期末復(fù)習(xí)題《化工儀表及自動(dòng)化》.pdf

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1 化工儀表及自動(dòng)化期末復(fù)習(xí)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(dāng)被測壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度表示，即 之差。2．差壓式液位計(jì)在使用中會(huì)出現(xiàn) 、 和 三種零點(diǎn)遷移問題。3．差壓式流量計(jì)通常由 、 以及 組成。4． 溫度計(jì)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 溫度計(jì)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(jià)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）、 、 、 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 、 和 。9．衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)主要有 、 、 、 、振蕩周期等。11．根據(jù)滯后性質(zhì)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(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 ，而輸送氣體 并提高其壓頭的機(jī)械稱為 。18．化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容有 、 、自動(dòng)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(xiàn)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(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 。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(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是壓縮機(jī)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1．簡述化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容。2．簡述離心泵的流量控制方案有哪幾種？ 3．什么是負(fù)反饋？4．用熱電偶測溫時(shí)，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？ 5．簡述放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)的定義。 3 三、計(jì)算1．某臺(tái)測溫儀表的測量范圍是200～700℃，校驗(yàn)該表時(shí)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(shí)，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ρ 1，隔離液密度為ρ2，問有無遷移？何種遷移？遷移量多少？h2 h 1Hρ1p0ρ2 ρ2圖2 3．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℃。現(xiàn)設(shè)計(jì)一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動(dòng)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(shí)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 4 4． 用一臺(tái)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(zhì)密度ρ=9003/mkg ，毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)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(diǎn)遷移方向，計(jì)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(shí)，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 5．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(dòng)圈儀表，此儀表的機(jī)械零位為0℃，這時(shí)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？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(tái)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；(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；(3) 求出該壓力表的變差；(4) 根據(jù)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(tái)精度等級為0.5級，測量范圍為600～1200℃的電子電位差計(jì)，問：（1）它的最大允許絕對誤差是多少？（2）校驗(yàn)時(shí)，如其中的某一點(diǎn)最大絕對誤差是4℃，問此表是否合格？ 7 9．測量高溫液體（指它的蒸汽在常溫下要冷凝的情況）時(shí)，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m2~0 ，被測介質(zhì)密度 3kg/m1000ρ ? ，變送器安裝尺寸為 m3h1 ? ， m5h2 ? ，大氣壓 MPa0.1013p0 ? ，問這時(shí)用差壓變送器來測量液位時(shí)，要不要遷移？如要遷移，遷移量應(yīng)為多少？h 2 h1Hρp0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(bào)警。試選用一臺(tái)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(tái)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(tái)測溫儀表的測量范圍是0～1000℃，出廠時(shí)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分） 《化工儀表及自動(dòng)化》標(biāo)準(zhǔn)答案一．填空1．表壓，大氣壓力與絕對壓力之差2．無遷移，負(fù)遷移，正遷移3．節(jié)流裝置，差壓計(jì)，顯示儀表4．熱電偶，熱電阻5．衰減比，余差，過渡時(shí)間6．放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)，滯后時(shí)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(shí)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(dòng)儀表，電動(dòng)儀表14．積分，微分15．彈性式壓力計(jì)、液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)、電氣式壓力計(jì)16．泵，風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)18．自動(dòng)檢測系統(tǒng)，自動(dòng)信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)19．開關(guān)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(zhuǎn)速，控制泵的出口旁路閥門開度32．小于，可變極限流量法 9 二．簡答1. 反饋：控制系統(tǒng)方塊中的任何一個(gè)信號，只要沿著箭頭方向前進(jìn)，通過若干個(gè)環(huán)節(jié)后，最終又會(huì)回到原來的起點(diǎn)負(fù)反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差為兩者之差。2.工業(yè)上常用熱電偶的溫度-熱電勢關(guān)系曲線是在冷端溫度保持為0℃情況下得到，而當(dāng)采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端從工業(yè)現(xiàn)場延伸到操作室內(nèi)時(shí)，熱電偶的冷端溫度高于0℃，而且不恒定，這樣熱電偶產(chǎn)生的熱電勢必然偏小，且隨冷端溫度變化而變化，測量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測溫時(shí)，必須進(jìn)行熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。常用的冷端溫度補(bǔ)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(diǎn)法；(4) 補(bǔ)償電橋法；(5) 補(bǔ)償熱電偶法。3.放大系數(shù)：對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出變化量與輸入變化量的比值。時(shí)間常數(shù)：對象受到階躍輸入后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間。 三．計(jì)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(tái)測溫儀表的精度等級為1.0級。（2分）2．解：當(dāng)液面高度為H時(shí)，正壓室， 12101 ghρgHρpp ??? （2分） 負(fù)壓室， 2202 ghpp ??? （2分） )( 212121 hhggHppp ?????? ?? （2分）當(dāng)H=0時(shí)， 0)( 122 ????? hhgp ? （2分）所以，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為 )( 122 hhg ?? （2分）3、由曲線可知：最終穩(wěn)態(tài)值位41℃，設(shè)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(shí)間 23min振蕩周期＝18－5＝13min4、當(dāng)不考慮遷移量是，變送器的測量范圍根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)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(dāng)液位高度為H時(shí)，差壓變送器正、負(fù)壓室所受壓力p 1, 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＝p1－p2＝Hρg－h(huán)2ρ0g由上式可知，當(dāng)H=0時(shí)，Δp＝－h(huán)2ρ0g3℃，所以不合格。8．解：當(dāng)液面高度為H時(shí)，正壓室， 101 ghgHpp ?? ??? 負(fù)壓室， 202 ghpp ??? )( 2121 hhHgppp ?????? ?當(dāng)H=0時(shí)， 0Pa19600)35(8.91000)( 12 ???????????? hhgp ?所以，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為19.6KPa9．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 11 根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為%6.1%100254.0 ??應(yīng)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(diǎn)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(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為%2%1005.205.0 ??應(yīng)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(diǎn)絕對誤差為標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃ 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(jù)工藝要求，儀表的允許誤差為%8.0%10010008 ????所以，應(yīng)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