化工仪表及自动化_复习
化工仪表及自动化复习资料
第一章1.1 什么是化工自动化它有什么重要意义化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）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。
（4）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。
1.2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1.4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1.8 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。
执行器：能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。
1.9 试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做~。
被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。
给定值：被控变量的预定值。
操纵变量：受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。
1.17 何谓阶跃作用为什么经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。
化工仪表及自动化复习题
(0.6-0)/(1.6-0)=(x-0.02)/(0.1-0.02); x=0.05Mpa (0.6-0)/(1.6-0)=(x-4)/(20-4); x=10mA
3-3 流量测量部分 填空题
• 1. 差压式流量计一般由——、——和—— 三部分组成 • 2. 用差压式流量计测量时，如果不加开方 器，流量标尺刻度是不均匀的，起始部分 的刻度——，后来逐渐——
1、1N，1×106， 1×103
2、弹簧管式弹性元件，薄膜式弹性元件， 波纹管式弹性元件
•
3-2 填空题
• 3. 弹簧管式压力表是利用弹簧管，将被测 压力转换为自由端的——进行测量 • 4. 电气式压力变送器是将——信号成比例 地转换成——的统一标准信号输出
3、位移 4、压力，电信号
3-2 填空题
0 T0 p1 1 1 1 Q1 Q0 Q0 1 p0 T1 K K P KT
3-1选择题
• 3. 一台测量范围400—1000℃，精度等级为0.5级 的温度表，它的最大允许绝对误差为（） A±2℃ B±3℃ C±5℃ D±6℃
B
3-1选择题
• 4. 仪表的精度等级数值越小，表示仪表的 准确度（） A越低 B越高 C不变 D不一定 B
3-1计算题
• 1. 一台在现场使用多年的转子流量计，测量范围 为0—100升/分，需要重新标定。在标定状况下， 校验结果为下表所示：
4.干扰作用 5.负反馈、闭环 6.信号、信号作用的方向
选择题
• 1. 在自动控制系统中，控制阀开度变化引 起操纵变量的变化，称为（ ） A 操纵变量 B 控制作用 C 操纵介质 D 被控变量
B
选择题
• 2. 在自动控制系统中，实现控制作用的参 数叫（ ） A 操纵变量 B 操纵介质 C 操纵剂 D 被控变量 A
(完整word版)化工仪表及自动化复习重点
自动控制系统的基本概念系统组成：被控对象+自动控制装置（测量变送+控制器+执行器）测量变送:将现场各种非电量信号转化为电信号输出控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要进行比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。
执行器：根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
系统表示形式：1，方框图（简单控制系统) 2，管道及仪表流程图基本符号：A报警 C 控制I 指示Q 累计R 记录打印T 传送系统分类：开环，闭环1.定值控制系统：所谓定值就是恒定给定值的简称。
工艺生产中，如果要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，那么就需要采用定值控制系统2.随动控制系统（自动跟踪系统)：这类操作系统的特点是给定值不断的变化，而且这种变化不是预先规定好了的，也就是说给定值是随机变化的。
3.程序控制系统(顺序控制系统）：这类系统的给定值是变化的,但他是一个已知的时间函数,即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
系统品质指标：过渡过程总体要求(稳、快、准）评价一个过程控制系统的性能和质量,主要考虑系统的稳定性、快速性、准确性和相应的品质指标单项指标(最大偏差、过渡时间、衰减比、余差）最大偏差：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.过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。
衰减比：表示衰减程度的指标是衰减比，他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。
绘制控制系统的管道及仪表流程图自动控制系统的基本概念测量变送部分测量基本概念：仪表性能指标：绝对误差精度等级变差绝对误差：被校仪表值减去标准仪表值。
精度等级:精度等级数值越小就表征该仪表的精确度等级越高，也说明了该仪表的精度越高。
常用精度等级有0.005 0.02 0.05 0。
化工仪表及自动化期中复习资料
化工仪表及自动化一、题型填空题20*1=20判断题8*2=16名词解释4*5=20简答题4*8=32计算题1*12=12二、考试重点1、什么是化工自动化，化工自动化的意义和目的。
