1、1化工仪表及自动化总复习第一章 自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器） 。3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备
2、4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x
3、z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程 2.衰减振荡过程 3.等幅振荡过程 4.分散振荡过程1,2 能基本满足控制要求，但 1 进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。2答：最大偏差：指在过渡过程中，被控变量与给定值的最大差值
4、超调量 B：第一个峰的峰值 A 与新稳定值之差 C B=A-C衰减比：相邻两个峰值的比余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新稳定值与给定值之间的偏差过渡时间：从干扰作用发生时起，到系统重新建立平衡时止，过渡过程所经历的时间振荡周期和频率：过渡过程同向两波峰的间隔时间为振荡周期，其倒数为振荡频率4. 什么是控制系统的方块图？它与工艺管道及控制流程图有何区别？答：由传递方块，信号线，综合点，分支点构成的表示控制系统的组成和作用的图形。每个方块都代表系统中的一个组成部分5. 在自动化系统中，仪表符号由哪几部分组成，各表示什么意义？答：1.图形符号：测量点、连接线、仪表2.字母代号3.仪表代号 四
5、、选择题：1反馈调节系统（ C ）闭环系统。A. 不一定是 B. 肯定不是 C. 肯定是 D、无法判断2定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统是按什么来划分的（ C ） 。A. 按自动调节系统的结构 B. 按自动调节系统的特性C. 按给定值变化的规律 D. 调节系统的结构 3. 在研究动态特性时可以将( C )看作系统对象环节的输入量。 A. 干扰作用； B. 控制作用；C干扰作用和控制作用； D测量仪表的信号4.在下列仪表号位中表示有报警作用的字母为 ( C ）A、 “C” B、 “H” C、 “A” D、 “I”5.控制系统在阶跃干扰作用下的几种过渡过程中，那种震荡过程是最希望出现的震荡
6、过程（ B ）A、非周期衰减过程 B、衰减震荡过程C、等幅震荡过程 D、发散震荡过程6.下列哪些参数不是表示过渡过程品质好坏的指标（ A ）A、变差 B、余差 C、最大偏差 D、衰减比7.关于调节系统方块图的说法，不正确的是（ B ） 。A.一个方块代表一个设备； B.方块间的连线代表的是方块间物料关系；C.方块图上的线条及箭头方向不一定与流体流向一致D.方块间连线只代表信号关系38.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做（ B ） 。A.负反馈 B.正反馈 C.前馈 D.回馈9. 某换热器的温度控制系统（设定值是 40 ）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图 6 所示。则该系统的余差、衰减比
7、、最大偏差是（ B ） 。A、1、 4:1、 4 B、1、 4:1、 5 C、1、 3:1、 5、D、1、 5:1、 4五、填空题：1. 自动化装置是由_ 测量元件与变送器 _、_ 控制器 _、_ 执行器 等环节组成。2描述控制系统的品质指标的参数有 最大偏差、衰减比 和余差、 过渡时间、振荡周期等。六、综合题：（简单！略）1. 某化学反应器工艺操作规定温度为（80010） 。为确保生产安全，控制中温度最高不得超过 850。现运行的控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图所示。（1）分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期（温度进入2%新稳定值即视为系统已稳定） 。（2） 说明此温度控制系
8、统是否满足工艺要求。2. 某化学反应器工艺规定操作温度为 4002C，考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定值不得超过 6C。现设845072T/Ct/min温度控制系统过渡过程曲线4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。3. 某发酵过程工艺操作温度为（ 402）C。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离设定值最大不能超过 6C。先设计一定值控制系统，在阶跃扰动系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（按被控变量进入2%新稳态值即达到稳定来确定）和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统能
9、否满足工艺要求？图 5作 业 21 某化学反 应器工艺规定操作温度为(900士 10) 。 考 虑 安 全 因 素 ， 控 制过 程 中 温 度 偏 离 给 定 值最大不得超过 80 。 现 设计的温度定值控制系统， 在 最大 阶 跃干 扰 作 用 下的 过 渡 过 程曲 线 如 图 1-19 所 示 。 试 求 该 系 统 的 过 渡 过 程 品质 指 标 ： 最 大 偏差 、 超 调 量 、 衰 减 比 和 振 荡 周 期 ， 并 回 答 该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？56第二章 过程特性及数学模型一、基本要求1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；2. 掌握用机
