化工过程控制工程习题集

1化工过程控制工程习题集之四（分析题）2•1。某精馏塔进料有可能出现大的幅度负荷变化，工艺上允许进料量进行自动调节，故设置了一中间容器和一套液面调节系统，已知：Qmax=800kg/min，Qmin=160kg/min流体重度γ=800kg/m3，调节器选比例，调节阀为线形特性最大流通能力为1000kg/min，变送器量程为0~800mmH2O，调节阀、变速器滞后忽略。写出调整调节器参数.答案：由于对象为一阶特性：Kp=R设正常流量为480kg/min，液位为0.5mR=2h/Q=2×0.5/480=2.08×10-3m·min/kgT=RC=R·π/4D2·γ=2.08E-3×π/4×12×800=1.31min液位仪表量程△H=P/γ=1mKm=△P/△H=1.0-0.2/1=0.8Kv=Qv/△O=1000-0/1.0-0.2=1250则传递函数：H（S）/Q（S）=Kp·(1/TS+1)/[1+KcKvKpKm(1/TS+1)]为确保负荷大幅度变化时，精馏塔进料变化缓慢，故对调节系统采用均匀调节。设干扰为Q=800-480=320kg/min，系统稳定时，余差为0.25m。利用终值定理，Q（S）=320/Sh（∞）=limSH(S)=0.25s→0Kc=0.8。3•2。一台PID调节器，为什么当测量等于给定时，输出能稳在任意值上？答案：根据三作用调节器数学表达式：Δy=1/P(Δx+1/Ti∫Δxdt+TD[d(Δx)/dx(1)式中：P—比例度，Ti—积分时间，TD—微分时间，Δy—输出信号，Δx—输入偏差当外界有一干扰，使测量值偏离给定值，则Δx≠0，由于积分作用，使输出Δy不断变化。输出的变化引起调节作用的改变，当某一时刻测量重新回到给定值时，则Δx=0，代入（1）式得：Δy=1/P(0+1/Ti∫0dt+TD[d(0)/dx]=(1/P)(1/Ti)C(2)（2）式中C为任意常数，所以，输出信号Δy稳定在任意值上。4•3。一台量程为0～800mm的UTQ型浮筒液面计，用水校验时，当水柱高度从400mm增至600mm时，控制部分出风由0.8kg/cm2降到0.4kg/cm2，问比例度δ为多大？若不再调整，当用于比重为0.7g/cm3的汽油液面控制时，实际比例度多大？答案：根据比例度定义式计算δ=(Δh/ΔH量程)/(ΔP/ΔP量程)×100%=50%式中：Δh—测量值变化值ΔH—调节器量程范围Δp—调节器输出变化值ΔP—调节器信号范围当介质由校验时的水变为使用时的汽油后，则同样的液面高度变化引起化只能是原来的0.7倍，所以用水校验时比例度为50%，投入运行后，实际比例度为71.43%。5•4。有一台比例积分调节器，它的比例度为50%，积分时间为1分，开始时，测量、给定和输出都在50%，当测量变化到55%时，输出变化到多少？1分钟后又变化到多少？答案：当测量由50%跃变到55%的一瞬间，时间t=0。已知调节器的比例度δ=50%，积分时间T=1分，ΔP入=55%-50%=5%代入上式可得ΔP出=10%即输出变化为10%加上原有的50%，所以输出跃变到60%。一分钟后，输出变化为ΔP出=20%加上原有的50%，所以一分钟后输出变到50%+20%=70%6•5。有一流量调节系统，其对象就是一段管道，流量用空板和电动差压变送器进行测量,变送,并经开方器变为4～20mA输出。流量测量范围为0～25T/h，调节器是比例作用，调节器输出是4～20mA信号作用于带阀门定位器的调节阀，阀的流量范围是0～20T/h。在初始条件下，流量为10T/h，调节器输出在12mA。现因生产需要加大流量将给定值提高2.5T，试问实际流量将变化多少？余差有多大？（假定调节器的比例度为40%）答案：求出各个环节的放大系数：Kc=100/40=2.5Kv=(20-0)/(20-4)=1.25K0=1Km=(20-4)/(25-0)=0.64Δy=(KcKpKv)/(1+KvKcKpKm)=1.667由此可见，当给定值改变10%，管道内流量的变化是1.667T/h，即由原来的10T/h提高为11.667T/h,与12.5T/h的要求相比，有0.833T/h的余差。