374#化工仪表及自动化.docx
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374#化工仪表及自动化
化工仪表及自动化1
一．判断并改错（每题2分，10题共20分）
（√）1．在自动控制系统方快图中，控制阀的输出信号q在任何情况下都是指向被控对象的，且任何一个简单的自动控制系统都是一个闭环系统。
（√）2．控制系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。
由于在大多数情况下，都是希望得到衰减震荡过程，所以取衰减震荡过程的过渡过程形式来讨论控制过程的品质指标。
（×）3．变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表一定全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
（×）4．时间常数T可以理解为：
当对象受到阶跃输入作用后，被控变量按初始的变化速度达到新的稳态值的63.2%所需的时间。
（√）5．操纵变量的选择一般是在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的，作为操纵变量。
（√）6．对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位数值间隔所代表的被测参数变化量。
（×）7．在固定床反应器中，如反应器内反应温度过高，造成催化剂烧结，则进出口压差增大减小。
（√）8．目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等；一般0.05级以上的仪表常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多是0.5以下的。
（√）9．随动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且这种变化不是预先规定好了的。
（√）10．反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指标。
二．简述（每题4分，8题共32分）
1．在自动控制系统中，执行器起的作用
执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分。
它的作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
2．试述差压式液位变送器的工作原理。
差压式液位变送器，是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。
3．如何选择控制器的正反作用。
选择控制器的正反作用应该使在被控变量值偏高时，则控制作用应使之降低；反之，被控变量值偏低时，则控制作用应使之升高。
4．分程控制系统的特点及应用场合。
1、可用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。
2、可用于控制两种不同的介质，以满足工艺生产的要求。
3、用作生产安全的防护措施。
5．说明为什么用热电偶测温时要进行冷端温度补偿。
用热电偶测温时，冷端一般延伸到温度较低或操作室，所以冷端往往高于0℃，而且不恒定，这时热电偶所产生的热电势必然偏小。
且测量值也随着冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。
6．微分控制规律是什么，有何特点。
微分控制规律是控制器的输出信号与偏差信号的变化速度成正比。
优点：
超前控制，控制及时。
缺点：
它的输出不能反映偏差的大小。
7．双位控制规律的优缺点。
控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开关两个极限位置。
优点：
结构简单、成本低、易于实现；缺点：
易损坏。
8．离心泵喘振产生的原因。
出现喘振的主要原因是入口介质密度发生变化引起的。
引起入口介质变化的原因很多，如温度变化、由于压力变化引起的溶解气体量的变化、入口液位变化等等。
当泵的设计工作区比较靠近失速区时，上述任一因素变化都会引起泵的工作转速变化，而使工作点飘逸的失速区附近，引起泵的暂时性喘振。
三．综述题（每题6分，5题共30分）
1．测温元件的安装要求。
（1）在测量管道温度时,应保证测温元件与流体充分接触,以减少测量误差。
（2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。
（3）测温元件应有足够的插入深度,以减小测量误差。
（4）若工艺管道过小（直径小于80mm）,安装测温元件处应接装扩大管。
（5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上,以避兔雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量。
（6）为防热量散失,测温元件应插在有保温层的管道或设备处。
（7）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气进入，使读数降低。
2．电子电位计与电子平衡电桥的异同点。
1、输入的信号不同：
电位差计是电势电子平衡电桥是电阻
2、两者的原理不同：
不平衡，有电压输出平衡，桥路无输出
3、补偿问题：
