工程自动化及仪表习题解答2
自动化仪表与过程控制练习题及参考答案
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 进展补偿。
10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克制干扰的能力 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 系统辨识及参数估计 。
13、控制系统对检测变送环节的根本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。
14、控制阀的选择包括 构造材质的选择、 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 、限制控制器积分局部的输出和 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。
自动化仪表作业及答案参考
自动化仪表作业及答案参考【自动化仪表作业及答案参考】自动化仪表是指能够自动测量、控制、调节和监视过程参数的仪表设备。
它在工业控制领域起到至关重要的作用，保证了生产过程的稳定性和安全性。
以下是一些自动化仪表相关的作业题及参考答案，供参考。
一、选择题1. 以下哪种仪表适用于测量液体容积流量？A. 压力变送器B. 温度传感器C. 液位计D. 频率计答案：C. 液位计2. 以下哪种仪表适用于测量气体压力？A. 液位计B. 温度传感器C. 压力变送器D. 流量计答案：C. 压力变送器3. 自动化仪表的基本功能包括哪些？（多选）A. 测量参数B. 控制操作C. 调节过程D. 监视状态答案：A、B、C、D4. 以下哪种仪表适用于测量液体温度？A. 压力变送器B. 温度传感器C. 液位计D. 频率计答案：B. 温度传感器5. 自动化仪表的作用是什么？A. 提高生产效率B. 降低生产成本C. 提高产品质量D. 保证工作安全答案：A、B、C、D二、计算题1. 某工厂的液体储罐内液位为4.5米，液体密度为800 kg/m³，液体的质量是多少？答案：质量 = 密度 ×体积体积 = 面积 ×高度体积= π × (半径²) ×高度面积= π × (半径²)半径 = 直径 / 2假设液体储罐的直径为5米，则半径为2.5米。
面积= π × (2.5²) ≈ 19.63 m²体积= 19.63 m² × 4.5 m ≈ 88.35 m³质量= 800 kg/m³ × 88.35 m³ ≈ 70,680 kg2. 某系统的控制器输出信号为4~20 mA，对应于被控制设备的量程为0~100 °C。
若当前输出为12 mA，被控制设备的温度是多少？答案：量程范围差 / 输出范围差 = 量程下限 / 当前输出 - 偏差量程范围差 = 100 °C - 0 °C = 100 °C输出范围差 = 20 mA - 4 mA = 16 mA量程下限 = 0 °C当前输出 = 12 mA偏差 = 0 °C温度 = 量程下限 + (量程范围差 / 输出范围差) × (当前输出 - 偏差) = 0 °C + (100 °C / 16 mA) × (12 mA - 0 mA)≈ 75 °C三、简答题1. 自动化仪表在工业控制中的应用有哪些？答案：自动化仪表在工业控制中的应用非常广泛，包括但不限于以下方面：- 流量测量与控制：用于监测和调节流体的流量，并确保流程稳定。
化工仪表及自动化课后习题答案解析
专业资料精心整理第1章自动控制系统基本概念 P161. 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。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
5、p76、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。
8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去。
自动化仪表附答案,大题有答案
1.物位测量仪表有几种形式？分别是什么？5个，直读式、静压式、浮力式、机械接触式、电气式等。
2、过程参数大致有几个？分别是什么？6个，温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析。
3、在流量测量中，差压式流量计的标准节流件有几个？分别是什么？3个，标准孔板，标准喷嘴，标准文丘里管等。
4、常用的弹性元件有几种？分别是什么？3种，弹性膜片，波纹管，弹簧管。
5．温度测量仪表有几类？分别是什么？各使用在什么场合？温度检测方法按测温元件和被测介质接触与否可以分成接触式和非接触式两大类。
接触式测温时，测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。
接触式温度计结构简单、可靠，测温精度较高，但是由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小、极高温和处于运动中的对象温度，不适于直接对腐蚀性介质测量。
非接触式测温时，测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。
从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。
非接触式测温响应快，对被测对象扰动小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。
但缺点是容易受到外界因素的扰动，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。
6．什么是瞬时流量？什么是累积流量？单位时间内流过工艺管道某截面的流体的数量。
某时间段内流过工艺管道内某截面的流体总量。
7.什么体积流量？什么是质量流量？单位时间里通过过流断面的流体体积。
单位时间内流经一横截面的流体质量。
8．检测压力的方法有几种？分别是什么？4种，重力平衡方法机械力平衡方法弹性力平衡方法物性测量方法9、机械量包括几种？分别是什么？8种，长度位移速度转角转速力力矩振动。
10、什么是真值？什么是约定真值？相对真值？真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。
化工仪表及自动化作业参考答案
第一章自动控制系统基本概念1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答: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。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
