1、函授教育教学辅导资料化工仪表自动化【教学方法】采用启发式教学，首先进行问题的提出，然后引导，启发学生思考，让学生带着问题听课，使学生的学习变被动为主动。【学习重点、难点】1、化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。 2、自动控制系统能在没人直接干预的情况下，自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最假的工艺操作状态。 3、自动控制系统的基本组成：被控对象及自动化装置，其中自动化装置又包含测量原件与变送器、控制器和执行器。 4、自动控制系统的方块图：每个方块都代表一个具体装置，方块与
2、方块之间的连接代表方块之间的信号联系，方块之间连接线的箭头代表信号作用的方向。 5、自动控制系统是具有被控变了负反馈的闭环系统。而自动检测、自动操纵等系统是开环系统。 6、反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控变量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控变量与期望值趋于一致。 7、按被控变量的给定值是否变化和如何变化分类，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 8、自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。 9、静态是指系统中各信号的变化率为零
3、，即信号保持在某一常数不变化，而不是物料不流动或能量不交换。 10、自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量仍然有进出，只是平衡进行没有改变就是了，这与习惯上所说的静止是不同的。【复习题】一、 填空题1在阶跃干扰作用下，系统过渡过程有 发散 ， 等幅 ，衰减震荡 和 单调 等。2线性度是描述仪表的 标定曲线 和 拟合曲线 之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差 （填越大或越小） 。3孔板流量计的特点是 ，转子流量计的优点为可测 （填大或小）流量，压力损失 （填大或小） 。4调节器按信号作用方式分为 正作用 调节器和 反作用 调节器，其中当测量信号增加，调节器的输出信号减小的是 反作用
4、 调节器。5计算机控制系统与模拟控制系统基本结构是 的 （填相同或不同） ，前一控制系统中增加了 元件，信号的输出在时间上是 的。6按给定值的特点划分，控制系统可分为 定值控制系统 ， 随动控制系统 ，和 程序控制系统 控制系统。7在计算机控制系统中，用 数字控制器 代替了 模拟控制器 ，并增加了模数转换元件和数模转换元件 转换元件 。8对调节器参数进行工程整定的方法有 经验试凑法 ， 临界比例度法 ，和衰减曲线法 。9线性度是描述仪表的 标定曲线 和 拟合曲线 之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差 （填越大或越小） 。10滞后时间按形成原因分为 容量滞后 和 传递滞后 。11.放大系数
5、是描述被控对象重新达到平衡时其 输出变化量 与 输入变化量 之比，是被控变量的 静态 特性参数。12.仪表所能测量的被测量上下限的 范围 称为仪表的量程，如测量范围为-200800的温度计，其量程为 1000 。13.孔板流量计的特点是 . ，转子流量计的优点为可测 （填大或小）流量，压力损失 （填大或小） 。14.PID 调节器硬件结构的主要组成部分有： 输入电路 ， PID 运算电路 ，和 输出电路 。15.红外线气体分析仪是基于物质对光辐射的 选择性 吸收原理工作的；当氧化锆固体电解质两侧的氧浓度不同时，会形成 浓差电池 ；色谱分析仪是利用各组分的 分配系数 不同进行物质成分分析的。二、
6、单项选择题1生产过程对过程装备控制的基本要求是什么？ （ A ）A 安全性、经济性、稳定性 B 可靠性、自动化程度高C 被控参数的多样性 D 控制系统的滞后小，控制灵敏2微分调节器的输出只与偏差的什么有关？ （ C ） A 存在与否 B 大小 C 变化速度 D 正负或方向3色谱仪是利用各组分在两相间什么的不同而使各组分分离？ （ D ）A 挥发性 B 流速 C 粘度 D分配系数 4DDZ-III型电动差压变送器由什么组成的？ （ C ） A 电磁反馈装置和矢量机构 B测量、放大、反馈三部分C 输入电路和输出电路 D 输入电路和反馈电路5调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的什么之间的关系？ （
7、C ）A 阀前压力与阀后压力 B 流速与压力C 相对流量和阀门的相对开度 D 压差与流量6被控对象的特性是指当被控对象的输入变量发生变化时，其什么的变化规律。 A 输出变量随时间 B 输出变量随输入变量C 输入变量随时间 D 输出变量随空间 （ A ）7在PI调节规律中，随着T I的减小，在相同的扰动下，系统的稳定性（ C ）A 增加 B 不变 C 降低 D 无法确定 8红外线气体分析仪利用物质对光辐射的什么原理工作？A 反射 B 选择性吸收 C 透射 D 折射 （ B ）9串联管道中，当s减小时，调节阀的实际可调比如何变化？ （ D ） A 不变 B 增加 C 不能确定 D 减小 10下列各
