化工过程控制复习答案1Word下载.docx
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2.
题4图
附图所示为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307：
第3工段第07号压力指示仪表，就地安装；
TRC-303：
第3工段第03号具有指示、记录功能的温度控制器，集中仪表盘面安装；
FRC-305：
第3工段第05号具有指示、记录功能的流量控制器，集中仪表盘面安装。
3.在研究控制系统时，为什么常采用阶跃信号作为系统的输入信号？
因为阶跃信号具有突发性，比较危险，且持续时间较长，对被控变量的影响较大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种扰动的影响，那么对于其他比较缓和的扰动也一定能够很好地克服。
另外，阶跃信号的数学表示形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
4.自动控制系统衰减振荡过渡过程主要有哪些品质指标？
最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。
5.
题8图
某温度控制系统在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如附图所示。
已知系统给定值为40℃，试问该过渡过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（按温度进入2%新稳态值即视为达到稳定来确定）和振荡周期分别是多少？
解：
最大偏差：
A=45-40=5℃；
余差：
C=41-40=1℃；
衰减比：
n=B/B=（45-41）/（42-41）=4:
1；
过渡时间：
ts=23min；
振荡周期：
T=18-5=13min
第2章被控对象的数学模型
1.对象的通道是指由对象的输入变量至输出变量的信号联系。
2.对象的干扰通道是指干扰作用至被控变量的信号联系。
3.对象的控制通道是指操纵变量至被控变量的信号联系。
4.描述对象特性的三个参数分别是放大系数、时间常数、滞后时间。
5.时间常数是表示对象受到输入作用后，其输出变化快慢的参数。
6.对象纯滞后产生的原因是物料的输送或热的传递需要一段时间。
7.对象容量滞后产生的原因是物料或能量的传递需要通过一定的阻力。
8.已知某一阶对象的时间常数为5，放大系数为10，则描述该对象特性的微分方程式为
。
1.被控对象的特性是指（A）
A．被控对象的输入与输出之间的关系B．扰动变量与操纵变量之间的关系
C．操纵变量与被控变量之间的关系D．整个自动控制系统的输入与输出之间的关系
2.控制通道是指（B）
A．操纵变量至扰动变量的信号联系B．操纵变量至被控变量的信号联系
C．扰动变量至被控变量的信号联系D．输入变量至被控变量的信号联系
3.不具有自衡特性的是（C）
A．一阶对象B．二阶对象C．积分对象D．纯滞后一阶对象
4.属于对象的静态特性参数的是（A）
A．放大系数B．时间常数C．纯滞后时间D．容量滞后时间
5.对于控制通道来说，放大系数K大，说明（C）
A．操纵变量对被控变量的影响小B．干扰变量对被控变量的影响小
C．操纵变量对被控变量的影响大D．干扰变量对被控变量的影响大
6.干扰通道的放大系数K小，表明（B）
7.某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得如附图所示的响应曲线，则该对象的放大系数和时间常数分别为（D）
A．6，5B．5，3C．10，6D．5，6
8.
题9图
C．
9.
题10图
某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得如下图所示的响应曲线，则该对象的放大系数、时间常数和纯滞后时间分别为（D）
A．5，10，5B．10，5，10C．10，10，10D．5，5，5
10.某被控对象特性可用微分方程
表示，则该对象的放大系数和时间常数分别为（B）
A．4，2B．2，4C．2，1D．4，1
1.已知某对象特性可用微分方程
来表示，试写出其阶跃响应函数（阶跃输入时刻t0=0），并说明各符号的含义。
。
式中，y为对象输出变化量，K为放大系数，T为时间常数，t为时间，A为阶跃输入的幅值。
2.为了测定某物料干燥筒的对象特性，在t0=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。
试写出描述物料干燥筒特性的微分方程。
放大系数
，时间常数T=6-2=4min，纯滞后时间=2min。
所以，对象特性的微分方程为
式中，y是物料干燥筒温度变化量；
x是加热蒸汽流量变化量。
计算题：
1.某温度对象在单位阶跃输入信号作用下，其被控变量的变化曲线如附图所示。
试求该对象的放大系数和时间常数。
（已知
）
题1图
从图中可以看出，该对象是一阶对象，动态方程为
其阶跃响应函数（温度变化量与时间的关系）为
放大系数：
将t=5min，y（t）=76-60=16代入阶跃响应函数，即
可解出时间常数：
T=3.1min。
分析题：
1.试分析不同通道的对象特性参数（K、T和）对自动控制系统的影响。
控制通道：
放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响大，即控制作用对干扰的补偿能力强，余差也小；
放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。
