化工仪表及自动化复习范围和样卷.docx
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化工仪表及自动化复习范围和样卷
第一章
1.自动控制系统由自动化装置和被控对象组成。
自动化装置包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等。
2.偏差信号为设定信号减去反馈信号，则为负反馈；偏差信号为设定信号加上反馈信号，则为正反馈。
3.对于简单控制系统会画出方框图，能指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量分别是什么，并能分析可能影响被控变量的干扰有哪些。
（如P16习题11）
4.熟悉管道一控制流程图上常用符号的意义。
5.系统的过渡过程：
对于任何一个处于平衡的控制系统，受到扰动作用后在控制作用下系统从之前的平衡状态进入另一个平衡状态的过程。
6.过渡过程的基本形式有非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。
7.能根据过渡过程曲线说出它表示的过渡过程形式。
8.
9.衰减振荡过渡过程的品质指标主要有：
最大偏差或超调量（知道二者的区别）、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等。
能根据衰减振荡过渡过程曲线得出这些指标的值。
（参考P15例题）
第二章
1.被控对象特性值被控对象输入与输出的关系。
2.被控对象的输入包括控制作用和扰动作用，被控对象的输出是被控变量。
3.由干扰变量影响被控变量变化的通道称为干扰通道，由控制变量影响被控变量变化的通道称为控制通道。
4.描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数T、和滞后时间。
5.放大系数K等于对象处于稳定状态时，输出变化量与输入变化量的比值。
6.放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的的补偿能力强，余差也小。
放大系数小，则控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢。
但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。
7.时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。
8.时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数。
9.在相同控制作用下，若时间常数大，则被控变量变化缓慢，过渡过程时间长；若时间常数小，则被控变量变化速度快。
时间常数太大或太小，在控制上都将存在困难，应该根据实际情况适中考虑。
10.滞后时间τ是纯滞后时间τ0和容量滞后时间τc的总和。
11.
12.τ0是输出变量的变化落后与输入变化的时间，一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。
在控制通道如果出现纯滞后，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。
在干扰通道如果出现纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，由于干扰本身是随机的，因此干扰通道的纯滞后并不影响控制系统的控制质量。
13.
14.τc一般是因为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增加。
在控制通道如果出现容量滞后，会使控制作用对被控变量的影响变慢，系统稳定性降低。
在扰动通道如果出现容量滞后，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般有利于控制。
第三章
1.测量误差是指在检测过程中受到使用工具本身的准确性和检测环境等因素对测量结果的准确性的影响，使得从检测仪表获得的被测值与被测变量真实值之间存在的差距。
2.测量误差的表示方法有绝对误差和相对误差两种，相对误差又有实际相对误差、标陈相对误差和相对百分误差三种表示方式。
3.检测仪表的主要性能指标有精确度（简称精度）、变差、灵敏度与灵敏限、分辨力、线性度、反应时间。
4.会计算相对百分误差并确定精度等级。
（P35例1、例2）
5.压力的表示方法有绝对压力、表压和真空度。
工程上常用表压或真空度来表示压力的大小。
6.测压仪表按其转换原理不同主要有四大类：
液柱式压力计，它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力机，它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移来进行测量的；电气式压力计，它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计，它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
7.会根据工作压力范围确定压力表量程（根据化工仪表自动控制设计规定，被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3；在被测压力波动较大时，最大工作压力不应超过仪表满量程的1/2；在测量高压时，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/5；为了保证测量的准确性，最小工作压力不应低于满量程的1/3），并结合测量误差的要求确定压力表的精度等级。
（P47例3）
8.流量检测的方法主要有测体积流量和测质量流量两大类。
测体积流量的方法有容积法和速度法两类；测质量流量的方法有直接法和间接法（用密度与容积流量经过运算得到质量流量）两类。
9.差压式流量计测量流量的原理是：
流体流经节流装置时会产生静压差，压差与流量之间有一定的对应关系，因此可以从测量得到的压差来计算出流量值。
10.转子流量计测量流量的原理是：
保持压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小。
11.转子流量计在出厂时都是在工业基准状态（20℃，0.1MPa）下用水或空气进行刻度，在实际使用时必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行修正（P57例4、P58例5）。
12.转子流量计安装时必须垂直安装。
13.压差式液位变送器的工作原理是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压力也相应变化的原理工作的。
将压差变送器一端接液相，另一端接气相。
p为容器上部空间的气体压力，p1、p2分别为差压变送器正、负压室的压力。
14.