7•6。在工业介质为液体的水平管道上，垂直安装一套差压式流量测量系统，差压变送器是经过校验后安装上去的，启表后发现指示值偏低，经核实工业与孔板设计均无问题，试分析可能原因并说明解决办法。答案：孔板方向装反—这时流束缩颈与孔板距离比正确安装为远，致使孔板后取压孔测压值增高，造成压差下降，需重新装正。管.线中有气体或负压管线最高位置比正压管线高，造成附加静压误差，使指示值偏低。1．压变送器正压室中气体未排净，这时可打开正压室测排气孔，见到液体排出后再重新拧紧。2．三阀组中的旁路阀未关严或阀虽拧紧仍有内漏，需关严或更换。3．表输出线路有漏气（气动表）。8•7。无纸记录一中的记录时间间隔和时间标尺是同一个概念，只是提法不同吗？答案：不是的。记录时间间隔时纸多长时间记录一次，是隔几秒钟，还是隔积分钟。记录时间间隔长，整屏所显示的数据时间段大；记录时间间隔短，整屏所显示的数据时间段小。时标是指记录点在屏幕上显示的疏密。虽然改变记录时间间隔和时标刻度都可以调整屏上显示曲线的形状，但两者是有区别的。例如记录时间间隔为2s，则5min内可以记录150个点。但这150个点组成的曲线可以在整屏上显示，即时标为5min，也可以在半个屏幕上显示，这时时标为10min。是5min还是10min，由时标键设定。而这5min或10min内显示的曲线由多少个数据组成，则由记录时间间隔设定。时间间隔短，则同一屏上的点数多；反之，时间间隔长，则点数短。9•8。智能数字显示仪表和模拟显示仪表相比，在性能上有什么区别？答案：智能数字显示仪表和模拟显示仪表相比，在技术性能上有如下区别。1．输入模拟显示仪表一台表只能用一种输入信号，测量范围不能变化。智能数字显示仪表可有多种输入信号，可同时测量直流毫伏、伏、毫安与热电偶、热电阻等多种信号，并可设定测量范围。2．测量精度数字仪表的读数方便，无视差。智能数字显示仪表的显示精度能达到满量程的±0。05%+2个字，记录精度为满量程的±0。1%，而模拟显示仪表一般仅为满量程的±0。5%。3．功能智能数字显示仪表既有模拟记录仪的趋势记录，又有表格式记录，还具有记录曲线零点迁移（即量程自动切换）、分区记录、放大/缩小记录等功能，测量和记录速度很高，各通道记录曲线在时间上可以一致，走纸速度可达1mm/s。而模拟记录仪的功能单一，只能记录趋势曲线，记录响应速度也慢。此外，由于数字显示仪表采用了微处理器，所以，它还有运算功能。除四则运算外，还有开方、绝对值、平均值、逻辑运算，以及异常情况自动显示记录，有的还能进行PID调节。所有这些都是模拟显示仪表无法比拟的。通讯智能显示仪表可以通过接口和计算机通讯联系，从而将记录仪纳入计算机管理系统。而模拟显示仪智能单台使用.10答案：DR型智能数字显示仪的编程采用数字符号。上述命题的程序如下：时间02150830（现行时间2月15日8时30分）分组101—10（第一组第1—10点）211—20（第二组第11—20点）321—25（第三组第21—25点）400—00（第四组的通道不用）量程12—1—00（第一组、K型热电偶、需冷端补偿）23—1—00（第二组、E型热电偶、需冷端补偿）36—0—00（第三组、铂热电阻、需冷端补偿）注：上程序种的第二位数字若为2，则表示K型热电偶；为3，则表示E型热电偶；为6，则表示热电阻。•9。某装置共有25个温度测点。其中10个温度点采用K型热电偶测量，10个采用E型热电偶测量，5个采用铂热电阻测量。若显示仪表采用DR型智能数字显示仪，则如何编程？11答案：时间02150830打印间隔0130分组101—05206—10311—20421—25量程12—1—0022—1—11（第二组、K型热电偶、有冷端补偿、偏差和报警打印）33—1—0046—0—00报警2165020100重复显示01•10。