10、理建模的方法，建立简单对象的数学模型；3. 掌握表征被控对象特性的三个参数放大倍数 K、时间常数 T、滞后时间 的物理意义及其对控制质量的影响；4. 了解被控对象特性的实验测定方法。二、常用概念1. 被控对象的数学模型：用数学的方法来描述被控对象输入量与输出量之间的关系2. 通道：由对象的输入量至输出量的信号联系3. 被控对象的放大倍数：数值上等于对象重新稳定后的输出变量与输入变量之比4. 被控对象的时间常数：当对象受到阶跃输入后，被控变量重新达到稳态值所需的时间5. 被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和三
11、、选择题1.一般认为，经过（ A ）时间后，动态过程便结束了。A. 3T； B. T ； C. 5T； D10T2.在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是（ C ） 。A. 传递滞后又称为纯滞后；B. 容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的；C. 容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，再经过一段时间时间后被控变量才开始变化；D. 滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。四、填空题1. 目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过 物料 _和_能量 _平衡关系，用_ 机理建模 _的方法求取过程的数学模型。2.描述对象特性的三个参数是 放大倍数 、
12、 时间常数 和 滞后时间 ，如果时间常数越大，系统的响应速度越 慢 ，系统的稳定性越 好 。3.过程特性是指被控过程的 输入变量 发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。4.由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为 容量滞后 。7五、综合题：1. 为了测量某物料干燥筒的对象特性，在 T0 时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h 增加到 28m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试求出该对象的特性。已知流量仪表量程为 040，温度仪表为 0200图 干燥筒的阶跃响应曲线解：由阶跃应曲线可看出该回想具有一阶纯滞后特性：放大倍数 K=【（150-120）/200】/【（28
13、-25）/40】=20时间常数 T=4min滞后时间 =2min作业 11.已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为 5，放大系数为 10，纯滞后时间为 2，试写出描述该对象特性的一阶微分方程。解：根据题意可知K=10 T=5 =2则起一阶微分方程为T【dy （t+）/dt） 】+y 2（t+）=Kx（t ）5【dy （t+2）/dt） 】+y 2（t+2）=10x（t ）8第三章 检测仪表与传感器一、基本要求1掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。2了解仪表的性能指标。3初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。4了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计
14、。5了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。6掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。7了解 DDZ-型显示仪表的基本结构及原理。二、常用概念1. 精度2. 绝对误差3. 相对误差4. 相对百分误差5. 允许相对误差：衡量仪表优劣的重要指标之一6. 仪表精度等级：0.005 0.02 0.05 0.1 0.2 0.4 0.5 1.0 1.5 2.5 4.07. 灵敏度：引起这个位移的被测参数变化量之比值8. 灵敏限：能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变测量9. 分辨力：数字显示器的最末尾数字间隔所代表的被测参数变化
15、量10. 线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论曲线的吻合程度11. 反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出参数的品质指标三、问答题：（不考）1. 工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原理。答：（1）液柱式压力计（2）活塞式压力计(3)弹性式压力计 (4) 电气式压力计2. 试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。答：量程选择，精度选择，取压位置与隔离3. 试述流量计的分类及其工作原理。答：速度流量计，容积式流量计，质量流量计4. 试述物位计的分类及其工作原理。5. 试述温度测量仪表的种类及其工作原理四、选择题：1 1.5 级仪表的精度等级可
