第一章

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。

4、自动控制系统有哪些环节构成？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，包括检测元件及变送器、控制器、执行器，显示记录仪表等；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。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出偏差，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人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。 6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说 明图中PI-307、TRC-303、FRC-305 所代表的意义。

答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪 表，工段号为3，仪表序号为07。仪表安装在现场。 TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一

台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。仪表安装在集中仪表盘面上。 FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3， 仪表序号为05。仪表安装在集中仪表盘面上 11.

解：反应器的温度控制系统的方块图如下图所示。

反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却 水流量。

可能影响被控变量变化的干扰是：A、B 物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压 力及搅拌器的转速等。

16、自动控制系统的静态是指 被控变量y（t）不随时间而变化的平衡状态称为系统的“静态”；动态是指被控变量y（t）随时间而变化的平衡状态称为系统的“动态”；过渡过程是指调节系统在受到外作用下，从一个平衡状态进入到新的平衡状态的整个过程称为控制系统的过渡过程；阶跃干扰是在某一瞬间，干扰突然阶跃式的加到系统上，并继续保持在这个幅度上。 21．

解：由反应器过渡过程曲线可知： 最大偏差A=950 一900 = 50℃ 超调量B= 950 一908 = 42℃ 衰减比n

第一个波峰值与新稳定值之差B=950 一908 = 42℃ 第二个波峰值与新稳定值之差B' =918 一908 = 10℃ n =B / B' =42:10=4.2:1

振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故振荡周期T =45 一9 = 36 min

因为最大偏差A==50℃<80℃，且新稳定值908℃符合题中要求的(900 ±10)℃，故该控 制系统能满足题中所给的工艺要求。 第二章

1、机理建模的定义是什么？

答：机理建模是根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程，能量平衡方程，动量平衡方程，相平衡方程，以及某些物性方程，设备的特性方程，化学反应定律，电路基本定律等，从而获取对象的数学模型。

2、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？他们对自动控制系统有什么影响？ 答：反映对象特性的参数有：放大系数 K 、时间常数 T、滞后时间τ。

a、放大系数 K定义：在系统是稳定条件下，输入量与输出量之间的关系——系统的静态特性 物理意义：在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。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。 b、时间常数 T定义：在一定的输入作用下，被控变量完成其变化所需时间的参数

物理意义：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要的时间。( 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63.2%所需要的时间。 即t=T时，h=63.2%hmax; 从加入输入作用后，经过3T时间，液位已经变化了全部变化范围的95%，这时，可以近似地认为动态过程基本结束。 即t=3T时，h(3T)=95%hmax 时间常数是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是描述对象动态特性的一个重要参数。)

c、滞后时间τ定义：滞后时间τ是纯滞后时间τ0和容量滞后τr的总和。

物理意义：输出变量的变化落后于输人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。有些对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳态值称容量滞后或过渡滞后。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。所以滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 已知一个具有纯滞后的一阶过程的时间常数为4min，放大系数为10，纯滞后时间为lmin，试写出描述该过程特性的一阶微分方程式。

解该过程特性仍为一阶微分方程式，但由于存在纯滞后lmin，故输出y(t)比输人x(t)在时间坐标上平移了lmin，假定方程式中的时间量纲为min，则微分方程式为

4dy(t?1)?y(t?1)?10x(t)

dt已知一个对象为具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2。 (1)试写出描述该对象的微分方程； (2)求出描述该对象的传递函数。

解(1)与题6类似，该对象的微分方程式数学模型为

5dy(t?2)?y(t?2)?10x(t) [1]

dt式中y表示输出变量，x表示输入变量。

(2)将式[1]在零初始条件下，两端都取拉普拉斯变换，则有

5sY(s)e2s?Y(s)e2s?10X(s)

则对象的传递函数为

G(s)?

Y(s)102s?e

X(s)5s?114. 解：该对象为具有纯滞后的一阶对象，由图2-25 可得出

放大系数K?150?120?60?℃?h/t?