P1化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动力，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，成为化工自动化。
意义和目的：①加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和品质。
②减轻劳动强度，改善劳动条件。
③能够保证生产安全，防止事故发生或扩大。
④生产过程自动化的实现。
能根本改变劳动方式。
2、化工自动化的主要内容。
P3①自动检测系统；②自动信号和联锁保护系统；③自动操作及自动开停车系统；④自动控制系统。
3、自动化系统的组成及功能。
P5①测量元件与变送器：测量并转换成统一信号②自动控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器（在e上运算得到P）③执行器：自动阀门4、被控对象p5在自动化系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备和机器叫做被控对象。
5、自动控制系统的表示p6液位自动控制系统方框图方框图中每一个方块都代表一个具体的装置，方块与方块之间的连接线，只代表方块之间的信号联系，并不代表方块之间的物料联系。
例题图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反应器温度控制系统该温度控制系统的方块图反应器温度控制系统方块图其中，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。
化工仪表自动化复习资料
1、化工自动化的主要内容包括自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动操纵及自动开停车系统和自动控制系统。
2、自动控制系统的基本组成包括自动化装置和被控对象，其中自动化装置包括测量元件与变送器，自动控制器和执行器。
其中，测量元件与变送器的功能是测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号；自动控制器的功能是接受变送器传来的信号，与工艺需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去；执行器的功能是能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
3、4、方块图中，x指设定值；z指输出信号；e指偏差信号；p指发出信号；q 指出料流量信号；y指被控变量；f指扰动作用。
当x取正值，z取负值，e=x-z，负反馈；x取正值，z取正值，e=x+z，正反馈。
5、自动控制系统分类：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统。
6、方框图中每个环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。
两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。
线旁的字母表示相互间的作用信号。
如上图。
7、自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。
8、静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。
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。
9、动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。
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；控制系统的过渡过程是指系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
化工仪表及自动化复习题
（高职）《化工仪表及自动化》(第4版)章节复习题第一篇化工检测仪表一、填空题1、补偿导线通常在范围内其热电特性与热电偶本身几乎完全一样。
2、节流式流量计的测量原理是利用流体流经节流装置时所产生的实现流量测量的。
3、工程上所用压力表指示值大多数为，表压是绝对压力和之差。
4、测氧气压力表要严格，普通压力表不能用来测的压力。
5、节流装置属于、变压差的一种测量方法。
6、标准节流元件有、和等。
7、转子流量计属于恒压差，的一种测量方法。
8、涡街流量计是根据的原理而进行测量的一种流量仪表。
9、零点迁移就是改变量程的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变的大小。
10、使用电磁流量计测量流量时，介质必须是可以导电的电介质，电导率应。
11、仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一，一般数值越，仪表的精度等级越高，仪表的准确度也越。
12、当需要测量腐蚀、导电或带固体微粒的流量时，可选用。
当需要测量高粘度流体流量时，可选用。
13、测量蒸汽压力时，应加装，以防止高温蒸汽直接与测压元件；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装14、热电偶是利用原理测温的。
热电阻是利用的。
15、瞬时流量是指。
16、椭圆齿轮流量计适用于流量测量，而不适用于的测量。
17、某温度表的精度为0.5级，其测量下限是500C，下限是8500C。
则此表的量程是；测量范围是；允许基本误差是；最大绝对误差是。
18、热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有、、、、五种。
19、按误差出现的规律，可将误差分为误差、误差及误差。
20、在常用的热电偶温度计中，精度较高的是__型热电偶，线性最好的是_型热电偶，灵敏度较高的是_____热电偶。
不受被测介质物理性质影响的流量计是：________、__________、____（说出三种即可）。
21、电容式差压变送器的测量部分是先将转变成，然后再变成___作为转换部分的输入。
