自动化仪表考试试题精编

自动化仪表期末考试题精选测控122班委会编辑整理@2016.1.15Chapterone有差控制过程（有差调节）例1、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。设定值不等于稳态值（有差控制）参考答案：最大动态偏差A=230-200=30℃被控参数偏离设定值的最大值；余差C=205-200=5℃稳态值与设定值之间的偏差；衰减比n=y1:y3=25:5=5:1衰减率：1–1/n=4/5两个相邻的同向波峰值之比n1衰减震荡；振荡周期T=20–5=15（min）振荡频率f=1/T超调量：第一波峰与稳态值之比的百分比，25/205=12.2%调节时间：Ts=22min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）。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℃，不满足工艺要求峰值时间：5min例2过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指标的含义。Chaptertwo2.1用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500℃，而这时冷端温度为60℃。试问：实际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20℃，此时显示仪表的指示值应为多少？解：显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mV，由于这个电势是由热电偶产生的，即(,)20.64OEttmV同样，查表可得：tsytABC新稳态值原稳态值B’自动化仪表期末考试题精选测控122班委会编辑整理@2016.1.1500(,0)(,)(,0)20.642.46323.076EtEttEtmV由23.076mV查表可得：t=557℃。即实际温度为557℃。当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E（20，0）=0.798mV,故有：00(,)(,0)(,0)23.0760.79822.278EttEtEtmV由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。2.2、利用镍洛镍硅热电偶测温，工作时冷端温度to=30℃,测得的热电势E(t,to)=40.096mv，求被测介质的实际温度。（已知E(30,0)=1.203mv，E(1000,0)=41.269mv，E(900,0)=38.893mv，）E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=41.299mv查表E(1000,0)=41.269mv，被测温度为1000℃2.3简述热电偶测温原理，类型，为什么需要用补偿导线？答1）热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。2）类型：镍铬－镍硅（K），线性度最好；镍铬－康铜（E），灵敏度最高；铜－康铜（T），价格最便宜。3）热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时，需保持热电偶冷端温度恒定。但热电偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延长热电偶，称为补偿导线。2.4热电阻测温特点，以及为什么用三线接法？1）特点：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。一般使用热电阻温度计来进行中低温度的测量。热电阻有金属热电阻（正温度系数）和半导体热敏电阻（负温度系数）两类。2）电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。2.5：有一台DDZ-III型温度变送器，精度1级，出厂时量程调为：0~1300℃①用这台变送器测量一加热炉的温度（温度范围800~900℃），问：产生的最大绝对误差是多少？变送器的灵敏度为多少？②将变送器的零点迁至700℃，量程调为700~1000℃，问：这时变送器的最大绝对误差是多少？灵敏度为多少？max1100%0.0050.020.050.10.20.350.40.51.01.52.540.5~4130001%13204160.0123/130001300ISxxSmA最大绝对误差解：（）定义：仪表精度仪表量程我国过程检测仪表的精度等级有：、、、、、、、、、、、等一般工业用表为级精度仪表输出的变化量灵敏度定义：被测参数的变化量自动化仪表期末考试题精选测控122班委会编辑整理@2016.1.15Chapterthree3.1例子某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为16mA。求设定的比例度。温度的偏差在输入量程的50％区间内（即200℃）时，e和y是2倍的关系。Y=1/pe=2e1）比例度（P）越大，放大倍数K越小系统稳态误差（余差）就大。比例度越小，放大倍数越大，系统动态性能的稳定性越低。2）输出信号的变化与输入偏差的大小和积分时间TI成反比，TI越小，积分速度越快，积分作用越强。积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差。积分输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故积分作用不单独使用。TI趋于无穷，无积分作用；TI过大，积分作用很弱，消除静差慢，TI过小，积分作用过强，控制器的输出变化太快，使过渡过程振荡太剧烈，系统的稳定性大大下降。