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化工仪表及自动化 — 总复习 （ Chemical Instruments and Automation ）

化工仪表及自动化 电子课件 -10. 化工仪表及自动化 — 总复习 （ Chemical Instruments and Automation ）. 石新雨 化学与环境工程学院. 湖北民族学院. 1 、自动控制系统基本概念 2 、过程特性及其数学模型 3 、检测仪表与传感器 4 、显示仪表 5 、自动控制系统 6 、执行器 7 、简单控制系统 8 、复杂控制系统 9 、新型控制系统 10 、计算机控制系统 11 、典型化工单元的控制方案. Contents ：. 第一章 自动控制系统基本概念. 一、基本要求：. 掌握自动控制系统的组成；

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化工仪表及自动化 — 总复习 （ Chemical Instruments and Automation ）

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  1. 化工仪表及自动化 电子课件-10 化工仪表及自动化—总复习（Chemical Instruments andAutomation ） 石新雨 化学与环境工程学院 湖北民族学院

  2. 1、自动控制系统基本概念 2、过程特性及其数学模型 3、检测仪表与传感器 4、显示仪表 5、自动控制系统 6、执行器 7、简单控制系统 8、复杂控制系统 9、新型控制系统 10、计算机控制系统 11、典型化工单元的控制方案 Contents：

  3. 第一章 自动控制系统基本概念 一、基本要求： • 掌握自动控制系统的组成； • 了解各组成部分的作用以及相互影响和联系； • 理解自动控制系统中常用的各种术语； • 掌握方块图的意义及画法。

  4. 二、本章重点： 第一章 自动控制系统基本概念 • 自动调节系统的组成； • 自动调节系统方块图及其分类； • 自动调节系统的过渡过程及品质指标。

  5. 7、什么是控制系统的方块图？方块图由哪些基本元素构成？7、什么是控制系统的方块图？方块图由哪些基本元素构成？ 8、衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 9、什么是管道及仪表流程图（PID图）？ 三、问题思考？ 1、什么是化工自动化？它有什么重要意义？ 2、化工自动化包括哪些内容？ 3、何谓自动控制？自动控制系统构成如何？各组成环节起什么作用？ 4、闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？ 5、什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？负反馈在自动控制中有什么重要意义？ 6、简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动量、设定量和偏差的含义？

  6. 第二章 过程特性及其数学模型 一、基本要求： • 了解化工对象的特点及其描述方法； • 掌握描述对象特性的参数； • 掌握对象特性的实验测取。

  7. 二、本章重点： • 化工对象的特点及其描述方法； • 描述对象特性的参数； • 模型求解。

  8. 三、问题思考？ • 1、什么是被控对象特性？什么是被控对象的数学模型？研究被控对象特性有什么重要意义？ • 2、什么是控制通道？什么是干扰通道？在反馈控制系统中它们是怎么影响被控变量的？ • 3、简述建立对象数学模型的主要方法？ • 4、被控对象的数学模型主要有哪几种形式？它们各有什么特 点？ • 5、描述简单对象特性的参数有哪些？各有何物理意义？ • 6、对象特性参数（K、T、τ）对控制过程有什么不同影响？ • 7、对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？

  9. 第三章 检测仪表与传感器 一、基本要求： • 1、掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系； • 2、了解仪表的性能指标； • 3、初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法； • 4、了解各种流量计的测量原理，重点是差压式流量计及转子流量计； • 5、了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法； • 6、掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿作用及方法。

  10. 二、本章重点： • 1、仪表精度的意义及与测量误差的关系； • 2、各种压力测量仪表的基本原理及压力表的选用方法 ； • 3、压差式流量计与转子流量计的测量原理； • 4、液位测量中零点迁移的意义及技术方法 ； • 5、热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理 ； • 6、热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。

  11. 三、问题思考？ • 1、传感器、变送器的作用各是什么？二者之间有什么关系？ • 2、何谓测量误差？测量误差的表示方法主要有哪些？各是什么意义？ • 3、何谓仪表的精度等级？ • 4、测压仪表有哪几类？各基于什么原理？

  12. 压力检测 • 5、简述弹簧管压力表的基本组成和测压原理。 • 6、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？ • 7、应变式压力传感器和压阻式压力传感器的工作原理和特点各是什么？ • 8、试简述DDZ-Ⅲ型力矩平衡压力变送器的基本原理，其中包含的负反馈环节有什么作用？ • 9、电容式差压传感器的工作原理是什么？有何特点？ • 10、压力计安装要注意什么问题？

