控制仪表与装置--习题集（自己做的）

一、填空题：

1． 控制仪表及装置按照结构形式分__________________、__________________、

__________________三类。

2． 控制仪表及装置按照能源分为__________________、__________________、

__________________。

3． 国际电工委员会将范围为_________的电流信号和范围为________的电压信号确定为过

程控制系统电模拟信号的统一标准

4． 气动仪表的标准联络信号为：__________________。

5．在单元组合仪表中，调节器比例度与调节器的比例增益的关系为：_________。 6．执行器一般由_________和_________两大部分构成。

7、信号制是指------------------------------------------------------------------------------------------------。 8、PID调节器主要由 、 、 三部分组成。 9、调节器的工作状态有-------------、-------------、----------------、----------------四种。

10、III型调节器的双向无平衡无扰动切换是指-------------------------------------------------------------。

11、TD越大，则微分作用------------；KD越大，则微分作用-----------。 12、TI越大，则积分作用------------；KI越大，则积分作用-----------。

二、简答题： 第一章

1、控制仪表及装置的分类有那些？

1.答：分类：按能源形式分类：电动、气动、液动三类；按信号类型分类：模拟式和数字式： 按结构形式分：基地式、单元组合式、组件组装式。 2、什么是信号制？

答：信号制：在成套系列仪表中，各个仪表的输入、输出信号采用何种统一的联络信号问题 3、控制仪表及装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？

答：在成套仪表系列中，仪表之间采用统一的标准信号进行联络。气动仪表20-100KPa，电动仪表：IEC将4-20mA(DC),1-5V(DC)确定为模拟信号的统一标准信号。 （一）直流信号的优点

（1）干扰小。交流信号容易产生电磁场的干扰。

（2）对负载要求简单。交流信号有频率和相位的问题，对负载的感抗或容抗敏感。 （3）便于进行数模转换。 （4）易获得基准电压。 （二）电流传输：电流传输特点 适于远距离传输；

拆除仪表要影响其他仪表的工作； 仪表的可靠性降低；

串联时需检查每台表的电路电位是否正确； （三）电压传输：电压传输特点

不适于远距离传输；

接收仪表输入阻抗越高，误差越小；

- 1 -

增加或取消任何仪表不影响其他仪表工作。

对仪表输出级的耐压要求降低，提高仪表的可靠性。 4、什么叫无扰动切换？

答：是指调节器在自动和手动相互切换瞬间的输出不发生变化，对生产过程无扰动。 5、画出变送器四线制和二线制供电框图，说明各自优缺点。

①采用二线制：

优点：节省电缆和安装费，具有本质安全防爆性能，可判别信号和电源是否断线； 缺点：必须使用活零点，变送器输出信号的下限应能保证内部器件正常工作。（即对功耗有要求）

②采用四线制

优点：不必采用活零点，对功耗要求不是很严。

缺点：铺设电缆多，安装费用高，安全防暴难以做到。

6、实现二线制变送器必须具备什么条件？ 答：P8

7、仪表的供电方式有几种？ 答：P9

第二章

1、变送器的作用是什么？

答：作用：变送器是自动控制系统的一个重要组成部分. 其作用是分别将各种工艺参数如温度﹑压力﹑液位﹑流量﹑成分等物理量进行测量，并转换成统一的标准信号. 2、变送器和传感器的区别是什么？ 答：P13

3、画出变送器的结构框图，说明各部分的作用。 答：

- 2 -

测量部分：把测量信号转换成能被放大器接受的信号。 放大器：将测量所得Zi及Z0,Zf的偏差进行放大，输出 反馈部分：将输出部分反馈至输入端，平衡输入信号。

4、变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线性关系？ 答：反馈原理，非线性反馈环节

5、理解在热电偶中的非纯性补偿和非线性校正。

第三章

1、防爆型控制仪表可分隔爆型和本安型，他们都能通电时打开检修吗？为什么。

答:在通电的情况下，隔爆型仪表不能打开检修，本安型可以打开检修。

原因：隔爆型仪表具有隔爆外壳，其强度足够大，防爆接合面足够宽，能够承受内部爆炸并阻止其向外部传播，一旦打开，防爆作用就失去，故不能带电检修。

本安型仪表内部为本质安全电路，电路中的电压和电流被限制在一允许的范围内，

有故障也不会导致周围混合物的爆炸，故可以带电检修。 2、什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？

答：正常工作或规定的故障状态下，电路及设备产生的火花能量和达到的温度均不能引起易爆炸性气体或蒸汽爆炸的防爆类型（本质安全型电气设备的全部电路均为本质安全电路）。

本质安全防爆系统的构成如下图所示：

- 3 -

3、设计本质安全电路的基本出发点是什么？

答：设计电路时，把电流、电压、以及，电容、电感和电阻 的数值限制在规定值以下，就能使电路无论在短路或断路状态下产生的火花能量都不足以引起周围易燃易爆炸混合物爆炸。

4、防爆电气设备如何分类？防爆标志ExiaⅡAT5 和ExdIIBT4是何含义？ 答：防爆电气设备分为两大类。 ①Ⅰ类 煤矿用电气设备。 ②Ⅱ类 工厂用电气设备。

Ⅱ类电气设备按爆炸性气体特性，可进一步分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级。

工厂用设备的防爆形式共有八种：隔爆型（d）本质安全型（i）增安型（e）正压型（p）充油型（o），充砂型（q），浇封型（m）和无火花型（n）。本质安全型设备按其使用场所的安全程度又可分为ia和ib两个等级。

