化工自动化和仪表习题和答案解析华理

《化工自动化及仪表》补充习题与答案

1.某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度θo稳定，工艺采用改变换热器

蒸汽流量Qs来稳定罐内温度θo 。影响θo的因素有：阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ，环境温度θc等。

1）画出温度控制系统的方块图；

2）指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动；

3）若蒸汽阀前压力Ps突然变大时，简述该系统的控制过程。

解：

添加剂

1）略

2）罐内温度θo ；蒸汽流量Qs；混合罐；阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ，环境温度θc

3）Ps↑→Qs↑→θo↑→ e↑→ Qs↓

2. 图a为流量控制系统，主要克服阀前压力P1波动来稳定流量Q1 。图

b是储槽液位控制

系统，主要克服Q2流量变化的扰动，保持液位稳定。

1）指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及主要扰动；

2）若采用图a系统来控制液位，试比较与图b系统的不同点。

图a 图b

解：1)图a：Q1；Q1；管道；P1

图b：h；Q1；储液槽；Q1、Q2

2)前馈a：开环控制，控制及时

b：闭环控制，控制不及时

3．某换热器的温度控制系统（设定值是30℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。试分别求出衰减比、最大偏差、余差、回复时间。

30

354575

T/

解：1）n=

'B B =35

453575--=4 2）|e max |=|B+C |=B-r=75-30=45

3）e （∞）=r-y （∞）=30-35=-5 4）估测：32min

4. 已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q 。在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。试估算该控制通道的特性参数K 、T 、τ。

40

43

解：1）放大系数100

-11040-43=0.3

2）时间常数的θ所对应的时间）

3）纯滞后τ=1min

5. 如果用K 热电偶测量温度，其仪表指示值是600℃，而冷端温度是65℃，则实际温度是665℃，对不对？若不对，正确值应为多少，为什么？ 解答：不对。

因为E(θ)=E(θ,θ0)+E(θ0,0)

所以600=535+65 正确温度应为535℃

6. 何谓变送器零点调整、零点迁移和量程调整，试举一例说明之。

7. 热电偶配接温度变送器测温时，为什么除了要确定测量温度的范围外，还需确定分度号？若电动Ⅱ型温度变送器量程为0～150℃，当介质为90℃时，该变送器的输出为多少mA ？若采用电动Ⅲ型温度变送器，量程和介质温度同上，则变送器的输出又为多少mA ？ （设ΔI ∝Δθ）

解：1）每一个分度号与一个热电偶一一对应。

2）

0-1500

-90×(10-0)+0=6mA(电动Ⅱ型0~10mA)

3)0

-1500-90×（20-4）+4=13.6mA(电动Ⅲ型4~20mA) 8.

1）求出仪表最大绝对误差值；

2）确定仪表的允许误差及精度等级；

3）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？ 解：1）△max =406-400=6℃

2）δ

max

=%100×

)

-(±-0标尺下限标尺上限X X =%100×0-500)

400-406(±=±1.2%

因此精度等级为1.5 3）δ

max

=%100×

)

-(±-0标尺下限标尺上限X X =%100×0

-5008

±=±1.6%>±1.5%

∴不符合出厂时的精度等级

10. 现欲测往复泵出口压力（约1.2MPa ），工艺要求±0.05 Mpa ，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0, 1.5, 2.5, 4.0级，量程为0～1.6, 0～2.5, 0～4.0 Mpa 。试选择压力表的精度和量程。

解：往复泵出口压力波动较大 mpa 8.1=2

3×2.1 选量程为

0~2.5Mpa 。同时 1.2>2.5×3

1 δ

max

%2=%100×0

-5.205

.0±≤

∴精度选1.5级

11. 热电偶与电子电位差计配套测温应注意什么问题？热电阻与电子自动平衡电桥配套测温应注意什么问题？

答：1）①参比端温度补偿②补偿导线正负不能反接③分度号与电子电位差计分度号一致④热电偶参比端要与补偿电阻感受相同温度

2）①采用三线制接法，消除环境温度造成导线电阻变化对测量的影响②两者分度号一致

12. 热电偶与数字式显示仪表测温线路如图所示。这种接法是否正确？为什么？

答：不对。普通铜导线换成补偿导线。

14. 用差压变送器与孔板配套测量过热蒸汽流量，仪表按P ’=3MPa （表压），θ’=400℃的工作状态标定。现过热蒸汽的工作状态发生了变化。若P=3.2MPa ，θ=380℃，则当仪表示

值为6000kg/h 时，实际流量为多少？（设ρ∝P/T ，P ：绝对压力，T ：绝对温度） 解：04742.1=)