  13. 流量检测 • 11、流量检测的方法主要有哪两大类？它们又各自包含哪些检测方法？ • 12、什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？ • 13、试述差压式流量计测量流量的原理。并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？ • 14、为什么说转子流量计是定压降式流量计，而压差式流量计是变压将式流量计？ • 15、质量流量计有哪两大类？

  14. 物位检测 • 16、根据工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型？它们的工作原理各是什么？ • 17、差压式液位变送器的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时，差压变送器的负压室为什么一定要与容器的气相相连接？ • 18、什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？ • 19、在液位测量中，如何判断“正迁移”和“负迁移”？

  15. 温度检测 • 20、试述温度测量仪表的种类有哪些？各使用在什么场合？ • 21、热电偶补偿导线的作用是什么？在选择使用补偿导线时需要注意什么问题？ • 22、在热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？ • 23、试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？ • 24、热电偶的结构与热电阻的结构有什么异同之处？

  16. 第四章 显示仪表 一、基本要求： • 1、掌握自动电子电位差计的工作原理； • 2、熟悉电位差计的测量桥路及各个电阻的作用； • 3、掌握自动电子平衡电桥的工作原理； • 4、了解数字式显示仪表的原理与组成； • 5、了解无笔、无纸记录仪的原理和组成。

  17. 二、本章重点： • 自动电子电位差计的工作原理； • 电位差计的测量桥路及各个电阻的作用； • 自动电子平衡电桥的工作原理。

  18. 三、问题思考？ • 1、显示仪表分几类？各有什么特点？ • 2、自动电子电位差计是如何基于补偿测量法工作的？线路电阻（即外阻）值的变化，对电子电位差计的测量有无影响？为什么？ • 3、电子电位差计是如何实现对热电偶冷端温度自动补偿的？ • 4、试述电子自动平衡电桥的工作原理。 • 5、总结一下电子电位差计与电子平衡电桥的异同点。

  19. 习题举例： C 1、在下列仪表号位中表示有警报作用的字母为（ ） A、“C” B、“H” C、“A” D、“I” 2、控制系统在阶跃干扰作用下的几种过度过程中，那种震荡过程是最希望出现的震荡过程（ ） A、非周期衰减过程 B、衰减震荡过程 C、等幅震荡过程 D、发散震荡过程 3、一般认为，经过（ ）时间后，动态过程便结束了． A. 3T；   B. T ；   C. 5T； D．10T 4、在研究对象特性对选择操纵变量影响中，下列哪个参数对控制质量影响是可以忽略的（ ） A、控制通道时间常数 B、控制通道纯滞后时间 C、干扰通道的时间常数 D、干扰通道的纯滞后时间 B A D

  20. 5、下列那些参数不是表示过度过程品质好坏的指标（ ） A、变差 B、余差 C、最大偏差 D、衰减比 6、关于调节系统方块图的说法，不正确的是（ ） A.一个方块代表一个设备； B.方块间的连线代表的是方块间物料关系； C.方块图上的线条及箭头方向不一定与流体流向一致 D.方块间连线只代表信号关系 7、控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做（ ） A.负反馈 B.正反馈 C.前馈 D.回馈 8 在描述对象特性参数的滞后时间时,下列说法错误的是（ ） A. 传递滞后又称为纯滞后； B. 容量滞后一般是由于物料和能量传递需要通过一定的阻力引起的； C. 容量滞后是有些对象在受到阶跃输入后，在经过一段时间时间后被控变量才开始变化； D. 滞后时间包括可分为容量滞后和纯滞后时间。 A B B C

  21. A 9、关于压力计安装的描述错误的是（ ） A. 要选择测量介质拐弯处安装； B. 测量流动介质时，应使取压点与流动方向垂直安装； C. 测量液体压力时，取压点应安装在管道下部； D. 测量蒸汽压力时应安装凝液管。 10、下列仪表中属于衡压降的仪表是（ ） A.空板流量计 B.文丘里管式流量计 C.电磁流量计 D.转子流量计 11、在下列物位检测仪表中，能够检测出两种不同液体界面的仪表是（ ） A.压差式物位仪表 B.压力式物位仪表 C.电容式物位仪表 D.称重式液罐计量仪 12、在下列物位检测仪表中，不与被测物体发生实际接触并可以检测物位的仪表是（ ） A.称重式液罐计量仪 B.核辐射物位仪表 C.压差式物位仪表 D.电容式物位仪表 D C B