3.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信什么叫操纵变量？受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
（或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量）4.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
从图1-1, (b)所示的控制系统方块图可以清楚看出，操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。
(a) (b)图1-1 闭环自动控制基本结构开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。
完整化工仪表与自动化的课后答案
第一章自动控制系统基本概念2。
化工自动化主要包括哪些内容？答：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答.闭环控制系统具有负反馈到输入端的能力，它可以随时了解被控对象的情况，有针对地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态.而开环控制系统，被控变量的情况是不反馈到输入端的。
4.自动控制系统主要由哪些环节组成?答：主要环节有，被控变量,测量元件和变送器，控制器，控制阀(执行器）。
12.什么是负反馈?负反馈在自定控制系统中有什么重要意义？答:把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端，并能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈.自动控制系统由于具备负反馈作用，可以随时了解被控对象的情况，有针对地根据被控变量的变化情况使反馈信号升高，经过比较,到控制器去的偏差信号将降低,此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化,变化的方向为负，从而使被控变量下降到给定值，这样就达到了控制的目的.15.按给定值的不同，自动控制系统可分为哪几类？答：定值控制系统，随动控制系统（自动跟踪系统)，程序控制系统（顺序控制系统）.20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些?影响这些品质指标的因素是什么？答:衰减振荡过程的品质指标主要有:最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(或频率）等。
影响因素：很大程度上决定于对象的性质，例如温控系统中，属于对象性质的主要素有,换热器的负荷大小,换热器的结构，尺寸,材质,换热器内的换热情况，散热情况及结垢程度等.自动化装置的选择和调整不当，也会直接影响控制质量.22。
略，各自下去弄懂。
第二章过程特性及其数学模型1.什么是对象特性?为什么要研究对象特性？答对象特性是指被控对象及系统中的各类装备的特有性质规律.研究对象特性是因为在自动化装置来模拟人工操作时，必须了解对象的特性，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的操作系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件和控制器。
《工程自动化及仪表》习题解答2上课讲义
《工程自动化及仪表》习题解答2第3章习题解3-21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……答：允许最大误差Δ允max=±(1-0)×1%=±0.01MPa，在校验点0.5MPa时，绝对误差为Δ=0.508-0.5=0.008MPa，小于允许最大误差，在这点符合1级精度。
3-23如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa，……答：对于1级精度0~1.6MPa的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax=±(1.6-0)×1%=±0.016MPa，已超出工艺允许的最大绝对误差，不合适。
对于1级精度0~1.0MPa的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax=±(1.0-0)×1%=±0.01MPa，等于工艺允许的最大绝对误差，从精度上考虑是合适的，但是此时工作压力工作在量程的2/3以外（0.8/1.0=0.8>2/3），所以从量程范围上说，是不合适的。
所以，总的结果是不合适的。
3-24某台空压机的缓冲器，其工作压力范围是1.1~1.6MPa，……答：工艺允许的最大绝对误差为±1.6×5%=±0.08MPa。
该表工作在非脉动压力，最大工作压力应在表上限值2/3之内，所以上限值应大于1.6×3/2=2.4MPa，查附录，取0~2.5MPa、1.5级精度的弹簧管压力表。
校核：该表最大绝对误差为Δmax=±(2.5-0)×最大绝对误差为Δmax=±(1.6-0)×1%=±0.016MPa，1.5%=±0.0375MPa，小于工艺允许的误差（±0.08MPa），且最小工作压力工作在量程的1/3以外（1.1/2.5>1/3），该表合适。
如果该表工作在脉动压力下，又如何呢？3-25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，试选用一只表……答：非脉动压力，表上限值>14×3/2=21MPa，取测量范围0~25MPa，允许相对误差δmax=±0.4/(25-0)×100%=±1.6%，取压力表精度1.5级，查附录可选……。
(杨丽明)化工自动化及仪表习题答案幻灯片
令 T1 R1c1 T2 R2c2 K R2
得 T 1 T 2d d 2h 22t(T 1T 2R 2C 1)d d2h th2K1q
拉氏变换得
T 1 T 2 s 2 H ( s ) ( T 1 T 2 R 2 c 1 ) s H ( s ) H ( s ) K Q ( s )
H (s)
Cidti cdu0
u0
dt
代入上式得
RC du0 dt
u0
ui
T
du0 dt
u0
Kui
K1
T sU 0(s) U 0(s)K U i(s) G(s) K Ts 1
8、试分析下图所示压力对象的动态特性，写出以pi的变化量为输入、p0 的变化量为输出的微分方程及传递函数表达式。图中气体以一定的压力pi经 连接管路和阀门向容器内充气，R为气阻，其定义为
故其微分方程为
5dyy10x(t2) dx
拉氏变换得 5 sY (s) Y (s) 1 0 X (s)e 2 s
传递函数为
G(s) Y(s) 10e2s X(s) 5s1
