过程控制及仪表
1、要实现化工生产过程自动化一般要包括哪几个方面的内容？答：自动检测系统自动保护系统自动控制系统
2、自动控制系统的四个组成环节。
答：被控对象测量变送器被控器执行器
3、自动控制系统各组成环节的作用。
答：被控对象：表征被控变量的主要生产设备
测量变送器：将被控变量转换为标准信号
控制器：将标准信号与设定值对比形成偏差，将偏差经过数学运算形成信号输出
执行器：将控制器传输过来的信号进行反馈
3、气动与电动单元组合仪表的标准信号为什么？
气动0.02—0.1Mpa 电动电压1-5V 电流0-10Ma 4-20Ma
4、
5、将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化可以将自动控制系统分为哪几类？
答：定值控制系统随动控制系统程序控制系统
6、什么是系统的过渡过程？包括哪几种形式？
答：系统由一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程称为系统的过渡过程。
非周期衰减过程衰减振荡过程等幅振荡过程发散震荡过程7、
8、描述对象特征的参数
答：放大系数K 控制通道K不能过大也不能过小；干扰通道K越小越好
时间常数T 控制通道T不能过大也不能过小；干扰通道T越大
越好
之后时间τ 控制通道τ越小越好；干扰通道τ越大越好
9、仪表的性能指标
答：精确度变差灵敏度与灵敏限分辨力线性度反应时间
10、按仪表使用的能源分类
答：气动仪表电动仪表液动仪表
11、按信息的获取、传递、反应和处理的过程分类
答：检测仪表显示仪表集中控制装置控制仪表执行器
12、按仪表的组成形式分类
答：基地式仪表单元组合仪表
1、测压仪表按其转换原理不同分为哪几类？各基于什么原理？
液柱式压力计:是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的；弹性式压力计:在被测介质压力的作用下,使弹性元件受压后产生弹性变形的原理；电气式压力计:将压力转换成电量的原理；活塞式压力计：是根据水压机液体传送压力的原理。
2、霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的？
将压力转换成霍尔片两端的电势差，U H=R H BI，当电流衡定时，随着压力的变化使霍尔片在变磁场中移动，使的输出电势发生变化，从而转化成压力的大小。
3、电容式差压传感器的工作原理是什么？（4分）
当被测压力P1，P2分别加于左右两侧的隔离膜片时，通过硅油将差压传递到测量膜片上，使其向压力小的一侧弯曲变形，引起中央动极
板与两边固定电极间的距离发生变化，因而两电极的电容量不再相等，而是一个增大，一个减小，电容的变化量通过引线传至测量电路，通过测量电路的检测和放大，输出一个4-20mADC。
4、差压式流量计的工作原理是什么？其常用的节流件有哪些？
基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。孔板；文丘里管、喷嘴。
5、如图所示的液位测量系统中采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位。已知介质液位的变化范围h=0-950mm，介质密度ρ
=1200kg/m3,两取压口之间的高度差H=1200mm，变送器毛细管中充的硅油密度为ρ1=950kg/m3,问用此变送器测量液位时，需不需要迁移？如何迁移？迁移量为多少？（8分）
P0
6、用E型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为18040μV，冷端为30℃，设备的实际温度为多少？（8分）
7、间接式质量流量计的测量方式有几种？（3分）
(1)测量Q的仪表与密度计配合y∝Q, x∝ρ,M=xy=KρQ
(2)测量ρQ2的仪表与密度计y∝ρQ2，x∝ρ,M= KρQ
(3)测量ρQ2仪表与测量Q的仪表x∝ρQ2 ，y∝Q, M== KρQ
8、有一台用水刻度的转子流量计，转子由密度为7900kg/m3不锈钢制成，用它来测量密度为790 kg/m3的某液体介质，当仪表读数为5m3/h时，被测介质的实际流量为多少？如果转子由密度为2750 kg/m3铝制成，其他条件不变，则被测介质的实际流量又为多少？（8分）
9、热电偶温度计的工作原理？使用热电偶测温时为什么要使用补偿导线？（5分）
将温度转化成热电势原理
a. 当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数；（①热电势E(t,t0)是t和t0的函数。②若温度t0保持不变，E(t,t0)为t 的单值函数。）
b.由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端暴露在空间，易受环境温度波动的影响，冷端难以保持恒定；
c.可将热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但消耗贵重材料，不经济。
10、热电偶温度计测温为什么要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿方法有哪些？（6分）
原因：采用补偿导线后，热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方延