需要冷端补偿，两线制不需要冷端补偿，三线制
4、测量元件与桥路的连接方式不同：
在电桥的回路中在电桥中
5、稳压电源：
直流直流、交流
3．积分饱和现象及产生的条件。
在选择性控制系统中，任何时候选择器只能选中两个控制器的其中一个，被选中的控制器其输出送往执行器，而未被选中的控制器则处于开环工作状态。
这个处于开环工作状态下的控制器如果具有积分作用，在偏差长期存在的条件下，就会产生积分饱和。
产生积分饱和的三个条件：
（1）控制器具有积分功能
（2）控制器处于开环工作状态
（3）控制器的输入偏差长期存在
4．控制器的比例度对控制过程有何影响，选择比例度时应注意什么。
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，则过渡过程曲线越振荡。
比例度过小时就可能出现发散振荡。
当比例度大时即放大倍数Kp小，在于扰产生后，控制器的输出变化较小，控制阀开度改变较小，被控变量的变化就很缓慢；当比例度减小时，Kp增大，在同样的偏差下，控制器输出较大，控制阀开度改变较大，被控变量变化也比较灵敏，开始有些振荡，余差不大，比例度再减小，控制阀开度改变更大，大到有点过分时，被控变量也就跟着过分地变化，再拉回来时又拉过头，结果会出现激烈的振荡，当比例度继续减小到某一数值时系统出现等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度。
选择比例度时，一般除反应很快的流量及管道压力等系统外，这种情况大多出现在选择比例度时＜20％时，当比例度小于临界比例度时，在干扰产生后将出现发散振荡，这是很危险的。
工艺生产通常要求比较平稳而余差又不太大的控制过程，一般地说，若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。
反之，比例度就要选大些以保证稳定。
5．说明为什么用热电阻测温时要用三线制和外接调整电阻。
用热电阻测温时，感温元件-热电阻是作为不平衡电桥的一部分，其上面导线的电阻随温度而变化，为防止阻值的变化全部加到电桥的一个桥路上，所以采用三线制。
三线制接法就是从热电阻引出三根导线，为克服因连接导线长短不同而引起的测量误差，一般规定连接导线的电阻值为5Ω，在实际使用时，若每根连接导线电阻不足5Ω时，则须用外接调整电阻来补足，使外接电阻凑足5Ω。
四．综合题（2题共18分）
1、下图为间歇式生产的化学反应过程，控制系统为分程控制。
利用A、B两台控制器，分别控制冷水、蒸汽两种不同的介质，控制器为正作用。
①说明控制阀A、B应选为气开还是气关式；
A气开B气关
②工作原理；
当反应器内温度低时，控制器TC是正作用，输出的信号小，启动阀门B，随着反应器内温度的升高，输出的信号逐渐增大，阀门B逐渐关小，当达到规定的温度时，阀门B全关；当反应器内温度超过给定值时，输出的信号大，启动阀门A，随着反应器内温度的升高，输出的信号逐渐增大，阀门A逐渐开大。
③画出A、B两个阀门的特性图；
④画出控制系统方框图。
2、下图为
控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开关两个极限位置。
优点：
结构简单、成本低、易于实现；缺点：
易损坏。
控制汽化压力的温控方案，说明控制类型；并说明这种控制方案的特点。
8．离心泵喘振产生的原因。
出现喘振的主要原因是入口介质密度发生变化引起的。
引起入口介质变化的原因很多，如温度变化、由于压力变化引起的溶解气体量的变化、入口液位变化等等。
当泵的设计工作区比较靠近失速区时，上述任一因素变化都会引起泵的工作转速变化，而使工作点飘逸的失速区附近，引起泵的暂时性喘振。
答案3.如何选择控制器的正反作用：
选择控制器的正反作用应该使在被控变量值偏高时，则控制作用应使之降低；反之，被控变量值偏低时，则控制作用应使之升高。
三．综述题
1．测温元件的布线要求
2．孔板流量计和转子流量计在测量原理上有何不同。
3．精馏段控温有什么特点，用在什么场合。
4．往复泵的控制方案有那几种，写出其中的一种的优缺点。
5．比例积分微分控制器的应用场合及有哪些可调参数。
参考答案：
1．测温元件的布线要求
（1）按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意热电偶的正、负极与补偿导线的正、负极相连接，不要接错。
（2）热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的要求。
（3）为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤，应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板。
（4）导线应尽量避免有接头。
应有良好的绝缘。
禁止与交流输电线合用一根穿线管，以免引起感应。
（5）导线应尽量避开交流动力电线。
（6）补偿导线不应有中间接头，否则应加装接线盒。
另外，最好与其他导线分开敷设。
2．孔板流量计和转子流量计在测量原理上有何不同。
差压式流量计，是在节流面积（如孔板流通面积）不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小。
而转子流量计，却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。
3．精馏段控温有什么特点，用在什么场合。