8、测量操作过程，什么情况下会产生系统误差？ （ A ）A 测量时测量砝码存在误差 B 测量过程中环境温度可能发生了变化C 操作员将仪表显示值记错 D 测量过程中受到不稳定电磁波的干扰11按系统输出信号对操纵变量的影响划分，控制系统可分为什么控制系统？ A 闭环和开环控制系统 B 随动和定值控制系统C 反馈和前馈控制系统 D 简单和复杂控制系统 （ A ）12比例调节规律具有控制及时，克服什么有力的特点，但无法消除余差。A 干扰 B 调节滞后 C 偏差 D 系统不稳定 （ C）13.热电偶测温仪表的工作原理是利用导体的什么原理来测温的？ A 导热性 B 导电性 C 电阻随温度变化 D 热电效应 （
9、 D ）14调节阀的额定流量系数反映了什么？ A 调节阀容量大小 B 调节阀的开度大小 C 调节阀前后压差的大小 D 调节阀口径的大小 （ D ）15计算机控制系统与模拟控制系统最主要的区别是什么？ A 计算机控制原理为“检测偏差、纠正偏差” B 采用数字控制器，并增设 A/D 和 D/A 转换元件C 检测元件的运动规律与模拟控制系统不同D 执行元件的运动规律与模拟控制系统不同 （ B ）3、简答题1. 生产过程自动化所包含的内容？2简述描述被控对象特性的参数滞后时间的种类及其产生的原因，并分析其对控制通道的影响？3热电偶冷端温度的处理方法有哪些？4.简述比例度的定义及其对系统稳定性的影响？5
10、.热电偶测温过程中为何要引入补偿导线？6U型管压力计在使用中需要注意的问题有哪些？7.生产过程自动化系统所包含的内容？8.比例积分调节规律中，积分时间T I对系统过渡过程的影响？9.DDZ-III型温度变送器的性能优点？四、分析计算题1. 如图所示为一自力式贮槽水位控制系统，试画出该系统的方块图，并指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么？（10分）图1贮槽水位控制系统1-贮槽；2-浮球；3-杠杆；4-针形阀2某化学反应器工艺规定操作温度为90010，考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定值最大不得超过80。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。其中y 0=900，y
11、 1=908，y 2=918，y 3=950，t 1=9min，t 2=45min，t 3=47min，试确定该系统的最大偏差，衰减比，余差，振荡周期和过渡时间（按被控变量进入1%新稳态来确定），并分析该系统能否满足工艺要求？（12分）y2y3y1y0t1 t2 t3 t/min图2系统过渡过程曲线3用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500，而这时冷端温度为60。试问：实际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20，此时显示仪表的指示值应为多少？已知热电偶分度表如下表所示：（14分）20 60 500 557 538 5390
12、.798mV 2.436mV 20.64mV 23.07mV 22.260 mV 22.303 mV4试分析比例度对余差、最大偏差和系统稳定性的影响。一电动比例调节器，它的量程是100-200，输出信号是0-10mA，当输入从140变化到160时，相应的调节器输出从3mA变化到8mA，求该调节器的比例度。 （11分）143出水进水25检定一只量程为5A的电流表，当输入量为1A时，指示值为1.10A。试求该仪表的绝对误差、相对误差、引用误差，并确定该仪表的精度等级。 （8分）附：仪表精度等级系列0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、 （2） 、2.5、5.06试分析如图所示电气转换器的工作原理
13、（10分）7如图所示，一换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一定值。试画出该控制系统的方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量各是什么？（10分）8.试分析衰减比对过渡过程的影响，并画出衰减比分别为 n1,n时的过渡过程曲线。 （12 分）TCTT冷物料蒸汽热物料9用 K 热电偶测某设备的温度，测得的热电势为 20mV，冷端（室温）为 25，求设备的温度？如果改用 E 热电偶来测温时，在相同的条件下， E 热电偶测得的热电势为多少？已知K,E 热电偶的分度号如下表所示： K热电偶 E 热电偶25 509 25 5091.0mV 21.0mV 1.50mV 37.7