伸到温度较低和比较稳定的操作室，但冷端非0℃，而工业上常用各种热电偶的温度与热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的.由于操作室温度往往高于0℃，且不恒定，产生热电势偏小，且测量值也随冷端温度的变化而变化，结果产生误差，测量时只有将冷端保持0℃，才能得出正确结果，这种做法称为冷端温度补偿。
方法：(1)保持t0=0的方法；(2)冷端温度修正方法；(3)校正仪表零点法；(4)补偿电桥法；(5)补偿热电偶法；
11、控制器的基本控制规律有哪些？各自的特点是什么？（5分）（1）双位控制：控制器只有两个输出值，只有开、关两个极限位置，可用于要求不高的场合；（2）比列控制：P控制优点是控制反应快，缺点是总是有余差存在；（3）积分控制：反应慢，但可消除余差；（4）微分控制：偏差只要出现变化的趋势，马上进行控制，所以又称超前控制。及其他们的组合控制PI,PID等。
12、执行器包括几大组成部分？各自的正反作用如何判断？
（1）执行机构：气压信号↑,推杆下移,称正作用执行机构，
气压信号↑,推杆上移,称反作用执行机构；（2）控制机构：正作用阀：阀杆下移，流通面积↓；反作用：阀杆下移，流通面积↑
13、隔膜控制阀和笼式控制阀的特点分别是什么？（5分）
11、隔膜控制阀：结构简单、流阻小、流通能力较大。无填料，无泄漏，耐腐强，也可用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。
笼式控制阀：可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，且可得到不同的流量特性，汽蚀小、噪音小，适用于低噪音及
压差较大的场合，不适用高温、高粘度及含有固体颗粒的流体。14、控制阀的理想流量特性有哪些？（4分）
直线、等百分比(对数)、抛物线、及快开阀等.
15、被控变量的选择原则？（5分）
（1）能够代表一定的工艺操作指标，工艺过程中比较关键的重要变量；（2）尽可能选直接指标控制，当直接指标无法测取时，可选间接指标控制。（3）所选的被控变量能被测出来，并有足够大的灵敏度；（4）被控变量应是独立可控的；
16、操作变量的选择原则？（5分）
（1）应是可控的，工艺上允许调节的；（2）比干扰对被控变量的影响更加的灵敏（所以，合理选择操纵变量，使控制通
道的放大系数适当大，时间常数适当小，纯滞后时间尽量下，使干扰通道放大系数尽可能小，时间常数尽可能大）；3、考虑工艺的合理性与生产的经济性；
17、如图所示为聚合釜反应器，工艺要求反应温度稳定、无余差、超调量小，聚合釜内温度不能过高以防被烧坏。已知选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统。（15分）
（1）设计一串级控制系统，画出控制方块图。
（2）请指出主变量、主对象、副对象及操纵变量各是什么？
（3）试确定控制阀的气开、气关形式，说明理由。
（4）确定主、副控制器正反作用，说明理由。
（5）试描述当冷却水压力增大时，整个控制系统的工作过程？
串级控制系统
（2）主变量：反应釜内介质温度，主对象：反应釜，副对象：夹套，操纵变量：冷却水流量。
（3）气关阀，因为为了防止反应釜被烧坏，在无信号时阀全开比较安全，所以选择气关阀。
(4)副控制器：反作用，主控制器：反作用
原因：当冷却水流量（操作变量）增加时，夹套内温度（副被控变量）温度降低，所以被控对象（副对象）是反作用的，又由于选择的是气关阀，所以为反作用，由控制系统具有负反馈原理可知，副控制器为反作用。
当主变量（反应釜内介质温度）增加时，要求控制阀开大，当副变量（夹套温度）增加时，要求控制阀也开大，所以，主副变量同时增加对阀的变化方向要求一致，则主控制器是反作用。
（5）当冷却水压力增大时，分为两种情况：
a:冷却水压力波动比较小时，冷却水流量增加，夹套内的温度降低，使副回路的测量值降低，e=测量值-设定值，则偏差减小，又由于副控制器是反作用的，所以输出信号P增大，信号P是执行器的输入，执行器是气关阀，所以输出减小，阀的开度减小，进而使冷却水的流量减小，所以，冷却水压力波动比较小时，在没有影响到主变量的情况下通过副回路就可以达到调节目的。
b：冷却水压力波动比较大时，很大一部分通过副回路的先调快调稳定下来，在通过主回路进行细调。当冷却水压力增大，进水流量增加，反应釜内介质温度降低，测量值减小，e=测量值-设定值，偏差减小，由于主控制器是反作用的，所以输出信号P增大，又由于主控制器的输出是副控制器的设定值，所以副回路的设定值增大，且副回路的测量值由于冷却水流量的增加而降低，所以，在主副回路共同作用下偏差（e=测量值-设定值）更小，副控制器是反作用的，输出信号P增加更大，信号P是执行器的输入，且执行器是气关阀，所以，执行器的输出减小（阀的开度减小），进而冷却水进水流量减小，经过反馈控制使得主变量稳定到设定值上。