15.273+400/()101325+300000()15.273+380/()101325+3200000(=T /P T /P =ρρC c c c =

qm q m =C qm ×q v ’=1.0472×6000=6284.51kg/h

15. 常用的流量计有哪几种？各有何主要特点？

16. 常用的压力、液位检测元件有哪些？

17. 用差压变送器测量如图所示敞口储槽液位。已知被测介质密度ρ=900kg/m 3，液位高度量程为0～1m ，静液柱高度Ho=0.8m 。

1）应该采用正迁移还是负迁移？迁移量是多少？ 2）确定变送器量程及应调整的量程范围。

3）当储槽液位h 是0.5m 时，变送器（气动）的输出为多少？

通大气

18. 什么是控制阀理想流量特性？控制阀理想流量特性有哪几种？ 答：控制阀的前后压差保持不变时得到的流量特性。 线性流量特性，对数流量特性，快开流量特性。

19. 为什么气动执行器在工业现场用得最多？电气阀门定位器又有何作用？

答：安全防爆。电气转换，阀门定位（改善阀的静态特性，动态特性，流量特性，用于分程控制，用于阀门的反向动作）。

20. 说明P 、PI 、PD 、PID 控制规律的特点以及这几种控制规律在控制系统中的作用。 答：比例控制，比例积分控制，比例微分控制，比例积分微分控制。 21. 说明比例度、积分时间、微分时间的改变对过渡过程有何影响。

答：比例度越大越稳定，越小越震荡；积分时间越大越稳定，越小越震荡，微分时间过大过小都会剧烈震荡。

22. 某比例调节器输入信号为4～20mA, 输出信号为1～5V , 当比例度δ为60%时，输入变化6 mA 所引起的输出变化量是多少？

解：min

max min

max z -z u -u u Δe =

δ

4

-201

-5u Δ6=%60

v 5.2=u Δ

23. 某控制系统采用PI 控制规律，若整定参数过渡过程的曲线如下图。试判定应如何改变参数δ或Ti ，并简述理由。

δ↑或Ti↑δ↓或Ti↓δ↓或Ti↓

24. 已知某夹套反应器温度控制系统如图所示，反应大量放热。要求控制温度为50℃，在供气中断时保证冷却。

1）选择合适的检测元件及变送器；

2）选择调节阀的气开、气关特性并说明理由；

3）确定调节器正、反作用并说明理由。

答：1）铜电阻，热电阻温度变送器

2）气关

3）正作用T↑→e↑→u↑→q↑→Q↑正作用

25. 数字式控制器硬件和软件各有哪几个主要部分组成？什么叫组态？

26. 可编程序控制器（PLC）有何主要特点？如何选用PLC？

27. 简述DCS、FCS系统特点。

28. 为保证精馏塔提馏段重组分产品质量，拟采用以再沸器热蒸汽流量为副变量、提馏段灵敏板温度为主变量的串级控制方案，工艺要求在供气中断时切断热源，试：

1）确定调节阀气开、气关特性；

2）确定调节器的正反作用；

3）画出控制系统方块图；

4）简单说明流量副回路的主要作用。

B

答：1）气开

2）主：反；副：反

3）

4）克服蒸汽流量波动 29. 生产聚乙烯醇时，要求聚醋酸乙烯与氢氧化钠以一定比例混合。现采用单闭环控制系统，

主动量（Q1）是聚醋酸乙烯，从动量（Q2）是氢氧化钠。正常生产时， Q1=7M 3

/h,

Q2=0.25M 3/h, 且Q1m=10M 3/h, Q2m=0.3M 3

/h 。若用孔板配差压变送器测量流量，试确定用开方器和不用开方器时，仪表设置的比值系数K 各为多少？当用开方器时，电动III 型调节器FC 设定值约为多少？

解：用开方器19.1=10/73

.0/25.0=Q /Q Q /Q =

K max 21max 22

不用开方器42.1=19.1=)10/73.0/25.0(=)Q /Q Q /Q (

=K 22

2max 21max 22 m A 3.17=4+)4-20(×3

.025

.0=4+)4-20(×m ax 2Q 2Q =

y2=r2 30. 下图为某加热炉控制系统，原料油出口温度为被控变量。

1）这是什么控制系统？它对什么扰动的克服能力最强？为什么？

2）若要进一步提高控制质量，可对系统如何改进？画出控制流程图并简述理由。

燃料

答：1）前馈加反馈控制系统；原料油流量 2）串级控制系统，出料加温检、温控 31. 均匀控制系统与简单控制系统有何区别？

答：结构相同，控制目的不同，主要体现在控制规律选择和参数整定上。 32. 分程控制系统一般是如何实施的？应用在什么场合？

答：一个控制器的输出同时送往多个执行器，各执行器的工作范围不同。

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