化工自动化

绪论1化工自动化定义及意义，是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化
的简称。

加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

减轻劳动强度，改善劳动条件。

能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。

能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2化工自动化包括哪些内容？自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制。

第一章1自动控制系统定义，组成，功能，分类？定义，用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在收到为外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动控制回到规定数值范围，为此目的而设计的系统。

组成，a测量元件与变送器，测量液位，将其高低转化为特定的统一的输出信号，b自动控制器，接受变送器送来的信号并与设定参数比较得出偏差，按某种运算规则得出结果，并将此结果发送出去，c执行器，与普通阀门一样，不过能自动根据控制器送来的信号改变开启度，d被控对象，分类，将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

2，方块图概念？在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方框图来表示控制系统的组成。

3开环与闭环不同？开环系统：自动机在操作时，一旦开机，就只能是按照预先规定好的程序周而复始地运转。

这时被控变量如果发生了变化，自动机不会自动地根据被控变量的实际工况来改变自己的操作。

闭环系统：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态。

4正负反馈定义及特点？反馈信号取正直，使原来信号加强叫正反馈，反之负反馈。

5PID六方面？6静态动态定义？当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。

从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。

7过渡过程？系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。

8采用阶跃干扰的优点，及其形式？这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。

如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。

这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

形式，非周期衰减过程
衰减震荡过程等幅震荡过程发散震荡过程。

品质指标？偏差余差衰减比振荡周期过渡时间第二章，1被控对象特性？对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。

2数学模型？对象的数学模型指对象特性的数学描述。

静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。

3阶跃反应曲线法？特点是简易但精度较差。

如果输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了一个阶跃干扰，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也大。

但由于对象在阶跃信号作用下，从不稳定到稳定所需时间一般较长，这期间干扰因素较多，因而测试精度受到限制。

为提高测试精度就必须加大输入量的幅度，这往往又是工艺上不允许的。

4反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？放大系数K、时间常数T和滞后时间 ，K越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K实质上是对象的灵敏度。

时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间越长。

5.纯滞后与容量之后什么原因造成？对控制有什么影响？纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间而引起的，而测量点选择不当，测量元件安装不合适等原因也会造成纯滞后。

容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。

控制通道若存
在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低；干扰通道若存在纯滞后，相当于将干扰推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。

在控制通道，T增大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低；T减小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统控制质量提高。

但T不能太大或太小，且各环节时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。

在干扰通道，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响比较平稳，一般有利于控制。

6两个方程。

第三章。

1仪表性能指标？2压力计分类，基于什么原理？测压仪表按其转换原理不同，主要分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。

3弹性元件有哪几类，特点？主要的弹性元件有：弹簧管：可分为单圈弹簧管与多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000MPa的压力；膜片：可分为平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器；波纹管：这种弹性元件易变形，常用于微压与低压的测量。

4压力计选用安装，书47页。

5流量与总量定义？单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。

在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。

6流量计分类？速度式流量计容积式流量计质量流量计 7节流现象，节流方程？流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。

8压差式流量计原理，误差产生原因？基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。

被测流体工作状态的变动。

节流装置安装不正确。

孔板入口边缘的磨损。

导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确。

9转子流量计原理？转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。

9平衡方程及指示值修正。

10椭圆齿轮流量计特点，电磁流量计原理？适用于高黏度介质的流量测量。

测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。

入口端必须加装过滤器，使用温度有一定范围。

结构复杂，加工成本较高。

原理：是基于电磁感应定律工作的。

它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的。

11什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差 p≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移，在使用差压变送器测量液位时，一般压差与液位高度H之间的关系为：= 。

这就是一般的“无迁移”的情况。

当H＝o时，作用在正、负压室的压力是相等的。

12为什么用法兰式压差变送器？为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题。

13电容式物位计原理，特点？通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面，电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。

14核辐射物位计原理及特点？适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。

可在高温、烟雾等环境下工作。

但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。

15膨胀式温度计，压力式温度计原理？利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理。

应用压力随温度变化的原理测温。

16热电偶温度计原理组成？热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。

17用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。

热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。

若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。

（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。

18为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？用廉价的补偿导线代替
热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。

使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。

19测温原理，常用热电阻种类R0各多少？用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的，常用热电阻的种类：Pt10、Pt100、Cu50、Cu100。

