化工仪表及自动化知识点

1、方框图四要素：控制器、执行器、检测变送器、被控对象。2、自动控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。3、控制系统的五个品质指标：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。4、建立对象的数学模型的两类方法：机理建模、实验建模。5、操纵变量：具体实现控制作用的变量。6、给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值。7、被控变量：在生产过程中所要保持恒定的变量。8、被控对象：承载被控变量的物理对象。9、比例度：是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即100%/minmaxminmax）（pppxxe。10、精确度（精度）：数值上等于允许相对百分误差去掉“”号及“%”号。允许相对误差100%-测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允11、变差：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。12、灵敏度：在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。13、灵敏限：是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。14、表压＝绝对压力－大气压力；真空度＝大气压力－绝对压力。15、压力计的选用及安装：（1）压力计的选用：①仪表类型的选用：仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求；②仪表测量范围的确定：仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。③仪表精度级的选取：仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。（2）压力计的安装：①测压点的选择；②导压管的铺设；③压力计的安装。16、差压式流量计和转子流量计的区别：差压式流量计是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小（恒节流面积，变压降）；而转子式流量计却是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小（恒压降，变节流面积）。17、热电偶温度计是由三部分组成的：热电偶（感温元件）、测量仪表（毫伏计或电位差计）、连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜导线）。18、冷端温度的补偿：冷端温度保持为0℃的方法、冷端温度修正方法、矫正仪表零点法、补偿电桥法、补偿热电偶法。19、控制器的基本控制规律有位式控制（双位控制）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合形式。21、各控制器的控制规律：（1）双位控制的特点：控制器只有两个输出值；（2）比例控制的特点：有差控制；控制及时，效果明显；（3）积分控制的特点：能消除余差；（4）微分控制的特点：具有超前控制功能。22、描述对象特性的参数：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。23、控制阀的理想流量特性：直线、等百分比、抛物线及快开。24、气动执行器有气开式和气关式两种形式。有压力信号时阀关、无压力信号时阀开的为气关式。反之为气开式。气开、气关的选择主要从工艺生产上安全的要求出发。考虑原则是：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害性小，则应选择气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时危害性小，则应选择气开式。25、几种常用的工程整定法：临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法。26、某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。解：最大偏差A=230-200=30℃余差C=205-200=5℃由右图可以看出，第一个波峰值B=230-205=25℃，第二个波峰值B=210-205=5℃故衰减比应为B/B=25/5=5/1。振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期T=20-5=15（min）。从图中可以看出，在22min时，新的稳态值稳定在阴影线的区域内，因此，过渡时间为22min。27、某化学反应器工艺规定操作温度为（900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时间曲线如图1-19所示。试求该系统过渡过程品质指标：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？解：最大偏差：950-900=50℃超调量：950-908=42℃衰减比：B/B=42/10=4.2/1振荡周期：45-9=36min28、图1-20（a）是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方框图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰素什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如图1-20（b）所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。图1-20蒸汽加热器温度控制解：最大偏差：A=81.5-81=0.5℃衰减比：B/B=0.8/0.2=4/1余差：80.7-81=-0.3℃29、某台测温仪表的测温范围为200～700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为+4℃，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的相对百分误差为0.8%100%200-7004如果将该仪表的δ去掉“+”号与“%”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级只有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等，没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。30、（必考）某台测温仪表的测温范围为0～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过7℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺上的要求，仪表的允许误差为0.7%100%0-10007允如果将仪表的允许误差去掉“”号与“%”号，其数值介于0.5～1.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为1.0%，超过了工艺上允许的数值，故应该选择0.5级仪表才能满足工艺要求。31、（必考）某台往复式压缩机的出口压力范围为25～28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。解：由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为P1=Pmax×2=28×2=56MPa根据就地观察及能进行高低限报警的要求，查表得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa。由于316025＞，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa，精度等级为1.5级。32、某压力表的测量范围为0~1MPa，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级精度等级，为什么？解：（1）MPa01.0max%1%10001max（2）MPaxx008.0508.05.00%8.0%1001008.0%10001去掉“-”号与“%”，其数值为0.8，仪表误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以被校压力表在这一点符合1级精度。33、如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为1级的压力表进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解：（1）测量范围为0~1.6MPa，精度为1级的压力表MPaMPa＞01.0016.001.006.1max不符合工艺上的误差要求。（2）测量范围为0~1.0MPa，精度为1级的压力表MPaMPa01.001.001.000.1max符合要求。34、某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的5%，试选择一台合适的压力计（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。解：假设缓冲器内的压力是稳定压力，则规定的最大工作压力不得超过测量上限值的2/3。MPaPP4.25.16.123max1查教材附录一得，选用YX-150型电接点压力表，量程为0~2.5MPa，由于312.51.1＞，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。根据测量误差的要求，可得允许误差为：2.2%100%0-2.55%1.1精度为1.5级的仪表完全可以满足误差要求，所以选用的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0~2.5MPa，精度等级1.5级。35、某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表（给出型号、测量范围、精度级）。解：假设合成塔压力为高压压力，则规定的最大工作压力不应超过测量上限值的3/5，所以选择压力表的上限值为MPaPP3.2335max1查教材第一章附录一得，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0~25MPa，由于1.6%100%0-250.4；故精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求，因此选用的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0~25MPa，精度等级为1.5级。36、（必考）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，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？解：已知Ek(t,25)=20mV，查表可得Ek(25,0)=1mV，故Ek(t,0)=Ek(t,25)+Ek(25,0)=20+1=21mV，再查表得t=509℃（读表中21024值对应的温度，取近似值），改用E热电偶后，查表得V5.1496510119218011192)0,25(EE设备温度为509℃，查表得Vtt6.362305.1496369999103699937808)0,25(E)0,(E)25,(EEEE考试时，只要求得出热电势即可，不需要得出温度。37、现用一支镍铬-铜镍热电偶测得某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对？为什么？正确值为多少度？38、（必考）假定在图6-24所示的反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定的温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关形式和控制器的正、反作用。答：从安全角度出发，反应器内温度不允许过高，因此当原料中断时，蒸汽要停止供应，故执行器要选择气开式（正作用）；而当蒸汽输量增加时，温度升高，所以被控对象为“正”作用，整个系统需要构成负反馈的闭环系统，所以控制器为“反”作用。39、差压式液位变送器的正负迁移：在使用压差变送器测量液位时，一般来说，其差压gpH，这就属于一般的“无迁移”情况。当H=0时，作用在正、负压室的压力是相等的。负压室正压室ppp-，若大于0，则为正迁移；小于0，则为负迁移。