(2025年)《化工儀表及自動化》試題含答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.某溫度儀表的測量范圍為-50℃~150℃，最大絕對誤差為±2℃，則該儀表的精度等級為（）。A.0.5級B.1.0級C.1.5級D.2.0級2.電容式壓力傳感器的工作原理是基于（）的變化。A.極板間距離B.極板面積C.介電常數(shù)D.電壓頻率3.下列哪種流量計適用于測量高黏度、非導電性液體的流量？（）A.電磁流量計B.渦輪流量計C.橢圓齒輪流量計D.渦街流量計4.在自動控制系統(tǒng)中，用于將被控變量的實際值與給定值進行比較的環(huán)節(jié)是（）。A.執(zhí)行器B.控制器C.測量變送環(huán)節(jié)D.比較器5.某控制系統(tǒng)的過渡過程曲線呈現(xiàn)等幅振蕩，說明系統(tǒng)的衰減比為（）。A.0B.1C.無窮大D.2:16.微分控制規(guī)律（D作用）的主要特點是（）。A.能消除余差B.對高頻噪聲敏感C.滯后小D.適用于對象純滯后大的場合7.集散控制系統(tǒng)（DCS）中，現(xiàn)場控制站的核心功能是（）。A.人機交互B.數(shù)據(jù)通信C.實時控制運算D.歷史數(shù)據(jù)存儲8.下列哪種執(zhí)行器適用于需要快速切斷且泄漏量小的場合？（）A.直通單座閥B.蝶閥C.隔膜閥D.球閥9.熱電阻測溫時，采用三線制接法的主要目的是（）。A.提高靈敏度B.減小導線電阻的影響C.擴大測量范圍D.增強抗干擾能力10.某pH測量系統(tǒng)中，參比電極通常選用（）。A.玻璃電極B.甘汞電極C.鉑電極D.銀-氯化銀電極11.模糊控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)PID控制的本質區(qū)別在于（）。A.無需精確數(shù)學模型B.響應速度更快C.抗干擾能力更強D.結構更簡單12.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）在化工儀表中的典型應用不包括（）。A.設備狀態(tài)實時監(jiān)測B.儀表數(shù)據(jù)云端存儲C.手動校準儀表參數(shù)D.預測性維護13.某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(Ts+1))，當K增大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性將（）。A.提高B.降低C.不變D.先提高后降低14.超聲波液位計的測量原理基于（）。A.聲波反射時間B.壓力差C.電容變化D.熱傳導15.下列哪種控制規(guī)律最適合用于對象慣性大、純滯后較小的場合？（）A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制二、填空題（每空1分，共20分）1.儀表的基本誤差是指在__________條件下的最大誤差，通常用__________表示。2.標準節(jié)流裝置由__________、__________和__________三部分組成。3.熱電偶測溫時，必須滿足__________定律和__________定律，以保證測量準確性。4.自動控制系統(tǒng)按給定值變化規(guī)律可分為__________、__________和__________系統(tǒng)。5.PID控制器中，比例度δ越小，比例作用越__________；積分時間Ti越小，積分作用越__________；微分時間Td越大，微分作用越__________。6.智能儀表的核心部件是__________，其特點包括__________、__________和__________。7.化工生產中，常見的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）的安全完整性等級（SIL）分為__________級，SIL等級越高，系統(tǒng)的__________要求越嚴格。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述差壓式流量計的工作原理及影響其測量精度的主要因素。2.比較氣動執(zhí)行器與電動執(zhí)行器的優(yōu)缺點，說明化工生產中優(yōu)先選擇氣動執(zhí)行器的原因。3.什么是控制系統(tǒng)的過渡過程？評價過渡過程質量的主要指標有哪些？4.簡述集散控制系統(tǒng)（DCS）的分層結構及各層的主要功能。5.說明pH測量中玻璃電極的工作原理，為何需要定期校準？四、計算題（每題8分，共24分）1.某壓力儀表的量程為0~1.6MPa，精度等級為1.0級。現(xiàn)用該儀表測量0.8MPa的壓力，求其可能的最大絕對誤差和相對誤差（以測量值為基準）。2.某溫度對象的階躍響應實驗數(shù)據(jù)如下：當階躍輸入Δu=20%時，輸出穩(wěn)態(tài)值Δy_ss=40℃，響應曲線的純滯后時間τ=20s，時間常數(shù)T=60s。若采用Ziegler-Nichols經驗公式整定PID控制器參數(shù)，求比例度δ、積分時間Ti和微分時間Td。3.某流量控制系統(tǒng)中，工藝要求流量范圍為0~50m3/h，采用DDZ-Ⅲ型差壓變送器（輸出4~20mA），對應的差壓范圍為0~80kPa。當實際流量為30m3/h時，求變送器的輸出電流及對應的差壓值（流量與差壓的平方根成正比）。五、綜合分析題（每題8分，共16分）1.