化工仪表及自动化总复习及答案吉珠专用剖析演示教学.docx

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化工仪表及自动化总复习及答案吉珠专用剖析演示教学

化工仪表及自动化总复习

第一章自动控制系统基本概念

一、基本要求

1.掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；

2.掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；

3.掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；

4.了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；

5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。

二、常用概念

1.化工自动化的主要内容:

自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统

2.自动控制系统的基本组成:

被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。

3.被控对象：

对其工艺参数进行控制的机器或设备

4.被控变量：

生产过程需保持恒定的变量

5.操纵变量：

具体实现控制作用的变量

6.干扰作用：

在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素

7.设定值：

被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化

8.偏差：

给定值与测量值之间的差值

9.闭环系统：

系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统

10.开环系统：

系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统

11.控制系统的过渡过程:

系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程

12.反馈:

把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法

13.负反馈：

反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差

（e=x—z）

14.正反馈：

反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）

三、问答题

1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？

简述每种形式的基本含义。

答：

定值控制系统：

给定值为常数

随动控制系统：

给定值随机变化

程序控制系统：

给定值按一定时间程序变化

2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式?

其中哪些形式能基本满足控制要求？

答：

1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程

1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时

3.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。

答：

最大偏差：

指在过渡过程中，被控变量与给定值的最大差值

超调量B：

第一个峰的峰值A与新稳定值之差CB=A-C

衰减比：

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稳定值与给定值之间的偏差

过渡时间：

从干扰作用发生时起，到系统重新建立平衡时止，过渡过程所经历的时间

振荡周期和频率：

过渡过程同向两波峰的间隔时间为振荡周期，其倒数为振荡频率

4.什么是控制系统的方块图？

它与工艺管道及控制流程图有何区别？

答：

由传递方块，信号线，综合点，分支点构成的表示控制系统的组成和作用的图形。

每个方块都代表系统中的一个组成部分

5.在自动化系统中，仪表符号由哪几部分组成，各表示什么意义？

答：

1.图形符号：

测量点、连接线、仪表

2.字母代号

3.仪表代号

四、选择题：

1．反馈调节系统（C）闭环系统。

A.不一定是B.肯定不是C.肯定是D、无法判断

2．定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统是按什么来划分的（C）。

A.按自动调节系统的结构B.按自动调节系统的特性

C.按给定值变化的规律D.调节系统的结构

3.在研究动态特性时可以将（C）看作系统对象环节的输入量。

A.干扰作用；B.控制作用；C．干扰作用和控制作用；D．测量仪表的信号

4.在下列仪表号位中表示有报警作用的字母为（C）

A、“C”B、“H”C、“A”D、“I”

5.控制系统在阶跃干扰作用下的几种过渡过程中，那种震荡过程是最希望出现的震荡过程（B）

A、非周期衰减过程B、衰减震荡过程

C、等幅震荡过程D、发散震荡过程

6.下列哪些参数不是表示过渡过程品质好坏的指标（A）

A、变差B、余差C、最大偏差D、衰减比

7.关于调节系统方块图的说法，不正确的是（B）。

A.一个方块代表一个设备；B.方块间的连线代表的是方块间物料关系；

C.方块图上的线条及箭头方向不一定与流体流向一致

D.方块间连线只代表信号关系

8.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做（B）。

A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈

9.某换热器的温度控制系统（设定值是40℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图6所示。

则该系统的余差、衰减比、最大偏差是（B）。

A、1、4:

1、4

B、1、4:

1、5

C、1、3:

1、5、

D、1、5:

1、4

五、填空题：

1.自动化装置是由_测量元件与变送器_、_控制器_、_执行器等环节组成。

2．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、过渡时间、振荡周期等。

六、综合题：

（简单！

！

略）

温度控制系统过渡过程曲线

1.某化学反应器工艺操作规定温度为（800±10℃）。

为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图所示。

（1）分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期（温度进入±2%新稳定值即视为系统已稳定）。

（2）说明此温度控制系统是否满足工艺要求。

2.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。

3.某发酵过程工艺操作温度为（40±2）︒C。

考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离设定值最大不能超过6︒C。

先设计一定值控制系统，在阶跃扰动系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（按被控变量进入±2%新稳态值即达到稳定来确定）和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统能否满足工艺要求？