化工过程控制 又称过程控制，是化工生产过程自动控制的简称。在50年代，曾采用化工自动化一词来概括化工生产过程的检测和控制两方面的内容，近年来倾向于将检测与控制分为两个概念。化工过程控制主要是研讨控制理论在化工生产过程中的应用，包括各种自动化系统的分析、设计和现场的实施、运行，而不包括纯理论的研究和仪表的设计、制造。需要着重指出的是，这里所述的化工过程属于学科性的广义化学工艺，而不是行政或部门的概念。所以，化工过程存在于化学工业、石油炼制工业、轻工、热电、食品、漂染、冶炼等许多工业部门。 化工过程控制是一门较新学科，在40年代以前，虽然生产过程中已采用自动化装置，但其设计和运行都是根据经验进行的，没有系统的理论指导。直至40年代中期，才开始把在电工中已较成熟的经典控制理论，初步应用到工业控制中来。50年代早期，在生产上出现高度集中控制的自动化装置。到60年代，高等院校化工系有较完整的教材，出现了控制系统的分析、设计和复杂的新型控制方案的文献资料，以及以计算机为控制工具，利用现代控制理论，进行多变量优化性质的设计的研究论文和学术报告。但是，由于当时计算机的投资大，可靠性差，没有在生产上发挥计算机控制的作用。直到70年代后期，微型计算机问世，在经济性和可靠性方面都有很大进展，在生产上发挥巨大的作用。同时，计算机善长于逻辑判断、程序时序性的工作，因此除控制外，信号报警、生产调度、安全管理、自动开停等都可纳入计算机程序。 控制的特点化工过程控制与一般化工方法最大的区别是动态和反馈。 动态在过程控制中把各种工艺衡算所依据的平衡状态称稳态。但是，实际生产总是在稳态附近波动而变化的。当生产达到稳态时，一个干扰出现后，被控制的变量就会偏离稳态，然后在控制作用下又逐步回至稳态，这个偏离了稳态又回复到稳态的过程称动态过程。在很多情况下，回复过程是振荡式的，可以回到原来起始的稳态，也可以回到另一个新的稳态。多数控制系统的质量指标都是直接从这一动态过程曲线出发而制定的。很多工艺设备的设计也是按可能出现的最大偏离的动态条件进行，而不能都按稳态计算进行。生产中出现的控制措施不力、操作裕度有限等，往往是由于设计依据不当所造成的。 反馈自动控制的成功和发展关键在于信息的反馈。在一个控制系统中，当控制器采取控制措施后，如果能够把控制效果的信息送回到控制器进行比较，以决定下一步如何进行校正。这种将控制效果信息送回到控制器的概念称反馈；这种信息通路称反馈回路。有反馈回路的称闭环控制系统；否则称开环控制系统。采用反馈是提高控制质量的关键措施，改变反馈的大小、形式或规律，对控制质量有不同的影响，甚至可以将不可控的非稳定系统改进为控制质量颇佳的稳定系统。所以称反馈是控制系统的心脏。 控制理论过程控制理论有经典控制理论和现代控制理论两种。经典控制理论是以线性常系数微分方程描述系统为出发点而发展起来的。一般以获得振荡的动态过程为原则,并规定动态过程的一些特征为质量指标:如动态过程中超过新稳态值的量为超调量；偏离原稳态值的最大偏离量为最大偏差；连续两次偏差峰值之比为衰减比；偏差衰减到最大量的95％所需的时间为过渡时间；若振荡后达到的稳态值与开始时的不相同，两个稳态值的差就称余差。由于这些指标不能直接表达为描述系统微分方程的组成部分，这一理论不能按数学方法直接设计理想的控制系统，需要一个凑试过程。但是，这种方法可以较严格地分析系统的控制质量。从线性常系数微分方程式的性质出发，得到两种分析方法：即根轨迹法和频率法。前者是按特征根随控制强度变化的轨迹进行评价的方法；后者应用输入为正弦波时，稳定后输出也是同频正弦波的性质，用输入和输出幅值比及相位差来评价动
填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25 第一章： 什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。 过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)） 过程控制系统的分类：按结构不同：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈复合控制系统；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统 过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下 单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率 综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE 第二章： 检测误差的类型、怎样克服？ 1、检测误差的描述 （1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*100% （5）基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。 （6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 2、检测误差的规律性 （1）系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。 （2）随机误差或统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。 （3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。 检测仪表的组成：传感器、变送器 检测仪表的基本特性 固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差