12、下图所示水槽截面积为0.5m2，水槽中的水由泵抽出， 其流量为恒定值q0，在稳定的情况下，输入流量qi突然有一 增量0.1m3h-1,试列出以液位h的变化量为输出、流入量qi的 变化量为输入的表征其特性的微分方程及传递函数表达式， 并画出h随时间t的变化曲线。
Kf越大，干扰作用对被控变量的影响越大，所以Kf越小越好。
（2）T：反应对象输出对其输入响应的快慢程度，为动特性 （为对象从受到阶跃干扰到其输出达到最终稳态值的63.2%所 需时间，或对象输出保持初速度达最终稳态值所需时间）。
T 0 : T 0 越大，控制作用越不及时，一般要求 T适0 当小，但
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第3章习题解
3-21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…… 答：允许最大误差Δ允max =±(1-0)×1%=±，在校验点时，绝对误差为Δ=，小于允许最大误差，在这点符合1级精度。
3-23如果某反应器最大压力为，允许最大绝对误差为，……
答：对于1级精度0~的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，已超出工艺允许的最大绝对误差，不合适。
对于1级精度0~的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，等于工艺允许的最大绝对误差，从精度上考虑是合适的，但是此时工作压力工作在量程的2/3以外（=>2/3），所以从量程范围上说，是不合适的。
所以，总的结果是不合适的。
3-24某台空压机的缓冲器，其工作压力范围是~，……
答：工艺允许的最大绝对误差为±×5%=±。
该表工作在非脉动压力，最大工作压力应在表上限值2/3之内，所以上限值应大于×3/2=，查附录，取0~、级精度的弹簧管压力表。
校核：该表最大绝对误差为Δmax =±×最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，%=±，小于工艺允许的误差（±），且最小工作压力工作在量程的1/3以外（>1/3），该表合适。
如果该表工作在脉动压力下，又如何呢
3-25某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过，试选用一只表……
答：非脉动压力，表上限值>14×3/2=21MPa ，取测量范围0~25MPa ，允许相对误差δmax =±(25-0)×100%=±%，取压力表精度级，查附录可选……。
3-26现有一只测量范围为0~，精度级的……
答：要求最大绝对误差、最大变差都要符合。
表允许误差±×%=，而最大绝对误差，最大变差，符合精度要求，表合格。
又×2/3>，（）×1/3<，表误差符合工艺要求（），表可用。
3-38用转子流量计来测气压为、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为Hm3）。
解: 流量计标定(空气) ρ0=、P0=、T0=293K Q0=50L/s
测量CO 2 ρ1=、P1=、T1=313K
s L Q T P T P Q /1.9950313
10133.0976.129365.0293.101010101=⨯⨯⨯⨯⨯==ρρ 3-39 用水（ρw=1）刻度的流量计，测量范围为Q0=0~10 L/min ，转子用密度ρt=7920kg/m3的不锈钢制成，若用来测量密度ρf=L 苯的流量，问测量范围为多少若这时转子材料改为由密度ρt ’=2750kg/m3的铝制成，测量水及苯的流量，其测量范围各是多少 解：w
w t Q ρρρ-∝ （1）min)/(1.11~0)10~0(11.1831)10007920(1000)8317920()()(00L Q Q Q f w t w
f t f =⨯=⨯-⨯-=--=
ρρρρρρ （2）换转子测水流量
min)/(0.5~0)10~0(50.01000
792010002750000L Q Q Q w t w t =⨯=--=--'='ρρρρ 换转子测苯流量 min)/(7.5~0)0.5~0(15.1831)10002750(1000)8312750()()(00L Q Q Q f
w t w f t f =⨯='⨯-⨯-='-'-'='ρρρρρρ
3-54 测量高温液体……要不要迁移如要迁移，迁移量应如何考虑
解：
)
(12212
021
01h h g gH P P P gh P P gh gH P P --=-=∆+=++=ρρρρρ
当H=0时，)(12h h g P --=∆ρ
所以，要负迁移，迁移量为)(12h h g -ρ
3-64用K 热电偶测某设备的温度，测得热电势为20mV ，冷端为25℃，求设备温度如改用E 热电偶来测温时，在相同的条件下，测得的热电势为多少
解：已知E （t ，t0）=20mV ，t0=25℃，查附表E （t0，0）=1mV
E （t ，0）=E （t ，t0）+E （t0，0）=20+1=21mV
反查附表，得 t=508℃
采用E 热电偶，测得的热电势为
E （t ，t0）=E （t ，0）-E （t0，0）= 现用一支E 热电偶测温，其冷端温度为30℃，动圈显示仪表（机械零位在0℃）指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃对不对为什么正确值为多少 解：已知t0=30℃，动圈式显示仪表指示值对应的热电势实际上为E （t ，t0），即
E （t ，t0）=E （400，0）= mV
所以，E （t ，0）=E （t ，t0）+E （t0，0）=+= mV
查表得，实际温度为 t=422℃（在420~430之间线性插值，）
3-66 测温系统如图3-79所示。
请说出这是工业上用的哪种温度计已知热电偶为K ，但错用与E 配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度t x 为多少度（室温为25℃） 解：先求热电势，再计算实际温度。
错用E 配套的显示仪表，其指示值为160℃时，热电偶的热电势为
E （t ，t0）=E （t ，0）- E （t0，0）= E （160，0）- E （25，0）=（+）/2=
当正确配套显示仪表后，E （t ，t0）=，查表E （t0，0）=
E（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0）=+=
查表并线性插值，实际温度℃。
3-69用分度号Pt100热电阻测温，但错用了Cu100的分度表，查得温度为140℃，问实际温度为多少
解：用Cu100分度表，温度140℃时的电阻值（查表）为Ω，它实际为被测的Pt100的电阻值，查Pt100分度表，实际温度为157℃。