与爆炸性气体引燃温度的分组相对应，Ⅱ类电气设备可按最高表面温度分为T1～T6六组。

防爆标志ExiaIIAT5 表示II类（工厂用电气设备）本质安全型ia等级A级T5组，其设备适用于A级气体级别、（不适用于B、C级气体级别）引燃温度不低于T5的危险场所； 防爆标志ExdIIBT4表示II类（工厂用电气设备）隔爆型B级T4组，其设备适用于A、B级气体级别、（不适用于C级气体级别）引燃温度不低于T 4的危险场所。 5、什么是安全栅？说明常用安全栅的构成和特点。

答：安全栅作是本安型仪表的关联设备，它一方面传输信号，另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。 安全栅的构成形式有多种，常用的有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两种。 （1）齐纳式安全栅

齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿性能而工作的。如图所示。在正常工作时，安全栅不起作用。

当现场发生事故，如形成短路时，由R限制过大电流进入危险侧，以保证现场安全。当

- 4 -

安全栅端电压U1高于额定电压Uo时，齐纳二极管击穿，进入危险侧的电压将被限制在Uo值上。同时，安全侧电流急剧增大，使FU很快熔断，从而使高电压与现场隔离，也保护了齐纳二极管。

齐纳式安全栅结构简单、经济、可靠、通用性强，使用方便等特点。

（2）隔离式安全栅 （了解）

隔离式安全栅是通过隔离、限压和限流等措施来保证安全防爆性能的。通常采用变压器隔离的方式，使其输入、输出之间没有直接电的联系，以切断安全侧高电压窜入危险侧的通道。同时，在危险侧还设置了电压、电流限制电路，限制流入危险场所的能量，从而实现本安防爆的要求。

变压器隔离式安全栅的一种简单电路结构如下图所示。来自变送器的直流信号，由调制器调制成交流信号，经变压器耦合，再由解调器还原为直流信号，送入安全区域。

变压器隔离式安全栅的特点是线路较复杂，但其性能稳定，抗干扰能力强，可靠性高，使用也较方便。

6、常见的安全栅依原理有哪些？（列举至少5种）（了解）

答：电阻式安全栅，齐纳式安全栅，中继放大式安全栅，光电隔离式安全栅，变压隔离式安全栅。 第四章

1、什么是调节规律？什么是正作用调节器？什么是反作用调节器？

答：正作用：偏差量 ΔX >0，对应的输出△y>0 ；反作用：偏差量 ΔX <0，对应的输出y>0。调节器特性或调节器规律，是指输出随输入变化的规律。

- 5 -

2、说明P、I、D控制规律的特点。

答：P特点 ：动作迅速（只要有偏差存在，调节器的输出立刻与偏差成比例变化） 不能消除余差（静差）（由于比例关系，系统稳定后，被控变量不可能回到原特点： I：动作迟缓，调节不及时，不能单独使用特点： 输出反应偏差输入的变化速度；

D：不能消除静差（当偏差恒定时，微分输出为零） 不能单独使用

超前调节（只要出现变化趋势，就有控制作用输出） 能够消除余差

只要偏差存在，积分作用的输出随时间不断变化，只有当偏差等于零时，输出才稳定。 来数值上）

3、给出理想P，PI，PD三种调节器的传递函数及阶跃相应曲线，并写出具有饱和特性的PI、PD调节器传递函数。 答：从P49-P55找。

4、 什么是比例度、积分时间、微分时间？ 答：从P49-P55找。

5、什么是积分增益、微分增益？它们的大小对系统性能有什么样的影响？ 答：从P49-P55找。

6、调节器的四种工作状态是什么？ 答：P65。

7、基型调节器的输入电路为什么采用偏差差动输入和电平移动方式？ 答：从P65-P67找。

8、解释软手动、硬手动、无平衡无扰动切换。

9、基型控制器如何保证自动软手操、软手操自动之间的无平衡、无扰动切换？

10、分析“积分饱和”现象的原因？若将调节器输出进行限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？

积分饱和现象：构成PI(或PID)的运放积分偏差过大过长,会产生积分饱和现象；危害：造成调节器的滞后，使控制品质变坏

11、假设所有运放均为理想运放，试推导出图4-12、图4-13、图4-15、图4-16中Vo与Vi之间的关系式 第五章

- 6 -

1、数字调节器的硬件和软件分别包括什么？ 答：P82-P83中找。

2、、数字调节器的两种设计方法？ 答：模拟化设计方法和数字设计方法

3、根据PID调节器的微分方程表达式，推导出数字PID调节器的输出位置式和增量式算式，并说明其特点。 答：P89-P90中找。

4、PID控制的四种变形是什么？ 答：P91-P93

5、什么是PID参数自整定？ 答：P101 第七章

1、 执行器在自动控制中的作用是什么？

2、 执行器的构成包括哪两部分？并说明这两部分的作用。 3、 分析电动执行机构的工作原理。 4、 电-气转换器的作用是什么？ 5、 阀门定位器的作用是什么？

6、 调节阀的理想流量特性是指什么？常见的流量特性曲线有哪几种？

答：流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系 即：

流量特性分为理想流量特性和实际流量特性。

理想流量特性主要有直线特性、等百分比（对数）特性、抛物线特性及快开特性等四种。

- 7 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ymna.html