試問經(jīng)過 5min 后，輸出將由 5mA 變化到多少？解：，對于比例輸入：控制器輸入、輸出均為 420mA，比例度 某瞬間，輸入突然增加了 0.2mA ，輸出增量試問經(jīng)過 5min 后，輸出將由 5mA 變化到 。5DDZ-

49、比例積分控制器，若將比例度設為 200%，穩(wěn)態(tài)時輸出為 5mA，某瞬 間，輸入突然增加了 0.5mA，試問經(jīng)過 30s 后，輸出將由 5mA 變化到 6mA，試 問積分時間 TI= 多少？解：， 輸出增量6一臺 DDZ- 型溫度控制器，測量的全量程為 2001200，當溫度給定值由 800階躍變化到了 850時，控制器的輸出由 12mA 變化到 16mA，試求控制器 的比例度及放大倍數(shù)；該控制器屬于正作用還是反作用？解：； min)（ ） （ ） 4/16由于 DDZ- 型溫度控制器的輸入與輸出都是 420mA 的統(tǒng)一信號，所以：因為：“調(diào)節(jié)器的反作用：（偏差=給定值 測量值）增加、調(diào)節(jié)器輸出

50、增加 ”，故 該控制器為反作用！7一臺 DDZ- 型液位控制器，其液位的測量范圍為 0.51.2m，比例度為 40%。 當液位為 0.9m時，控制器的輸出為 5mA。試問液位變化到 1m 時，控制器的輸 出為多少？該控制器屬于正作用或是反作宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 31 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 用該怎樣？ 解： 因為：所以：調(diào)節(jié)器 的正 作用：（偏 差=測 量值給 定值）增 加、 調(diào)節(jié) 器輸 出增加； p調(diào)節(jié)器的反作用：（偏差=給定值 測量值）增加、調(diào)節(jié)器輸出增加；宿 遷 學 院 機 電 系 自 動 化 學 科 - 32 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫第四章 執(zhí)行器與

51、安全柵41執(zhí)行器 1執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控制器送來的控制信號轉換 成執(zhí)行動作， 從而操縱進入設備的能量， 將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一 定 的 范 圍 機 電 系 自 動 化 學 科 - 33 - 79過程控制系統(tǒng)試題庫 于閥芯的形狀。常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有四種：（ 1）直線特性、（2）等百分比（對數(shù)）特性、 （3）快開特性、（4）拋物線特性 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性： 實際使用時， 調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。 管道 對流體的阻力隨流量而變化， 閥前后壓差也是變化的， 這時流量特性會發(fā)生畸變。 為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差 PT 的變化范圍，以閥權度 s 表示調(diào)節(jié)

52、閥全開時，閥 前后最小壓差 PTmin 與總壓力 P 之比。5調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù) C值表示。流量系數(shù) C 的定義：在閥兩端壓差 100kPa，流體為水（ 10Kgm）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（ m /h）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為 100kPa時，流經(jīng)閥的水流量為 20 m /h，則 該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為： C=20。在調(diào)節(jié)閥技術手冊上，給出了各種閥門的口徑和流通能力 C ，供用戶查閱。 實際應用中閥門兩端壓差不一定是 100kPa，流經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因 此必須換算。 液體流量系數(shù) C 值的計算：氣體、蒸汽 C 值的計算：6（PPT例）42安全

53、柵42-1安全防爆的基本概念1安全柵（又稱防爆柵）是防止危險電能從控制系統(tǒng)信號線進入現(xiàn)場儀表的安 全保護器。2不同的危險等級對電氣設備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設備屬類設 備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設備屬類設備； 有爆炸性粉塵的工廠用電氣設 備屬類設備。對于類電氣設備，電路電壓限制在 30VDC 時，各種爆炸性混合物按最小引爆 電流分為三級。42-2安全火花防爆系統(tǒng)1電動儀表存在電路打火的可能。如果從電路設計就開始考慮防爆，把電路在 短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點火能 量之下 ，則 此儀表稱為安 全火花防 爆宿 遷學院 機電系 自 動化 學科 - 34

54、 -79過程控制系統(tǒng)試題庫儀表。2安全火花防爆儀表只能保證本儀表機電系自動化學科- 35- 79過程控制系統(tǒng)試題庫3為什么說百分比特性又叫對數(shù)特性？與直線特性比較，它有什么特點？ 簡答：等百分比（對數(shù)）流量特性： 單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的 相對開度成對數(shù)關系：-1）L 等百分比（對數(shù)）流量特性曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量小 時，流量變化??；流量大時，流量變化大。等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不 同，但對流量的控制力卻是相同的。 直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相 同的，但其對流量的控制力卻是不同的。4什么叫調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍？在串聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會變

55、化？ 簡答：控制閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比 R，為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比 值。，其中 Qmin 不是指閥門全關時的泄漏量， 而是閥門能平穩(wěn)控制 的最小流量，約為最大流量的 2 4%。一般閥門的可調(diào)比 R=30。 在串聯(lián)管道中， 因為隨著流量的增加， 管道上的壓力損失增加， 使得閥全開時的 流量 Qmax 降低、可調(diào)范圍降低。5什么是串聯(lián)管道中的閥阻比 S？ S 值的變化為什么會使理想流量特性發(fā)生變 化？簡答：閥阻比 S表示存在管道阻力的情況下， 閥門全開時， 閥門前后的最小壓差 與系統(tǒng)總壓差 p0 之比： 。存在管道阻力的情況下， ，可調(diào)范圍減小。隨著 S 的減小，直線特性漸漸 趨近于快開特性， 等百分比特性漸漸趨近于直線特性。 閥阻比 S的值愈小， 流量 特性變形的程度愈大。實際使用中，一般 S 的值不低于 0.3。宿遷學院 機電系 自動化學科 - 36 -79