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化工仪表及自动化考试资料

第一章

1.什么是化工自动化?它有什么意义?

化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上,配备上一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行,这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法,称为化工自动化。

目的:a,加快生产速度,降低生产成本,提高产品质量和产量。

b,减轻劳动强度,改善劳动条件。

c,能够办证生产安全,防止事故发生扩大,达到演唱设备使用寿命,提高设备利用能力的目的。

d,生产过程自动化的实现能根本改变劳方式,提高工人的文化技术水平,为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差距创造条件。

化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。对于熟悉化学工程学科的人员,如能再学习和掌握一些检测技术和控制系统方面的知识,必能在推进中国的化工自动化事业中,起到事半功倍的作用。

2.化工自动化主要包括哪些内容?

a,自动检测系统b,自动信号和联锁保护系统c,自动操作和自动开停车系统d,自动控制系统

3.自动控制系统主要有哪些环节组成?

自动化装置和控制装置所控制的生产设备,其中自动化装置包括测量元件与变送器,自动控制器,执行器三个部分

4.试分别说明什么事被控对象,被控变量,给定值,操纵变量?

被控对象:在自动控制系统助攻,降需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。被控变量:生产过程中所需要保持的恒定变量。

给定值:工艺上希望保持的被控变量数值。

操纵变量:实现控制作用的变量。

5.按给定值形势不同,自动控制系统可分为哪几类?

可分为:定制控制系统,随动控制系统,程序控制系统三类

第二章

1.什么是对象特性?为什么要研究对象特性?

答:对象特性是指系统的控制质量与组成系统的每一个环节的关系。

研究的目的是为了使所设计的控制系统达到更好的控制效果。在产品规格和产量已确定的情况下,通过模型计算,确定设备的结构、尺寸、工艺流程和某些工艺条件。

2.建立对象的数学模型有哪两类主要方法?

答:有如下两类方法:

1>机理建模,根据对象或生产过程的内部机理,列出各种有关的平衡方程,从而获取对象

的数学模型。

2>实验建模,就是在索要研究的对象上,加上人为的输入作用,然后人为的记录表征对象

特性的物理量随时间变化的规律,的一系列的实验数据。对数据进一步的处理得到对象的数学模型。

3.反应对象特征的参数有哪些?各有什么物理意义?他们对自动控制系统有什么影响?

答:参数有三个:<1>放大系数K;<2>时间常数T;<3>滞后时间t。

物理意义:

1、K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。K越大,就表示对象

的输入量有一定变化时,对输出量的影响越大,即被控变量对这个量的变化越灵敏。

2、当对象受到阶跃输入后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间,就是时间常数T。时间常数越大,被控变量的变化也越慢,达到新的稳定值所需的时间也越大。

3、在容量滞后与纯滞后同时存在时,常常把两者合起来统称滞后时间τ,即τ=τ0+τh。自动控制系统中,滞后的存在是不利于控制的,系统受到干扰作用后,由于存在滞后,被控变量不能立即反应出来,于是就不能及时的产生控制作用,整个系统的控制质量就会受到严重的影响。

第三章

1.什么叫测量过程?

测量过程在实质上都是被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程

2.何谓测量误差?测量误差的表示方法主要有哪两种?各是什么意义?

测量误差是指由仪表读得的被测值与被测量真值之间存在的差距。

测量误差的两种表示方法是绝对误差和相对误差

绝对误差是指仪表指示值和被测量得真值之间的差值

相对误差是某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值之比

3.何谓仪表的精度等级?

仪表的精度等级是由仪表允许的相对百分误差规定的,将仪表的允许相对误差去掉“+,-”号及“%”号,即为其精度等级。具体的有:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0

4.压力计安装要注意什么问题?

a.压力计应安装在易观察和检修的地方

b.安装地点应力求避免震动和高温影响

c.针对被测介质的不同性质,要采取相应的防热,防腐,防冻,防晴等措施

d.压力计的连接处应根据被测压力的高低和介质性质,选择适应的材料作为密封垫片,以

以泄漏

e.当被测压力较小,而压力计与取压不在同一高度时,对由此高度而引起的测量误差应按

ΔP=ρgh进行修正

f.为安全起见,测量高压的压力计除选用有通气孔的外安装时表壳应向墙壁或无人通过之

处,以防止发生意外

5.试述化工生产中测量流量的意义。

在化工和炼油生产过程中,为了有效地进行生产操作和控制,经常需要测量生产过程中各种介质的流量,以便为生产操作和控制提供依据。同时为了进行经济核算,经常要知道在一段时间内流过的介质总量。所以,介质流量是控制生产中优质高产和安全生产及进行经济核算所必须的一个重要参数。

6.试述物位测量的意义。

通过物位测量,可以正确获知容器设备中所储物质的体积或质量;监视或控制它的内部介质物质,使它保持在一定的工艺要求的高度,或对它的上下限位置进行报警,以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料的平衡

7.按工作原理不同,物位测量仪表有哪些主要类型?它们的工作原理各是什么?