但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下，时间常数T大，则响应慢、控制作用迟缓、过渡时间长、超调量大；
时间常数T小，则响应快、控制及时、过渡时间短、超调量小；
但T太小，会使响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。
滞后时间的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。
因此，应尽量减小滞后时间。
干扰通道：
放大系数K大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；
放大系数K小，既使干扰较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T大，干扰作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。
纯滞后的存在，相当于将干扰推迟0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质，而容量滞后h的存在，则将使干扰的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。
试
第3章检测仪表与传感器
1.仪表的精确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。
2.工业上将仪表绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示，称为相对百分误差。
3.某压力表量程为0～100kPa，在50kPa处计量检定值为49.5kPa，那么该表在50kPa处的相对百分误差等于0.5%。
4.仪表的允许误差是指在规定的正常情况下仪表允许的最大相对百分误差。
5.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。
6.弹性式压力计中，常用的三种弹性元件分别是弹簧管、薄膜、波纹管。
7.弹性式压力计是根据弹性元件受力变形原理，将被测压力转换成位移信号来进行测压的。
8.压力传感器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号输出。
9.差压式流量计是基于流体流动的节流原理来进行流量测量的。
10.节流式流量计中，常用的三种节流元件分别是孔板、喷嘴、文丘里管。
11.差压式液位变送器零点迁移的目的是使H=0时，变送器输出为I0,min（如4mA）。
12.差压式液位变送器零点迁移的实质是改变变送器的零点。
13.热电偶温度计是根据热电效应原理来测量温度的。
14.热电偶产生热电势的条件是两热电极材料不同且两接点温度不同。
15.热电偶的分度表是以冷端温度等于0℃为基准来分度的。
16.在0～100℃范围内，补偿导线与其所连接的热电偶应具有相同的热电特性。
17.补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。
18.热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的。
1.某压力表刻度为0～100kPa，在50kPa处计量检定值为49.5kPa，那么在50kPa处仪表的绝对误差、相对误差、相对百分误差分别是（D）
A．0.5kPa，0.5%，1%B．0.5kPa，0.5%，0.5%
C．0.5kPa，1%，1%D．0.5kPa，1%，0.5%
2.压力传感器的作用是（C）
A．把压力信号检测出来，并转换成位移信号输出
B．把电信号检测出来，并转换成压力信号输出
C．把压力信号检测出来，并转换成电信号输出
D．把位移信号检测出来，并转换成电信号输出
3.下列属于弹性式压力计的是（C）
A．U型管压力计B．热电偶C．波纹管式压力计D．霍尔片式压力传感器
4.根据“化工自控设计技术规定”，测量稳定压力时，压力计的测量上限值应大于等于最大工作压力的（A）
A．3/2倍B．2倍C．5/3倍D．3倍
5.根据“化工自控设计技术规定”，测量脉动压力时，压力计的测量上限值应大于等于最大工作压力的（B）
6.关于压力表的安装说法有误的是（C）
A．测量液体压力时，取压点应在管道下部
B．测量气体压力时，取压点应在管道上部
C．测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向平行
D．导压管水平安装时应保证有一定的倾斜度
7.下列不属于速度式流量计的是（D）
A．差压式流量计B．转子流量计C．涡轮流量计D．椭圆齿轮流量计
8.节流式流量计是根据（A）
A．流体流经节流装置时产生的压力差来测量流量的
B．压降不变，节流面积的变化来测量流量的
C．流体流经节流装置时产生的速度变化来测量流量的
D．流体流经节流装置时产生的机械能损失来测量流量的
9.在节流面积不变的条件下，以差压的变化来反映流量大小的是（C）
A．转子流量计B．旋涡式流量计C．孔板流量计D．电远传式转子流量计
10.在节流式流量计中，要用到节流元件，常用的节流元件是（C）
A．转子、孔板、喷嘴B．孔板、皮托管、文丘里管
C．孔板、喷嘴、文丘里管D．转子、孔板、皮托管
11.关于转子流量计，下列叙述不正确的是（D）
A．基于节流原理B．不适宜测脏污介质
C．适用于小流量测量D．是标准化仪表
12.