  22. C 13、在下列工业用流量计中，属于容积式流量计的是（ ） A. 转子流量计 B. 电磁流量计 C. 椭圆齿轮流量计 D. 科里奥利力式流量计 14、关于压力测量仪表的下列描述中，错误的是（ ） A. 液柱式压力计是根据流体静力学的原理，将被测压力转换成为液柱高度进行测量的； B. 弹性式压力计利用弹性元件变形的位移进行测量的； C. 电气式压力计是将压力转换为电量来进行测量的； D. 活塞式压力计是将压力转换为活塞位移来进行测量的。 15、测量稳定压力时，被测介质的最大工作压力不得超过仪表量程的( )． A.1／2；  B.1／3；  C.2／3；   D.3／5 D C

  23. C 16、关于温度检测仪表的下列描述中错误的是（ ） A. 玻璃管温度计属于膨胀式温度计的一种； B. 测量的温度大于600度的温度计为高温计； C. 热电偶是由两种不同的金属材料构成的，不同材料构成的热电偶在相同的触点温度下所产生的电势相同； D.在热电偶回路中引入第三根导线对热电偶所产生的电势无影响。 17、热电偶输出电压与（   ）有关。 A. 热电偶两端温度 B. 热电偶两端温度和电极材料 C.热电偶热端温度 D.热电偶两端温度、电极材料及长度 18、流体流动时, 由于流层彼此间的相互作用而形成了流体的内摩擦力, 从而使流体显示出粘滞性, 这叫做流体的（ ）。 A. 液位 B.粘度 C.流速 D.内阻力 B B

  24. Contents：第5-11章 • 5、自动控制系统 • 6、执行器 • 7、简单控制系统 • 8、复杂控制系统 • 9、新型控制系统 • 10、计算机控制系统 • 11、典型化工单元的控制方案

  25. 习题举例： C 1．反馈调节系统（ ）闭环系统 （ ）。 A. 不一定是 B. 肯定不是 C. 肯定是 D、无法判断 2．恒值调节系统、程序调节系统、随动调节系统是按什么来划分的（ ）。 A. 按自动调节系统的结构 B. 按自动调节系统的特性 C. 按给定值变化的规律 D. 调节系统的结构 3. 在研究动态特性时可以将( )看作系统对象环节的输入量． A. 干扰作用； B. 控制起作用； C．干扰作用和控制作用； D．测量仪表的信号 4. 对调节系统最不利的干扰作用是( )． A. 阶跃干扰； B．尖脉冲干扰； C. 宽脉冲干扰； D．随机干扰 5． 1.5级仪表的精度等级可写为：（ ） A.1.5级 B. +(- ) 1.5级 C. +1.5级 D. 1.5 6. 下列不属于节流装置的是（ ）。 A、孔板； B、喷嘴； C、长径喷嘴 D、阿纽巴管 C C B A D

  26. 7．温度越高,铂、镍、铜等材料的电阻值越（ ）。 A. 大 B. 小 C. 不变 D. 不一定 8． 双金属温度计的感温元件，测量温度时必须是（ ） A 浸液1/2； B 全部浸液； C 浸液2/3； D 浸入任何长度 9．调节器加入微分作用是用来（ ）。 A. 克服对象的纯滞后 B. 克服对象的惯性滞后 C. 克服对象的惯性滞后和容量滞后 D. 克服对象的容量滞后 10. 调节器的比例度和积分时间正确说法是（ ）。 A. 比例度越大,比例作用越强 B.积分时间越小,积分作用越强 C. 比例度越大,比例作用越弱,积分时间越大,积分作用越强 D. 比例度越小,比例作用越弱,积分时间越小,积分作用越弱 11. DCS控制系统又称为 （ ）。 A. 集中控制系统 B. 可编程序控制系统 C. 计算机控制系统 D. 集散控制系统 12．调节系统中调节器正反作用的确定是依据（ ） A. 生产的安全性 B. 实现闭环回路的负反馈 C. 系统放大倍数恰到好处 D. 调节器本身的特性 A B C B D B

