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