題庫《化工儀表及自動化》.doc
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1、《化工儀表及自動化》期末復(fù)習(xí)題 一.填空(每空1分) 1.工程上所用的壓力指示值多為 表壓 ,即絕對壓力和大氣壓力之差;當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時,一般用負(fù)壓或真空度表示,即 大氣壓力與絕對壓力之差 之差。 2.差壓式液位計在使用中會出現(xiàn) 無遷移 、 負(fù)遷移 和 正遷移 三種零點(diǎn)遷移問題。 3.差壓式流量計通常由 節(jié)流裝置 、 差壓計 以及 顯示儀表 組成。 4. 熱電偶 溫度計是把溫度的變化通過測溫元件轉(zhuǎn)化為熱電勢的變化來測量溫度的,而 熱電阻 溫度
2、計是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量的。 5.用來評價控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)分別是最大偏差(或超調(diào)量)、 衰減比 、 余差 、 過渡時間 和振蕩周期(或頻率)等。 6.描述簡單對象特性的參數(shù)分別有 放大系數(shù) 、 時間常數(shù) 和 滯后時間 。 7.對于比例積分微分(PID)控制來說,單純的比例作用存在余差,加入 積分作用 可以消除余差,而加入 微分作用
3、 可以起到“超前控制”的效果。 8.前饋控制的主要形式有 單純的前饋控制 和 前饋-反饋控制 兩種。 9.衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)主要有 最大偏差 、 衰減比 、 余差 、 過渡時間 、振蕩周期等。 10.對于一個比例積分微分(PID)控制器來說,積分時間越大則積分作用越 弱 ;微分時間越大,則微分作用越 強(qiáng) 。 11.根據(jù)滯后性質(zhì)的不同,滯后可以分為 傳遞滯后 和 容量滯后 兩類。
4、 12.測量儀表的量程是指 測量范圍上限值 與 測量范圍下限值 之差。 13.按照使用能源的不同,工業(yè)儀表可以分為 氣動儀表 、 電動儀表 兩類。 15.按照測量原理的不同,壓力檢測儀表可以分為 彈性式壓力計 、 液柱式壓力計 、 活塞式壓力計 、 電氣式壓力計 等 。 16.用于輸送流體和提高流體壓頭的機(jī)械設(shè)備統(tǒng)稱為流體輸送設(shè)備,其中輸送液體并提高其壓頭的機(jī)械稱為 泵 ,而輸送氣體并提高其壓頭的機(jī)械稱為 風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)
5、 。 17、氣動儀表的信號傳輸,國際上統(tǒng)一使用 20~100KPa 的模擬氣壓信號;DDZIII型電動儀表國際上規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號制是 4~20mA DC 。 18.化工自動化的主要內(nèi)容有 自動檢測系統(tǒng) 、 自動信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 、自動操縱和開停車系統(tǒng)、 自動控制系統(tǒng) 。 19.選擇性控制系統(tǒng)可分為 開關(guān)型選擇性自動控制系統(tǒng) 、連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 和混合型選擇性控制系統(tǒng),對于選擇性控制系統(tǒng)要注意防止
6、 積分飽和 現(xiàn)象的發(fā)生。 20、常見的傳熱設(shè)備有 換熱器 、加熱爐 、 鍋爐 等。 21.兩種常用的均勻控制方案包括 簡單均勻控制 、 串級均勻控制 。 22.速度式流量計中,應(yīng)用 電磁感應(yīng) 原理測量流體流量的儀表為電磁流量計,根據(jù)“卡曼渦街”現(xiàn)象測量流體流量的儀表為 漩渦流量計 ,而差壓式流量計體積流量大小與其所測得差壓的 平方根(平方/平方根)成比例關(guān)系。 23.比例度對過渡過程的影響規(guī)律是比例度越 大 ,過渡過
7、程曲線越平穩(wěn),但余差也越大,比例度越 小 ,余差減小,但過渡過程曲線越振蕩 25.某換熱器溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖1所示,溫度給定值為200℃,該控制系統(tǒng)的最大偏差為 30℃ ,余差為 5℃ ,衰減比為 5∶1 。 圖1 26.用鎳鉻-銅鎳熱電偶測溫,設(shè)備的溫度為900℃(對應(yīng)的分度表熱電勢為68783μV),自由端的溫度為30℃(對應(yīng)的分度表熱電勢為1801μV),測得的熱電勢應(yīng)為 66982μV 。 27.在精餾塔控制系統(tǒng)