  27. D A C B B B 13. 串级调节系统中，副调节器通常选用（ ）调节规律。 A. PI B. PID C. PD D. P 14. 关于串级调节系统的方块图的说法,下列不正确的是（ ）。 A. 包含两个执行器 B. 包含两个测量变送器 C. 包含两个被控对象 D. 包含两个被控变量 15.单纯的前馈调节是一种能对（ ）进行补偿的调节系统（ ） A. 测量与给定之间的偏差 B. 被调量的变化 C. 干扰量的变化 D. 输出的变化 16、前馈控制系统属于（ ）。 A. 单闭环控制系统 B. 开环控制系统 C. 双闭环控制系统 D. 视具体情况而定 17、 控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做（ ）。 A. 负反馈； B. 正反馈； C. 前馈； D. 回馈 18、对于干扰幅值大而频繁，对被控变量影响比较剧烈的控制系统，一般采用下列哪种复杂控制系统比较合适。 （ ） A. 串级控制 B. 前馈控制 C. 均匀控制 D. 分程控制

  28. 19. 串级均匀控制系统的主、副控制器一般采用什么控制规律？ （ ） A. P、P B. P、I C. P I、PD D. PID、PID 20. 下列哪种不属于离心泵的流量控制方法 （ ） A. 控制泵的出口阀门开度 B. 控制泵的转速 C. 直接控制流量 D. 控制泵的出旁路 21. 换热器中一般采用的高温载热体不包含（ ） A. 矿物油 B. 联苯 C. 饱和蒸汽 D. 熔盐 22. 在加热器的的自动控制方案中，采用控制蒸汽流量的方法有什么特点（ ） A. 控制通道长 B. 控制迅速 C. 需要有较大的传热面积裕量 D.可选用尺寸较小的控制阀门 23. 对于精馏塔的控制方案，若加料板进料为液相进料时，最好采用下列哪种控制方案（ ） A. 精馏段温控 B. 提馏段温控 C. 精馏塔的温差控制 D. 塔底采出量控制 24. 在化工行业的聚合反应中,一般采用哪种型式的反应器( ) A. 管式反应器 B. 釜式反应器 C. 固定床反应器 D. 流化床反应器 A C C B B B

  29. 第五章 自动控制系统 一、基本要求： • 掌握各种基本控制规律及其特点； • 熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响； • 熟悉可编程调节器和可编程控制器的功能和特点； • 了解DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成；

  30. 二、本章重点： • 控制器的基本控制规律； • 比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响；

  31. 三、问题思考？ • 1、试简述控制器在自动控制系统中的作用？ • 2、从控制仪表的发展及结构原理来看，主要有哪几种类型？各有什么特点？ • 3、控制器的控制规律是指什么？常用的控制规律有哪些？ • 4、什么是位式控制？它有什么特点？ • 5、什么是比例控制规律？它有什么特点？ • 6、什么是比例控制的余差？为什么比例控制会产生余差？

  32. 7、何谓比例控制器的比例度？它的大小对系统过渡过程或控制质量有什么影响？7、何谓比例控制器的比例度？它的大小对系统过渡过程或控制质量有什么影响？ • 8、什么是积分控制规律？什么是比例积分控制规律？它有什么特点？ • 9、什么是微分控制与比例微分控制？它有什么特点？ • 10、什么是积分时间TI？它对系统过渡过程有什么影响？ • 11、什么是微分时间TD？它对系统过渡过程有什么影响？ • 12、为什么积分控制能消除余差？ • 13、为什么微分控制规律不能单独使用？ • 14、试写出比例积分微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。

  33. 第六章 执行器 一、基本要求： • 掌握控制阀的流量特性的意义； • 了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合； • 理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则；

  34. 二、本章重点： • 控制阀的流量特性的意义； • 气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合； • 气动执行器的气开、气关型式及其选择原则 。

  35. 三、问题思考？ 1、执行器在控制系统中有何作用？ 答：接收控制器送来的控制信号，改变被控介质流量，从而将被控变量维持在设定值左右。 2、执行器有哪几种?工业现场为什么大多数使用气动执行器？ 答：气动、电动、液动。 以压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、 输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格低廉。 3、气动执行器主要有哪两部分组成？各起什么作用？ 答：执行机构、控制机构（阀）。 4、气动执行机构主要有哪几种结构形式？各有什么特点？ 答：薄膜式、活塞式。

  36. 5、何谓正作用执行器？何谓反作用执行器？ 答：当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；反之为副作用。 6、何谓控制阀的理想流量特性和工作流量特性？理想流量特性有哪几种？ 答：阀前后压差保持不变的流量特性称为理想流量特性； 直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等几种。 7、什么叫气动执行器的气开式与气关式?其选择原则是什么？ 答：随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之为气关式。 主要由工艺生产的安全条件所决定。一般地，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险地应选择气关式。