1：串级控制系统参数整定步骤应为（）。 1.先主环，后副环 2.先副环后主环 3.只整定副环 4.没有先后顺序 2：仪表的精度等级指的是仪表的（） 1.误差 2.基本误差 3.允许误差 4.基本误差的最大允许值 3：串级控制系统主、副回路各有一个控制器。副控制器的给定值为（） 1.恒定不变 2.由主控制器输出校正 3.由副参数校正 4.由干扰决定 4：用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（） 1.偏大 2.偏小
3.可能大,也可能小,要视具体情况而定 5：用4：1衰减曲线法整定控制器参数时得到的TS值是什么数值（） 1.从控制器积分时间旋纽上读出的积分时间 2.从控制器微分时间旋纽上读出的积分时间 3.对象特性的时间常数 4.是4：1衰减曲线上测量得到的振荡周期 6：当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（） 1.线圈的震荡频率增加 2.线圈的电阻减小 3.线圈的电感增大 7：某容器控制压力，控制排出料和控制进料，应分别选用的方式为（）。 1.气开式；气开式 2.气关式；气关式 3.气开式；气关式 4.气关式；气开式 8：准确度等级是仪表按（）高低分成的等级。 1.精度 2.准确度
3.限度 9：不属于工程上控制参数的整定方法是（） 1.动态特性法 2.稳定边界法 3.衰减曲线法 4.比较法 10：最常见的控制结构除了反馈控制结构外还有。（） 1.串级控制 2.前馈控制 3.单回路控制 4.多回路控制 11：串级均匀控制系统结构形式与串级控制系统相同，它与串级控制系统有区别也有相同的地方。相同是（） 1.系统构成目的 2.对主、副参数的要求 3.参数整定顺序、投运顺序 4.干扰补偿方式 12：工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 1.动压 2.全压
《化工过程控制及仪表》复习 1 考核范围 前六章，加上第七章的串级控制系统，以仪表与系统为考核重点。 2 题型 1、填空题（20分） 基本上都是来自于书上的原话，填写空出来的字眼，要求看前多看书，只要对书本熟悉就能填出来。 2、选择题（20分） 选题遍布整个考核范围，提供50个选择题供大家复习学习。 3、简答题（40分） 以基本概念与基本原理为主，提供20个供大家复习学习。 4、综合分析题（20分） 考核对控制系统的综合分析和解决问题的能力，第六章的简单控制系统为重点。 3 选择题复习资料 1、一台PID三作用式控制器，如果将比例度调到100%，积分时间调到最大（∞），微分时间调到零，则此时调节器的作用为：（） A PI B PD C P D PID 2、过渡过程常出现如下几种形式： ①非振荡衰减过程②衰减振荡过程③等幅振荡过程④发散振荡过程⑤非振荡发散过程 其中，属于稳定过程的有（）。 A ①③ B ②④ C ③⑤ D ①②
3、雷达跟踪系统属于（）。 A 定值控制系统 B 随动控制系统 C 程序控制系统 D 前馈控制系统 4、下列控制系统中，（）是开环控制。 A 定值控制系统 B 随动控制系统 C 前馈控制系统 D 程序控制系统 5、下列参数（）不属于过程特性参数。 A 放大系数K B 时间常数T C 滞后时间τ D 积分时间T i 6、下述名词中，（）不是过渡过程的品质指标。 A 最大偏差 B 余差 C 偏差 D 过渡时间 7、当阀前后的压差较大，并允许有较大泄漏量时，选择下面哪种阀较为合适。（） A 直通单座调节阀 B 直通双座调节阀 C 隔膜调节阀 D 三通调节阀 8、在自动控制系统中，（）变量一般是生产过程中需要控制的变量。 A 操纵变量 B 被控变量 C 干扰变量 D 中间变量 9、如果被控过程的变化小，仪表指针移动量很大，则该仪表的（） A 精确度高 B 精确度低 C 灵敏度高 D 灵敏度低 10、某二阶系统采用了PID控制方法，若比例度低于了临界比例度，系统将出现（） A 衰减振荡 B 等幅振荡 C 发散振荡 D 不振荡 11、微分作用具有“超前调节”的特点，所以它可以用来克服（） A 纯滞后 B 调节通道的时间常数过大 C 干扰通道的时间常数过大 D 调节通道的放大倍数过小 12、自动控制系统在运行过程中，由于种种原因使对象特性改变了，并由此导致过渡过程曲线变差了，为了获得较好的过渡曲线，通常采用的解决方法是（） A 重新整定调节器的参数 B 更换调节器 C 重新设计控制系统 D 要求工艺做调整 13、检测仪表的品质指标为（）
一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。 参考答案： 最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 振荡周期T = 20 – 5 = 15 （min） 设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205 ×（±2％）＝±4.1℃ 在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影线）。曲线进入时间点Ts = 22min 工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。