15.因此，当被测介质的密度已知时，压差与液位高度成正比，测定压差便可计算出液位。
16.温度检测的主要方式按敏感元件和被测介质接触与否可分为接触式和非接触式两大类。
17.热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。
热电偶温度计把温度的变化通过测温元件热电偶转换为热电势的变化来测量温度，其输入信号是温度，输出信号是热电势。
18.
19.热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。
热电阻温度计把温度的变化通过测温元件热电阻转换为电阻值的变化来测量温度，其输入信号是温度，输出信号是电阻值。
20.热电偶温度计的冷端温度补偿：
21.工业上常用的各种热电偶的温度-热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的。
但在实际生产中，冷端温度往往不是0℃，而是某一温度t1，这就引起测量误差，因此必须对冷端温度进行修正。
若设备实际温度为t，冷端温度为t1，这时测得的热电势为E（t,t1），那么实际温度下的热电势为
22.E（t,0）=E（t,t1）+E（t1,0），查表可得实际温度。
（P84例6）
第四章
1.控制器是自动控制系统的核心，它的作用是将被控变量的测量值与给定值相比较得到偏差，并根据偏差进行一定的数学运算，然后将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
2.工业上控制器常用的控制规律有位式控制、比例控制（P）、比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）、比例积分微分控制（PID）。
3.双位控制的输出只有两个数值，即最大值和最小值，其执行机构只有两个特定的位置，即开和关。
双位控制的被控变量的变化是一个等幅振荡的过程，不能使被控变量稳定在某个数值上。
4.比例控制根据偏差大小成比例的输出。
p=Kpe
5.对于单元组合仪表，比例度δ=（1/Kp）*100%
6.比例度减小，控制作用增大；比例度太小会引起被控变量的振荡。
7.比例控制的优点是反应快、控制及时，缺点是控制结果有余差。
8.适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。
如一般的液位控制和不太重要的蒸汽压力控制系统等。
9.比例积分控制在比例作用基础上加上积分作用
，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直到偏差消除为止。
因此比例积分控制过渡过程结束时无余差。
10.在比例作用基础上加上积分作用，使稳定性降低，最大偏差和振荡周期增大，过渡时间变长。
11.TI减小，积分作用增大；TI太小会引起振荡。
12.适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统，如流量、压力控制等。
13.比例积分微分控制在比例积分作用基础上引入微分作用
，使控制器根据偏差的变化速度来成比例输出，对克服对象的滞后有显著效果。
14.微分作用的引入使振幅减小，过渡时间变短。
15.TD增大，微分作用增大；TD太大会引起振荡。
16.适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，如温度、成分控制等。
对滞后小或噪声严重的系统应避免引入微分作用，否则会造成系统的不稳定。
17.会计算比例度（见P115）
18.DDZ-III型电动控制器采用的是4~20mA信号。
第五章
1.执行器按能源形式分为气动执行器、电动执行器、液动执行器三类，工业上常用的是气动执行器和电动执行器。
2.控制阀的理想流量特性有快开、直线、抛物线、等百分比等几种。
目前使用比较多的是等百分比特性。
3.气动执行器有气开式和气关式两种形式。
有压力信号时阀开、无压力信号时阀关为气开式；反之为气关式。
气开式和气关式的选择主要从工艺生产上的安全要求出发。
信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。
如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。
反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。
第六章
1.简单控制系统由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个控制器和一个执行器构成。
2.工艺上允许加以控制的变量称为可控变量，否则称为不可控变量。
3.当存在多个可控变量时，应选择其中对被控变量影响较大且较快的作为操纵变量，同时应考虑工业的合理性和生产的经济性。
4.控制系统中某一环节的作用方向是指该环节输入变化后，输出的变化方向。
若某环节输入增加时其输出也增加，为正作用方向；反之为反作用方向。
5.测量元件与变送器作用方向为正。
6.对于执行器，气开阀作用方向为正，气关阀作用方向为反。
7.对于被控对象，操纵变量增加时被控变量增加为正作用方向，反之为反作用方向。
8.对于执行器，当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，为正作用方向；反之为反作用方向。
9.在控制系统中要正确选择控制器的正反作用方向，使控制器、执行器、对象三个环节组合起来起到负反馈的作用。
（P168习题12、13、14）
10.a，积分时间过小；b，比例度过小；c，微分时间过大时产生的周期性激烈振荡。
11.
12.a，比例度过大；b，积分时间过大时过渡过程变化缓慢的情形。
13.