  37. 第七章 简单控制系统 一、基本要求： • 1、了解简单控制系统的结构、组成及作用； • 2、掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则； • 3、了解各种基本控制规律的特点及应用场合； • 4、掌握控制器正、反作用确定的方法； • 5、掌握控制器参数工程整定的方法。

  38. 二、本章重点： • 1、简单控制系统的结构、组成及作用； • 2、简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则； • 3、控制器正、反作用的确定； • 4、控制器参数工程整定的方法。

  39. 三、问题思考？ • 1、何谓简单控制系统？试画出其典型方块图。 • 2、简单控制系统由哪几部分组成？各部分作用是什么？ • 3、被控变量的选择应遵循哪些原则？ • 4、操纵变量的选择应遵循哪些原则？ • 5、常用的控制器的控制规律有哪些？各有什么特点？适用于什么场合？ • 6、为什么要考虑控制器的正、反作用？如何选择？

  40. 答: (1)选择控制器正反作用的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用。 步骤：由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象作用方向→由工艺条件确定执行器的气开、气关型式→再由对象、执行器、控制器三个环节方向组合后为“负”来选择控制器的正、反作用。 • 7、被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向是怎么规定的？ • 答：被控对象：被控变量随着操纵变量的增加而增加—正作用，否则为反作用； 执行器：气开型—正作用，气关型—副作用。 • 8、控制器参数整定的任务是什么？工程上常用的的控制器参数整定有哪几种方法？ （临界比例度、衰减曲线法和经验凑试法）

  41. 第八章 复杂控制系统 一、基本要求： • 1、掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择；了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定方法； • 2、熟悉设置均匀控制系统的目的及控制方案； • 3、了解比值控制系统的各种类型；熟悉单闭环比值控制方案的结构及特点； • 4、熟悉前馈控制系统的结构、特点及应用场合；

  42. 二、本章重点： • 1、串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择； • 2、均匀控制系统的目的及控制方案。 • 3、前馈控制系统的结构、特点及应用场合。

  43. 三、问题思考？ • 1、什么叫串级控制系统？画出一般串级控制系统的典型方块图。 • 2、串级控制系统有哪些特点？主要使用在什么场合？ • 3、串级控制系统中主、副变量应如何选择？ • 4、如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用？ • 5、串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定主要有哪两种方法？ • 6、均匀控制系统的目的和特点是什么？

  44. 7、什么是比值控制系统？比值控制系统有哪些类型？7、什么是比值控制系统？比值控制系统有哪些类型？ • 8、试画出单闭环比值控制系统的原理图，并说明其与串级控制系统的本质区别。 • 9、什么是前馈控制系统？它有什么特点？ • 10、前馈控制主要应用在什么场合？

  45. 第十一章 典型化工单元的控制方案 一、基本要求： • 掌握离心泵和往复泵控制方案的特点； • 了解离心式压缩机防喘振控制的一般方法； • 熟悉传热设备控制的一般方法； • 熟悉精馏塔提馏段温控与精馏段温控的特点与方法； • 了解釜式、固定床、流化床反应器控制的一般方法；

  46. 二、本章重点： • 掌握离心泵和往复泵控制方案的特点； • 熟悉传热设备控制的一般方法； • 熟悉精馏塔提馏段温控与精馏段温控的特点与方法；

  47. 三、问题思考？ • 1、离心泵的控制方案有几种？各有什么优缺点？ • 2、离心泵和往复泵流量控制方案有哪些相同和不同点？ • 3、何谓离心式压缩机的喘振现象？其产生的原因是什么？如何控制？ • 4、两侧均无相变化的换热器的控制方案有哪些？各有什么特点？ • 5、试述一般传热设备的控制方案。

  48. 6、精馏塔对自动控制有哪些基本要求？ • 7、精馏塔操作的主要扰动有哪些？哪些是可控的？哪些是不可控的？ • 8、精馏段温控与提馏段温控方案各有什么特点？分别使用在什么场合？ • 9、何谓温差控制和双温差控制？试述它们的使用场合。 • 10、化学反应器对自动控制的基本要求是什么？

  49. Thank you very much! 欢迎大家多提宝贵意见和建议！ Good Luck!

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