22、热电偶温度计是基于原理测量温度，热电偶可将温度转换成信号，孔板可将流量转换成信号。
化工仪表及自动化复习题
《化工仪表及自动化》复习题一、单项选择题（每小题2分，共20分）1.我们无法控制的误差是（）A.疏忽误差B.缓变误差C.随机误差D.系统误差2.伴热蒸气压一般不超过（）MPa。
A.0.5 MPaB.1.0 MPaC.1.5 MPaD.2.0MPa3.抗干扰有许多方式，其中双绞线是（）方式。
A.物理隔离B.减小磁干扰C.屏蔽D.消磁4.差压测量管路冲洗时，应先打开（）。
A. 二次阀门B.排污阀门C.平衡阀门D.一次阀门5.测量范围在1000℃左右时，最适宜选用的温度计是（）。
A.光学高温计B.铂铑10－铂热电偶C.镍铬－镍硅热电偶D.铂锗30－铂热电偶6.在蒸气流量阶跃增大扰动下，汽包水位（）。
A.出现“虚假水位”B.立即上升C.立即下降D.不变7.精确度为1/20的游标卡尺，其主尺与副尺每格刻度相差（）。
A.0.5mmB.0.1mmC.0.05mmD.0.01mm8.热电偶测量时，当导线断路时，温度指示在（）A.0℃B.机械零点C.最大值D.原测量值不变9.热电偶输出电压与（）有关。
A．热电偶两端温度 B.热电偶热端温度C.热电偶两端温度和电极材料D.热电偶两端温度、电极材料及长度10.热电偶测温原理基于( )。
A.热阻效应B.热磁效应C.热电效应D.热压效应二、多选题（每小题4分，共20分）1.按误差数值表示的方法，误差可以分为（）A.绝对误差B.相对误差C.引用误差D.系统误差2.用一只标准压力表来标定A、B两块压力表，标准压力表的读数为1MPa，A、B两块压力表的读数为1.01MPa、0.98MPa，求这两块就地压力表的修正值分别为（）A.－0.1B.0.1C.－0.2D.0.23.1.5级仪表的精度可写为（）A.1.5级B.＋1.5级C.1.5D. 1.54.仪表的精度级别是指仪表的（）A.误差B.基本误差C.最大误差D.允许误差E.基本误差和最大允许值5.评定仪表品质的几个主要质量指标（）A.精度B.非线性误差C.变差D.灵敏度和灵敏限E.动态误差三、简答题（每小题8分，共40分）1、热电偶测温时，使用补偿导线的目的是什么？2、热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由那几个部分组成？各部分有什么作用？3、叙述双金属温度计的原理，如何使用双金属温度计自动控制电冰箱的温度？4、测压仪表有哪几类，各基于什么原理？5、作为感测压力的弹性元件有哪几种，各有什么特点？四、综合题（共20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。
化工仪表及其自动化复习资料
b)直通双座阀：
优点：流体流过的时候，不平衡力小。
缺点：容易泄漏
适用：于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。
c)角形阀：角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。
特点：流路简单、阻力较小
a)补偿导线：
作用：将冷端从温度较高、波动较大移到温度较低、相对稳定的位置。
条件：①材料热电特性（0～100℃）与相应热偶相同或相近。
②材料价格比相应热偶低，来源丰富。
常用补偿导线：铂铑10—铂（S）铜—铜镍
镍铬—镍硅（K）镍铬—镍硅铜—康铜
镍铬—铜镍（E）镍铬—铜镍
补偿导线的方法也称是热偶冷端温度的部分（不完全）补偿法。
常用热电阻：铂电阻 铜电阻
控制规律
控制器作用：将偏差信号（检测信号与给定信号进行比较）进行运算，产生控制信号（作用于执行器）。其运算规律称为控制规律。
一、基本控制规律：
1、比例控制规律（P）：
a)定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 之间成比例关系。
b)公式：△u =KPeKP：比例放大倍数
KP是反映比例控制作用强弱的重要系数。
KP越大；比例控制作用越强。
应用中通常用比例度（δ）代替 KP表示比例控制作用强弱。对标准输入输出：δ=1/ KP×100%
c)比例作用特点：控制作用及时
控制结果存在余差（可以单独使用）
d)适用：控制通道滞后小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。
2、积分控制规律（I）：
a)定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 的积分成正比关系。
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1.5
• 变差
在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反 行程）时，同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的最大 值和仪表量程之比的百分数称为回差，也称变差。
仪表示值
反行程
正行程
" max
被测参数
概述
➢压力检测方法 ❖液柱测压法
重
❖弹性变形法
点
❖电测压力法
❖弹簧管压力表 ❖霍尔式压力表 ❖差压（压力）变送器
对象数学模型的建立
重
机理建模
点
一阶对象
1、水槽对象 进水阀门开度对液位的影响
T
dh dt
h
KQ1
2、RC电路 输入电压对输出电压的影响
T
de0 dt
e0
ei
T RC
3、积分对象 当对象的输出参数与输入参数对时间的积分
成比例关系时
h
1 A
Q1dt
机理建模
二阶对象
1、串联水槽对象
了解
T 1T2D d2 th 22(T 1T2)D dh t2h2K Q 1
其关系为 PHg
式中 P—测压仪表指示值 H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度
密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介
检测仪表的基本技术性能指标
重
• 相对百分误差
点
