自动化仪表考试试题精编

Chapter one

有差控制过程(有差调节)

例1、某化学反应器,工艺规定操作温度为200±10℃,考虑安全因素,调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行

的温度定值调节系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示,试求:该系统的过渡过程品质指标(最大偏差、余差、衰减比、振荡周期与过渡时间),并问该调节系统就是否满足工艺要求。 设定值不等于稳态值(有差控制)

参考答案:

最大动态偏差 A = 230-200= 30℃ 被控参数偏离设定值的最大值; 余差 C= 205-200 = 5℃ 稳态值与设定值之间的偏差;

衰减比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 衰减率:1 – 1/n=4/5 两个相邻的同向波峰值之比 n>1 衰减震荡; 振荡周期 T = 20–5 = 15(min)振荡频率f = 1/ T 超调量:第一波峰与稳态值之比的百分比, 25/205=12、2%

调节时间:Ts = 22min 设被控变量进入稳态值的土2％,就认为过渡过程结束,则误差区域=205 ×( ± 2％)＝ ± 4、1℃,在

新稳态值(205℃)两侧以宽度为±4、1℃画一区域(阴影线)。工艺规定操作温度为200±10℃,考虑安全因素,调节过程中温度规定值最大不得超过15℃,而该调节系统A=30℃,不满足工艺要求 峰值时间:5min

例2过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指标的含义。

Chapter two

2、1用分度号为K 的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为500℃,而这时冷端

温度为60℃。试问:实际温度应为多少？

如果热端温度不变,设法使冷端温度保

持在20℃,此时显示仪表的指示值应为多少？

解:显示仪表指示值为500时,查表可得

此时显示仪表的实际输入电势为20、64mV,由于这个电势就是由热电偶产生的,即

(,)20.64O E t t mV

同样,查表可得:

t s

y

t

A

B

C

新稳态值原稳态值

B ’

00(,0)(

,)(,0)20.64 2.46323.076E t E t t E t mV

=+=+=

由23、076mV 查表可得:t =557℃。即实际温度为557℃。当热端为557℃,冷端为20℃时,由于E(20,0)=0、798mV,故

有:00(,)(,0)(,0)

23.0760.79822.278E t t E t E t mV

=-=-=由此电势,查表可得显示仪表指示值应为538、4℃。

2、2、利用镍洛镍硅热电偶测温,工作时冷端温度to=30℃,测得的热电势E(t, to )=40、096mv ,求被测介质的实际温度。

(已知E(30,0)=1、203mv,E(1000,0)=41、269mv,E(900,0)=38、893mv,)

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=41、299mv 查表E(1000,0)= 41、269mv, 被测温度为1000℃ 2、3简述热电偶测温原理,类型,为什么需要用补偿导线？

答 1)热电偶的测温原理:将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,若两个连接点温度不同,回路中会产生电势。此电势

称为热电势。

2)类型:镍铬－镍硅(K),线性度最好;镍铬－康铜(E),灵敏度最高;铜－康铜(T),价格最便宜。

3)热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关,还与冷端温度有关。所以使用时,需保持热电偶冷端温度恒定。但热电偶的冷

端与热端离得很近,使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。为了节约,工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属,作为热偶丝在低温区的替代品来延长热电偶,称为补偿导线。

2、4热电阻测温特点,以及为什么用三线接法？

1)特点:对于500℃以下的中、低温,热电偶输出的热电势很小,容易受到干扰而测不准。

一般使用热电阻温度计来进行中低温度的测量。热电阻有金属热电阻(正温度系数)与半导体热敏电阻(负温度系数)两类。

2)电阻测温信号通过电桥转换成电压时,热电阻的接线如用两线接法,接线电阻随温度

变化会给电桥输出带来较大误差,必须用三线接法,以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。

2、5:有一台DDZ-III 型温度变送器,精度1级,出厂时量程调为:0~1300℃

①用这台变送器测量一加热炉的温度(温度范围800~900℃),问:产生的最大绝对误差就是多少？变送器的灵敏度为多少？ ②将变送器的零点迁至700℃,量程调为700~1000℃,问:这时变送器的最大绝对误差就是多少？灵敏度为多少？

()max 1100%

0.0050.020.050.10.20.350.40.51.01.52.54

0.5~4130001%13

20416

0.0123/

130001300I

S x x

S mA α=⨯∴∆=-⨯=∆∆=

==

∆∆-∴===-最大绝对误差

解：（）定义：仪表精度仪表量程

我国过程检测仪表的精度等级有：、、、、、、、、、、、等一般工业用表为级精度仪表输出的变化量灵敏度定义：被测参数的变化量

Chapter three

3、1 例子 某比例控制器,温度控制范围为400～800℃,输出信号范围就是4～20mA 。当指示指针从600℃变到700℃时,控制器

相应的输出从8mA 变为16mA 。求设定的比例度。

温度的偏差在输入量程的50％区间内(即200℃)时, e 与y 就是2倍的关系。 Y=1/p e = 2e

1)比例度(P)越大,放大倍数K 越小系统稳态误差(余差)就大。比例度越小,放大倍数越大,系统动态性

能的稳定性越低。

2)输出信号的变化与输入偏差的大小与积分时间TI 成反比,TI 越小,积分速度越快,积分作用越强。

积分作用具有保持功能,故积分控制可以消除余差。积分输出信号随着时间逐渐增强,控制动作缓慢,故积分作用不单独使用。TI 趋于无穷,无积分作用;TI 过大,积分作用很弱,消除静差慢,TI 过小,积分作用过强,控制器的输出变化太快,使过渡过程振荡太剧烈,系统的稳定性大大下降。

3)微分作用能超前控制。在偏差出现或变化的瞬间,微分立即产生强烈的调节作用,使偏差尽快地消除于萌芽状态之中。由于微

分作用总就是力图抑制被控变量的变化,所以它有提高控制系统动态稳定性的作用。微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在,但不变化时,微分输出为零,因此不能单独使用。必须与P 或PI 结合,组成PD 控制或PID 控制。【适合于】对象滞后大,负荷变化不大,被控量变化不频繁且允许余差存在场合。

4)PID 控制器 若将微分时间调至零,就成一台比例积分控制器;若将积分时间调至最大,就成一台比例微分控制器;若将微分

时间至零,积分时间至无穷大,就就是一台比例控制器、

3、2 DDZ-Ⅲ基型调节器的主要功能电路有？以及各模块功能

输入电路、给定电路、PID 运算电路、自动与手动(硬手动与软手动)切换电路、输出电路及指示电路。

无扰动切换:电路切

换前一瞬间的输出值与电路切换后一瞬间的输出值相同,电路状态切换就是无扰的。(控制器输出不突变)

1)输入电路:偏差差动电平移动电路,偏差检测与放大,消除传输线压降,对偏差信号实现电平移动。温度补偿+零点调整 2)给定电路:设定调节器的给定值。3)PID 运算电路:对偏差进行PID 运算。 反馈电路:量程调整+非线性校正 4)输出电路:将PID 运算电路的结果(电压值)转换为4～20mA 的直流电流输出。

5)切换电路:实现手动与自动操作状态间的平滑无扰动切换。 6)显示电路:供用户查询各变量。 3、3 实用PID 数字算法,以及改进的PID 算法 1)实用PID 算法

()700600168

800400204/100%

----=⨯(

)max

max

y e e y P /100%∆∆∆∆=

⨯50%

=011

y ()

P t

D I

de

e edt T T dt =+

+⎰11

()(1)

P D I W s T s T s

=++