最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg ／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为0～3.0m，如果当地重力加速度g＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。 当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为 ρ1gHmax＝1200×9.8×3.0＝35280 Pa 根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa 当H＝0时，有 Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950×9.8×（5.0－1.0）＝－37240 Pa 所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为37.24kPa 迁移后该差变的测量范围为－37.24～2.76kPa 若选用DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出I＝4mA时，表示H＝0；当I＝20mA时，H＝40×3.0／35.28＝3.4m，即实际可测液位范围为0～3.4m。
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统?
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
中南大学考试试卷（模拟试卷） -- 学年下学期时间 110 分钟 过程控制仪表与控制系统课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷专业年级：总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、填空题（本题10分，每小题1分） 1、DDZ－Ⅲ仪表标准输入信号为。 2、变送器可以通过零点迁移和，来提高仪表的测量精度。 3、调节阀的流量特性是指介质流过控制阀的之间 的关系。 4、通过对干扰通道的分析，干扰通道的放大系数越______越好，这样可减小静差，提高控制 精度。 5、前馈控制是按照进行调节。 6、从一个平衡状态达到另一个平衡状态的过程称为。 7、在锅炉设备的控制中，三大主要的控制系统是：、和 。 8、积分时间愈，积分作愈强。 9、数字PID控制规律主要有位置式和两种。 10、智能控制系统研究的主要内容有：专家控制系统、神经网络控制系统和三 种形式。 二、简答题（本题25分，每小题5分） 1、现场与控制室仪表之间是采用直流电流信号还是采用交流电压信号进行信号传输？为什 么？ 2、写出PID控制规律的数学表达式，并说明式中各符号的意义。 3、电容式差压传感器的结构如下图所示，说明电容式差压变送器测量原理？ 凹形玻璃膜片
4、什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间 ？ 5、串级控制系统有哪些特点？主要使用在哪些场合？ 三、计算题（本题32分，每题8分） 1、一台DDZ一Ⅲ型温度比例控制器，测温范围为0～1000℃。当温度给定值由800℃变动到 850℃时，其输出由12mA变化到16mA。试求该控制器的比例度及放大系数？该控制器是属于正作用还是反作用控制器，为什么？ 2、某发酵过程工艺规定操作温度为（40±2）℃。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给 定值最大不能超过6℃。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示，试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（按被控变量进入±2%新稳态值即达到稳定来确定）和振荡周期等过程指标? 3、已知阀的最大流量Q max=100m3╱h，可调范围R=30。 (1)计算其最小流量Q min，并说明Q min是否是阀的泄漏量。 (2)若阀的特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程（l ╱L）为 0.1及 0.9 时的流量值Q。 (3) 若阀的特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.1及0.9时的 流量值Q。 4、为了测定某物料干燥筒的对象特性，在t0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h， 物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试写出描述物料干燥筒对象的传递函数，温度变化量作为输出变量，加热蒸汽量的变化量作为输入变量；温度测量仪表的测量范围0-200℃；流量测量仪表的测量范围0-40m3/h。 四、分析与应用题（本题33分，第1小题18分，第2小题15分） 1、如图为一蒸汽加热器，物料出口温度需要控制。试分别设计串级控制系统、前馈控制系统