8、中,可以改變的變量有進(jìn)料流量、塔頂冷回流流量、塔底再沸器加熱蒸汽流量,要控制塔頂餾出物的組分應(yīng)選擇 塔頂冷回流流量 作為操縱變量,要控制塔底餾出物的組分應(yīng)選擇 塔底再沸器加熱蒸汽流量 作為操縱變量。 28.控制器參數(shù)工程整定的常用方法有 臨界比例度法 、 衰減曲線法 和經(jīng)驗(yàn)湊試法。 29.某臺DDZ-III型比例積分控制器,控制器為正作用,比例度為100%,積分時間為2min。穩(wěn)態(tài)時,輸出為5mA。某瞬時,輸入突然增加了0.2mA,此時刻輸出瞬間變化到 5.2mA ;經(jīng)過5min后,輸出又
9、將變化到 5.7mA 。 30.比值控制系統(tǒng)中,要求不僅可以實(shí)現(xiàn)比較精確的流量比值,而且確保兩物料總量基本不變,應(yīng)采用 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 。 31.離心泵的流量控制方案有以下三種:控制泵的出口閥門開度、 控制泵的轉(zhuǎn)速 以及 控制泵的出口旁路閥門開度 ; 32.離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是壓縮機(jī)的吸氣量 小于 (大于、小于或等于)極限排氣量引起的,防喘振控制方案有固定極限流量法和 可變極限流量法
10、 。 33.比例調(diào)節(jié)器的指示變化量相同時,比例度越小,輸出變化越_____,比例度不變,指示值越大,輸出越____。 二.簡答 1.試分別寫出QDZ型氣動單元組合儀表和DDZ-II型、DDZ-III型電動單元組合儀表的信號范圍。(6分) 2.列舉一種容積式流量計,三種速度式流量計,一種直接式質(zhì)量流量計。(10分) 3.簡述化工自動化的主要內(nèi)容。(8分) 6.什么是反饋?什么是負(fù)反饋?(6分) 7.用熱電偶測溫時,為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有那些? (6分) 8.什么是控制器的參數(shù)整定?工程上常用的控制器參數(shù)整定有幾種方法
11、?(6分) 9.控制閥的流量特性是什么?何為控制閥的理想流量特性?控制閥的理想流量特性有哪幾種?(6分) 12、試述比例(P)、積分(I)、微分(D)控制規(guī)律的定義及其各自特點(diǎn)?(6分) 13.簡述操縱變量的選擇原則是什么? (6分) 14.簡述放大系數(shù)、時間常數(shù)的定義。(6分) 15.常用的熱電偶有哪幾種?什么是補(bǔ)償導(dǎo)線?(6分) 17.簡述單回路控制系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成?試畫出單回路控制系統(tǒng)的典型方塊圖。(6分) 三.計算 1.某臺測溫儀表的測量范圍是200~700℃,校驗(yàn)該表時得到的最大絕對誤差為+4℃,試確定該儀表的精度等級。(5分)
12、 2.用差壓變送器來測量液位時,在變送器正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間裝有隔離罐,測量方式如圖2所示,若被測介質(zhì)密度為ρ1,隔離液密度為ρ2,問有無遷移?何種遷移?遷移量多少?(10分) h2 h1 H ρ1 p0 ρ2 ρ2 圖2 4.某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為(402)℃??紤]到發(fā)酵效果,控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6℃?,F(xiàn)設(shè)計一定值控制系統(tǒng),在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖3所示。試確定該系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間和振蕩周期等過渡過程指標(biāo),并回答該系統(tǒng)是否能夠滿足工藝要求?(10分) 圖3 5. 用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位
13、,如圖4所示。已知被測液位的變化范圍是0~3m,被測介質(zhì)密度ρ=900,毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度ρ0=950。變送器的安裝尺寸為h1=1m,h2=4m。求變送器的測量范圍,并判斷零點(diǎn)遷移方向,計算遷移量。當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或者降低時,問對遷移量有什么影響?(10分) 圖4 法蘭式差壓變送器測量液位 6.現(xiàn)用一支鎳鉻—鎳硅熱電偶來測量某換熱器內(nèi)的溫度,其冷端溫度為30℃,顯示儀表為動圈儀表,此儀表的機(jī)械零位為0℃,這時指示值為400℃,若認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430℃,對不對?為什么?正確值為多少?(10分) 已知條件:(1)28.943mV (2)1.
