期末复习题答案——《化工仪表及自动化》

《化工仪表及自动化》期末复习题标准答案一．填空1．表压，大气压力与绝对压力之差2．无迁移，负迁移，正迁移3．节流装置，差压计，显示仪表4．热电偶，热电阻5．衰减比，余差，过渡时间6．放大系数，时间常数，滞后时间7．积分作用，微分作用8．单纯的前馈控制，前馈-反馈控制9．最大偏差、衰减比、余差、过渡时间10．弱，强11．传递滞后，容量滞后12．测量范围上限值，测量范围下限值13．气动仪表，电动仪表14．积分，微分15．弹性式压力计、液柱式压力计、活塞式压力计、电气式压力计16．泵，风机或压缩机17．20~100KPa，4~20mADC18．自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动控制系统19．开关型选择性控制系统，连续型选择性控制系统，积分饱和20．换热器、加热炉、锅炉、再沸器、冷凝器、加热器中任选三种21．简单均匀控制、串级均匀控制22．电磁感应，漩涡流量计（涡街流量计），平方根23．大，小24．表压、负压25．30℃，5℃，5:126．66982μV27．塔顶冷回流流量，塔底再沸器加热蒸汽流量28．临界比例度法，衰减曲线法29．5.2mA，5.7mA30．双闭环比值控制系统31．控制泵的转速，控制泵的出口旁路阀门开度32．小于，可变极限流量法二．简答1．答：QDZ型气动单元组合仪表的信号范围为20~100KPa气压信号；（2分）DDZ-II电动单元组合仪表的信号范围为0~10mADC电流信号；（2分）DDZ-III电动单元组合仪表的信号范围为4~20mADC电流信号。（2分）2．答：容积式流量计：椭圆齿轮流量计；（2分）速度式流量计：差压式流量计；转子流量计；涡轮流量计；电磁流量计；漩涡流量计；（任取三种，每种2分）质量流量计：科氏力流量计（或微动流量计）；（2分）3．答：化工自动化的主要内容有(1)自动检测系统；（2分）(2)自动信号和联锁保护系统；（2分）(3)自动操纵及自动开停车系统；（2分）(4)自动控制系统。（2分）4．答：主控制器：按主变量的测量值和给定值而工作，其输出作为副变量给定值的那个控制器。（2分）副控制器：其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的那个控制器。（2分）串级控制系统的方框图（6分）5．答：离心泵的流量控制方案有(1)控制泵的出口阀门开度；（2分）主控制器执行器副对象主测量变送环节+－扰动2主对象副测量变送环节扰动1+－副控制器副变量主变量给定值(2)控制泵的转速；（2分）(3)控制泵的出口旁路；（2分）6.反馈：控制系统方块中的任何一个信号，只要沿着箭头方向前进，通过若干个环节后，最终又会回到原来的起点负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差为两者之差。7．工业上常用热电偶的温度-热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃情况下得到，而当采用补偿导线将热电偶的冷端从工业现场延伸到操作室内时，热电偶的冷端温度高于0℃，而且不恒定，这样热电偶产生的热电势必然偏小，且随冷端温度变化而变化，测量结果就会产生误差。因此，在应用热电偶测温时，必须进行热电偶的冷端温度补偿。常用的冷端温度补偿方法有以下几种：(1)冷端温度保持0℃的方法；(2)冷端温度修正法；(3)校正仪表零点法；(4)补偿电桥法；(5)补偿热电偶法。8．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法9．控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即)(maxLlfQQ在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。控制阀的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性和快开特性。