14、mV（14分）10试分析如图所示电动差压变送器的作用、基本工作原理和工作过程（12分） 。11.现有精度等级为 1.5 级、2.0 级和 2.5 级的三块以表，测量范围分别为 0100， -50550和-100500。现需测量 500左右的温度， 要求测量的相对误差不超过 2.5%，选用哪块测量仪表比较合适？（10 分）12.试画图解释调节器的微分作用是通过负反馈积分电路形成的。 （9 分）13.如图所示，为一贮槽液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值。试画出该系统的方框图，并指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量各是什么？（10分）LT LCqv1qv2 图 1 贮槽液位控制系统14.试分
15、析衰减比对过渡过程的影响，并画出衰减比分别为 n1,n时的过渡过程曲线。 （12 分）15.现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为 30，显示仪表的机械零位在 0，仪表指示值为 400，若认为换热器内的温度为 430，对不对？为什么？正确值为多少？（14 分）已知热电偶的分度号如下表所示：30 400 420 4301.801mV 28.943mV 30.546mV 31.350mV16.试画图解释调节器的积分作用是通过负反馈微分电路形成的。 （9 分）17.试分析如图所示电气转换器的工作原理（12 分）18已知被测压力在范围 0.71MPa 内波动，要求测量的绝对误差不得超
16、过 0.02MPa，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为：00.6 MPa；01 MPa；01.6 MPa；02.5 MPa。 （10 分）附：仪表精度等级系列 0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,(2),2.5,5.0参 考 答 案 化工仪表自动化 3、简答题1.答：生产过程自动化包含四个方面的内容：（1）自动检测系统；（2）信号连锁系统；（3）自动操纵系统；（4）自动控制系统。2答：滞后时间依产生的原因不同分为两类：传递滞后 0由于信号的传输、介质的输送或能量的传递要经过一段时间；容量滞后 c由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力引起的。对于控制通道而言，滞
17、后的存在不利于控制，会使控制作用的效果不及时，影响控制质量。3答：热电偶冷端温度的处理方法有三种：（1） 恒温法：将热电偶冷端置于人造恒温装置中，使冷端温度保持为 0；（2） 示值修正法采用机械零位调整法或计算修正法，对仪表示值进行修正；（3） 冷端温度补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电压作为补偿电压，以抵消因冷端温度变化引起的热电势的变化。4.答：比例度是描述比例作用的强弱，是指调节器的输入相对变化量与相应输出的相对变化量之比的百分数。比例度对系统稳定性的影响：比例度越大，则调节器的输出变化越小，被控变量变化越缓慢，过渡过程越平稳，随着比例度的减小，系统的稳定程度降低，其过渡过程逐渐从衰减振荡
18、走向临界振荡直至发散振荡。5. 答：由热电偶测温原理知，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离的很近，而且冷端又暴露在空间，易受到周围环境温度波动的影响，冷端温度难以保持恒定，因此引入补偿导线，将热电偶的冷端延伸出来以维持冷端温度恒定。6. 答：U 型管压力计在使用中需要注意以下几个方面的问题：（1） 为了得到较高的准确性，U 型管压力计要读 2 个读数；（2） 对液柱进行读数时，要注意毛细现象的影响；（3） 当工作液体的膨胀系数较大时，还要进行数值修正；（4） 在读数时要注意消除视差。7.答：生产过程自动化包含四个方面的内容：（
19、1）自动检测系统；（2）信号连锁系统；（3）自动操纵系统；（4）自动控制系统。8.答：积分时间对过渡过程的影响具有双重作用。在相同的扰动作用下，随着积分时间的减小，积分作用不断增强，调节器的输出增大，最大偏差减小，余差消除加快，但同时系统的振荡加剧，稳定性下降，积分时间过小，还可能导致系统的不稳定。9. 答：DDZ-III 型温度变送器的性能优点主要有以下三方面：（1） 采用低漂移、高增益的线性集成电路，提高了仪表的可靠性，稳定性及各项技术性能；（2） 在热电偶与热电阻的温度变送器中采用了线性化电路，使变送器输出信号与被测温度信号保持了线性关系；（3） 线路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全栅的功能，可用于危险场所中的温度或直流毫伏信号测量。四、分析计算题1.解：（1）该控制系统方框图如图所示h0 h干扰杠杆系统 针形阀 贮槽浮球- 7 分（2）该控制系统中：贮槽为被控对象，贮槽水位为被控变量，进水流量为操纵变量。 -3分2解：由图可得：最大偏差 A= y3 y0=950900=50 -2 分衰减比 n=（y 3 y1）/（y 2 y1）=（950 908）/（918 908）=4.2:14:1 -2 分余差 C= y1 y0=908900=8 -2 分振荡周期 T= t2 t1=459=36min -2 分过渡时间：t=47min -2 分