一、填空题（每题2分，共20分） （1）控制仪表防爆措施主要有隔爆型和本质安全性。 （2）智能仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA 。电Ⅲ仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA （3）电气转换器是将4~20MA 信号转换为0.02~0.1MP 信号的设备。 （4）在PID控制器中，比例度越大系统越稳定；积分时间越短，积分作用越强；微分时间越长，微分作用越强。 （5）手动操作是由手动操作电路实现的，手动操作电路是在比例积分电路的基础上附加软手动操作电路和硬手动操作电路来实现的。 （6）DDZ-Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）、硬手动(H) 三种工作状态。 （7）执行器按所驱动的能源来分，有电动执行器、气动执行器、液动执行器三大类。 （8）常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。 （9）气动阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，具有精确定位的功能的作用。 （10）电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，即具有电器转换器的作用，又具有精确定位的功能的作用。 二、名词解释(每题4分，共20分) （1）流量系数C 流量系数C：流量系数C的定义为:在控制阀全开, 阀两端压差为100kPa, 流体密度为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量(以m3/h 表示)。 （2）“虚短” “虚短”；差模输入电压为零，即Ud＝0； （3）“虚断” “虚断”；输入端输入电流为零，即ii＝0。 （4）控制规律： 控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律 （5）反作用执行机构 反作用执行机构:当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA 型)；当信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB 型)。 三、简答题(每题8分，共40分) 1、试述热电偶温度变送器的工作原理。 热电偶温度变送器与热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它由量程单元和放大单元两部分组成，如图2.30所示。 热电偶温度变送器的放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分，放大器由集成运算放大器，功率放大器、隔离输出和隔离反馈电路组成，后者有变换器和整流、滤波、稳压电路组成。放大单元的作用是将量程单元送来的毫伏信号进行电压放大和功率放大，输出统一的直流电流信号Io（4～20mA）和直流电压信号VO（1～5V）。同时，输出电流又经隔离反馈转换成反馈电压信号Vf，送至量程单元。热电偶温度变送器的量程单元原理电路如图2.34所示，它由信号输入回路①，零点调整及冷端补偿回路②，以及非线性反馈回路③等部分组成。
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
现代化工仪表及化工自动化的过程控制 關键词：化工仪表;化工自动化;过程控制 化工产业是我国一个重要的产业，是拉动国民经济发展方面具有突出作用。其中化工仪表是化工产业生产中非常关键的一个生产设备，其使用性能与功能的发挥会对化工生产效率产生极大影响。但是在现阶段化工自动化过程控制实践中还存在一些有待改进之处，为了更好地提升化工自动化过程控制质量，有效助力化工产业转型升级，必须要对现代化工仪表以及化工自动化过程控制形成深刻认知。 1 现代化工仪表的类型 化工仪表实际上就是为了满足化工生产活动有序开展所涉及到的众多类型的仪表，不同种类的化工仪表之间相互配合来共同保障化工生产活动有序开展，如可以用于化工生产过程控制，检测产品质量与使用性能等等。而在当前的化工产业发展过程中，现代化工仪表可以测量流量、温度、物位、压力等众多参数。根据使用性能与功能的不同，当前化工产业中所用的现代化工仪表主要包括如下几类：其一，根据仪表功能的不同，可以将工业仪表划分为在线分析仪表、检测仪表与控制仪表三种类型;根据检测参数的不同，可以将现代化工仪表分成测量温度、压力、流量、物位等不同参数的仪表。但是在使用化工仪表期间，针对那些不适合工作人员直接进行操作的危险化工生产作业，需要借助自动化技术来对整个运行状态进行过程控制，力求更好保障各项化工生产工作有序开展。 2 化工自动化的主要过程控制功能 2.1 编程控制功能 随着化工自动化技术的迅猛发展，其不仅给化工产业发展带来了极大影响，同样有效地促进了现代化工仪表发展。其中对化工仪表最大的一个影响就是编程控制功能，即在生产现代化工仪表期间可以基于先进的自动化技术与计算机软件系统来对仪表的使用性能进行改
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
