化工仪表简答题答案(完整版)

1、自动控制系统的概念及基本结构。

自动控制系统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、使它们在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。

该系统是由两部分构成的：控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。

通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。

被控对象：控制装置所要控制的生产设备。

2、自动控制系统中变送器、控制器、执行器的概念。

变送器—检测并变换成统一标准信号送到控制器（相当于人的眼睛）控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算，结果送给执行器（相当于人的大脑）执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控制（相当于人的手）。

3、自控系统的方块图基本结构。

方框图方框图是从信号流的角度出发，依据信号的流向将组成控制系统的各个环节相互连接起来的一种图解表达方式。

图。

问：被控变量？操纵变量？被控对象？画出控制系统方框图。

被控变量：物料出口温度操纵变量：蒸汽流量被控对象：换热器4、自控系统中给定值、被控变量、操纵变量、操纵介质、扰动、偏差的概念。

给定值（设定值）按照生产工艺的要求为被控变量规定的所要求达到或保持的数值称为给定值。

被控变量对象中需要进行控制（保持数值在某一范围内或按预定规律变化）的物理量称为被控变量。

操纵变量受到控制装置的操纵，用以使被控变量保持在设定数值的物料或能量的表示参数称为操纵变量。

操纵介质具体实现控制作用的物料叫操纵介质。

干扰（扰动）除操纵变量外，作用于对象并使被控变量发生变化的因素称为干扰。

偏差在理论上偏差应该是给定值与被控变量的实际之差。

但是我们只能获得测量值，所以通常把给定值与测量值之差作为偏差。

5、如何区别正反馈和负反馈？反馈信号使原来信号加强，叫正反馈。

凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，而正反馈则是凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同。

6、开环系统和闭环系统的区别。

(1)开环控制系统若系统的输出信号不反馈到输入端，也就不能形成闭合回路，这样的系统就称为开环控制系统。

开环系统的构成特点是简单、实用，但由于无反馈信息，控制的效果取决于控制模型是否准确适当、组成开环系统的各个环节是否稳定，系统任何部分的变化都可能影响控制的最终结果。

(2) 闭环控制系统系统的输出(被控变量) 通过某种方式一般为测量传感器送回到控制系统的输入端。

这样控制系统就形成了一个闭合的环路，称闭环控制系统。

在电子学中，将输出信号引回到输入端叫做反馈。

同理，闭环控制系统也是反馈控制系统，而且常用的是负反馈，负反馈可以使控制系统稳定。

多数控制系统都是闭环负反馈控制系统7、常见的典型信号有哪几种？各有什么特点？常见典型信号：阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。

阶跃干扰（阶跃输入）的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。

8、控制系统的性能指标主要包含几个？最大偏差或超调量：最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。

衰减比：是表示衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。

余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差，在图中以C表示。

偏差的数值可正可负。

过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。

振荡周期或频率：过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。

在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。

上升时间也是一个品质指标。

它是指干扰开始作用起至第一个波峰时所需要的时间。

显然，上升时间以短一些为宜。

9、参量模型与非参量模型的基本概念。

非参量模型：当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。

特点：形象、清晰，易看出定性特性，但缺乏数学方程的解析性质，一般由试验直接获取。

根据输入形式的不同，主要有阶跃反应曲线、脉冲反应曲线、矩形脉冲反应曲线、频率特性曲线等。

参量模型：当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。

对象的参量模型可以用描述对象输人、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。

本节所涉及的模型均为用微分方程描述的线性定常动态模型。

10、利用微分方程建立数学模型的基本步骤。

用微分方程描述对象模型根据系统的机理分析，列写系统微分方程的步骤:(1)确定系统的输入、输出变量；(2)从输入端开始，按照信号的传递顺序，依据各变量所遵循的物理、化学等定律，列写各变量之间的动态方程，一般为微分方程组；(3)消去中间变量，得到输入、输出变量的微分方程；(4)标准化：将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并且分别按降幂排列，最后将系数归化为反映系统动态特性的参数，如时间常数等。

11、如何利用微分方程建立水槽的数学模型？12、机理分析法存在哪些局限性？机理分析法的局限性：许多复杂的过程不能通过理论分析得出显性表达式；理论推导通常忽略一些影响因素，而这些因素对实际结果具有相当的影响；通过实验获得经验方程有时比理论推算更方便。

