期末复习题——《化工仪表及自动化》

1化工仪表及自动化期末复习试题一．填空1．工程上所用的压力指示值多为，即绝对压力和大气压力之差；当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，即之差。2．差压式液位计在使用中会出现、和三种零点迁移问题。3．差压式流量计通常由、以及组成。4．温度计是把温度的变化通过测温元件转化为热电势的变化来测量温度的，而温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。5．用来评价控制系统性能优劣的衰减振荡过程的品质指标分别是最大偏差（或超调量）、、、和振荡周期（或频率）等。6．描述简单对象特性的参数分别有、和。9．衰减振荡过程的品质指标主要有、、、、振荡周期等。11．根据滞后性质的不同，滞后可以分为和两类。13．按照使用能源的不同，工业仪表可以分为、两类。15．按照测量原理的不同，压力检测仪表可以分为、、、等。16．用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。18．化工自动化的主要内容有、、自动操纵和开停车系统、。19．选择性控制系统可分为、和混合型选择性控制系统，对于选择性控制系统要注意防止现象的发生。23．比例度对过渡过程的影响规律是比例度越，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大，比例度越，余差减小，但过渡过程曲线越振荡25．某换热器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所示，温度给定值为200℃，该控制系统的最大偏差为，余差为，衰减比为。图126．用镍铬-铜镍热电偶测温，设备的温度为900℃（对应的分度表热电势为68783μV），自由端的温度为30℃（对应的分度表热电势为1801μV），测得的热电势应为。31．离心泵的流量控制方案有以下三种：控制泵的出口阀门开度、以及；32．离心式压缩机产生喘振现象的主要原因是压缩机的吸气量（大于、小于或等于）极限排气量引起的，2防喘振控制方案有固定极限流量法和。二．简答3．简述化工自动化的主要内容。5．简述离心泵的流量控制方案有哪几种？6．什么是负反馈？7．用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的冷端温度补偿方法有那些？14．简述放大系数、时间常数的定义。三．计算1．某台测温仪表的测量范围是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。（5分）2．用差压变送器来测量液位时，在变送器正、负压室与取压点之间装有隔离罐，测量方式如图2所示，若被测介质密度为ρ1，3隔离液密度为ρ2，问有无迁移？何种迁移？迁移量多少？h2h1Hρ1p0ρ2ρ2图24．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3所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统是否能够满足工艺要求？（10分）图345．用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位，如图4所示。已知被测液位的变化范围是0~3m，被测介质密度ρ=9003/mkg，毛细管内工作介质密度ρ0=9503/mkg。变送器的安装尺寸为h1=1m，h2=4m。求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量。当法兰式差压变送器的安装位置升高或者降低时，问对迁移量有什么影响？+-HP00h1h2图4法兰式差压变送器测量液位6．现用一支镍铬—镍硅热电偶来测量某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表为动圈仪表，此仪表的机械零位为0℃，这时指示值为400℃，若认为换热器内的温度为430℃，对不对？为什么？正确值为多少？已知条件：（1）)0,400(E28.943mV（2）)0,30(E1.801mV（3）)0,422(E30.744mV567．（15分）如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得到下列数据标准表读数/MPa0246810被校表正行程读数/MPa01.983.965.947.979.99被校表反行程读数/MPa02.024.036.068.0310.01(1)分别求出该压力表正反行程的最大绝对误差值；(2)根据正反行程的最大绝对误差值，该压力表的精度等级应为多少；(3)求出该压力表的变差；(4)根据变差的大小，问该压力表是否还能符合(2)中确定的精度等级。（我国规定的仪表等级有0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5等）8．一台精度等级为0.5级，测量范围为600～1200℃的电子电位差计，问：（1）它的最大允许绝对误差是多少？（2）校验时，如其中的某一点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？9．测量高温液体（指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况）时，在负压管上装有冷凝罐（图5），已知被测液位H变化范围为m2~0，7被测介质密度3kg/m1000ρ，变送器安装尺寸为m3h1，m5h2，大气压MPa0.1013p0，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应为多少？h2h1Hρp0图510．某合成氨厂合成塔的压力变化范围为11~14MPa，较为平稳，要求测量误差不得大于0.4MPa。工艺上要求就地指示，并能高低限报警。试选用一台压力表，指出其类型、量程和精度。可供选用的压力表量程规格为0～10、0～16、0～25M、0~40、0~60MPa，精度等级为1.0,1.5,2.5。11．某被测压力变化范围为1.0~1.6Mpa，较为平稳，要求测量误差不得大于0.05MPa，就地指示压力表示值，试选用一台压力表，指出其类型、量程和精度。可供选用的压力表量程规格为0～1.6、0～2.5、0～4.0MPa，精度等级为1.0,1.5,2.5。812．某台测温仪表的测量范围是0～1000℃，出厂时经校验，其刻度标尺上的各点测量结果为标准表读数/℃02004006007008009001000被校表读数/℃02014026047068059031001(1)求出该测温仪表的最大绝对误差值；(2)确定该测温仪表的精度等级；(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该测温仪表是否符合要求？（我国规定的仪表等级有0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5等）（10分）《化工仪表及自动化》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18．自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动控制系统919．开关型选择性控制系统，连续型选择性控制系统，积分饱和23．大，小25．30℃，5℃，5:126．66982μV31．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。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。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）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＝13min105、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负压室，202ghpp)(2121hhHgppp11当H=0时，0Pa19600)35(8.91000)(12hhgp所以，需要进行零点迁移，应进行负迁移，迁移量为19.6KPa10．解：平稳压力，所以选择仪表的上限值为MPa21231423maxp所以选择仪表量程为0~25MPa312511，被测压力最小值不低于满量程的1/3，允许根据测量误差的要求，可算得允许误差为%6.1%100254.0应选择精度等级为1.5级的仪表。因此，选择的压力表为电接点弹簧管压力表，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所以选择仪表量程为0~2.5MPa315.20.1，被测压力最小值不低于满量程的1/3，允许根据测量误差的要求，可算得允许误差为%2%1005.205.0应选择精度等级为1.5级的仪表。因此，选择的压力表为弹簧管压力表，量程0~2