一、填空题 二、自动调节系统方块图中，给定值R，测量值Z和偏差e三者之间的关系是e=R-Z。 一、过渡过程结束时，被控变量所达到的新的稳态值与原稳态值之差叫做余差 二、串级调节系统中，主回路是一个定值调节系统。 1．电子电位差计是根据电压补偿原理工作的。 三、积分时间愈____长_____，积分作愈弱。 四、当一个调节器的输出信号同时送给两个调节阀，这两个调节阀工作在不同的信号区间，则构成的控制系 统为___分程__控制系统。 五、在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是测量变送 器。 1．过程控制仪表包括控制器、执行器、操作器以及可编程控制器等各种新型控制仪表及装置。 2．一台仪表性能的优劣通常可以用精确度、变差、灵敏度来评价。 3．基本控制规律包括双位控制、比例控制、比例积分控制、积分控制、微分控制、比例微分控制、以及比例积分微分控制。 4．二、选择题 1.在自动化仪表中，显示仪表用于各种检测变量的显示、记录，按显示方式可分为三大类，下面哪项 不属于显示方式。（ B ） A 模拟式显示仪表B高端显示仪表 C 屏幕显示仪表 D 数字式显示仪表 2.对于始点为0℃的电子电位差计，当输入端短路时，仪表指针应指在（ C ）。 A．始点B．终点C．室温D．原位置 3. 下列（ A ）不是描述对象特性的参数。 A.过渡时间 B.时间常数 C.放大系数 D.滞后时间 4. 下面哪项不属于复杂控制系统。（ A ） A. 自动控制系统与编程控制系统 B. 比值控制系统均匀控制系统 C 分程控制系统与选择性控制系统 D 串级控制系统与前馈控制系统 5. 串级控制系统中，副调节器一般采用（D ）调节规律 A.PI B.PID C.PD D.P 6. 下面哪项不属于过程控制系统的分类。C A过程自动检测系统 B 过程自动控制系统 C过程自动显示系统D过程自动报警与联锁保护系统
过程控制系统与仪表习题与思考题 解答
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
浅谈智能化仪表在化工过程控制中的应用 发表时间：2018-01-07T10:10:14.710Z 来源：《基层建设》2017年第29期作者：王冬[导读] 摘要：在市场经济快速发展的背景下，我国的化工工业可以加快了发展的步伐，智能化仪表在我国化工生产企业中的应用范围越来越广，仪表本身在化学工业中就是重要的组成部分，其自动化程度越高，工作效率就会快速实现提升，对化学工业的发展和进步产生了进一步的推动作用。 天津渤化永利化工股份有限公司天津 300451 摘要：在市场经济快速发展的背景下，我国的化工工业可以加快了发展的步伐，智能化仪表在我国化工生产企业中的应用范围越来越广，仪表本身在化学工业中就是重要的组成部分，其自动化程度越高，工作效率就会快速实现提升，对化学工业的发展和进步产生了进一步的推动作用。仪表自动化应用于工业方面，可以对化工工业的科学技术水平提升以及生产效率的提升产生强大的促进作用。 关键词：化工控制；智能化仪表；有效运用引言 随着现代化工业的飞跃发展，生产装置的规模不断扩大，生产技术及工艺过程愈趋复杂，对实现过程自动化的控制系统相应地提出了更高的要求，仪表具备了“思考”能力，也就是我们所说的智能。现在我国大、中、小型企业以及广大乡、镇企业依据不同的生产实际和需求，气动仪表、电动仪表、模拟仪表、数字仪表及各种智能化仪表，计算机等都在进行使用。智能化仪表在化工生产中的应用极大地推动着我国的现代化建设事业的发展。 1智能化仪表的发展 三十年代出现了模拟仪表，并逐步应用到过程控制中。它经历了基地式、单元组合式（I型、n型、l型）和组装式等几个发展阶段。由于工艺设备的进步对仪表的要求越来越苛刻，常规模拟仪表的使用并不那么完善，在生产过程的协调和管理方面暴露出了它的局限性。五十年代末期，为克服模拟仪表的局限性，产生了计算机集中控制。它可把几十个、甚至几百个控制回路以及上千个过程变量的显示和操作集中在一起，在这方面虽然取得了一定成果，但它本身亦存在着重要弱点。六十年后半期，随着半导体和集成电路的进一步发展，一大批的自动化装置应运而生，它们就是各种调节器、执行器、变送器、检测元件，以及其他各种有关的装置等。在生产的工艺设备上和操作中，它们与生产设备一起构成了各种各样的自动化控制系统，起到“脑”、“眼”、“手”的作用。七十年代以来，仪表和自动化技术又有了迅猛的发展，新技术、新产品层出不穷，气动Ⅱ型、Ⅲ型仪表、电动Ⅱ型、Ⅲ型仪表相继投入使用，多功能组装式仪表也投入运行，特别是微型计算机的发展在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。后来出现了以微处理器为基础的过程控制仪表——集中分散型控制系统，把自动化技术推到了一个更高的水平。 2智能化仪表使用过程中存在的缺陷 2.1智能化仪表的使用性能不够安全 智能化仪表的正常运行是依靠其内置构建微型计算机的工作，针对各种生产生产数据进行相应的处理。这样在电脑病毒十分猖狂的网络环境中，仪表装置内的计算机储存的资料极易受到病毒的入侵，进而出现信息泄漏风险。或是出现竞争对手利用不正当手段窃取生产信息，以及不法分子生产信息的曝光等。虽然智能化仪表的利用可以为化工工业生产效率进行有效提升，但是也带来了相应的危险因素。