化工仪表简答题答案完整版.docx
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化工仪表简答题答案完整版
1、自动控制系统的概念及基本结构。
自动控制系统
用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制、使它们在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。
该系统是由两部分构成的：
控制装置：
起到控制作用的全套仪表、自动装置。
通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。
被控对象：
控制装置所要控制的生产设备。
2、自动控制系统中变送器、控制器、执行器的概念。
变送器—检测并变换成统一标准信号送到控制器（相当于人的眼睛）
控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算，结果送给执行器（相当于人的大脑）
执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控制（相当于人的手）。
3、自控系统的方块图基本结构。
方框图
方框图是从信号流的角度出发，依据信号的流向将组成控制系统的各个环节相互连接起来的一种图解表达方式。
下图为一换热器的控制系统流程图。
问：
被控变量？
操纵变量？
被控对象？
画出控制系统方框图。
被控变量：
物料出口温度
操纵变量：
蒸汽流量
被控对象：
换热器
4、自控系统中给定值、被控变量、操纵变量、操纵介质、扰动、偏差的概念。
给定值（设定值）
按照生产工艺的要求为被控变量规定的所要求达到或保持的数值称为给定值。
被控变量
对象中需要进行控制（保持数值在某一范围内或按预定规律变化）的物理量称为被控变量。
操纵变量
受到控制装置的操纵，用以使被控变量保持在设定数值的物料或能量的表示参数称为操纵变量。
操纵介质
具体实现控制作用的物料叫操纵介质。
干扰（扰动）
除操纵变量外，作用于对象并使被控变量发生变化的因素称为干扰。
偏差
在理论上偏差应该是给定值与被控变量的实际之差。
但是我们只能获得测量值，所以通常把给定值与测量值之差作为偏差。
5、如何区别正反馈和负反馈？
反馈信号使原来信号加强，叫正反馈。
凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，而正反馈则是凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同。
6、开环系统和闭环系统的区别。
（1）开环控制系统
若系统的输出信号不反馈到输入端，也就不能形成闭合回路，这样的系统就称为开环控制系统。
开环系统的构成特点是简单、实用，但由于无反馈信息，控制的效果取决于控制模型是否准确适当、组成开环系统的各个环节是否稳定，系统任何部分的变化都可能影响控制的最终结果。
（2）闭环控制系统
系统的输出（被控变量）通过某种方式一般为测量传感器送回到控制系统的输入端。
这样控制系统就形成了一个闭合的环路，称闭环控制系统。
在电子学中，将输出信号引回到输入端叫做反馈。
同理，闭环控制系统也是反馈控制系统，而且常用的是负反馈，负反馈可以使控制系统稳定。
多数控制系统都是闭环负反馈控制系统
7、常见的典型信号有哪几种？
各有什么特点？
常见典型信号：
阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。
阶跃干扰（阶跃输入）的特点：
比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。
8、控制系统的性能指标主要包含几个？
最大偏差或超调量：
最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。
衰减比：
是表示衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。
余差：
当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差，在图中以C表示。
偏差的数值可正可负。
过渡时间：
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。
振荡周期或频率：
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。
在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。
上升时间也是一个品质指标。
它是指干扰开始作用起至第一个波峰时所需要的时间。
显然，上升时间以短一些为宜。
9、参量模型与非参量模型的基本概念。
非参量模型：
当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。
特点：
形象、清晰，易看出定性特性，但缺乏数学方程的解析性质，一般由试验直接获取。
根据输入形式的不同，主要有阶跃反应曲线、脉冲反应曲线、矩形脉冲反应曲线、频率特性曲线等。
参量模型：
当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。
对象的参量模型可以用描述对象输人、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。
本节所涉及的模型均为用微分方程描述的线性定常动态模型。
10、利用微分方程建立数学模型的基本步骤。
用微分方程描述对象模型
根据系统的机理分析，列写系统微分方程的步骤:
（1）确定系统的输入、输出变量；
（2）从输入端开始，按照信号的传递顺序，依据各变量所遵循的物理、化学等定律，列写各变量之间的动态方程，一般为微分方程组；
（3）消去中间变量，得到输入、输出变量的微分方程；
（4）标准化：
将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并且分别按降幂排列，最后将系数归化为反映系统动态特性的参数，如时间常数等。
11、如何利用微分方程建立水槽的数学模型？
12、机理分析法存在哪些局限性？
机理分析法的局限性：
许多复杂的过程不能通过理论分析得出显性表达式；