a.直接式物位仪表这类仪表中主要有玻璃管液位计,玻璃板液位计等

b.差压式物位仪表它又可以分为压力式物位仪表和差压式物位仪表,利用液柱或物料堆

积对某定点产生压力的原理而工作

c.浮力式物位仪表利用浮子(或称沉筒)高度随液位变化而变化或液体对浸沉于液位中

的浮子的浮力随液位高度而变化的原理工作。他又可以分为浮子带钢丝绳或钢带的,浮球带杠杆的和沉筒式的几种。

d.电磁式物位仪表使物位的变化转化为一些电量的变化,通过测量出这些电量的变化来

测知物位。它又可以分为电阻式,电容式和电感式物位仪表等。还有利用压磁效应工作的物位仪表。

e.核辐射式物位仪表利用核辐射透过物料时,其强度随物质层的厚度而变化的原理而工

作的,目前应用较多的是γ射线

f.声波式物位仪表由于物位的变化引起声阻抗的变化,声波的遮断和声波反射距离的不

同,测出这些变化就可测知物位。所以声波式物位仪表可以根据它的工作原理分为声波遮断式,反射式和阻尼式

g.光学式物位仪表利用物位对光波的遮断和反射原理工作,它利用的光源可以有普通白

炽灯光或激光等

8.用热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?

工业上常用的各种热电偶的温度-热电式关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的,与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的。由于操作室的温度往往高于0℃,而且不恒定,这时热电偶所产生的热电式必然偏小,且测量值也随着冷端温度的变换而变化,这样测量结果就会产生误差。因此在应用热电偶测量时。只有将冷端温度保持为0℃或进行一定的修正才能得出准确的测量结果

方法:a.冷端温度保持为0℃的方法 b.冷端温度修正方法 c.校正仪表零点法

d.补偿电桥法

e.补偿电桥法

第四章

1.显示仪表分几类?各有什么特点?

答:显示仪表分为三类:模拟式,控制式,屏幕显示。

1>模拟式显示仪器的特点:测量速度很慢,精度较低,读数容易造成多值性。结构简单,

工作可靠,价廉且又能反应出被测值的变化趋势。

2>数字式显示仪表的特点:避免了使用磁电偏转机构或机电式伺服机构,因而测量速度快,

精度高读数直观,对所测参数便于进行数值控制和数值打印记录,将模拟信号转化为数字量,便于和数字计算机或其他数字装置联用。

3>屏幕显示显示仪表的特点:将圆形,曲线,字符和数字直接在屏幕上显示,功能强大,

显示集中且清晰,改变了控制室面貌。

2.与热电偶配套的自动电子电位差计是如何进行温度补偿的?

答:R2是用铜丝绕制而成的,让R2与热电

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偶冷端处于同温度。因此铜电阻的阻值随着

温度的升高而增加,则R2上的电位也是增

加。然而热电偶的热电势却随冷端温度的升

高而降低。若配置得当,就可以达到温度补

偿的目的。

3.数字式显示主要由哪几部分组成?各部分有何作用?

答:数字式显示仪表主要由信号变换,前置放大,非线性校正或开方运算,模数转换,标度转换,数字显示,电压/电流转换及各种控制电路等部分组成。

作用:1>信号变换电路:将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号,转换成相应的电压或电流值。

2>前置放大电路:将输入的信号放大至仪级电压幅度,供线性化电路或A/D转换电路工作。

3>非线性校正或开方运算电路:许多检测元件具有非线性特性,需将信号经过非线性校正电路的处理后成线性特性,以提高仪表测量精度。

4>模块转换电路:数显仪表的输入信号多数为连续变化的模拟量,需经A/D转换电路将模

拟量转换成断续变化的数字量,再加以驱动点燃数码管进行数字显示。

5>标度变换电路:将数显仪表的显示值和被测原始数值统一起来,使仪表能以工程量值形

式显示被测参数的大小。

6>数字显示电路及光柱电平驱动电路:将被测信号与一组基准值比较,驱动一列半导体发

光管,使被测值以光柱高度或长度形式进行显示。

7>V/I转换电路和控制电路:将被测电压信号通过V/I转换电路转换成0~10mA或4~20mA

直流电流标准信号以便使数显仪器可与电动单元组合仪表,可编程序控制器或计算机连用。数显仪表还可以具有控制功能,它的控制电路可以可以根据偏差信号接PID控制规律进行运算,输出控制信号,直接对生产过程加以控制。

第五章

1.什么是控制器的控制规律?控制器有哪些基本控制规律?

答:控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系,即

基本控制规律有:位式控制、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)、及比例积分控制(pi)、比例微分控制(PD)、和比例微积分控制(PID)。

2.双位控制规律是怎样的/?有何优缺点?

答:控制规律是:当测量值大于给定值时,控制器的输出为最大(或最小),而当测量值小于给定值时,则输出为最小(或最大),及控制器只有两个输出值,相应的控制机构又只有开或关两个极限位置。优点:结构简单、成本较低、易于实现。缺点:控制机构的动作非常频繁,会使系统中的运行部件因动作频繁而损坏。非连续控制被控变量不可避免的产生持续的等幅振荡过程。

3.比例控制规律是怎样的?什么是比例控制的余差?为什么是比例控制会产生余差?