通常情况下，智能化仪表的操作人员需要具备基本的专业操作能力，否则非专业人员的操作十分容易出现操作失误，造成数据丢失的情况，严重阻碍了化工生产进程，导致企业出现严重的经济损失。 2.2安装成本高 智能化仪表在化工工业中的应用虽然可以极大的提升化工生产效率，最大程度的节省工业生产时间，但是其安装和使用的成本较高，其在施工过程中会带来相应的资金投入，才能保证其正常的运行和使用。这就意味着企业必须具备良好的物质基础，投入大量的资金才能实现自动化生产。也就是说，化工企业需要具备强大的资金能力才能实现仪表的智能化。很多公司都想借助智能仪表来实现自身升级，但是在各个方面都需要投入相应的资金，必然会在一段时间内为企业造成经济负担。 2.3数据传输功能中会出现一定的阻碍 在智能化仪表于化工工业生产范围的进一步扩大，将会极大提升其使用效率，仪表中的计算次数以及处理次数也会相应的增加，数据的积累不断增多，会引发数据传输受到阻碍。曾有研究表明，在多台计算机同时使用处理中，传输的数据数量增加，但是整体数据传输效率会严重降低。 3智能化仪表的应用 3.1在记忆功能方面的应用 传统仪表要进行记忆和信息的储存，就要通过采用逻辑电路和时序电路，信息没有记忆方面的功能，但是智能化仪表解决了传统仪表的这个缺点。智能化仪表在对计算机通电并进行操作以后，计算机就可以对信息进行存储保留。 3.2在计算功能方面的应用 之前的仪表对数运输的精准度不太高，因为通常都是使用模拟电路来进行对数运输。一般情况下，模拟算法都会存在一定局限性，对数运输都不是很准确。但是自从智能化仪表运用数字电路控制，一些复杂和精确方面的运算都可以进行操作了。 3.3在网络化功能方面的应用 想要完成各种不同形式的网络化测量，可以把一些不同任务的仪表和计算机联合起来，也可以让多个用户一块来进行监控。比如，在距离较远的两个地方，每个部门的技术和质量监控人员可以对统一生产运输进行检测控制，不需要亲自到达现场，他们可以更好地建立数据库，对数据进行收集。 3.4智能化仪表具有可编程性 所谓的硬件软化指的是计算机的软件进入仪表，取代大多数的硬件逻辑电路。将软件移到仪器仪表里，不仅可以简化硬件结构，还可以取代以往常规的逻辑电路。在对电路进行控制应用的过程中，软件的编程控制是一个相对比较复杂的过程，接口芯片位控特征还是比较简单的，但如果带上硬件的话，对定时电路和一个复杂功能的控制就会比较麻烦。 3.5仪表能够有效地处理数据
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●2、DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●4、什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为 0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工
业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品. ●1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法? 答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消. ●1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移?
西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、填空题 1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 气动调节阀 、 电动调节阀 和 液动调节阀 三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 、 试验建模 和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。 9、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进行补偿。 10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克服干扰的能力 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识与参数估计 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。 14、控制阀的选择包括 结构材质的选择、 口径的选择 、 流量特性的选择 和 正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分部分的输出和 积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益 f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。 二、名词解释题 1、衰减比 答：衰减比 n 定义为： 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系2 1B B n