3.0?2.5?t??由一阶对象的输出响应 ???KA?1?eT? (14-1)

?? [其中Δθ为温度的增量，A为输入幅值，T 为时间常数，Δt为与Δθ相对应的时间增量。] Δθ =145 ?120 = 25（℃）， A = 3.0 ?2.5 = 0.5（t/h）， Δt = 8 ?2 = 6（min）

6???T将以上数据代入式（14-1），有 25?60?0.5?1?e?

??可得 T?3.35?min?

?2?min?

dy(t?2)?y(t?2)?60x(t) (14-2)

dt 由于有纯滞后时间 ?故描述该重油预热炉特性的微分方程式为3.35

式中，y 为输出量（温度变化值），x 为输入量（燃料量变化值）。 当燃料量变化量为0.5t/h，由14-1），得输出温度变化量的函数表达式

???KA(1?e第三章

t??t?2t?2）?60?0.5(1?e)?30(1?e)（t>=2） (14-3) T3.353.35热电偶的热电特性与两接点处的温度、热电极的材料有关。

1、什么是液位测量时的零点迁移问题？产生原因，解决方法，怎样进行迁移？其实质是什么？ 答：差压变送器测量液位时，压差Δp与液位高度H 的关系为：Δp =ρgH，H = 0时，Δp =0，这是“无迁移”。实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位H = 0时，差压变送器正、负压室的压力并不相等，即 Δp ≠0，这就是液位测量时的零点迁移问题。 产生原因：变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐。解决方法：调节仪表安装迁移弹簧。调节仪表上的迁移弹簧，以使当液位H = 0时，尽管差压变送器的输入信号Δp 不等于0，但变送器的输出为最小值，抵消固定压差的作用，此为“零点迁移”方法。 实质：零点迁移实质就是变送器零点的大范围调整，改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。

2、在液位测量中，如何判断“正迁移”和“负迁移”？

答：在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输人信号△p>0，则为“正迁移”；反之，当H=0时，△p

3、图3-15所示的液位测量系统中采用双法兰差压变送器来测量某介质的液位。已知介质液位的变化范围h=0~950mm，介质密度ρ=1200kg/m3，两取压口之间的高度差H=1200mm，变送器毛细管中填充的硅油密度为ρ1= 950kg/m3，试确定变送器的量程和迁移量。

答： ?pmax?hmax?g?0.95?1200?9.81?11183.4(Pa) 因此变送器量程可选0~16kPa。

负迁移量为 H?1g?1.2?950?9.81?11183.4(Pa)

4、四种常用检测仪表类型：压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、温度检测仪表。

5、压力测量仪表有哪几种？各基于什么原理？

答：液柱式压力计，它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计，它是将被测压力大小转换成弹性元件变形的位移来进行测量的；电气式压力计，它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计，它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的。

6.弹性式压力计有哪几种？

答：弹簧管式压力计；薄膜式压力计；波纹管式压力计

7、弹性元件类型有哪几种，其特点是什么？

答：①弹簧管，可分单圈弹簧管与多圈弹簧管，测压范围较宽。②膜片，可分平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，适合测低压和中低压的测量，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器，灵敏度高灵敏限低。③易于变形，位移很大常用于微压与低压的测量，灵敏度更高。 7、弹簧管压力计的测压原理是什么?试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。

答：原理：采用弹性元件将压强大小转换为位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。组成：弹簧管压力计主要由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成。 8、电气式压力计有哪几种，工作原理是什么及有何特点？

答：电气式压力计组成：一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参数。二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。

类型：霍尔式压力计、电阻应变式压力计、电感式压力计、电容式压力计。

工作原理：霍尔片式：霍尔半导体在垂直电流和磁场的作用下，会产生侧向电压：UH=RHBI。在高压强磁场下不能使用。阻应变式：当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数。电感式：当衔铁或铁芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从而，可以将位移量转化为电感量。电容式：电容器的电容量：C=?S/d，当S或d发生变化时，电容量发生变化。

9、流量测量仪表有哪几种？各基于什么原理？

答：速度式流量计：通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。容积式流量计：采用固定容积逐次衡量过流容积。质量流量计：计量可压缩流体的质量通过量。

10、差压式流量计与转子流量计的组成、工作原理及区别、注意事项？

答：差压式流量计组成：节流装置和压差计。差压计工作原理：差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要求，以不同信号形式把差压信号传递给显