化工儀表自動化課程期末試題一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.按能源分類，下列屬于化工儀表類型的是（）。A.電動儀表B.溫度儀表C.流量儀表D.壓力儀表2.熱電偶冷端溫度補償?shù)暮诵脑蚴牵ǎ.冷端溫度非0℃B.熱電勢與冷端溫度相關(guān)C.分度表基于冷端0℃編制D.環(huán)境溫度干擾測量3.差壓式流量計的工作原理基于（）。A.節(jié)流裝置的差壓效應(yīng)B.流體動量變化C.流體熱脹冷縮D.電磁感應(yīng)4.自動控制系統(tǒng)中，被控變量測量值與設(shè)定值的差值稱為（）。A.偏差B.誤差C.余差D.擾動5.氣開式調(diào)節(jié)閥的動作邏輯是（）。A.輸入氣壓增加時閥門打開B.輸入氣壓減小時閥門打開C.氣源中斷時閥門打開D.電源中斷時閥門打開6.PID控制器中，積分作用的主要功能是（）。A.消除余差B.加快響應(yīng)速度C.克服干擾D.減小超調(diào)7.串級控制系統(tǒng)中，副控制器的輸出直接控制（）。A.主對象B.副對象C.執(zhí)行器D.被控變量8.電容式液位計的測量原理基于（）的變化。A.極距B.介電常數(shù)C.極板面積D.電磁感應(yīng)9.儀表精度等級的定義與（）直接相關(guān)。A.最大絕對誤差B.最大相對誤差C.最大引用誤差D.最大隨機誤差10.比值控制系統(tǒng)中，“主流量”的特征是（）。A.主動變化的流量B.隨動變化的流量C.流量數(shù)值較大D.流量數(shù)值較小二、填空題（每空1分，共20分）1.化工儀表按功能分為______、______、______三類。2.壓力測量儀表按原理分為______、______、______等類型。3.熱電偶的熱電勢由______電勢和______電勢組成。4.自動控制系統(tǒng)的過渡過程形式包括______、______、______、______。5.調(diào)節(jié)閥的典型流量特性有______、______、______、______。6.PID控制器中，比例作用輸出與______成正比，積分作用輸出與______成正比，微分作用輸出與______成正比。7.分程控制系統(tǒng)通過______實現(xiàn)一個控制器輸出對______個執(zhí)行器的控制。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述差壓式流量計的工作原理及安裝注意事項。2.分析自動控制系統(tǒng)中干擾的來源及抗干擾措施。3.說明比例、積分、微分控制規(guī)律的特點及適用場合。4.簡述串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及核心優(yōu)勢。四、計算題（每題9分，共18分）1.某壓力變送器量程為0~1.6MPa，精度等級1.0級，求其最大絕對誤差；若實測壓力為1.0MPa，求最大相對誤差。2.臨界比例度法整定PID參數(shù)，測得臨界比例度δ?=40%，臨界振蕩周期T?=3min。按經(jīng)驗公式（δ=2δ?，T?=0.85T?，T_d=0.125T?）計算控制器的δ、T?、T_d。五、綜合應(yīng)用題（10分）某精餾塔塔頂溫度需穩(wěn)定在85℃±1℃，但塔內(nèi)壓力波動會顯著影響溫度。請設(shè)計自動控制系統(tǒng)，說明：（1）控制系統(tǒng)類型及選擇理由；（2）被控變量、操縱變量的選擇依據(jù)；（3）控制器控制規(guī)律及正反作用判斷；（4）執(zhí)行器氣開/氣關(guān)類型及安全邏輯。