（1）由于采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此，它能较直接地反映精馏段的产品情况。
当塔顶产品纯度要求比塔底严格时，一般宜采用精馏段沮控方案。
（2）如果干扰首先进入精馏段，例如气相进料时，由于进料量的变化首先影响塔顶的成分，所以采用精馏段温控就比较及时。
4．往复泵的控制方案有那几种，写出其中的一种的优缺点。
往复泵的出口管道上不允许安装控制阀。
1、改变原动机的转速。
2、控制泵的出口旁路。
3、改变泵的冲程S。
5．比例积分微分控制器的应用场合及有哪些可调参数。
比例积分微分控制器适用于通道滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。
对于滞后很小或噪声严重的系统，应避免引入微分作用，否则会由于被控变量的快速变化引起控制作用的大幅度变化，严重时会导致控制系统的不稳定。
比例积分微分控制器的可调参数是比例放大系数（或比例度）、积分时间和微分时间。
6．热电偶测温时要进行冷端温度补偿，有哪些方法？
（1）冷端温度保持为零度的方法；
（2）冷端温度的修正方法；（3）校正仪表零点法；（4）补偿电桥法；（5）补偿热电偶法。
（1）控制器具有积分功能
（2）控制器处于开环工作状态
（3）控制器的输入偏差长期存在
8．孔板流量计的测量原理
差压式流量计，是在节流面积（如孔板流通面积）不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小。
三．综述题
1．压力计的安装要求。
2．精馏段控温有什么特点，用在什么场合。
3．离心泵的控制方案有那几种，写出其中的一种的优缺点。
4．均匀控制中控制器的控制规律应如何选择。
5．说明为什么用热电偶测温时要用补偿导线和冷端温度的补偿。
参考答案：
1．压力计的安装要求。
压力计的安装正确与否，直接影响到测量结果的准确性和压力计的使用寿命。
①压力计应安装在易观察和检修的地方。
②安装地点应力求避兔振动和高温影响。
③测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，分为被测介质密度大于和小于隔离液密度的两种情况。
总之，针对被测介质的不同性质-高温、低温、腐蚀、脏污、结晶、沉淀、粘稠等要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施。
④压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。
⑤当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应进行修正。
⑥为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。
2．精馏段控温有什么特点，用在什么场合。
（1）由于采用了精馏段温度作为间接质量指标，因此，它能较直接地反映精馏段的产品情况。
当塔顶产品纯度要求比塔底严格时，一般宜采用精馏段沮控方案。
（2）如果干扰首先进入精馏段，例如气相进料时，由于进料量的变化首先影响塔顶的成分，所以采用精馏段温控就比较及时。
3．离心泵的控制方案有那几种，写出其中的一种的优缺点。
1、控制泵的出口阀门开度。
当干扰作用使被控变量发生变化偏离给定值时，控制器发出控制信号，阀门动作，控制结果是流量回到给定值。
方案简单可行，应用广泛；但该方案机械效率低，控制阀上的压降大，损耗大，不经济。
2、控制泵的转速。
当泵的转速改变时，泵的流量特性曲线会发生改变。
方案简单可行，机械效率高；但该方案，一次性投资大。
3、控制泵的出口旁路。
将泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改变旁路阀门开启度的方法来控制泵的实际排出量。
该方案由于旁路消耗一部分高压能量，机械效率低，不经济，仅在特殊场合用。
4．均匀控制中控制器的控制规律应如何选择。
简单均匀控制一般为纯比例控制比例度很大，积分时间很大，不能用微分；
串级均匀控制：
主副控制器一般都是纯比例，只有要求较高时才适当引入积分作用。
5．说明为什么用热电偶测温时要用补偿导线和冷端温度的补偿。
由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单函数。
在实际应用时，由于热电偶的工作端（热端）与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，容易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。
为使热电偶的冷端温度保持恒定，必须把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但是，这样做要多消耗许多贵重的金属材料，是不经济的。
解决这个问题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。
用热电偶测温时，冷端一般延伸到温度较低或操作室，所以冷端往往高于0℃，而且不恒定，这时热电偶所产生的热电势必然偏小。
且测量值也随着冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。
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