14、801mV (3)30.744mV 7.(15分)如果有一臺壓力表,其測量范圍為0~10MPa,經(jīng)校驗(yàn)得到下列數(shù)據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/ MPa 0 2 4 6 8 10 被校表正行程讀數(shù)/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 被校表反行程讀數(shù)/ MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 (1) 分別求出該壓力表正反行程的最大絕對誤差值;(5分) (2) 根據(jù)正反行程的最大絕對誤差值,該壓力表的精度等級應(yīng)為多少;(5分) (3) 求出該壓力表的變差;(3分) (4) 根據(jù)變差的大
15、小,問該壓力表是否還能符合(2)中確定的精度等級。(2分) (我國規(guī)定的儀表等級有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等) 8.(10分)一臺精度等級為0.5級,測量范圍為600~1200℃的電子電位差計,問: (1)它的最大允許絕對誤差是多少?(5分) (2)校驗(yàn)時,如其中的某一點(diǎn)最大絕對誤差是4℃,問此表是否合格?(5分) 9.測量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況)時,在負(fù)壓管上裝有冷凝罐(圖5),已知被測液位H變化范圍為,被測介質(zhì)密度,變送器安裝尺寸為,,大氣壓,問這時用差壓變送器來測量液位時,要不要遷移?如要遷移,遷移量應(yīng)為多少
16、?(8分) h2 h1 H ρ p0 圖5 10.某合成氨廠合成塔的壓力變化范圍為11~14MPa,較為平穩(wěn),要求測量誤差不得大于0.4MPa。工藝上要求就地指示,并能高低限報警。試選用一臺壓力表,指出其類型、量程和精度。可供選用的壓力表量程規(guī)格為0~10、0~16、0~25M、0~40、0~60MPa,精度等級為1.0, 1.5, 2.5。(9分) 11.某被測壓力變化范圍為1.0~1.6Mpa,較為平穩(wěn),要求測量誤差不得大于0.05MPa,就地指示壓力表示值,試選用一臺壓力表,指出其類型、量程和精度??晒┻x用的壓力表量程規(guī)格為0~1.6、0~2.5、0~
17、4.0MPa,精度等級為1.0, 1.5, 2.5。(10分) 12.某臺測溫儀表的測量范圍是0~1000℃,出廠時經(jīng)校驗(yàn),其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測量結(jié)果為 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/ ℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000 被校表讀數(shù)/ ℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001 (1) 求出該測溫儀表的最大絕對誤差值;(2) 確定該測溫儀表的精度等級;(3) 如果工藝上允許的最大絕對誤差為8℃,問該測溫儀表是否符合要求?(我國規(guī)定的儀表等級有0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5等)(10
18、分) 13.測量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況)時,在負(fù)壓管上裝有冷凝罐(見圖6),問這時用差壓變送器來測量液位時,有無遷移?何種遷移?遷移量多少?(10分) h2 h1 H ρ p0 圖6 四.分析 1.某貯槽,其進(jìn)口流量來自上一工序,不可控,控制目標(biāo)是保證貯槽的液位恒定,為此設(shè)計一簡單液位控制系統(tǒng),如圖7所示,試問: (1) 畫出簡單控制系統(tǒng)的方塊圖。(6分) 進(jìn)口流量 LT LC (2) 指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量和主要擾動變量。(4分) 出口流量 2、乙炔發(fā)生器是利用電石和水來產(chǎn)生乙炔氣的裝置。為了降低電
19、石消耗量,提高乙炔氣的收率,確保安全生產(chǎn),設(shè)計了圖8所示的溫度控制系統(tǒng)。工藝要求乙炔發(fā)生器的反應(yīng)溫度控制在(801)℃。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖,并指出圖中的被控對象、被控變量、操縱變量以及可能存在的擾動。(10分) TT TC 乙炔氣 電石 出料 冷水 圖8 3.(12分)下為貯槽液位控制系統(tǒng),為安全起見,貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出,試在下述兩種情況下,分別設(shè)計簡單控制系統(tǒng),畫出系統(tǒng)的控制流程圖;確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式及控制器的正、反作用。 (1) 選擇流入量為操縱變量;(6分) (2) 選擇流出量為操縱變量。(6分) 4. 下圖
