化工仪表及自动化总复习题目及复习资料.docx

10131313钟晓帆化工仪表与自动化总复习习题与答案第一章自动限制系统基本概念一、基本要求1 .驾驭自动限制系统的组成，了解各组成部分的作用以与相互影响和联系：2 .驾驭白动限制系统中常用术语，了解方块图的意义与画法；3 .驾驭管道与限制流程图上常用符号的意义；4 .r解限制系统的分类形式，驾驭系统的动态特性和静态特性的意义：5 .驾驭闭环限制系统在阶跃干扰作用卜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：化I：生产过程自幼化，一般包括自动检测、自动操纵、自动爱护和自动限制等方面的内容。2 .自动限制系统的基本组成：被控对象和自幼扮装置（测量元件与变送器、限制器、执行器）。3 .被控对象：在自动限制系统中，将须要限制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。4 .被控变量：过程内要求保持设定数值的物理量。5 .操纵变量：受限制器操纵的，用以克眼干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料里或能量。6 .干扰作用：指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。7 .设定值：被控变量的设定值。8 .偏差：个别测定值与测定的平均值之差。9 .闭环系统：指限制器与被控对象之间既有顺向限制又有反向联系的自动限制。10 .开环系统：指限制器与被控对象之间只有顺向限制而没有反向联系的自动限制。I1.限制系统的过渡过程：一个限制系统在处界干扰或给定干扰作用下，从原有的稳定状态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。12 .反馈：把系统（或环节）的输出信号干脆或经过一些环节重新引回到输入端的做法叫做反馈。13 .负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈。14 .正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，反馈信号使原来的信号增加，这种反馈叫做正反馈。三、问答题1 .限制iN统按被调蓼数的变更规律可分为哪几类？简述每种形式的其本含义。答：输环自动限制系统：操纵变量可以变更被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。闭环自动限制系统：操纵变量可以变更被控变量：，被控变量又对操纵变殳产生影响。定值限制系统：给定值为常数：随动限制系统：给定值为变数，要求跟随变更：程序限制调整系统：按预定时间依次限制参数。2 .在阶跃扰动作用下，限制系统的过渡过程有哪几种形式？其中哪些形式能基本满留限制要求？答：发散振荡过程非振荡发散过程等幅振荡过程衰减振荡过程非振荡衰减过程。在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满意限制要求。但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离设定值，所以一般不采纳。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采纳这种形式的过渡过程。3 .试述限制系统哀减振荡过程的品质指标与其含义。最大偏差（超调量）：在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。衰减比：表示衰减程度的指标。余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经验的时间。振荡周期（振荡频率）：过渡过程同向两波峰之间的间隔时间。4 .什么是限制系统的方块图？它与工艺管道与限制流程图有何区分？答：白动限制系统的方块图是由传递方块、伯号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示限制系统组成和作用的图形.其中：每一个方块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其白身特征的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系与信号的流向。采纳方块图可直观的显示出系统中各组分部分以与它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和探讨。而工艺管道与限制流程图则是在限制方案确定以后，依据1.：艺设计给出的流程图，按其流程依次标注有相应的测量点、限制点、限制系统与白动信号、连锁爱护系统的图。在工艺管道与限制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料流淌的方向，与方块图中线段的含义迥然不同。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：R表位号由字母组合和回路编号组成：字母组合：首字母一一被侧变量，尾字母一一仪表功能，中字母一一修饰词。回路编号：首位数一一工序号，后续数一一依次号。四、选择题：1 .反馈调整系统（C）闭环系统。A.不确定是B.确定不是C.确定是D、无法推断2 .定值限制系统、程序限制系统、随动限制系统是按什么来划分的（C）。A.按自动调整系统的结构B.按自动调整系统的特性C.按给定值变更的规律D.调整系统的结构3 .在探讨动态特性时可以将（C）看作系统对象环节的输入量。A.干扰作用：B.限制作用：C.干扰作用和限制作用；D.济I量仪表的信号4 .在卜.列仪表号位中表示有报警作用的字母为（C）A、“C”Ik“H"C、"A"D、'T'5 .限制系统在阶跃干扰作用下的几种过渡过程中，那种震荡过程是愤希望出现的震荡过程（B）A、非冏期衰减过程B、衰减震荡过程C、等幅震荡过程D、发散假荡过程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 .关于调整系统方块图的说法，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.方块图上的线条与箭头方向不确定与流体流向一样D.方块间连线只代表信号关系8 .限制系统的反馈信号使得原来信号增加的叫做（B）A.负反馈B.正反馈C前馈D.