化工仪表及自动化习题 - 图文

第一章

5.什么是管道及仪表流程图？ 答：管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图。是控制系统设计、施工中的一种图示形式。

7.试分别说明PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

答：PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

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14.图1-10所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？

答：当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。

15.按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？ 答：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

21.某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10）℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控

1%（即9001%）=9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的

工艺要求？

解:最大偏差A=950-900=50（℃）； 超调量B=950-908=42（℃）； 由于B’=918-908=10（℃），所以，衰减比n=B’:B=42:10=4.2； 余差C=908-900=8℃；

振荡周期T=45-9=36(min)； 过渡时间ts=47min。

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因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。

22.题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。

题1-20图 蒸汽加热器温度控制 解：蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。

其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。

该系统的过渡过程品质指标： 最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）； 由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n=B:B’=0.8:0.2=4； 余差C=80.7-81= -0.3（℃）。

第二章

1.什么是对象特性？为什么要研究对象特性？

答：对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。各种对象千差万别，有的操作很稳定，操作很容易；有的稍不小心可能就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有经验的操作人员需要很熟悉这些对象，才能使生产操作得心应手；设计自动化装置时，也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数，使系统正常地运行。

4.建立对象的数学模型有哪两类主要方法？

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答：机理建模法、实验建模法。

9.为什么放大系数K是对象的静态特性？而时间常数T 和滞后时间τ 是对象的动态特性？ 答：放大系数K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，即

K?输出的变化量

输入的变化量

10.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？ 答：对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。在控制通道如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。

11.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，已知一个对象为具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2。试写出描述该对象的微分方程。 解：该对象的微分方程式数学模型为

5dy(t?2)?y(t?2)?10x(t) dt式中y表示输出变量，x表示输入变量。

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13.已知一个简单的水槽，其横截面为0.5M水槽中的液体正位移泵抽出，即流出流量是恒

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定的。如果在稳定情况下，输入的流量突然在原来基础上增加了0.1m/h，试画出水槽液位Δh的变化曲线。 解： 1Q10.1?h?Qdt??dt?t?0.2t?AA0.51

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14．为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为t0=0）突然将燃料气量从2.5t/h 增加到3. 0t/h.重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如图2-25 所示。假定该对象为一阶 对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输 人量与输出量)，并写出燃料量变化量为0.5t/h 时温度变化量的函数表达式。

第三章

5.某一标尺为0~1000oC的温度计出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为： 标准表读数/oC 0 200 400

被校表读数/oC 0 201 402

（1）求出该温度计的最大绝对误差值； （2） 确定该温度计的精度等级。

600 604

700 706

800 805

900 903

1000oC 1001oC

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