10、前馈控制的特点（1）基于不变性原理，比反馈控制及时、有效（2）前馈是开环控制（3）前馈控制规律随对象特性的不同而不同（4）一种前馈只能克服一种干扰为什么采用前馈＋反馈的复合控制系统可以大大提高控制系统的品质（1）从前馈控制角度，由于反馈，减轻了对前馈控制模型的精度要求，并可对未做前馈补偿的干扰进行校正（2）从反馈角度，前馈控制事先起了一个粗调的作用，大大减少了反馈的负担11．温差控制：灵敏板温度与塔顶（或塔底）附近某块塔板的温度之差作为被控变量来间接控制塔的产品的成分。双温差控制：分别在精馏段及提馏段上选取温差信号，然后将两个温差信号相减，作为控制器的测量信号（控制系统的被控变量）12．答：比例控制规律(P)是指控制器的输出信号变化量p与输入偏差信号e之间成比例关系，即eKpp比例控制的特点是反应快、控制及时，但控制结果存在余差。积分控制规律(I)是指控制器的输出信号变化量p与输入偏差信号e的积分成正比，即edtTpI1积分控制的特点是控制缓慢（1分），但能消除余差。微分控制规律(D)是指控制器的输出信号变化量p与输入偏差信号e的变化速度成正比，即dtdeTpD微分控制的特点是有一定的超前控制作用，但不能单独使用。13．(1)操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节(2)操纵变量应比干扰对被控变量的影响更加灵敏，控制通道放大系数适当大，时间常数适当小纯滞后时间尽量小，干扰通道放大系数尽量小，时间常数尽量大(3)考虑工艺合理性与经济性。14．放大系数：对象处于稳定状态时输出变化量与输入变化量的比值。时间常数：对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。15．常用的热电偶有如下几种：铂铑30－铂铑6，铂铑10—铂，镍铬—镍硅，镍铬—康铜补偿导线：为了保持冷端温度的恒定，采用一种专用导线将热电偶的冷端延伸出来，称为补偿导线16．答：控制器一般都具有自动与手动两种功能。在进行自动与手动两种功能切换时，在切换的瞬间，应当保持控制器的输出不变，这样使执行器的位置在切换过程中不致于突变，不会对生产过程引起附加的扰动，这称为无扰动切换。（2分）17．答：单回路控制系统是由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统。（4分，缺一点减1分）简单控制系统的典型方块图为（2分）三．计算1．解：该仪表的相对百分误差为%8.0%1002007004（3分）该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，这台测温仪表的精度等级为1.0级。（2分）2．解：当液面高度为H时，正压室，12101ghρgHρpp（2分）负压室，2202ghpp（2分）)(212121hhggHppp（2分）当H=0时，0)(122hhgp（2分）所以，需要进行零点迁移，应进行负迁移，迁移量为)(122hhg（2分）3．解：P作用响应曲线（3分）PI作用响应曲线（5分）Kp0t(s)Kp0t(s)2KpTI标注Kp（2分）标注Kp（2分）标注2Kp（1分）标注TI（2分）4、由曲线可知：最终稳态值位41℃，设定值40℃；最大偏差＝45－40＝5℃余差＝41－40＝1℃第一波峰值B=45-41=4℃第二波峰值B’＝42－41＝1℃衰减比＝B/B’=4:1过渡时间23min振荡周期＝18－5＝13min5、当不考虑迁移量是，变送器的测量范围根据液位的最大变化范围来计算Δpmax＝Hρg＝3*900*9.81＝26487Pa＝26.487kPa所以测量范围可选为０-３０ｋＰａ如图所示，当液位高度为H时，差压变送器正、负压室所受压力p1,p2分别为p1=p0+Hρg-h1ρ0gp2=p0+(h2-h1)ρ0g因此，差压变送器所受的压差为：Δp＝p1－p2＝Hρg－h2ρ0g由上式可知，当H=0时，Δp＝－h2ρ0g0，为负迁移，其迁移量为h2ρ0g迁移量只和h2有关，所以当差压变送器的安装高度h1改变时，只要两个取压法兰之间的尺寸h2不变，其迁移量是不变的.6．