回馈9 .某换热器的温度限制系统（设定值是40tC）在阶跃扰动作用卜的过渡过程曲线如图6所示。则该系统的余差、衰减比、最大偏差是（B）A、1,4:1、4Ik1、4:1、5C、 15:25D、 1、5:1、4五、填空题：1 .自动扮装置是由测量元件与变送器、自动限制器、执行器、等环节组成。2 .描述限制系统的品质指标的参数有最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、震荡周期或频率等。六、综合题：1.某发辞过程工艺操作温度为（40±2）oCo考虑到发酵效果，限制过程中温度偏离设定值最大不能超过6°C。先设计确定值限制系统，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，并回答该系统能否满意工艺要求？图5解：由反应曲线可知：最大偏差：=F余差：1.一衰减比：第个波峰值其次个波峰值1.J过渡时间：由题要求，被控变量进入新稳态值的tO就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围应是1.-J由图可看出，过渡时间振荡周期：厂一胡作业21.某化学反应器工艺规定操作温度为（900±IO）C。考虑平安因素,限制过程中温度偏离给定值最大不得超过80C现设计的温度定值限制系统，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，并回答该限制系统能否满意题中所给的工艺要求？解：最大偏差:其次章过程特性与数学模型一、基本要求1 .了解建立被控对象数学模型的意义与数学模型的建立方法；2 .驾驭用机理建模的方法，建立简洁对象的数学模型；3 .驾驭表征被控对象特性的三个参数一一放大倍数K、时间常数T、滞后时间T的物理意义与其对限制质量的影响:4 .r解被控对象特性的试验测定方法。二、常用概念1 .被控对象的数学模型：被控对象的动态特性的数学表达式，即被控对象的输出（被控量）在输入量（限制量和扰动量）作用下变更的数学函数关系式。2 .通道：由对象的输入变量至输出变量的信号联系。3 .被控对象的放大倍数：假如有确定的输入变更量回，通过对象就被放大了目倍变为输出变更量回，则回称被控对象的放大倍数。4 .被控对象的时间常数：对象受到干扰后，被控变量达到新的稔态值所须要的时间。5 .被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变更落后于输入变更的时间）与容积滞后（因物料或能量传递须要确定时间而引起的输出变更迟缓）之和。三、选择题1 .一般认为，经过（八）时间后，动态过程便结束A.3T：B.T；C.5T；D.IOT2 .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；8 .容量滞后一般是由于物料和能量传递须要通过确定的阻力引起的：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起先变更：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。其中一种是依据过程的内在机理，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系数、时间常数和滞后时间，假如时间常数越大.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被控对象的输入变量发生变更时，其输出变量随时间变更的规律。4 .由丁物料或能量的传递须要通过确定的阻力导致的滞后称为容量滞后。五、综合题：1.为了测量某物料干埃筒的对象特性，在T=O时刻突然将加热蒸汽量从25m3增加到28n3,物料出I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040m3,温度仪表为0200'C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:放大倍数时间常数E滞后时间WJ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：依据题意可知则起一阶微分方程为：第三章检测仪表与传感器一、基本要求1 .驾驭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,初步驾驭各种压力检测仪表的基本原理与压力表的选用方法。4 .了解各种流量计的测量原理。垂点是差压式流量计与转子流接计。5 .广解各种液位测量方法。初步驾驭液位测量中零点迁移的意义与计算方法。6 .驾驭热电偶温度计与热电阻温度计的测温原理,熟识热电偶温度测城中的冷端温度补偿的作用与方法。7 .了解山型显示仪表的基本结构与原理。二、常用概念1 .精度：测量值与真值的接近程度。2 .确定误差：指仪表指示值可与被测量的真值目之间的差值，可表示为三I«3 .相对误差：某点的确定误差可与标准表在这点的指示值之比回，可表示为KIO4 .相对百分误差：确定误差折合成仪表测量范围的百分数，可表示为5 .允许相对误差：在正常状况下允许的最大误差，可表示为6 .仪表精度等级：用来统一规定仪表的精确度等级。7 .灵敏度：仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变更量的比值,可表示为叵。8 .灵敏限：指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变更量，9 .辨别力：指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变更星。10 .线性度：表征线性刻度仪表的输山量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。11 .反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变更的品质指标。三、问答题：1 .工业压力计按敏感元件通常可以分为哪儿种类型？试简述各种压力计的工作原理。答：f(i)液柱式压力计：依据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的;<2)活塞式压力计：依据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的；(3)弹