16、写为：（ A ）A.1.5 级 B. +(- ) 1.5 级 C. +1.5 级 D. 1.592. 下列不属于节流装置的是（ D ） 。A、孔板； B、喷嘴； C、长径喷嘴 D、阿纽巴管3温度越高，铂、镍、铜等材料的电阻值越（ A ） 。A. 大 B. 小 C. 不变 D. 不一定4 双金属温度计的感温元件，测量温度时必须是（ B ）A 浸液 1/2； B 全部浸液； C 浸液 2/3； D 浸入任何长度5.关于压力计安装的描述错误的是（ A ）A. 要选择测量介质拐弯处安装；B. 测量流动介质时，应使取压点与流动方向垂直安装；C. 测量液体压力时，取压点应安装在管道下部；D. 测量蒸汽压力
17、时应安装凝液管。6.下列仪表中属于衡压降的仪表是（ D ） 。A.孔板流量计 B.文丘里管式流量计C.电磁流量计 D.转子流量计7.在下列物位检测仪表中，能够检测出两种不同液体界面的仪表是（ C ）A.压差式物位仪表 B.压力式物位仪表 C.电容式物位仪表 D.称重式液罐计量仪8.在下列物位检测仪表中，不与被测物体发生实际接触并可以检测物位的仪表是（ B ） 。A.称重式液罐计量仪 B.核辐射物位仪表 C.压差式物位仪表 D.电容式物位仪表9.在下列工业用流量计中，属于容积式流量计的是 （ C ） 。A. 转子流量计 B. 电磁流量计C. 椭圆齿轮流量计 D. 科里奥利力式流量计10.测量稳定
18、压力时，被测介质的最大工作压力不得超过仪表量程的( C )。 A.12； B.13； C.23； D.3511.关于压力测量仪表的下列描述中，错误的是 （ D ） 。A. 液柱式压力计是根据流体静力学的原理，将被测压力转换成为液柱高度进行测量的；B. 弹性式压力计利用弹性元件变形的位移进行测量的；C. 电气式压力计是将压力转换为电量来进行测量的；D. 活塞式压力计是将压力转换为活塞位移来进行测量的。12.关于温度检测仪表的下列描述中错误的是 （ C ） 。A. 玻璃管温度计属于膨胀式温度计的一种；B. 测量的温度大于 600 度的温度计为高温计；C. 热电偶是由两种不同的金属材料构成的，不同材
19、料构成的热电偶在相同的触点温度下所产生的电势相同；D.在热电偶回路中引入第三种导线对热电偶所产生的电势无影响。13.热电偶输出电压与（ B ）有关。A. 热电偶两端温度 B. 热电偶两端温度和电极材料C.热电偶热端温度 D.热电偶两端温度、电极材料及长度14.镍铬镍硅热电偶的分度号是（ C ） 。A、E B、S C、K D、B 1015.关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时，以下说法不正确的是（ C ）A、热电偶与补偿导线应该配接 B、补偿导线也有极性 C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿 D、在一定温度范围内，热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性五、填空题1. 某温度表的精度为 0
20、.5 级，其测量下限是 50，上限是 850。则此表的量程是 800 ；测量范围是 50850 ；允许相对百分误差是 0.5% ；最大绝对误差是 4 。2.热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有冷端温度保持 0、冷端温度修正法、 校正仪器零点法、 补偿电桥法、 补偿热电偶法五种。3.弹簧管压力表是利用 输入压力 产生_位移量 与被测压力相平衡来测量的。4.差压式流量计是利用 节流_原理测量流量的。5.电容式差压变送器的测量部分是先将 压差 转变成 位移 ，然后再变成_电容量变化 作为转换部分的输入。6.液位变送器测量进行零点迁移时只改变_ 测量范围_，不改变_量程 _。7. 在常用的热电偶温度
21、计中，精度较高的是_ S _热电偶，线性最好的是_ _K 热电偶，灵敏度较高的是_ E _热电偶。8常用的热电阻材料是_金属铜和铂 ，分度号是_ cu-50 、 cu-100 ， pt-10 、 pt-100 _ ，线性好的是_ 铜 _热电阻，它适于测量_ 较低 _温度。9.热电偶是基于 热点效应 原理工作的。 六、综合题：1. 热电偶测温时，使用补偿导线的目的是什么？它能否进行冷端温度补偿？如不能应如何处理？答：为了使热电偶冷端温度保持恒定，不能进行冷端温度补偿2. 某压力仪表的测量范围是 1001100Pa，其精度为 0.5 级，则这台表的量程是多少？允许相对百分误差是多少？最大绝对误差是
22、多少？答：1000，0.5%，5 3.一台测温仪表，其测温范围为 0300 ，已知其最大绝对误差为2，则其精度等级为多少？答：2/（300-0）%=0.7%，没有 0.7 级，则精度等级为 1.0 级4.有一台测压仪表，其标尺范围为 0400 KPa，要求测量时最大绝对误差不超过 5 KPa ，则应该选择精度等级为多少的仪表才能满足要求。答：5/（400-0）%=1.25% 一级作 业 20 某压力 表的测量范围为 01MPa， 精度等级为 1 级， 试 问此压力表允许的最大绝对误差 是 多 少 ？ 若 用 标 准 压 力 计 来 校 验 该 压 力 表 ， 在 校 验 点 为 0.5MPa 时 ， 标 准 压 力 计 上 读 数 为 0.508MPa， 试问被校压力表在这一点是否符合 1 级精度，为 什么 ?答：最大误差=（1-0）*1%=0.01MP a在 校 验 点 为 0.5MPa处，校验得到的绝对误差=0.508-0.5=0.008 MPa0.01 MPa故在该校验点符合1级精度