第七章
1.串级控制系统是由主控制器和副控制器串接工作的。
主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对主变量的定值控制。
2.串级控制系统中主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。
3.串级控制系统中主控制器应选择PI或PID作用，而副控制器应选用P作用。
4.串级控制系统中主、副控制器的正、反作用的确定：
5.副控制器的作用方向的选择方法与简单控制系统中控制器作用方向选择方法相同。
6.主控制器的作用方向确定方法为：
当主、副变量在增加（或减小）时，如果要求控制阀的动作方向是一致的，则主控制器选反作用方向，如果要求控制阀的动作方向不一致，则主控制器选正作用方向。
（P199习题5）
7.均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够相互兼顾和协调操作。
均匀控制系统不是为了使控制变量保持不变，而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢变化。
第十章
1.P261习题6。
2.解答：
由于主要干扰为载热体（蒸汽）压力不稳定，为了及时克服这一干扰，可以选择蒸汽流量为副变量，出口物料温度为主变量，构成温度流量串级控制系统。
3.
4.原理图方块图
5.由于介质温度不允许过高，否则易分解，所以控制阀应选择气开式，一旦气源故障断气，控制阀自动关闭，蒸汽不在进入加热器，以避免介质温度过高而分解。
6.由于被控变量控制要求高，无余差，且加热器滞后一般较大，故主控制器选PID控制规律，副控制器FC选用P控制规律。
7.副回路中由于流量对象是正作用，控制阀也是正作用，FC应为反作用。
8.由于主变量温度升高时，需要关小蒸汽阀，副变量流量增大时，也需要关小蒸汽阀，它们对控制阀的动作要求是一致的，故主控制器TC应选择反作用。
9.下图a、b、c中三种反应釜的串级控制系统分别适用于哪些场合？
10.
11.（a）（b）（c）
12.（a）是釜温-载热体流量的串级控制，多用在载热体的压力、流量经常波动的场合。
13.（b）是釜温-夹套温度的串级控制，多用在载热体压力、流量及其热值都经常波动的场合。
14.（c）是釜温-釜压的串级控制，多用在釜压经常波动的场合。
附样卷
一．填空题（每格1.分，共28分）
1.自动控制系统由自动化装置和________组成。
自动化装置包括________、________、________等。
2.转子流量计工业上是在_____℃，_____Mpa压力下用水或空气进行刻度的，安装时必须_____安装。
3.工业上控制器常用的控制规律为_______________、_______________、_______________、_______________、_______________。
4.执行器按其使用的能源形式可分为_______________、_______________、_______________三大类，工业上常用的是_______________和_______________两大类型。
5.描述对象特性的参数有_______________、_______________、和_______________。
6.简单控制系统由_______________、_______________、_______________和_______________、构成。
7.温度检测的主要方式按敏感元件和被测介质接触与否可分为___________和___________两大类。
8.如果反馈的结果使系统的输出增加，则该反馈称为__________。
工业控制系统一般情况下都应为__________。
二．简答题（共36分）
1.（5分）仪表的图形符号中ＴＲＣ－２１０所表达的意义。
2.（5分）热电阻温度计的工作原理。
3.（5分）检测仪表的主要性能指标有哪些？
4.（5分）什么是可控变量？
当存在多个可控变量时，应如何选择操纵变量？
5.（5分）控制器在自动控制系统中的作用。
6.（11分）如下图所示的列管式换热器，工艺要求出口物料稳定，无余差，超调量小。
已知主要干扰为载热体（蒸汽）压力不稳定。
试确定控制方案，画出自动控制原理图与方块图，并确定所选控制器的控制规律及正反作用。
三．计算题（共36分）
1.（１0分）某反应器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过滤过程曲线如右图。
求：
①最大偏差A
②余差C
③衰减比n
④振荡周期T
⑤过渡时间t
2.（8分）用N型热电偶来测量某介质温度,在冷端t0=30℃，测得热电势E（t,30）为22.0mv,求被测介质的实际温度。
（查分度刻度表，得22.0mv对应度温为550℃；30℃对应的热电势为1.00mv；23.0mv对应的温度为579℃）
3.
4.（8分）某压力参数的测量范围要求0~1000KPa；工艺要求的绝对误差不能超过8KPa；现有精度等级为0.5和1.0的压力仪表，问该选何等级。
5.
6.﹙10分﹚某比例式液位控制器，其液位的测量范围为0~1.2m；控制输出变化为0~100％；当测量值从0.4m增到0.6m时，输出信号从50％~70％；求该比例控制器的比例度δ。
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.
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