理论推导通常忽略一些影响因素，而这些因素对实际结果具有相当的影响；
通过实验获得经验方程有时比理论推算更方便。
13、时域方法和频域方法各有什么特点？
时域方法：
求取对象的飞升曲线或方波响应曲线。
这种方法不需要特殊的信号发生器，在很多情况下可以利用调节系统中原有的仪器设备，方法简单，测试工作量小，应用广泛。
缺点是测试精度不高，对生产有一定影响。
频域方法：
在对象输入端加以一种正弦波或近似正弦波，测出输入与输出之间的幅度比和相位差，得到对象的频率特性。
原理上和数据处理上都比较简单。
输入信号只是稳态值上下波动，对生产影响小，测试的精度比时域法高。
需要专门的超低频测试设备，测试工作量较大。
14、传递滞后和容量滞后的基本概念？
1．传递滞后
传递滞后又叫纯滞后，一般用τ0表示。
纯滞后的产生一般是由于介质的输送、能量传递和信号传输需要一段时间而引起的。
输送机将固体溶质由加料斗送至溶解槽所经过的时间，为纯滞后时间。
滞后期内无变化——新参数的作用结果还没有传递到输出点。
检测元件安装位置不合理，也是产生纯滞后的重要因素。
如检测点设得较远，信号传递将会引起较大的传递滞后，造成控制系统控制不及时。
2．容量滞后
有些对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值，这种现象叫容量滞后或过渡滞后。
容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。
容量滞后：
滞后期内逐步产生微弱变化——新参数的作用结果受到容积量的缓冲。
15、压力有哪几种表示方式？
绝对压力——单位面积所受到全部压力
相对压力（表压）——绝对压力与大气压之差
p表压=p绝对-p大气
真空度（负压）——大气压与绝对压力之差
p真空=p大气-p绝对
16、测量压力的仪表有哪几种？
1．液柱式压力计
液柱式压力表是根据静力学原理，将被测压力转换成液柱高度来测量压力的。
这类仪表包括U型管压力计、单管压力计、斜管压力计等。
2．弹性式压力计
弹性式压力表是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成元件的位移来测量压力的。
常见的有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜片（或膜盒）式压力表。
3．活塞式压力计
活塞式压力计是利用流体静力学中的液压传递原理，将被测压力转换成活塞上所加珐码的重量进行压力测量的。
这类测压仪表的测量精度很高，允许误差可小到0.05％~0.2%，所以普遍用作标准压力发生器或标准仪器对其他压力表或压力传感器进行校验和标定。
4．压力传感器和压力变送器（电气式压力计）
压力传感器和压力变送器是利用物体某些物理特性，通过不同的转换元件将被测压力转换成各种电量信号，并根据这些信号的变化来间接测量压力。
根据转换元件的不同，压力传感器和压力变送器可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、压电式、霍尔片式等多种形式。
17、弹性式压力计的工作原理是什么？
有什么特点？
工作原理：
是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的。
当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。
弹性元件的特点：
构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数千兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中广泛应用。
若增加附加装置，如记录机构、电气变换装置、控制元件等，则可以实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。
18、电气式压力计的基本组成结构框图是什么？
19、电气式压力计中一般使用哪些表头？
各有什么特点？
常见压力变换器（压力探头）有：
应变式压力变换器；
压电电阻式压力变换器；
电感式压力变换器；
电容式压力变换器；
霍尔片式压力变换器。
20、智能型压力变送器的基本结构框图为何？
有哪些特点？
智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。
3051C特点：
具有远程通讯的功能
依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数
使用维护方便
长期稳定工作，每5年才需校检一次
3051C组成：
传感膜头、电子线路板
21、确定压力仪表的类型时，应该考虑哪些因素？
（1）仪表类型的选用
类型的选择，通常需要考虑以下因素：
被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。
生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、记录或上下限报警等。
现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场等。
22、如何确定压力仪表的测量范围？
仪表测量范围的确定仪表的测量范围是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围，它是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。
在测量压力时，为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损怀，压力计上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值。
23、差压式物位计的基本原理。
24、电容式液位传感器的优、缺点各是什么？
优点：
电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。
缺点：
需借助较复杂的电子线路。
应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。
25、质量流量和体积流量分别指什么?