使用时要注意“零点迁移”问题的液位计是（C）
A．玻璃式液位计B．浮标式液位计
C．差压式液位计D．电气式液位计
13.附图所示的差压变送器测量液位时，差压变送器的零点（A）
A．需要正迁移B．需要负迁移
C．不需要迁移D．不能进行迁移
14.热电偶温度计是根据（D）
A．物体受热时体积膨胀的性质来测量温度的
B．金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的
C．半导体元件的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的
D．热电效应来测量温度的
15.在热电偶回路中接入第三种导线，以便测量其热电势。
为了保证热电势的数值不受影响，所接入的第三种导线应满足的条件是（A）
A．两端温度相同B．与热电偶具有相同热电特性
C．纯金属，不含任何杂质D．无需满足任何条件
16.用热电偶测温时，常采用补偿导线。
补偿导线的作用是（B）
A．为了接入其他测量仪表B．为了延伸冷端，使冷端远离热端
C．与第三导线的作用相同D．为了改变整个回路中的热电势
17.工业热电阻温度计是根据（B）
18.一支分度号为Pt100的热电阻，说明它（D）
A．在室温时的电阻值为100ΩB．在100℃时的电阻值为100Ω
C．在20℃时的电阻值为100ΩD．在0℃时的电阻值为100Ω
1.简述差压式流量计测量流量的原理。
差压式流量计的测量原理，是基于在充满流体的管道内安装节流装置，当流体流过该节流装置时，由于流体流束的局部收缩而使流速加快、静压力降低，于是在节流装置前后便产生了静压差。
此静压差的大小与流体流量有关，流量愈大，静差压也愈大，因此只要测出静差压就可以确定流体流量。
2.简述转子流量计与差压式流量计在工作原理上的区别。
差压式流量计采用的是恒节流面积、变压差的流量测量方法，即在节流面积（如孔板流通面积）不变的条件下，以压差变化来反映流量的大小。
而转子流量计采用的是恒压差、变节流面积的流量测量方法，即以压差不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小。
3.如何判断差压式液位变送器的“无迁移”、“正迁移”和“负迁移”？
当液位高度H=0时，若变送器正、负压室的压差p=0，则为无迁移；
当H=0时，若p<
0，则为负迁移；
当H=0时，若p>
0，则为正迁移。
4.简述热电偶温度计的测温原理。
以热电效应为基础进行测温的。
两种不同材料的导体A和B，将两端连接在一起，组成闭合回路。
如果将两个接点分别置于温度为t和t0（tt0）的热源中，则该回路内就会产生热电势。
对于确定的热电偶，若冷端温度t0保持不变，则热电势就成为热端温度t的单值函数，而与热电偶的长短、直径无关。
因此，只要测出热电势的大小，就能确定被测温度的高低。
5.在使用热电偶补偿导线时，需要注意哪几点？
应注意型号相配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接端所处温度不应超过100℃。
6.简述热电偶与热电阻在测温原理上的区别。
热电偶是以热电效应为基础，将温度的变化转化为热电势的变化来测量温度的；
热电阻是以电阻热效应为基础，将温度的变化转化为电阻值的变化来测量温度的。
1.某压力变送器测量范围为0～400kPa，在校验时测得的最大绝对误差为-5kPa，试计算该变送器的最大相对百分误差，并确定其精度等级。
（已知国产仪表常用精度等级有：
0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等）
校验所得，仪表的最大相对百分误差为
去掉“”和“%”，该变送器的精度等级应为1.25级，但国家规定的精度等级中没有1.25级，因而应取低一级的精度，即1.5级
2.现有一只以水标定的转子流量计用来测量某液体的流量，已知转子材料的密度为10.0g/cm3，被测液体的密度为2.0g/cm3，试问流量计读数为3.6L/s时，被测液体的实际流量是多少？
题7图
修正公式
因此
3.现有A、B和C三种导体构成热电偶回路，各接点温度如附图所示。
已知eAB（240℃）=9.747mV，eAB（50℃）=2.023mV，eAC（50℃）=3.048mV，eAC（10℃）=0.591mV。
试求该回路的总热电势。
解法一：
E=eAB（240）+eBC（50）+eCA（10），
而eAB（50）+eBC（50）+eCA（50）=0
E=eAB（240）+eCA（10）-eAB（50）-eCA（50）=10.181mV
解法二：
利用中间导体定律
E=eAB（240）+eBA（50）+eAC（50）+eCA（10）=10.181mV
4.用K热电偶测某设备的温度，测得的热电势EK为20mV，冷端（室温）为25℃，求设备的温度？
如果改用E热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势EE为多少？
已知两种热电偶的分度表中部分数据如下：
温度/℃
25
285
300
485
509
510
EK/mV
1.0
11.6