答:规律是控制器的输出信号p与输入信号e之间成比例,即

余差是指:给系统加一个干扰作用后,建立起新的平衡时新的稳态值与给定值之间的差。余差产生的原因:余差是比例控制规律的必然结果。以水位控制为例进行说明,当一平衡系统的出水量突然增大时,液位会随即下降,阴气进水量的增加,只有的当进水量增加到与出水量相等时才能重新建立平衡,也为不再变化,且一定低于原来的液位。

4.试写出积分控制规律的数学表达式,为什么积分控制能消除余差?

答:p=Ki∫edt,当e=A时,p=KiAT

由关系式可知,输出信号与时间关系为一条直线,当有偏差存在时输出信号将随时间增加或减少,只有当偏差为零时,输出才停止变化而稳定在某一值上,因而积分控制能消除余差。

5.试写出比例积分微分(PID)三作用控制规律的数学表达式。

答:p=Kp(e+∫edt/Ti+Td *De/Dt)即有阶跃信号输入时,输出为比例、积分和微分三部分输出之和,既能快速控制,又能消除余差。

6.什么叫控制器的无扰动切换?

答:系统运行中出现工况异常时,需要重自动切向手动,在切换的瞬间,应保持控制器的输出不变,才能使执行器的位置在切换过程中不至于突变,不会对生产过程引起附加的扰动,这就是无扰动切换。

7.试简述PLC的分类。

答:按容量分可分为:(1)小型PLC I/O点总数一般为20~128点(2)中型PLC I/O 点总数通常为129~512点,内存在8k以下(3)大型PLC I/O点总数在513点以上

按硬件结构可分为:(1)整体式PLC 将PLC各组成部分集装在一个机壳内(2)模块式PLC 输入/输出点数较多的大中型和部分小型PLC采用模块式结构。(3)叠装式PLC

8.PLC主要由哪几部分组成?

答:主要由中央处理器、存贮器、输入输出模块、编程器四部分组成。

第六章

1.气动执行器主要由那两部分组成?各起什么作用?

答:气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。

执行机构:执行器的推动装置,他按控制信号压力的大小产生相应的推动力,推动控制机构动作,所以他是将信号压力的大小转换为阀杆的装置。

控制机构:执行器的控制部分,他直接与被控介质接触,控制流体的流量,所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

2.试问控制阀的结构有哪些主要类型?各使用在什么场合?

答:(1)直通单座控制阀:应用在小口径、低压差的场合。(2)直通双座控制阀:常用类型(3)角形控制阀::适用于现场管道要求直角连接,介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。(4)三通控制阀:可代替两个直通阀,适用于配比控制与旁路控制。(5)隔膜控制阀:适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制,也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。(6)蝶阀:大口径,大流量,低压差的场合,也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。(7)球阀:适用于高粘度和污秽介质的控制。(8)凸轮挠曲阀:适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。(9)笼式阀:特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。(10)小流量阀:适用于小流量的精密控制。(11)超高压阀:适用于高静压、高压差的场合。

3.什么叫气动执行器的气开式与气关式?其选择原则是什么?

答:有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式,反之为气开式。

选择原则:信号压力中断时,应保证设备和操作人员的安全,如果阀处于打开位置时危险性小,则应选用气关式,以使起源系统发生故障,气源中断时阀门能自动打开,保证安全,反之阀处于关闭时危险性小,则使用气开阀。

4.电动执行器有哪几种类型?各使用在什么场合?

答:(1)角行程:适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式控制阀。(2)直行程:适用于操纵单座、双座、三通等各种控制阀及其他直线式控制机构。(3)多转式:主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门,多用于就地操作和遥控。

第七章

所谓的简单控制系统,通常是指有一个测量元件,变送器,一个控制器,一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统,因此也称为单回路控制系统.

1、比例控制器、比例积分控制器、比例积分微分控制器的特点分别是什么?各使用在什么场合?

(1)比例控制器

特点:控制器的输出与偏差成比例。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余差。负荷变化越大,余差就越大。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。

(2)比例积分控制器

特点:由于在比例作用的基础上加上积分作用,而积分作用的输出是与偏差的积分成比例,只要偏差存在,控制器的输出就会不断变化,直至消除偏差为止。积分作用会使稳定性降低,虽然在加积分作用的同时,可以通过加大比例度,使稳定性基本保持不变,但超调量和振荡周期都相应增大,过渡过程的时间也加长。

适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。

(3)比例积分微分控制器

特点:微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例,它对克服对象的滞后有显著的效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。所以,适当调整δ、TI、TD 参数,可以使控制系统获得较高的控制质量。

适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统,应用最普遍的是温度、成分控制系统。

第八章

复杂控制系统分为:串级控制系统,均匀控制系统,比值控制系统,前馈控制系统,选择性控制系统,分程控制系统,多冲量控制系统