解：不对；因为此时冷端温度为30℃，而仪表的指示值是在仪表的机械零位在0℃时的值，所以，此时仪表指示值不是换热器的实际温度。正确值的计算：943.28)0,400()30,(EtEmV744.30801.1943.28)0,30()30,()0,(EtEtEmV，所以实际温度是422℃7、解：(1)该压力表正反行程的绝对误差为正行程绝对误差/MPa0-0.02-0.04-0.06-0.03-0.01反行程绝对误差/MPa00.020.030.060.030.01所以，正行程最大绝对误差为-0.06MPa，反行程最大绝对误差为0.06MPa，(2)正行程相对百分误差为%6.0%10001006.0反行程相对百分误差为%6.0%10001006.0所以，根据正反行程的最大绝对误差值，该压力表的精度等级为1.0级。(3)该压力表的变差为%2.1%100010)06.0(06.0(4)仪表的变差不能超过仪表的允许误差，根据(2)确定的压力表的精度等级为1.0级，允许误差为1%，%1%2.1，所以，该压力表不符合(2)中确定的精度等级。8．（1）根据量程max%K得，3%5.0)6001200(%maxK量程℃（2）由于某一点最大绝对误差3℃，所以不合格。9．解：当液面高度为H时，正压室，101ghgHpp（1分）负压室，202ghpp（1分）)(2121hhHgppp（2分）当H=0时，0Pa19600)35(8.91000)(12hhgp（2分）所以，需要进行零点迁移，应进行负迁移（1分），迁移量为19.6KPa（1分）10．解：平稳压力，所以选择仪表的上限值为MPa21231423maxp（2分）所以选择仪表量程为0~25MPa（1分）312511，被测压力最小值不低于满量程的1/3，允许（1分）根据测量误差的要求，可算得允许误差为%6.1%100254.0（2分）应选择精度等级为1.5级的仪表。（1分）因此，选择的压力表为电接点弹簧管压力表（2分），量程0~25MPa，精度1.5级。11．解：平稳压力，所以选择仪表的上限值为MPa4.2236.123maxp（2分）所以选择仪表量程为0~2.5MPa（2分）315.20.1，被测压力最小值不低于满量程的1/3，允许（1分）根据测量误差的要求，可算得允许误差为%2%1005.205.0（2分）应选择精度等级为1.5级的仪表。（2分）因此，选择的压力表为弹簧管压力表（1分），量程0~2.5MPa，精度1.5级。12．解：(1)各点绝对误差为标准表读数/℃02004006007008009001000绝对误差/℃01246531所以，最大绝对误差为6℃。（2分）(2)仪表相对百分误差为%6.0%10010006（2分）所以，该测温仪表的精度等级为1.0级（2分）。(3)根据工艺要求，仪表的允许误差为%8.0%10010008（2分）所以，应选择0.5级仪表才能满足工艺要求，所以该测温仪表不符合要求（2分）。13．解：当液面高度为H时，正压室，101ghgHpp（2分）负压室，202ghpp（2分）)(2121hhHgppp（2分）当H=0时，0)(12hhgp（2分）所以，需要进行零点迁移，应进行负迁移，迁移量为)(12hhg（2分）四．分析1、答：(1)简单控制系统的方块图（6分）(2)被控对象：液体贮槽（1分）被控变量：贮槽液位（1分）操纵变量：贮槽出口流量（1分）主要扰动变量：贮槽进口流量（1分）液位控制器控制阀贮槽对象液位检测变送环节+－控制信号出口流量液位液位测量值偏差进口流量给定值2、乙炔发生器温度控制系统的方块图如下图所示。被控对象：乙炔发生器；被控变量：乙炔发生器内温度操纵变量：冷水流量扰动变量：冷水温度、压力；电石进料量、成分等。3、（1）方框图如下：（2）该系统和一般串级控制系统的结构上相同。不同之处在于控制目的上，一般串级系统是为了保证主变量的控制效果，而对副变量的控制品质没有过高的要求，而串级均匀控