12.2
20
21
21.1
EE/mV
1.5
35.7
37.7
37.8
（1）由题意知，
；
所以，
℃
（2）
5.某现场采用Cu50的铜热电阻测量温度，已测得热电阻Rt为80，试计算现场测温点处的实际温度为多少？
（已知R100=71.4）
根据电阻值与温度的关系
将R0=50，R100=71.4代入，可得
1.在热电阻使用过程中，经常会出现如下一些问题，试分析其产生原因。
（1）显示仪表指示值低于实际值或者指示不稳定；
（2）显示仪表指示无穷大；
（3）显示仪表指示负值；
（4）阻值与温度的关系有变化。
（1）可能是由于保护管内有金属屑、灰尘或接线柱间积灰，以致造成接触不良，接触电阻增大，也可能是由于热电阻短路造成的。
（2）由于热电阻断路或是引出线断路造成的。
（3）显示仪表与热电阻接线有错误，或是热电阻短路了。
（4）可能是由于电阻丝受腐蚀变质造成的。
第4章显示仪表
1.配热电阻的动圈仪表是根据不平衡电桥原理来测量热电阻变化的。
2.热电阻测温常采用三线制接法，其目的是消除连接导线电阻造成的附加误差。
3.为了消除连接导线电阻造成的附加误差，热电阻测温常采用三线制接法。
4.自动电子电位差计是根据电压平衡原理来测量热电势的。
5.A/D转换的功能是使连续变化的模拟量转换为断续变化的数字量。
6.数字式显示仪表主要由模-数转换、非线性补偿和标度变换三大部分组成。
1.热电阻测温常采用“三线制”接法，其目的在于（C）
A．使回路电阻为定值B．获得线性刻度
C．消除连接导线电阻造成的附加误差D．使工作电流为定值
自动电子电位差计是根据（B）
A．平衡电桥原理测量热电阻变化的
B．电位平衡原理来测量被测电势的
C．不平衡电桥原理测量热电阻变化的
D．平衡电桥原理测量被测电势的
3.图示为我国统一设计的XW系列自动电子电位差计的测量桥路原理图，图中，热电偶的冷端温度补偿电阻是（C）
A．RGB．R4
C．R2D．RB
4.自动电子电位差计的测量桥路与热电偶之间的连接方式是（C）
A．热电偶连接在测量桥路中B．三线制连接
C．热电偶连接在测量桥路的输出回路中D．连接方式应视具体情况而定
题11图
自动电子平衡电桥的测量桥路与热电阻之间的连接方式是（A）
A．热电阻连接在测量桥路中B．热电阻采用两线制连接在测量桥路的输出回路中
C．热电阻采用三线制连接在测量桥路的输出回路中D．连接方式应视具体情况而定
6.某热电偶测温系统如附图所示，显示仪表应选用（D）
A．动圈式仪表B．不平衡电桥
C．电子平衡电桥D．电子电位差计
7.在数字式显示仪表中，A/D转换的主要任务是（C）
A．将信号处理成线性特性，以提高仪表测量精度
B．将工艺变量转换为电压或电流值
C．使连续变化的模拟量转换为断续变化的数字量
D．将较小的输入信号放大至伏级电压幅度
1.简述热电阻的三线制接法及其采用原因。
三线制接法就是从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相连的两根导线分别接入桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相连。
采用三线制接法是为了消除连接导线电阻造成的附加误差。
题3图
图示为国产电子电位差计的测量桥路原理图，试问电阻R2、RG、RM、RP和R4各起什么作用？
R2：
热电偶冷端温度补偿；
RG：
决定仪表测量下限；
RM：
决定仪表量程范围；
RP：
滑线电阻；
R4：
上支路限流电阻。
3.
图示为国产电子电位差计的测量桥路原理图，试问它是如何实现对热电偶冷端温度自动补偿的？
电阻R2用铜丝绕制，让R2与热电偶冷端处于同一温度。
铜电阻的阻值随着温度升高而增加，则R2上的电势也增加，而热电偶的热电势却随冷端温度的升高而降低。
如配置得当（因温度变化而引起的铜电阻R2上的电势变化量恒等于热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值），就可以达到温度补偿的目的。
4.简述电子电位差计与电子平衡电桥在工作原理上的区别。
（电子电位差计是根据电压平衡原理来测量热电势的，而电子平衡电桥是根据平衡电桥原理来测量热电阻变化的。
在测量时，两者的测量桥路所处的状态有何区别？
电子电位差计是根据电压平衡原理来测量热电势的，而电子平衡电桥是根据平衡电桥原理来测量热电阻变化的。
前者在测量时，测量桥路处于不平衡状态，有不平衡电压输出，它与被测电势大小相同，而极性相反，这样才能与被测电势相补偿，从而使仪表达到平衡状态。
而后者，当仪表达到平衡时，测量桥路本身处于平衡状态，无输出。
第5章自动控制仪表
1.比例积分控制规律的输出与输入之间的关系是
2.比例积分微分控制规律的输出与输入之间的关系是
3.单元组合式比例控制器的放大倍数KP与比例度的关系为
4.某单元组合式比例控制器的比例度=50%，则其比例放大倍数KP=2。
5.积分控制规律具有能消除余差的优点。
1.积分控制规律的特点是（D）
A．反应快，控制及时，有余差存在B
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