R0分别为：10Ω、100 Ω 、50 Ω 、100 Ω 。

第四章，1控制器控制规律？ 控制器的输出信号与输入信号之间的关系，p=f （e) 2基本控制规律，优缺点，重要参数，过程特征？a 双位控制，优，结构简单、成本较低、易于实现，缺，控制质量不高 ;被控变量会振荡 参数，振幅周期，特征，适用于对象容量大 ,负荷变化小 ,控制质量要求不高 ,允许等幅振荡 ，b 比例控制，优，反应快，控制及时，缺，存在余差，参数，比例度，特征，适用于对象容量大 ,负荷变化不大、纯滞后小 ,允许有余差存在 ,例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统。

c 积分控制，优，能消除余差 缺，积分作用控制缓慢 ;会使系统稳定性变差，参数，比例度，积分时间，特征，对象滞后较大 ,负荷变化较大 ,但变化缓慢 ,要求控制结果无余差。

此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象 ，d 微分控制，优，响应快、偏差小、能增加系统稳定性;有超前控制作用,可以克服对象的惯性，缺，控制结果有余差，参数，比例度δ、积分时间 TI 和微分时间 TD 。

特征，适用于对象滞后大,负荷变化不大,被控变量变化不频繁,控制结果允许有余差存在 。

e 比例积分微分PID 优，控制质量高;无余差; 缺，参数整定较麻烦 特征，对象滞后大;负荷变化较大,但不甚频繁;对控制质量要求高。

例如精馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统及某些成分控制系统 。

3比例度定义，物理意义,计算?是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。

使控制器输出变化满刻度时，输出偏差变化对应于指示刻度的百分数。

4DDZ_3电动控制器，特点，组成？1）采用国际电工委员会（IEC ）推荐的统一标准信号。

2）广泛采用现性集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。

3）Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24V DC 电源，并有蓄电池作为备用电源。

4）内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可作后备控制器使用。

主要由输入电路、给定电路、PID 运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。

第五章1执行器功能？ 接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。

2气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。

执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。

控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

附注机构，阀门定位器，手轮机构。

3控制阀特点？a 隔膜控制阀 ，结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。

不易泄漏。

耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。

b 蝶阀 ，结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。

c 球阀，转动球体可起到控制和切断的作用，转动球心使V 形缺口起节流和剪切的作用,其特性近似于等百分比型。

4什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位
移）间的关系：⎪⎭
⎫ ⎝⎛=L l f Q Q max 式中，相对流量Q/Q max 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L 是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。

5什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。

气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。

一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。

6理想流动特性？直线，对数抛物线辅助，看书。

老师留的课后习题。

第一章，6解，PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；
TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；
FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

11解，
其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。

22解，
其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。

可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。

该系统的过渡过程品质指标：
最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）；
由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B'=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n=B:B'=0.8:0.2=4；余差C=80.7-81= -0.3（℃）。

第三章，5解，
标准表读数
0 200 400 600 700 800 900 1000
/℃
被校表读数
0 201 402 604 706 805 903 1001
/℃
绝对误差/℃0 +1 +2 +4 +6 +5 +3 +1
由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；
(2)仪表误差：%6.0%1001000
6max ±=⨯±=δ， 仪表的精度等级应定为1.0级；
33解，因为转子流量计在流量变化时，转子两端的压降是恒定的；而差压式流量计在流量变化时，节流装置两端的压差也是随之改变的。

52解，差压液位计正压室压力
p 1=ρgh 1+ ρgH +p 0
负压室压力
p 2=ρgh 2+ p 0
正、负压室的压差
∆p =p 1-p 2= ρgH -(h 2-h 1) ρg
H =0时，∆p = -(h 2-h 1) ρg 。

这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H =0时，∆p =0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h 2-h 1) ρg
63解，认为换热器内的温度为430℃不对。

设换热器内的温度为t ，实测热电势为E (t ，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E (t ，30)= E (400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E 型）热电偶分度表，有
E (t ，0)= E (t ，30)+ E (30，0)= E (400，0)+ E (30，0)=28943+1801=30744μV
反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t =422.5℃
64解，是工业上用的热电偶温度计。

查分度号E ，可得160℃时的电势为10501μV ，这电势实际上是由K 热电偶产生的，即
V 10501)25,(μ=x t E
查分度号K ，可得V 1000
)0,20(μ=E ，由此可见， V 11501100010501)0,25()25,()0,(μ=+=+=E t E t E x x
由这个数值查分度号K ，可得实际温度t x =283℃。

第二章11,14 第三章62四五章自己找答案。