化工仪表与自动化课程测试题5份的答案

《化工仪表与自动化》课程测试试题一一、填空题（36分）1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。

2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。

3、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在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。

4、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愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。

5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通道的放大倍数（增益）。

6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。

7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。

8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。

9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。

二、综合题（54分）1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。

答：在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。

如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。

2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。

但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。

②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶③➢冰浴法：用冰槽使t0保持零度。

➢计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0）➢仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0➢补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。

➢补偿热电偶：用与测量热电偶同型号的热电偶进行补偿，用于多支热电偶。

3、（10分）控制器输入偏差是阶跃信号（见下图），请根据已知参数，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分答：4、(20分)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）。

答：①构成控制系统时的被控变量是出口介质温度；操纵变量是燃料量，干扰量是：进料流量和温度、燃料的压力、炉膛温度和压力以及环境温度。

②控制流程图见下图。

③执行器应选择气开类型，控制器为反作用方向。

④简单控制系统方框图见下图。

⑤该系统克服干扰的过程：当干扰作用使温度t升高，测量大于给定，控制器输入偏差增大，其输出控制信号减少，气开阀关小，燃料量减少，塔顶温度下降，维持给定。

三、计算题：（10分）计算下图各热电偶回路所产生的热电势（10分）。

注：A B----K型热电偶；AˊBˊ----K型热电偶补偿导线C D---- S型热电偶；CˊDˊ----S型热电偶补偿导线；答：1、E1=E AB(300,50)+E CD(50,25)=(12.207-2.002)+(0.299-0.142) =10.342 (mV) E2=E CD(300,50)-E CD(50,25) =(2.323-0.299)-(0.299-0.142) =1.867 (mV)《化工仪表与自动化》课程测试试题二一、填空题（28分）1．控制系统引入积分作用是为了_消除余差___,但积分的引入会使系统__不稳定,引入微分作用是为了_克服容量滞后___。

某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应_减小放到倍数___。

2.被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的流量_______特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为____理想__ 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_工作___ 特性。

调节阀的流量特性有_直线__、__等百分比___、__抛物线__和__快开_，流量特性的选择主要是与__广义对象__相匹配。

3. 与单回路控制系统相比，串级调节系统具有以下三个特点：①(对于进入副回路的干扰有很强的克服能力);②( 提高了工作频率);③(具有)。

4.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愈大,对被控变量的影响越小;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量越差;干扰通道的纯滞后对调节质量有影响，纯滞后越大，质量越差。

5．简单调节系统的基本特征是闭合回路和负反馈。

6．常用的标准节流件有孔板和喷嘴。

7. 热电偶的热电特性与热电偶材料、两节点温度__有关，与热电偶几何尺寸无关。

二、综合题(分)1、（10分）画出气开式类型执行器的两种简单结构示意简图；控制系统在什么情况下选择气开类型执行器？举例说明。

答：①②如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。

2、（20分）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？答：①在控制系统应用中，基本调节规律有：P、I、D，基本组合调节规律有PI、PD、PID。

②③P：自衡能力强，滞后小的对象且控制质量要求不高PI：对象滞后小，负荷变化幅度大，要求无差PD：一阶滞后较大允许有余差的对象PID：负荷变化大，容量滞后大，被控变量变化缓慢，质量要求高。

3、（12分）下图为电子电位差计结构原理图，请补充完整连接线（包括电源和电流及输入信号的方向），并回答：电子电位差计是根据什么原理工作的？在温度检测中与何种检测元件配套使用？指出调整零点、量程的电阻。

答：①电子电位差计是使用电压平衡原理工作。

②在温度检测中热电偶配套。

下图是其线路图。

③起到零点调整的电阻是R G，起到量程调整的电阻是R M。

4、（10分）写出差压式流量计的基本方程式；说明公式中各个符号所代表的含义。

答：α——流量系数；Q——被测流体流量ε——体膨胀校正系数F0——节流件的开口面积ρ1——被测流体的密度△P——节流件前后差压三、计算题(20分)1、（10分）计算下图液位差压变送器的量程、测量围及迁移量。

已知：H=0～10m h=1.2m ρ=35kg/m3g ≈10m/s2答：ΔP=P+-P-=Hρg+hρg=3500H+4200 Pa差压变送器：量程=35000 (Pa)测量围=4200～39200 (Pa)迁移量=4200 (Pa)2、（10分）某压力仪表的测量围是100～1100Pa，其精度为0.5级，则这台表的量程是多少？基本误差是多少？最大绝对误差是多少？允许误差是多少？答：①1000Pa②0.5%③±5Pa④0.5%《化工仪表与自动化》课程测试试题三一、填空题（28分）1、检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。

2、在控制系统中，增加比例度，控制作用减少；增加积分时间；控制作用减少；增加微分时间，控制作用增加。

3、按误差出现的规律，可将误差分为系统误差、偶然误差及疏忽误差。

4、描述对象特性的三个参数是放大系数、时间常数和滞后时间。

5、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800；测量围是50~850；允许基本误差是0.5% ；最大绝对误差是4。

6、热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有冷端温度保持0度法、冷端温度修正法、校正仪表零点法、补偿电桥法、补偿热电偶法五种。

7、自动平衡电桥配热电阻测温时，采用三线制连接，其连接导线的电阻规定为2x2.5_______________Ω。

二、综合题（62分）1、（15分）比较电子电位差计与电子平衡电桥在测量原理和结构上有哪些异同点。

答：原理的相同点：都是利用滑动触点位置的变化来反映被测温度的大小。

结构的相同点：放大器、可逆电机、同步电机、传动机构结构的不相同点：检测元件、测量桥路。

原理的不相同点：2、（15分）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？答：①使用补偿导线的目的是将热电偶的冷端从温度较高、波动较大的地方移到温度较低、且相对稳定的地方。

②如果只使用补偿导线还不能达到冷端温度补偿的目的，必须与其它方法配合起来使用。

③具体方法如下：热电偶常用的冷端温度补偿方法有：公式计算法、冰浴法、仪表机械零点调整法和电桥补偿法。

3、（12分）画出串级控制系统的方框图；分别说出副回路及主回路所起到的作用。

答：下图为串级控制系统的方框图；副回路是克服作用于副对象的干扰，使副被控变量基本稳定，减少对主变量的影响；而主回路主要克服作用于主对象的干扰，保证主被控变量稳定。

4、（20分）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？（4分）②在图上画出控制流程图并确定执行器类型；（5分）③选择控制器的作用方向；（3分）④画出简单控制系统方框图；（4分）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）。

（4分）答：①构成控制系统时的被控变量是塔顶温度；操纵变量是塔顶回流量，主要干扰量是：进料的流量和温度，回流的温度和流量，加热蒸汽量等。

②控制图见下图，执行器为气关式。

③控制器为反作用方向。

④简单控制系统方框图见下图⑤该系统克服干扰的过程：当干扰作用使温度t升高，测量大于给定，控制器输入偏差增大，其输出控制信号增加，气开阀开大，回流量加大，塔顶温度下降，回复给定。

三、计算题（10分）计算下图液位差压变送器量程、测量围及迁移量(10分)。

已知：H=0～10m；ρ=35kg/m3；g≈10m/s2。