质量流量：
单位时间里，流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量,,以M表示。
体积流量：
单位时间里通过过流断面的流体体积，简称流量，以Q表示。
26、什么是节流现象？
流体在管道里流动时，有时流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流现象。
27、涡轮流量计具有哪些优、缺点？
优点：
（1）高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计；
（2）重复性好；（3）元零点漂移，抗干扰能力好；（4）范围度宽；（5）结构紧凑。
缺点：
（1）不能长期保持校准特性；
（2）流体物性对流量特性有较大影响。
28、电磁流量计在使用上存在哪些限制？
电磁流量计只能用来测量导电液体的流量，其导电率要求不小于水的导电率。
不能测量气体，蒸汽及石油制品等的流量。
由于液体中所感应出的电势数值很小，所以要引入高放大倍数的放大器，由此而造成测量系统很复杂，成本高，并且容易受外界电磁场干扰的影响，在使用不恰当时会大大地影响仪表的精度。
在使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。
安装时要远离一切磁源。
不能有振动。
29、压力式温度计的原理是什么？
应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计。
它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。
30、热电偶与热电阻存在哪些区别？
热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。
测温原理：
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。
热电阻温度计是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。
测温原理：
利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）来进行温度测量的。
31、热电偶选型时要注意哪些问题？
温度每增加１℃时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；
物理稳定性要高；
化学稳定性要高；
材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。
32、热电阻有哪几种类型？
（1）铂电阻在0～650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为
工业上常用的铂电阻有两种，一种是R0＝10Ω，对应分度号为Pt10。
另一种是R0＝100Ω，对应分度号为Pt100。
36、铜电阻金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50～+150℃内，具有很好的稳定性。
在-50～+150℃的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。
即
工业上常用的铂电阻有两种，一种是R0＝50Ω，对应的分度号为Cu10。
另一种是R0＝100Ω，对应的分度号为Cu100。
或者热电阻的类型
1）普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
2）铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。
与普通型热电阻相比，它有下列优点：
①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
3）端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。
它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
4）隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。
隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
33、智能式温度变送器有哪些优点？
以SMART公司的TT302温度变送器为例加以介绍。
优点：
可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；
具有量程范围宽、精度高；
环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；
质量轻；
安装维护方便。
34、测温元件的安装要求。
（1）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差。
见图3-73。
图3-73测温元件安装示意图之一
（2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。
（3）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。
见图3-74。
图3-74测温元件安装示意图之二
（4）
若工艺管道过小（直径小于80mm），安装测温元件处应接装扩大管，如图3-75所示。
图3-75小工艺管道上测温元件安装示意图
（5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量，如图3-76所示。
图3-76热电偶或热电阻安装示意图
（6）为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。
（7）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气进入，使读数降低。
35、软测量技术的概念。
依据易测过程变量与难以直接测量的待测过程变量之间的数学关系，通过各种数学计算和估计方法，实现对待测过程变量的测量。
37、平衡电桥测热电阻温度的过程。
平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。
当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是
式（4-3）
当被测温度升高后的平衡条件是
式（4-4）
用式（4-4）减式（4-3），则得
结论：
滑动触点B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。
并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。
38、数字式显示仪表具有哪些特点？
数字式显示仪表的特点
清晰直观、读数方便、不会产生视差。
线路简单、可靠性好、耐振性好。
有利于制造、调试和维修，降低生产成本。
39、数字式控制器的特点。
1.实现了模拟仪表与计算机一体化。
2.具有丰富的运算控制功能。
3.使用灵活方便，通用性强。
4.具有通讯功能，便于系统扩展。
5.可靠性高，维护方便。
40、PLC的主要工作方式。
可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称PLC。
在线（联机）编程方式
编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到PLC中。
离线（脱机）编程方式
编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，将程序送到PLC存储器中。
41、执行器的主要作用及分类。
作用：
接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内
按能源形式分类：
气动执行器，电动执行器，液动执行器
42、直通单座控制阀和双座控制阀各有哪些优缺点？
（1）直通单座控制阀
阀体内只有一个阀芯与阀座。
特点：
结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。
缺点：
在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。
图6-2直通单座阀
（2）直通双座控制阀
阀体内有两个阀芯和阀座。
特点：
流体流过的时候，不平衡力小。
缺点：
容易泄漏
图6-3直通双座阀
根据阀芯与阀座的相对位置
可分为正作用式与反作用式两种形式。
42、气动执行器的安装要注意什么？
⏹气动执行器的安装和维护
（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。
（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不低于-40℃的地方，并应远离振动较大的设备。
（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。
（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。
特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般应加支撑。
即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振动场合时，也应加支撑。
（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反。
（6）控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下控制阀。
考虑到控制阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀。
（7）控制阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。
安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。
当初次通入介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住。
（8）在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修。
图6-20 控制阀在管道中的安装
43、选择被控变量的基本原则。
（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量
（2）被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。
为维持其恒定，需要较频繁的调节。
（3）尽量采用直接指标作为被控变量。
当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
（4）被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。
（6）被控变量应是独立可控的。
44、选择操纵变量的基本原则。
①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。
②操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏
③在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。
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