化工仪表与自动化简答.docx

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化工仪表与自动化简答

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。

 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？

 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    

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）。

5、（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。

6、（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？

7、（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。

8、（10分）写出差压式流量计的基本方程式；说明公式中各个符号所代表的含义。

9、（10分）均匀控制系统和一般控制系统的异同点有哪些？

怎样实现均匀控制？

10、（8分）从保证控制质量的角度，控制阀设计中应考虑哪几个方面？

阀的理想流量特性有哪几种形式？

11、（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。

已知：

比例度δ=200%

已知：

比例度δ=100%

积分时间Ti=2分

12、（20分）某列管式蒸汽加热器，工艺要求出口物料温度稳定在（90±1）℃。

已知主要干扰为蒸汽压力的波动。

（1）      确定被控变量，并选择相应的测量元件。

（2）      制定合理的控制方案。

（3）      如物料温度不允许过高，否则易裂解，试确定控制阀的气开、气关式。

（4）      

画出控制流程图与方框图。

13、（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。

14、（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。

15、（14分）比较差压式流量计与转子式流量计的异同点。

16、（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。

17（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）。

答案：

1、（10分）回答要点：

  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）回答要点：

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

Ø      冰浴法：

用冰槽使t0保持零度。

Ø      计算法：

EAB（t，0）＝EAB（t，t0）＋EAB（t0，0）

Ø      仪表零点调整法：

将仪表的机械零点调到t0

Ø      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。

Ø      补偿热电偶：

用与测量热电偶同型号的热电偶进行补偿，用于多支热电偶。

3、（10分）回答要点：

 4、（20分）回答要点：

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      

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

5、（10分）回答要点：

①

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。

6、（20分）回答要点：

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、PID。

②

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。

7、（10分）回答要点：

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。

8、（10分）回答要点：

α——流量系数；Q——被测流体流量

ε——体膨胀校正系数F0——节流件的开口面积

ρ1——被测流体的密度△P——节流件前后差压

9、（10分）回答要点：

①均匀控制系统和一般控制系统的相同点：

结构相同；不同点：

目的和特点不同，其目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量间能互相兼顾和协调操作，特点是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。

②均匀控制的实现可以从以下2方面来做：

1）调节规律上采用P或PI，而不采用D调节，2）参数整定上比例度从小到大整定，且比例度（和积分时间）都较大。

10、（8分）回答要点：

①控制阀的设计应考虑：

阀口径的选择、气开气关形式的选择和流量特性选择。

②理想流量特性有4种形式：

1） 直线特性

2） 等百分比特性

3） 快开特性

4） 抛物线特性

11、（10分）回答要点：

12、（20分）回答要点：

①被控变量为列管式蒸汽加热器物料出口温度，因测量温度较低但精度较高选择铂热电阻为测量元件。

②干扰为蒸汽压力，控制方案选用副参数为蒸汽压力主参数为物料出口温度的串级控制。

③控制阀选用的气开式

④控制流程图与方框图如图

 13、（10分）回答要点：

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

14、（10分）回答要点：

   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。

15、（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

节流件安装不固定

节流件前后差压变化

节流件前后差压固定

输入输出非线性

输入输出线性

16、（10分）回答要点：

17、（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。

图1

图2