期末復習題——《化工儀表及自動化》.pdf

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1 化工儀表及自動化期末復習試題一．填空1．工程上所用的壓力指示值多為 ，即絕對壓力和大氣壓力之差；當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度表示，即 之差。2．差壓式液位計在使用中會出現 、 和 三種零點遷移問題。3．差壓式流量計通常由 、 以及 組成。4． 溫度計是把溫度的變化通過測溫元件轉化為熱電勢的變化來測量溫度的，而 溫度計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。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指標分別是最大偏差（或超調量）、 、 、 和振蕩周期（或頻率）等。6．描述簡單對象特性的參數分別有 、 和 。9．衰減振蕩過程的品質指標主要有 、 、 、 、振蕩周期等。11．根據滯后性質的不同，滯后可以分為 和 兩類。13．按照使用能源的不同，工業(yè)儀表可以分為 、 兩類。15．按照測量原理的不同，壓力檢測儀表可以分為 、 、 、等。16．用于輸送流體和提高流體壓頭的機械設備統(tǒng)稱為流體輸送設備，其中輸送液體并提高其壓頭的機械稱為 ，而輸送氣體 并提高其壓頭的機械稱為 。18．化工自動化的主要內容有 、 、自動操縱和開停車系統(tǒng)、 。19．選擇性控制系統(tǒng)可分為 、 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 現象的發(fā)生。23．比例度對過渡過程的影響規(guī)律是比例度越 ，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大，比例度越 ，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 ，余差為 ，衰減比為 。 圖126．用鎳鉻-銅鎳熱電偶測溫，設備的溫度為900℃（對應的分度表熱電勢為68783μV），自由端的溫度為30℃（對應的分度表熱電勢為1801μV），測得的熱電勢應為 。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、 以及 ；32．離心式壓縮機產生喘振現象的主要原因是壓縮機的吸氣量 （大于、小于或等于）極限排氣量引起的， 2 防喘振控制方案有固定極限流量法和 。二．簡答3．簡述化工自動化的主要內容。5．簡述離心泵的流量控制方案有哪幾種？ 6．什么是負反饋？7．用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的冷端溫度補償方法有那些？ 14．簡述放大系數、時間常數的定義。三．計算1．某臺測溫儀表的測量范圍是200～700℃，校驗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） 2．用差壓變送器來測量液位時，在變送器正、負壓室與取壓點之間裝有隔離罐，測量方式如圖2所示，若被測介質密度為ρ1， 3 隔離液密度為ρ2，問有無遷移？何種遷移？遷移量多少？h2 h1Hρ1p0ρ2 ρ2 圖2 4．某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為（402）℃。考慮到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6℃。現設計一定值控制系統(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，并回答該系統(tǒng)是否能夠滿足工藝要求？（10分） 圖3 4 5． 用一臺雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位，如圖4所示。已知被測液位的變化范圍是0~3m，被測介質密度ρ=9003/mkg ，毛細管內工作介質密度ρ0=950 3/mkg 。變送器的安裝尺寸為h1=1m，h2=4m。求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當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？ + -H P0 ?0? h1 h2圖4 法蘭式差壓變送器測量液位 6．現用一支鎳鉻—鎳硅熱電偶來測量某換熱器內的溫度，其冷端溫度為30℃，顯示儀表為動圈儀表，此儀表的機械零位為0℃，這時指示值為400℃，若認為換熱器內的溫度為430℃，對不對？為什么？正確值為多少？已知條件：（1） ?)0,400(E 28.943mV（2） ?)0,30(E 1.801mV（3） ?)0,422(E 30.744mV 5 6 7．（15分）如果有一臺壓力表，其測量范圍為0~10MPa，經校驗得到下列數據標準表讀數/ MPa 0 2 4 6 8 10被校表正行程讀數/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99被校表反行程讀數/ 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；(2) 根據正反行程的最大絕對誤差值，該壓力表的精度等級應為多少；(3) 求出該壓力表的變差；(4) 根據變差的大小，問該壓力表是否還能符合(2)中確定的精度等級。 （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） 8．一臺精度等級為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？（2）校驗時，如其中的某一點最大絕對誤差是4℃，問此表是否合格？ 9．測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時，在負壓管上裝有冷凝罐（圖5），已知被測液位H變化范圍為 m2~0 ， 7 被測介質密度 3kg/m1000ρ ? ，變送器安裝尺寸為 m3h1 ? ， m5h2 ? ，大氣壓 MPa0.1013p0 ? ，問這時用差壓變送器來測量液位時，要不要遷移？如要遷移，遷移量應為多少？