化工仪表简答题.doc

1 什么是两线制?两线制有什么优点?答两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线即是电源线，又 是信号线。与四线制(两根电源线，两根信号线)相比，两线制的优点是： (1)可节省大量电缆线和安装费用；(2)有利于安全防爆。 2 什么是节流现象?标准的节流体有哪几种?应用最广泛的是哪种?答流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。标准的节流件有三种：标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。应用最广泛的是标准孔板。它已有100多年的历史，至今它是世界上应用最广，最成熟，测量较准确的测量工具。3 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?答 在使用差压变送器测量液位时，一般压差与液位高度H之间的关系为：= 。这就是一般的“无迁移”的情况。当Ho时，作用在正、负压室的压力是相等的。实际应用中，有时为防止容器内液体和气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保持负压室的液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。如图21所示。- +H设被测介质密度为，隔离液密度为：(通常)，此时正、负压室的压力分别为：正负压室间的压差为：当H=0时，此为“有迁移”情况。若采用的是DDZ型差压变送器，其输出范围为420mA的电流信号。“无迁移”时，H0，0，变送器输出4mA；。“有迁移”时，H0，为了使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对应，即在“有迁移”情况下，使得当H0时，。可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。这里迁移弹簧的作用，其实质就是改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。4 热电偶温度计为什么可以用来测量温度?它由哪几部分组成?各部分有何作用? 答 热电偶温度计是根据热电效应这一原理来测量温度的。如图22所示。+ +_ _+_ AB图2-2 热电偶测温原理A、B为两种不同材料的金属导体，若把两根导体两端焊接在一起，形成闭合回路。由于A、B两种不同的金属，它们的自由电子密度不相同，则在两接点处形成了两个方向相反的热电势(设tto)。这样，就可以用图315(b)作为(a)的等效电路，其中，为热偶丝的等效电阻。在此闭合回路中总的热电势为：当A、B材料确定后，热电势是接点温度t和的函数之差。若一端温度保持不变，即为常数，则热电势就成为另一端温度t的单值函数了。若t就是被测温度，那么只要测出热电势的大小，就能判断测温点温度的高低。这就是利用热电现象来测量温度的原理。热电偶温度计由三部分组成：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。如图2-3所示热电偶是系统中的测温元件，测量仪表3是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线2用来连接热电偶与测量仪表。为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。132图2-3 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测温仪表5用热电偶测温时，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?答 采用补偿导线后，把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内，但冷端温度还不是o。而工业上常用的各种热电偶的温度热电势关系曲线是在冷端温度保持为o的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，由于操作室的温度往往高于o，而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热电势必然偏小，且测量值也随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此，在应用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为o，或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。冷端温度补偿的方法有以下几种：(1)冷端温度保持为o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。6 自动控制系统主要由那些环节组成？各部分的作用是什么？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，它包含检测元件及变送器、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化成一种特定的信号（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号进行比较得到偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。7自动控制系统主要由那些环节组成？各部分的作用是什么？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，它包含检测元件及变送器、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化成一种特定的信号（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号进行比较得到偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。8什么是自动控制系统的过渡过程?在阶跃扰动作用下，其过渡过程有哪些基本形式?哪些过渡过程能基本满足控制要求？答 对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的客观存在。系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态。把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。在阶跃扰动作用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。 发散振荡过程 如图13(a)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量上下波动，且波动幅度逐渐增大，即被控变量偏离设定值越来越远，以至超越工艺允许范围。 非振荡发散过程 如图13(b)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在设定值的某一侧作非振荡变化，且偏离设定值越来越远，以至超越工艺允许范围。 等幅振荡过程 如图13(c)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量作上下振幅恒定的振荡，即被控变量在设定值的某一范围内来回波动，而不能稳定下来。 衰减振荡过程 如图13(d)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量上下波动，且波动幅度逐渐减小，经过一段时间最终能稳定下来。 非振荡衰减过程 如图l3(e)所示。它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有上下波动，经过一段时间最终能稳定下来。在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满足控制要求。但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般不采用。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。9 何为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?答 比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的一个参数。在数值上比例度等于输入偏差变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为：100%式中比例度； e输入(偏差)变化量； p相应的输出变化量；输入的最大变化量，即仪表的量程；输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。 比例度也可以理解为使控制器的输出变化满刻度(也就是使控制阀从全关到全开或相反)时，相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。 比例度越大，表示比例控制作用越弱。减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应地减小余差，使系统的静态准确度提高。10什么是积分时间?它对系统过渡过程有什么影响?答：积分时间是用来表示积分控制作用强弱的一个参数。积分时间越小，表示积分控制作用越强，数值上，式中是积分比例系数。 积分时间的减小，会使系统的稳定性下降，动态性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度。11什么是微分时间?它对系统过渡过程有什么影响?答：微分时间是用来表示微分控制作用强弱的一个参数。微分时间越大，表示微分控制作用越强。 增加微分时间，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性。但微分时间不能太大，否则有可能引起系统的高频振荡。12 控制阀的流量特性是什么？答控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即式中相对流量是控制阀某一开度时的流量Q与全开时的流量之比。相对开度是控制阀某一开度时的阀杆行程了与阀杆总行程之比。13 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，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，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的应选气开式；14描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?答描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间。 放大系数K放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变化量之比，即 由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。 时间常数T时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的632所需时间。 时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间滞后时间是纯滞后时间和容量滞后的总和。 输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间也是反映对象动态特性的重要参数。15何为简单控制系统?试画出简单控制系统的典型方块图。答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器(或变送器)、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，因此有时也称为单回路控制系统。16 被控变量的选择原则是什么?答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它的选择的一般原则是： (1)被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量； (2)被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量； (3)被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标; (4)被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量； (5)被控变量应是独立可控的； (6)应考虑工艺的合理性与经济性。17 操纵变量的选择原则是什么?答：(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量; (2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小; (3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。18 为什么要考虑控制器的正、反作用?如何选择?答： 在控制系统中，要正确选择控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。选择控制器的正、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。选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器；个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。19 被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的?答：被控对象的正、反作用方向规定为：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。 执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。 如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器；反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”控制器。20 串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答 串级控制系统的主要特点为： (1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量 (3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。