某化工廠反應釜的溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)以下故障現(xiàn)象：控制室顯示溫度持續(xù)上升，但現(xiàn)場溫度計顯示溫度穩(wěn)定。試分析可能的故障原因，并提出排查步驟。2.設計一個基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的化工儲罐液位監(jiān)控系統(tǒng)，要求包括：（1）測量儀表選型；（2）數(shù)據(jù)傳輸方式；（3）監(jiān)控功能（如超限報警、歷史數(shù)據(jù)查詢）；（4）系統(tǒng)安全性設計要點。答案一、單項選擇題1.B2.A3.C4.D5.B6.B7.C8.A9.B10.B11.A12.C13.B14.A15.D二、填空題1.規(guī)定（或標準）；引用誤差（或滿量程相對誤差）2.節(jié)流件；取壓裝置；前后直管段3.中間導體；參考電極（或中間溫度）4.定值控制；隨動控制；程序控制5.強；強；強6.微處理器（或單片機）；自診斷；數(shù)據(jù)處理；通信功能7.4（或1~4）；可靠性（或安全性）三、簡答題1.工作原理：流體流經節(jié)流件時，流束收縮，流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產生差壓；差壓與流量的平方成正比，通過測量差壓可間接得到流量。影響因素：節(jié)流裝置的加工精度；前后直管段長度；流體的密度、黏度等物性參數(shù)；取壓方式；流體是否充滿管道。2.氣動執(zhí)行器優(yōu)點：結構簡單、防爆性能好、輸出力大、可靠性高；缺點：需要氣源、響應速度較慢、控制精度較低。電動執(zhí)行器優(yōu)點：能源方便、響應快、信號易與計算機連接；缺點：防爆性能差（需特殊處理）、結構復雜、過載能力弱?；どa優(yōu)先選擇氣動執(zhí)行器的原因：化工環(huán)境多易燃易爆，氣動執(zhí)行器本質安全；流體控制中需較大輸出力，氣動執(zhí)行器更適應。3.過渡過程：系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的動態(tài)過程。評價指標：最大偏差（或超調量）、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）。4.DCS分層結構：（1）現(xiàn)場控制層：由現(xiàn)場控制站、智能儀表組成，負責數(shù)據(jù)采集和實時控制運算；（2）操作監(jiān)控層：由操作員站、工程師站組成，實現(xiàn)人機交互、參數(shù)設置、趨勢顯示；（3）生產管理層：由服務器、管理計算機組成，負責生產調度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、優(yōu)化決策；（4）企業(yè)資源層（可選）：與ERP系統(tǒng)集成，實現(xiàn)全企業(yè)資源管理。5.玻璃電極工作原理：玻璃膜內外溶液H+濃度不同，產生膜電位，電位差與溶液pH值成線性關系（符合能斯特方程）。定期校準原因：玻璃膜老化會導致斜率變化；參比電極液接電位漂移；溫度變化影響能斯特方程系數(shù)；長期使用后膜表面污染，響應特性改變。四、計算題1.最大絕對誤差Δmax=±量程×精度等級=±1.6MPa×1.0%=±0.016MPa相對誤差=Δmax/測量值×100%=±0.016/0.8×100%=±2%2.對象特性參數(shù)：K=Δy_ss/Δu=40/20=2（℃/%）；τ=20s；T=60sZiegler-NicholsPID整定公式（針對二階模型τ/T=20/60≈0.33）：δ=1.2×(T/(Kτ))=1.2×(60/(2×20))=1.2×1.5=180%Ti=2τ=40sTd=0.5τ=10s3.流量與差壓關系：q=K√Δp，q1/q2=√(Δp1/Δp2)當q=30m3/h時，(30/50)2=Δp/80→Δp=80×(9/25)=28.8kPa輸出電流I=4+(20-4)×(Δp/80)=4+16×(28.8/80)=4+5.76=9.76mA五、綜合分析題1.可能故障原因：（1）控制室顯示儀表故障（如DCS卡件損壞、信號傳輸線路斷路/短路）；（2）現(xiàn)場溫度計與控制室儀表信號未同步（如現(xiàn)場儀表為就地顯示，未接入控制系統(tǒng)）；（3）溫度變送器故障（如零點漂移、量程設置錯誤）；（4）信號電纜干擾（強電磁干擾導致控制室接收錯誤信號）。排查步驟：①檢查現(xiàn)場溫度計與控制室顯示值是否一致（若現(xiàn)場為智能儀表，讀取其數(shù)字輸出）；②測量變送器輸出信號（4~20mA）是否正常（30℃對應電流值是否符合量程）；③檢查信號電纜絕緣性及屏蔽層接地情況；④更換備用卡件，觀察顯示是否恢復；⑤校準變送器，確認其輸出與實際溫度的線性關系。2.系統(tǒng)設計要點：（1）測量儀表選型：雷達液位計（非接觸、精度高，適用于腐蝕性液體）或導波雷達液位計（適用于高黏度、易結晶介質）；配套溫度、壓力補償儀表（修正密度變化對液位的影響）。（2）數(shù)據(jù)傳輸方式：采用工業(yè)以太網(wǎng)（ModbusTCP/IP協(xié)議）或無線傳輸（LoRa、4G/5G，需滿足防爆要求）；現(xiàn)場儀表通過DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）將信號轉換為IP數(shù)據(jù)包上傳至云平臺。（3）監(jiān)控功能：-實時顯示液位、溫度、壓力數(shù)據(jù)及歷史趨勢曲線；-設定