h2 h 1Hρp0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?？晒┻x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。 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、0～4.0MPa，精度等級為1.0, 1.5,2.5。 8 12．某臺測溫儀表的測量范圍是0～1000℃，出廠時經校驗，其刻度標尺上的各點測量結果為標準表讀數/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000被校表讀數/℃ 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分） 《化工儀表及自動化》標準答案一．填空1．表壓，大氣壓力與絕對壓力之差2．無遷移，負遷移，正遷移3．節(jié)流裝置，差壓計，顯示儀表4．熱電偶，熱電阻5．衰減比，余差，過渡時間6．放大系數，時間常數，滯后時間7．積分作用，微分作用 8．單純的前饋控制，前饋-反饋控制9．最大偏差、衰減比、余差、過渡時間11．傳遞滯后，容量滯后12．測量范圍上限值，測量范圍下限值13．氣動儀表，電動儀表14．積分，微分15．彈性式壓力計、液柱式壓力計、活塞式壓力計、電氣式壓力計16．泵，風機或壓縮機18．自動檢測系統(tǒng)，自動信號和聯鎖保護系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng) 9 19．開關型選擇性控制系統(tǒng)，連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)，積分飽和23．大，小25．30℃，5℃，5:126．66982μV31．控制泵的轉速，控制泵的出口旁路閥門開度32．小于，可變極限流量法二．簡答6. 反饋：控制系統(tǒng)方塊中的任何一個信號，只要沿著箭頭方向前進，通過若干個環(huán)節(jié)后，最終又會回到原來的起點負反饋：反饋信號的作用方向與設定信號相反，即偏差為兩者之差。7．工業(yè)上常用熱電偶的溫度-熱電勢關系曲線是在冷端溫度保持為0℃情況下得到，而當采用補償導線將熱電偶的冷端從工業(yè)現場 延伸到操作室內時，熱電偶的冷端溫度高于0℃，而且不恒定，這樣熱電偶產生的熱電勢必然偏小，且隨冷端溫度變化而變化，測量結果就會產生誤差。因此，在應用熱電偶測溫時，必須進行熱電偶的冷端溫度補償。常用的冷端溫度補償方法有以下幾種：(1) 冷端溫度保持0℃的方法；(2) 冷端溫度修正法；(3) 校正儀表零點法；(4) 補償電橋法；(5) 補償熱電偶法。14．放大系數：對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出變化量與輸入變化量的比值。時間常數：對象受到階躍輸入后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間。 三．計算1．解：該儀表的相對百分誤差為 %8.0%100200700 4 ??????? （3分）該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。（2分）2．解：當液面高度為H時，正壓室， 12101 ghρgHρpp ??? （2分） 負壓室， 2202 ghpp ??? （2分） )( 212121 hhggHppp ?????? ?? （2分）當H=0時， 0)( 122 ????? hhgp ? （2分）所以，需要進行零點遷移，應進行負遷移，遷移量為 )( 122 hhg ?? （2分）4、由曲線可知：最終穩(wěn)態(tài)值位41℃，設定值40℃；最大偏差＝45－40＝5℃余差＝41－40＝1℃第一波峰值 B=45-41=4℃第二波峰值B’＝42－41＝1℃ 衰減比＝B/B’=4:1過渡時間 23min振蕩周期＝18－5＝13min 10 5、當不考慮遷移量是，變送器的測量范圍根據液位的最大變化范圍來計算Δpmax＝Hρg＝3*900*9.81＝26487Pa＝26.487kPa所以測量范圍可選為０-３０ｋＰａ如圖所示，當液位高度為H時，差壓變送器正、負壓室所受壓力p1, p2分別為p1=p0+ Hρg-h1ρ0gp2=p0+(h2-h1)ρ0g因此，差壓變送器所受的壓差為：Δp＝p 1－p2＝Hρg－h(huán)2ρ0g由上式可知，當H=0時，Δp＝－h(huán)2ρ0g3℃，所以不合格。9．解： 當液面高度為H時，正壓室， 101 ghgHpp ?? ???負壓室， 202 ghpp ??? )( 2121 hhHgppp ?????? ? 11 當H=0時， 0Pa19600)35(8.91000)( 12 ???????????? hhgp ?所以，需要進行零點遷移，應進行負遷移，遷移量為19.6KPa10．解：平穩(wěn)壓力，所以選擇儀表的上限值為 MPa21231423max ????p所以選擇儀表量程為0~25MPa312511 ? ，被測壓力最小值不低于滿量程的1/3，允許根據測量誤差的要求，可算得允許誤差為%6.1%100254.0 ?? 應選擇精度等級為1.5級的儀表。因此，選擇的壓力表為電接點彈簧管壓力表，量程0~25MPa，精度1.5級。11．解：平穩(wěn)壓力，所以選擇儀表的上限值為 MPa4.2236.123max ????p所以選擇儀表量程為0~2.5MPa315.20.1 ? ，被測壓力最小值不低于滿量程的1/3，允許根據測量誤差的要求，可算得允許誤差為%2%1005.205.0 ?? 應選擇精度等級為1.5級的儀表。因此，選擇的壓力表為彈簧管壓力表，量程0~2.5MPa，精度1.5級。12．解：(1) 各點絕對誤差為標準表讀數/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000絕對誤差/℃ 0 1 2 4 6 5 3 1所以，最大絕對誤差為6℃。(2) 儀表相對百分誤差為%6.0%10010006 ???? 所以，該測溫儀表的精度等級為1.0級(3) 根據工藝要求，儀表的允許誤差為%8.0%10010008 ????所以，應選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求，所以該測溫儀表不符合要求 12