3）微分作用能超前控制。在偏差出现或变化的瞬间，微分立即产生强烈的调节作用，使偏差尽快地消除于萌芽状态之中。由于微分作用总是力图抑制被控变量的变化，所以它有提高控制系统动态稳定性的作用。微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在，但不变化时，微分输出为零，因此不能单独使用。必须和P或PI结合，组成PD控制或PID控制。【适合于】对象滞后大，负荷变化不大，被控量变化不频繁且允许余差存在场合。4）PID控制器若将微分时间调至零，就成一台比例积分控制器；若将积分时间调至最大，就成一台比例微分控制器；若将微分时间至零，积分时间至无穷大，就是一台比例控制器.3.2DDZ-Ⅲ基型调节器的主要功能电路有？以及各模块功能输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（硬手动和软手动）切换电路、输出电路及指示电路。无扰动切换：电路切换前一瞬间的输出值与电路切换后一瞬间的输出值相同，电路状态切换是无扰的。（控制器输出不突变）1）输入电路：偏差差动电平移动电路，偏差检测与放大，消除传输线压降，对偏差信号实现电平移动。温度补偿+零点调整2）给定电路：设定调节器的给定值。3）PID运算电路：对偏差进行PID运算。反馈电路：量程调整+非线性校正4）输出电路：将PID运算电路的结果（电压值）转换为4～20mA的直流电流输出。5）切换电路：实现手动和自动操作状态间的平滑无扰动切换。6）显示电路：供用户查询各变量。3.3实用PID数字算法，以及改进的PID算法1）实用PID算法∆𝑦𝑛=1𝑃[(𝑒𝑛−𝑒𝑛−1)+∆𝑇𝑇𝐼𝑒𝑛+𝑇𝐷∆𝑇+𝑇𝐷𝐾𝐷(𝑒𝑛−𝑒𝑛−1)+𝑇𝐷𝐾𝐷∆𝑇+𝑇𝐷𝐾𝐷𝑦𝑛−1]注：P比例度TI积分时间常数Td微分时间常数Kd微分增益700600168800400204/100%maxmaxyeeyP/100%50%011y()PtDIdeeedtTTdt11()(1)PDIWsTsTs自动化仪表期末考试题精选测控122班委会编辑整理@2016.1.152）微分先行算法PI-D算法微分作用只对测量值（反馈值）Vp进行3）比例微分先行算法比例和微分作用都只对测量值进行Chapterfour4.1什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？解答：1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用，阀门两端的压差随流量变化而变化，这时的流量特性会发生畸变，称为工作流量特性。2）常用理想流量特性：快开特性、直线流量特性、抛物线特性、等百分比（对数）流量特性直线（放大系数相同，控制力不同）；对数（放大系数不同，控制力相同）3）等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。4.2什么是阀阻比S？以及其为什么会使理想流量特性发生畸变？1）阀阻比S=△PTmin/Po表示存在管道阻力的情况下，调节阀全开时，阀前后最小压差△PTmin与总压力Po之比。其值越大表示管道压降越小，其值越小，表示管道压降越大。2）S=1时，说明管道压降为零，阀门前后的压差始终等于总压力，故工作流量特性即为固有流量特性，当S1时，由于串联管道阻力的影响，是阀门开大时流量达不到预期，也就是阀门的可调范围变小。随着S值得减小，直线流量特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线流量特性。S越小，畸变越大，一般希望S=0.34.3调节阀气开气关式选择4.3.2如图所示的压力容器，采用改变气体排出量以维持容器内压力恒定：1)调节阀应选择气开式还是气关式？请说明原因。2)压力控制器(PC)应为正作用还是反作用？请说明原因。答：1)应选择气关式。因为在气源压力中断时，调节阀可以自动打开，以使容器内压力不至于过高而出事故。2)调节阀选择气关式，则压力控制器(PC)应为反作用。当检测到压力增加时，控制器应减小输出，则调节阀开大，使容器内压力稳定。或：当检测到压力减小时，控制器应增大输出，则调节阀开小，使容器内压力稳定。（执行器反作用；变送器正作用；对象反作用（阀开大，压力下降）；所以控制器反作用）4.3.3冷物料加热系统，为保证加热器不被烧坏，蒸汽管道上调节阀应选择气开式（调节阀输入为零时，应保证为关闭状态，所以当调节阀有输入时，阀门慢慢打开，所以为气开阀）4.4电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所？安全火花是什么意思？解答：1）必须是采取安全防爆措施的仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量。使其不会给现场带来危险。2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下。4.5气动调节阀由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。4.6安全栅的作用1）信号的传输2）能量的传输3）限流、限压DPI11Y()[(+1)E()TsV(s)]PTsssDI11Y()[()(1)()]PsEsTsVsPTs题1选择蒸汽锅炉的控制阀门时，为保证失控状态下锅炉的安全：给水阀应选气关式燃气阀应选气开式自动化仪表期末考试题精选测控122班委会编辑整理@2016.1.15Chapterfive机理法建模：单位时间内物质/能量流入量—单位时间内物质/能量流出量=被控过程内部物质/能量存储量的变化率。响应曲线法建模：阶跃响应曲线确定一阶惯性加滞后模型W(S)=𝑒−𝜏0𝑠𝐾1+𝑇0𝑠阶跃输入时K=y(∞)/1（单位阶跃）/y(∞)/a输入为模拟量时：K=∆𝑦输出量程∆𝑥输入量程11221KsQRhQdthdAQQ)(K)()(