化工仪表及自动化复习题(期中)

化工仪表及自动化复习题（1）

第一章自动控制系统的基本概念

1．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）理解自动控制系统中常用的几个术语，掌握方块图的意义及画法。

（3）掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。

2．复习题：

1．何谓化工自动化

所谓自动化是在工艺设备上，配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的（部分）直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，也即：用自动化装置来管理设备（生产过程），使之的正常运行。

2．自动控制系统主要由哪些环节组成各部分的作用是什么自动控制系统主要由被控对象、测量元件及变送器、执行器、控制器组成。其作用：测量元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定信号；控制器将测量元件及变送器送来的测量信号与给定值相比较得出偏差，根据其大小按某种规律进行运算后，将运算结果用特定信号发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号相应地改变流入（或流出）被控对象的物料或能量，克服干扰的影响。

'

3．简述过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义

过渡过程的基本形式有：衰减振荡过程、非振荡衰减过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。

最大偏差A：指过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值；衰减比：是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的峰值之比；余差：过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值的差值；过渡时间：控制系统受干扰作用后，被控变量从原稳定状态回复到新的平衡状态所经历的最短时间。

4．什么叫负反馈

将系统的输入信号直接或经过一些环节后又返回输入端并且使原信号减弱的作法叫负反馈。

5

中的被控变量、

`

操纵变量、及可能

引起的干扰各是什么

@

TT

TC

载热体

附图：反应釜温度控制系统

解：被控变量：釜温；

操纵变量：载热体的流量；

可能引起的干扰各是加料的流量、温度及载热体的温度等。方块图为：

干扰

给定值

@

6．某发酵过程工艺规定操作温度为40±2ºC。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6ºC。现设计一定值控制系统，在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。试确定最大偏差、衰减比、余差及过渡时间，并回答该系统能否满足工艺要求

解：由反应曲线可知；

最大偏差A=45-40=5ºC；

余差C=41-40=1ºC；

衰减比1:4

41

42

41

45

=

-

-

=

'

=

B

B

n；

过渡时间由题要求，被控变量进入新稳态值的±2%就可认为过渡过程已结束，那么限制范围应是82

.0

%

2

41±

=

⨯ºC；由图可看出，过渡时间m in

23

=

s

T。

）

`控制阀反应釜

TT

T

第二章被控对象的特性

1．基本要求：

（1）了解用机理建模的方法建立简单对象的数学模型。

（2）掌握表征对象特性的三个参数K、T、τ的物理意义及其对控制过程的影响。

2．复习题：

[

1．什么是对象的特性什么是对象的数学模型

被控对象的特性是指当被控对象的输入量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化快慢程度及最终变化的数值等。定量地表达对象输入输出关系的数学表达式，称为对象的数学模型。

2．简述对象特性参数的物理意义及其对控制过程的影响。

放大倍数K：放大倍数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与出入的变化量之比，由于放大倍数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大倍数是描述对象静态特性的参数。放大倍数K大，控制作用强，但K过大会使系统的稳定性下降。

时间常数T：时间常数T是指当对象受阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。时间常数T等于对象的容量系数与阻力系数的乘积，即：=。时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态T⨯

R

C

参数。时间常数T大被控变量的变化比较缓慢，但过渡时间变长；若时间常数T小则被控变量的变化速度快，不易控制，所以T应适中考虑。

τ与容滞后时间τ：对象的输出落后于输入变化的时间为滞后时间τ，它是纯滞后时间

0τ的总和。纯滞后一般由于介质的输送或能量的传递需一定时间引起；容量滞

量滞后时间

h

后则由于介质的输送或能量的传递需克服一定的阻力所致。滞后时间τ的存在，使得控制作用总落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，使控制质量下降。因此应尽量减小滞后时间τ。

3．为了测定某物料干燥筒的对象特性，在某一瞬间突然将蒸汽量从25m 3/h 增加到28m 3/h ，物料出口温度记录仪得到的响应曲线如图所示。试写出描述物料干燥筒特性的微分方程（温度变化作为输出变量，加热蒸汽的量作为输入变量；温度测量仪表的测量范围0~200ºC ；流量测量仪表的测量范围0~40m 3/h ）。

解：由阶跃反应曲线可知： 放大倍数240/)2528(200/)120150(=--=

K …

时间常数T=4min

滞后时间τ=2min 所以，物料干燥筒特性的微分方程为：

)(2)2()2(t t T dt

t dT θ=+++ 式中：T —物料干燥筒温度变化量；

θ—加热蒸汽流量变化量。

第三章 化工变量的测量及仪表

1．基本要求：

（1）熟悉检测仪表的主要性能指标。

（2）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。

@

（3）了解各种流量计的测量原理，重点掌握差压式流量计及转子流量计。

（4）了解各种液位的测量方法，初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。

（5）掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理，熟悉热电偶温度计中冷端温度补偿方