13、时域方法和频域方法各有什么特点？时域方法：求取对象的飞升曲线或方波响应曲线。

这种方法不需要特殊的信号发生器，在很多情况下可以利用调节系统中原有的仪器设备，方法简单，测试工作量小，应用广泛。

缺点是测试精度不高，对生产有一定影响。

频域方法：在对象输入端加以一种正弦波或近似正弦波，测出输入与输出之间的幅度比和相位差，得到对象的频率特性。

原理上和数据处理上都比较简单。

输入信号只是稳态值上下波动，对生产影响小，测试的精度比时域法高。

需要专门的超低频测试设备，测试工作量较大。

14、传递滞后和容量滞后的基本概念？1．传递滞后传递滞后又叫纯滞后，一般用τ0表示。

纯滞后的产生一般是由于介质的输送、能量传递和信号传输需要一段时间而引起的。

输送机将固体溶质由加料斗送至溶解槽所经过的时间，为纯滞后时间。

滞后期内无变化——新参数的作用结果还没有传递到输出点。

检测元件安装位置不合理，也是产生纯滞后的重要因素。

如检测点设得较远，信号传递将会引起较大的传递滞后，造成控制系统控制不及时。

2．容量滞后有些对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值，这种现象叫容量滞后或过渡滞后。

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。

容量滞后：滞后期内逐步产生微弱变化——新参数的作用结果受到容积量的缓冲。

15、压力有哪几种表示方式？绝对压力——单位面积所受到全部压力相对压力（表压）——绝对压力与大气压之差p表压= p绝对- p大气真空度（负压）——大气压与绝对压力之差p真空= p大气- p绝对16、测量压力的仪表有哪几种？1 ．液柱式压力计液柱式压力表是根据静力学原理，将被测压力转换成液柱高度来测量压力的。

这类仪表包括U 型管压力计、单管压力计、斜管压力计等。

2 ．弹性式压力计弹性式压力表是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成元件的位移来测量压力的。

常见的有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜片（或膜盒）式压力表。

3 ．活塞式压力计活塞式压力计是利用流体静力学中的液压传递原理，将被测压力转换成活塞上所加珐码的重量进行压力测量的。

这类测压仪表的测量精度很高，允许误差可小到0.05％~ 0.2% ，所以普遍用作标准压力发生器或标准仪器对其他压力表或压力传感器进行校验和标定。

4 ．压力传感器和压力变送器（电气式压力计）压力传感器和压力变送器是利用物体某些物理特性，通过不同的转换元件将被测压力转换成各种电量信号，并根据这些信号的变化来间接测量压力。

根据转换元件的不同，压力传感器和压力变送器可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、压电式、霍尔片式等多种形式。

17、弹性式压力计的工作原理是什么？有什么特点？工作原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的。

当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。

弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数千兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中广泛应用。

若增加附加装置，如记录机构、电气变换装置、控制元件等，则可以实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。

18、电气式压力计的基本组成结构框图是什么？19、电气式压力计中一般使用哪些表头？各有什么特点？常见压力变换器（压力探头）有：应变式压力变换器；压电电阻式压力变换器；电感式压力变换器；电容式压力变换器；霍尔片式压力变换器。

20、智能型压力变送器的基本结构框图为何？有哪些特点？智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。

3051C特点：具有远程通讯的功能依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数使用维护方便长期稳定工作，每5年才需校检一次3051C组成：传感膜头、电子线路板21、确定压力仪表的类型时，应该考虑哪些因素？(1)仪表类型的选用类型的选择，通常需要考虑以下因素：被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。

生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、记录或上下限报警等。

现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场等。

22、如何确定压力仪表的测量范围？仪表测量范围的确定仪表的测量范围是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围，它是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。

在测量压力时，为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损怀，压力计上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值。

23、差压式物位计的基本原理。

24、电容式液位传感器的优、缺点各是什么？优点：电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。

缺点：需借助较复杂的电子线路。

应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。

25、质量流量和体积流量分别指什么?质量流量：单位时间里，流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量,,以M表示。

体积流量：单位时间里通过过流断面的流体体积，简称流量，以Q 表示。

26、什么是节流现象？流体在管道里流动时，有时流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流现象。

27、涡轮流量计具有哪些优、缺点？优点：(1)高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计；(2)重复性好；(3)元零点漂移，抗干扰能力好；(4)范围度宽；(5)结构紧凑。