标尺 x x 标 上 0 尺 限 1 下 值 % 0 0 限 x 1值 % 00
δ——相对百分误差 Μ——仪表量程
• 精度等级
0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5， 1.0，1.5，2.5，4.0ຫໍສະໝຸດ •精度等级符号1.5
负反馈 正反馈
通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统的输入端
过程控制系统的主要类型
闭环控制系统
指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。
不管任何扰动引起被控变量偏离设定值，都会 闭环控制系统的优点：
产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。 由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产 闭环控制系统的缺点： 生，当系统的惯性滞后和纯滞后较大时，控制作用对 扰动的克服不及时，从而使其控制质量大大降低。
压力检测方法及仪表
➢差压式流量计
重
点
孔板
引压 管
当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部 收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了 压差。
流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流 量的大小。
差压 计
差压式流量计
产生测量误差的原因
流量检测方法及仪表
重
➢应用改变流通面积的方法检测流量
化工仪表及自动化
Chemical industry instrument and automation
化工自动化的主要内容
自动检测系统 自动信号和联锁保护系统 自动操纵及自动开停车系统 自动控制系统
过程控制系统的组成
重 点
过程控制系统
检测元件（装置）
检测被控制的物理量
控制器
将设定值与测量信号进行比较，求出它们之间 的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计 算并将计算结果作为控制信号送给执行装置
执行器（装置）
作用是接受控制器的控制信号，直 接推动被控对象，使被控变量发生 变化
工艺管道及控制流程图
图形符号
• 测量点
• 连接线 用细实线表示
• 仪表
用细实线圆圈表示
字母代号 第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能
仪表位号 第一位字母表示工段号，后继字母表示仪表序号
重
控制系统方框图
点
反馈
2.非振荡衰减过程——曲线②所示 4.衰减振荡过程——曲线④所示
5.非振荡发散过程——曲线⑤所示
y
y
y
①
②
③
y ④
y ⑤
t
t
t
t
t
t
控制系统的品质指标
重
最大偏差或超调量
点
衰减比
余差
过渡时间
震荡周期或频率
影响控制系统过渡过程品质的主要因素
对象性质 自动化装置
化工对象的特点及其描述方法
• 研究对象特性的方法
2、RC串联电路
R 1 C 1 R 2 C 2D d 2 te 2 0 (R 1 C 1 R 2 C 2 R 1 C 2 )D d e t0 e 0 e i
实验建模
– 阶跃反应曲线法
用实验的方法测取对象在阶跃输入作用下，输 出随时间的变化规律
– 矩形脉冲法
当对象处于稳定工况下，在时间t0突然加一阶跃 干扰，幅度为A，到t1时除去阶跃干扰，这时测得的 输出量随时间的变化规律
利用数学的方法描述对象的输入量和输出量的关系
控制作用
干 扰 作 用
被控变量
干扰通道和控制通道
重
点
静态和动态数学模型
化工对象的特点及其描述方法
• 非参量模型
采用曲线或数据表格表示的数学模型。
• 参量模型
用数学方程式表示的数学模型，常用微分方程、偏微分 方程式、状态方程、差分方程等表示，模型中的参量可以 通过机理分析和实验得到。
点
锥形管----由下往上逐渐扩大
组管
成
转子----阻力件
检测原理
当流体自下而上流经 锥形管与转子之间的 环形流通面积时，由 于受到流体的冲击，
转子便要向上运动。
变面积式测量方法示意图
流量检测方法及仪表
➢应用静压原理检测物位
通过液柱静压的方法对液位进行测量的。
压力表测量液位原理
敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。 如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相 连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位 的高度 。
描述对象特性的参数 重
点 1、放大系数K 输入变化量对输出变化之比，为
对象的静态特性
2、时间常数T 在对象受到阶跃干扰作用时，被
控变量保持初始速率变化，输出达到新的稳态需要 的时间
3、滞后时间τ 1）传递滞后 由于介质的输送需要一段时间引起
2）容量滞后 由于物料或能量的传递需要通过一
定的阻力而引起
闭环控制系统分类
根据设定值分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。
定值控制系统
特点：设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数值上
自动控制系统的过渡过程和品质指标
重
控制系统的静态和动态
点
静态 被控变量不随时间而变化的平衡状态
动态 被控变量不随时间变化的不平衡状态
自动控制系统的过渡过程和品质指标
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。
阶跃信号 数学表达式为：r(t) A t≥0 0 t<0 当A=1时称为单位阶跃信号。
特点
易产生 对系统输出影响大 便于分析和计算
在阶跃信号作用下，被控变量随时间的变化有以下几种形式
重 点
1.发散振荡过程——曲线①所示 3.等幅振荡过程——曲线③所示