图5

作业21．某化学反应器工艺规定操作温度为（900士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图1-19所示。

试求该系统的过渡过程品质指标：

最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？

第二章过程特性及数学模型

一、基本要求

1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；

2.掌握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型；

3.掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响；

4.了解被控对象特性的实验测定方法。

二、常用概念

1.被控对象的数学模型：

用数学的方法来描述被控对象输入量与输出量之间的关系

2.通道：

由对象的输入量至输出量的信号联系

3.被控对象的放大倍数：

数值上等于对象重新稳定后的输出变量与输入变量之比

4.被控对象的时间常数：

当对象受到阶跃输入后，被控变量重新达到稳态值所需的时间

5.被控对象的滞后时间：

纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和

三、选择题

1.一般认为，经过（A）时间后，动态过程便结束了。

A.3T；B.T；C.5T；D．10T

2.在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是（C）。

A.传递滞后又称为纯滞后；

B.容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的；

C.容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，再经过一段时间时间后被控变量才开始变化；

D.滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。

四、填空题

1.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_平衡关系，用_机理建模_的方法求取过程的数学模型。

2.描述对象特性的三个参数是放大倍数、时间常数和滞后时间，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。

3.过程特性是指被控过程的输入变量发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。

4.由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为容量滞后。

五、综合题：

1.为了测量某物料干燥筒的对象特性，在T＝0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。

试求出该对象的特性。

已知流量仪表量程为0～40，温度仪表为0～200℃

图干燥筒的阶跃响应曲线

解：

由阶跃应曲线可看出该回想具有一阶纯滞后特性：

放大倍数K=【（150-120）/200】/【（28-25）/40】=20

时间常数T=4min

滞后时间τ=2min

作业11.已知一个对象特性是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，试写出描述该对象特性的一阶微分方程。

解：

根据题意可知

K=10T=5τ=2

则起一阶微分方程为

T【dyτ（t+τ）/dt）】+y2（t+τ）=Kx（t）

5【dyτ（t+2）/dt）】+y2（t+2）=10x（t）

第三章检测仪表与传感器

一、基本要求

1．掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。

2．了解仪表的性能指标。

3．初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。

4．了解各种流量计的测量原理。

重点是差压式流量计及转子流量计。

5．了解各种液位测量方法。

初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。

6．掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。

熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。

7．了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。

二、常用概念

1.精度

2.绝对误差

3.相对误差

4.相对百分误差

5.允许相对误差：

衡量仪表优劣的重要指标之一

6.仪表精度等级：

0.0050.020.050.10.20.40.51.01.52.54.0

7.灵敏度：

引起这个位移的被测参数变化量之比值

8.灵敏限：

能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变测量

9.分辨力：

数字显示器的最末尾数字间隔所代表的被测参数变化量

10.线性度：

表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论曲线的吻合程度

11.反应时间：

用来衡量仪表能不能尽快反映出参数的品质指标

三、问答题：

（不考）

1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？

试简述各种压力计的工作原理。

答：

（1）液柱式压力计

（2）活塞式压力计（3）弹性式压力计（4）电气式压力计

2.试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。

答：

量程选择，精度选择，取压位置与隔离

3.试述流量计的分类及其工作原理。

答：

速度流量计，容积式流量计，质量流量计

4.试述物位计的分类及其工作原理。

5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理

四、选择题：

1．1.5级仪表的精度等级可写为：

（A）

A.1.5级B.+（-）1.5级C.+1.5级D.1.5

2.下列不属于节流装置的是（D）。

A、孔板；B、喷嘴；C、长径喷嘴D、阿纽巴管

3．温度越高，铂、镍、铜等材料的电阻值越（A）。

A.大B.小C.不变D.不一定

4．双金属温度计的感温元件，测量温度时必须是（B）

A浸液1/2；B全部浸液；C浸液2/3；D浸入任