參考答案（供參考，實際評分需結(jié)合教學要求調(diào)整）一、單項選擇題1.A2.C3.A4.A5.A6.A7.C8.B9.C10.A二、填空題1.檢測儀表；顯示儀表；控制儀表2.液柱式；彈性式；電氣式3.接觸；溫差（或“溫差；接觸”）4.非周期衰減；衰減振蕩；等幅振蕩；發(fā)散振蕩5.直線；等百分比；快開；拋物線6.偏差；偏差的積分（或“偏差對時間的積分”）；偏差的變化率（或“偏差對時間的導數(shù)”）7.信號分段（或“閥門定位器”）；多三、簡答題1.工作原理：流體流經(jīng)節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴）時，流通面積縮小導致流速增加、靜壓降低，節(jié)流裝置前后產(chǎn)生差壓；差壓與流量平方成正比，通過測量差壓可計算流量。安裝注意事項：①節(jié)流裝置前直管段長度滿足要求（一般前10D、后5D，D為管徑）；②裝置垂直安裝，保證流體滿管；③導壓管避免氣泡/積液，正負管等長同徑，必要時保溫伴熱；④變送器安裝高度需考慮遷移，消除附加差壓影響。2.干擾來源：①工藝擾動（如物料流量、溫度、成分變化）；②儀表擾動（如電源波動、信號干擾）；③環(huán)境擾動（如溫度、濕度、電磁場干擾）?？垢蓴_措施：①檢測點遠離干擾源；②屏蔽電纜傳輸信號，做好接地（信號地、屏蔽地、電源地分開）；③儀表隔離（如隔離變送器）；④算法濾波（如積分抑制高頻干擾）；⑤工藝緩沖（如穩(wěn)定物料供應(yīng)、設(shè)置緩沖罐）。3.比例（P）：輸出與偏差成正比，響應(yīng)快但有余差；適用于負荷穩(wěn)定、允許余差的系統(tǒng)（如液位控制）。積分（I）：輸出與偏差積分成正比，消除余差但響應(yīng)慢、易超調(diào)；常與P結(jié)合（PI），適用于無余差要求的系統(tǒng)（如溫度、成分控制）。微分（D）：輸出與偏差變化率成正比，提前抑制偏差、減小超調(diào)，但對噪聲敏感；常與PI結(jié)合（PID），適用于滯后大、負荷波動的系統(tǒng)（如溫度控制）。4.結(jié)構(gòu)：由主控制器、副控制器、主/副對象、主/副測量變送器組成；主控制器輸出為副控制器設(shè)定值，副控制器輸出控制執(zhí)行器，副變量反饋至副控制器，主變量反饋至主控制器。核心優(yōu)勢：①對副回路干擾抑制能力強；②減小對象時間常數(shù)，提高響應(yīng)速度；③提升系統(tǒng)抗干擾能力與控制精度，適用于滯后大、干擾多的對象（如加熱爐溫度控制）。四、計算題1.最大絕對誤差：Δ_max=量程×精度等級%=1.6MPa×1.0%=0.016MPa。最大相對誤差：γ=(Δ_max/實際測量值)×100%=(0.016/1.0)×100%=1.6%。2.比例度：δ=2×40%=80%；積分時間：T_i=0.85×3min=2.55min；微分時間：T_d=0.125×3min=0.375min。五、綜合應(yīng)用題（示例）（1）控制系統(tǒng)類型：串級控制系統(tǒng)。理由：塔內(nèi)壓力波動是主要干擾，將其納入副回路可快速抑制干擾，提升控制精度。（2）變量選擇：被控變量：塔頂溫度（需穩(wěn)定在85℃）；操縱變量：塔頂回流量（或冷卻水量，通過改變回流量/冷卻水量調(diào)節(jié)溫度）。（3）控制規(guī)律與正反作用：主控制器（溫度）：選PID（需消除余差、抑制超調(diào)）；副控制器（壓力）：選PI（快速抑制壓力波動）。正反作用判斷：假設(shè)回流量增加→塔頂溫度降低（對象為“負作用”）；當溫度測量值低于設(shè)定值（偏差為正），主控制器輸出應(yīng)增加，使回流量增加、溫度回升，故主控制器為正作用。（4）執(zhí)行器類型：選氣關(guān)式。理由：若氣源中斷，需保證冷卻介質(zhì)