在上题中，如果10点K型热电偶中的第6—10点不需要显示绝对值，而是需要显示和第一点的差值，且平时重复显示第一点温度，应如何编程？12•11。在上题中，如果10点K型热电偶中的第6—10点温度需要报警，并设上限报警温度为600℃，下限报警温度为100℃，则如何编程？答案：时间02150830（现行时间2月15日8时30分）间隔时间0130(1.5h打印一次)分组101—05（第一组第1—5点）206—10（第二组第6—10点）311—20（第三组第11—20点）421—25（第四组第21—25点）500—00（第五组的通道不用）量程12—1—00（第一组、K型热电偶、需冷端补偿）22—1—01（第二组、K型热电偶、需冷端补偿、有报警打印）33—1—00（第三组、E型热电偶、需冷端补偿）46—0—00（第四组、铂热电阻、无冷端补偿）报警21650（第二组上限报警650℃）20100（第二组下限报警100℃）124．13•12。分析如何选用热电偶和热电阻?答案：热电偶、热电阻一般根据测温范围选用。热电偶的测量温度较高，量程较大，热电阻的测量温度较低，量程较小。有振动的场合，宜选用热电偶。测量精度要求较高、无剧烈振动、测量温差等场合，宜选用热电阻。1.测量含氢量大于5%（体积）的还原性气体，温度高于870℃时，应选用吹气式热电偶或钨铼热电偶。2.测量设备、管道外壁温度时，选用表面热电偶或表面热电阻。3.一个测温点需要在两地显示或要求备用时，选用双支式测温元件。4.一个测温口需要测量多点温度时（如触煤层测量），选用多点（多支）式专用热电偶。5.测量流动的含固体硬质颗粒的介质时，选用耐磨热电偶。6.在爆炸危险场所，选用隔爆型热电偶、热电阻。7.对测温元件有弯曲安装或快速相应要求时，可选用铠装热电偶、热电阻。14•13。横向干扰的产生原因有哪些?答案：1。交变电磁场。在大功率变压器、交流电动机、强电流电网等周围存在很强的交变磁场，交变磁场切割仪表输入回路的导线就会在其中感应出交变电势，因而产生干扰。2高压电场。仪表附近有高压设备时，可通过分布电容在输入回路中产生干扰电压。高频干扰。带电容或电感的回路断开或闭合时、接触器触点间发生的火花等都是产生较高频率的干扰源，但它对脉冲或数字电路影响较大，对模拟电路影响较小。15•14。分析避免和消除横向干扰的方法？答案：1.屏蔽法。如将热电偶和补偿导线穿管敷设（穿线铁管接地），采用带屏蔽层的电线电缆等。采取屏蔽措施后可将干扰电压减小为原来的1/20。为了进一步减小干扰，最好把导线绞合起来再穿管敷设，绞合后的感应电压只有不绞合时感应电压的1/10。同理，可将仪表罩上一个铁皮接地，一方面可防止外磁场干扰，另一方面又可防止仪表内部磁场散布到外部空间。2.连接导线应远离强电磁场敷设，不要离动力线太近，特别不允许把连接导线与动力线平行放在一起或穿入同一根铁管内。连接导线与电源线亦不宜由同一孔进入仪表。3.在仪表输入端加入RC或LC滤波电路，以便使混杂在有用信号中的交流干扰衰减至最小。16•15。仪表受纵向干扰产生的原因有哪些？答案：1.地电流。如仪表附近有大功率电气设备，当其绝缘性能交差而对地漏电时，大地中就会有电流流过，因而大地中不同点上存在着电位差。仪表安装使用中往往又会有意无意的使输入回路有两个以上接地点（或通过大电容接地），这样就会把不同接地点的电位差引入仪表而产生干扰。2.漏电流。如电炉温度测量时，耐火砖在常温下是很好的绝缘体，但高温下其绝缘电阻急剧下降，而热电偶的瓷套管、绝缘子在高温下绝缘性能也大大下降。当温度升至800℃以上时，电路的电源电压会通过耐火砖、热电偶套管、绝缘子泄漏到热电偶丝上，在热电偶与地之间产生干扰电压，其大小能达几伏甚至几十伏。3.热电偶丝焊于带电体上。如热电偶丝直接焊于被测物上，而被测物由强电流加热，因而它是个带电体，会使整个输入回路对地有干扰电压。17•16。热电阻常见故障有如下一些，