20、所示為精餾塔溫度控制系統(tǒng)的示意圖,它通過控制進(jìn)入再沸器的蒸汽量實(shí)現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖,確定控制閥的氣開氣、關(guān)型式和控制器的正、反作用,并簡述由于外界擾動使精餾塔溫度升高時該系統(tǒng)的控制過程(此處假定精餾塔的溫度不能太高)。 精餾塔溫度控制系統(tǒng) 解 精餾塔溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 題解7-16 圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)方塊圖 控制閥應(yīng)為氣開型式;被控對象是“正”作用,控制器應(yīng)為“反”作用。 當(dāng)外界擾動使精餾塔溫度升高時,控制器TC輸出減小,控制閥開度變小,蒸汽流量降低,精餾塔溫度下降。 5.下圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)
21、的方塊圖,并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么?現(xiàn)因生產(chǎn)需要,要求出口物料溫度從80℃提高到81℃,當(dāng)儀表給定值階躍變化后,被控變量的變化曲線如題1-20(b) 圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo):最大偏差、衰減比和余差(提示:該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng),新的給定值為81℃)。 題1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制 解 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。 題解1-20圖 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中:被控對象是蒸汽加熱器;被控變量是出口物料溫度;操縱變量是蒸汽流量。 可能存在的干擾主要有:進(jìn)口物料的流量、溫度的變化;加熱蒸汽的壓力、溫度的變化;
22、環(huán)境溫度的變化等。 該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo): 最大偏差A(yù)=81.5-81=0.5(℃); 由于B=81.5-80.7=0.8(℃),B=80.9-80.7=0.2(℃),所以,衰減比n=B:B=0.8:0.2=4; 余差C=80.7-81= -0.3(℃)。 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(90010)℃??紤]安全因素,控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃?,F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo):最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間(被控溫度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的1%(即900(1%)=9℃)的時間)
23、,并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求? 題1-19圖 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線 解 最大偏差A(yù)=950-900=50(℃); 超調(diào)量B=950-908=42(℃); 由于B=918-908=10(℃),所以,衰減比n=B:B=42:10=4.2; 余差C=908-900=8℃; 振蕩周期T=45-9=36(min); 過渡時間ts=47min。 因?yàn)锳=50℃<80℃,C=8℃<10℃,所以,該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。 6.下圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng),通過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變
24、。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖,并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么?并說明該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng) 解 該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖 題解1-11圖 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 其中,被控對象:反應(yīng)器;被控變量:反應(yīng)器內(nèi)的溫度;操縱變量:冷卻水流量。 可能影響被控變量的干擾因素主要有A、B兩種物料的溫度、進(jìn)料量,冷卻水的壓力、溫度,環(huán)境溫度的高低等。 若當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的被控溫度在干擾作用下升高時,其測量值與給定值比較,獲得偏差信號,經(jīng)溫度控制器運(yùn)算處理后,輸出控制信號去驅(qū)動控制閥,使其開度增大,冷卻水流量增大,這樣使反應(yīng)器內(nèi)的溫度降下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
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