化工仪表与自动化期末复习试卷

《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、测量变量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、液位、温度等控制系统。

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内在机理，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,对被控变量的影响愈慢;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量逾低;干扰通道的纯滞后对调节质量变差。

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，应采用什么装置开方器补偿。

9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是 0.02-0.1Mp；电Ⅱ型标准信号范围是 4-20mA；电Ⅲ型标准信号范围是 。 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。 1、：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？ 2、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：EAB（t，0）＝ EAB（t，t0）＋ EAB（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EAB（t0， 0）与EAB（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，输入偏差 1 2 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

3、答： 1 2 3 4 5 1

t（分）

3 4 5 1

t（分） P输出 2 1 2 3 4 5 1

t（分） PI输出

2 3

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）。

介质 燃料

4、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1。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2。⑤ 介质 燃料 TC

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。

图1

图2

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； B

50℃ 50℃ 25℃ A D’ 25℃ C’ 600℃ D 50℃ 50℃ 25℃ C 25℃ 600℃ C’ D’

三答：

1、E1=EAB(300,50)+ECD(50,25)

=(12.207-2.002)+(0.299-0.142) =10.342 (mV)

E2=ECD(300,50)-ECD(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，应减小放大倍数。

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线性、等百分比、快开和_________，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克服能力);②( 提高了工作频率);③(具有鲁棒性 )。

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,对被控变量的影响影响愈小;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量变好;干扰通道的纯滞后对调节质量无影响。 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和两接点温度有关，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。 1、答：

②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？

2、（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、PID②

△y=Kpe, PI:△y=Kp(e+1/T1∫edt PD:△y=Kp(e+TDde/dt) PID:△y=Kp(e+1/T1∫edt+TDde/dt)

③ P：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。

3、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RG，起到量程调整的电阻是RM。

原料 T 蒸汽

TC PC

③控制阀选用的气开式 ④控制流程图与方框图如图

5、（10分）某化学反应器工艺规定操作温度为400±2oC，考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定值不得超过6oC。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰下的过渡过程曲线如图所示。问该过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（按被控变量进入新稳态值的±2%为准）和振荡周期。5、答：由反应曲线可知：最大偏差A=45-40=5℃余 差C=41-40=1℃；衰 减 比；过渡时间：Ts=23min

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）。如图为S型热偶测温线路，由于疏忽将其中第二段补偿导线接反，求：①输入到显示仪表的总电势为多少？

②由于第二段补偿导线接反引入的误差是多少？

三、（10分）回答要点：1、①E1=ES(800,50)-ES(50,0) =(7.345-0.299)-0.299 =6.747 (mV) ② E2=ECD(800,0)-6.747 = 7.345-6.747 =0.598(mV)

化工仪表与自动化》课程测试试题五 一、 填空题（36分）

1、在阶跃扰动作用下，自动控制系统的过渡过程有发散振荡、等幅振荡、非振荡衰减 和衰减震荡等基本形式。

2、自动控制系统按按设定值的不同形式可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统等控制系统。

3、对象的数学模型就是利用数学表达式来描述对象的特性 ___。 4、液位变送器测量进行零点迁移时只改变_变送器测量范围，不改变变送器量程。

5、 在常用的热电偶温度计中，精度较高的是S型 热电偶，线性最好的是K型热电偶，灵敏度较高的是E型热电偶。

6．常用的热电阻材料是金属铜和铂，分度号是Cu50、Cu100,Pt50、Pt100线性好的是铜电阻热电阻，它适于测量低温温度。

7．描述对象特性的三个参数是放大倍数、时间常数、滞后时间 ，如果时间常数越大，系统的响应速度越慢 ，系统的稳定性越好。

8．差压式流量计由节流装置、导压管和显示仪表组成。常用的标准取压方式有角接取压和法兰取压。

9．指出你所知道的几种复杂控制系统串级控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统、比值控制系统

。二、综合题（54分） 1、（10分）在控制系统中如何得到执行器的类型？画出执行器类型的简单结构示意简图。 答：

在控制系统中，执行器类型的获得是靠改变执行机构和调节机构的作用方向来得到的，一般情况下，对于大口径的执行器，执行机构采用正作用，靠改变调节机构的正反装来得到执行器的气开气关类型，对于小口径的执行器，调节机构选择正装，故只能靠改变执行机构的正反作用来得到执行器的气开气关类型。

2、（14分）比较差压式流量计与转子式流量计的异同点。

2、（14分）回答要点：①相同点：两者都是利用节流原理来测量流量。 ②不同点：

差压式流量计 转子式流量计 节流件固定安装 节流件前后差压变化 输入输出非线性 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。

节流件安装不固定 节流件前后差压固定 输入输出线性

1 2 3 4 5 1

t（分） 输入偏差 1 2

3 4 5 1

t（分） P输出 2 1 2 3 4 5 1

t（分） PI输出

2 3

已知：比例度δ=100%积分时间Ti=1分 已知：比例度δ=50% -1

3、答：

4、（20分） 回答要点：

① 构成控制系统时的被控变量是釜内温度。操纵变量是冷却剂流量，干扰量是：冷却剂压力和温度、搅拌速度以及环境温度。② 控制流程图见

下图1。③执行器应选择气关类型。④控制系统方框图见下图2。 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，气关阀开大，冷却剂流量增加，

釜内温度下降，维持给定。 4、(20分) 如图为釜式反应器，釜内温度通过改变冷却剂流量的方式来

控制。

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 如果冷却剂压力为主要干扰，选择控制方案，在下图中画出控制流程图；③ 选择执行器的气开、气关类型； ④ 画出控制系统的方框图；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）。

图1

图2

三、计算题：（10分）

计算下图热电偶温度计所产生的热电势以及温度计所显示的温度（10分）。

注：C D---- S型热电偶；CˊDˊ----S型热电偶补偿导线； D 50℃ 50℃

25℃ C 25℃ 300℃ C’ D’

三、答：① E=ECD(300,25) =(2.323-0.142)=2.181 (mV)

②因为电子电位差计有自动冷端温度补偿装置，所以测量不受环境温度影响，温度计所显示的温度为300℃。

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