(2025年)化工儀表及自動(dòng)化試題附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中，補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反，且冷端溫度高于儀表設(shè)定的參考溫度（0℃），則測(cè)量結(jié)果會(huì)（）。A.偏高B.偏低C.不變D.波動(dòng)答案：B2.壓力變送器進(jìn)行負(fù)遷移后，其量程（）。A.增大B.減小C.不變D.與遷移量成線性關(guān)系答案：C3.電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于（）。A.伯努利方程B.法拉第電磁感應(yīng)定律C.科里奧利力D.熱擴(kuò)散原理答案：B4.雙法蘭液位計(jì)測(cè)量密閉容器液位時(shí)，若容器內(nèi)介質(zhì)密度由1000kg/m3降至900kg/m3（其他條件不變），則儀表顯示值會(huì)（）。A.偏高B.偏低C.不變D.先高后低答案：A5.PID控制器中，積分作用的主要目的是（）。A.消除余差B.加快響應(yīng)速度C.抑制超調(diào)D.提高穩(wěn)定性答案：A6.氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力與（）成正比。A.輸入氣壓信號(hào)B.閥桿位移C.閥芯面積D.彈簧剛度答案：A7.串級(jí)控制系統(tǒng)中，主控制器的輸出作為副控制器的（）。A.測(cè)量值B.給定值C.干擾量D.輸出限幅值答案：B8.某控制系統(tǒng)過渡過程出現(xiàn)等幅振蕩，可能的原因是（）。A.比例度太小B.積分時(shí)間太長(zhǎng)C.微分時(shí)間太短D.干擾量過小答案：A9.智能儀表與傳統(tǒng)儀表的核心區(qū)別在于（）。A.具備通信功能B.集成微處理器C.精度更高D.耐腐蝕性更強(qiáng)答案：B10.安全儀表系統(tǒng)（SIS）的安全完整性等級(jí)（SIL）由（）決定。A.響應(yīng)時(shí)間B.失效概率C.輸出信號(hào)類型D.供電可靠性答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由節(jié)流件、（）和取壓裝置三部分組成。答案：前后直管段2.熱電阻測(cè)溫時(shí)，三線制接法的主要作用是（）。答案：消除連接導(dǎo)線電阻的影響3.壓力檢測(cè)中，表壓等于絕對(duì)壓力（）大氣壓力。答案：減去4.浮筒液位計(jì)的測(cè)量原理基于（）定律。答案：阿基米德5.調(diào)節(jié)閥的流量特性分為理想特性和（）特性。答案：工作6.PID控制中，比例度δ越小，比例作用（）。答案：越強(qiáng)7.集散控制系統(tǒng)（DCS）的核心結(jié)構(gòu)是（）。答案：分散控制、集中管理8.熱電偶的熱電勢(shì)大小僅與（）和材料有關(guān)，與熱電極長(zhǎng)度無關(guān)。答案：兩端溫度9.超聲波流量計(jì)按測(cè)量原理可分為時(shí)差法、（）和多普勒法。答案：相位差法10.單回路控制系統(tǒng)的四個(gè)基本環(huán)節(jié)是（）、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象。答案：檢測(cè)變送11.儀表的精度等級(jí)是根據(jù)（）的大小劃分的。答案：最大引用誤差12.氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式是指輸入氣壓增大時(shí)，閥門（）。答案：打開13.比值控制系統(tǒng)中，主動(dòng)量與從動(dòng)量的比值稱為（）。答案：比值系數(shù)14.數(shù)字式顯示儀表的核心部件是（）。答案：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）15.儀表的可靠性通常用（）和平均故障間隔時(shí)間（MTBF）表示。答案：失效率16.前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是（）補(bǔ)償干擾。答案：按干擾17.智能閥門定位器可實(shí)現(xiàn)（）功能，如閥門行程檢測(cè)、故障診斷。答案：自診斷18.化工生產(chǎn)中，常用的防爆儀表類型有隔爆型、（）和本質(zhì)安全型。答案：增安型19.控制系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)包括最大偏差、（）、余差、過渡時(shí)間和振蕩周期。答案：超調(diào)量20.雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理基于（）的發(fā)射與反射。答案：電磁波三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述差壓式流量計(jì)的工作原理及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的要求。答案：差壓式流量計(jì)基于流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)產(chǎn)生的壓力差與流量的平方成正比的原理工作（2分）。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置要求：①節(jié)流件結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、前后直管段長(zhǎng)度等符合國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（2分）；②被測(cè)流體需充滿管道、單相且無顯著脈動(dòng)（2分）。2.熱電偶測(cè)溫時(shí)為何需要冷端補(bǔ)償？常用的補(bǔ)償方法有哪些？答案：熱電偶的熱電勢(shì)與熱端和冷端的溫差有關(guān)，只有冷端溫度恒定（或已知）時(shí)，才能通過熱電勢(shì)確定熱端溫度（2分）。常用補(bǔ)償方法：①冷端恒溫法（如冰浴法）；②補(bǔ)償導(dǎo)線法（延伸冷端至溫度穩(wěn)定處）；③電橋補(bǔ)償法（利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓抵消冷端溫度變化的影響）；④軟件補(bǔ)償法（通過儀表內(nèi)置算法修正冷端溫度）（各1分，共4分）。3.比較氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、防爆性能好、可靠性高、價(jià)格低（2分）；缺點(diǎn)：需要?dú)庠?、響?yīng)速度較慢、輸出力較?。?分）。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作靈敏、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、可直接與DCS連接（1分）；缺點(diǎn)：防爆性能差（需特殊處理）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高（1分）。4.說明串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要應(yīng)用場(chǎng)合。答案：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有主、副兩個(gè)控制器，副回路包圍主對(duì)象的一部分，主控制器的輸出作為副控制器的給定（2分）。應(yīng)用場(chǎng)合：①對(duì)象滯后大或慣性大（如加熱爐溫度控制）；②干擾頻繁且幅度大（如精餾塔進(jìn)料流量干擾）；③對(duì)象非線性嚴(yán)重（如反應(yīng)器溫度控制）；④需要提高控制質(zhì)量（如產(chǎn)品質(zhì)量控制）（各1分，共4分）。5.簡(jiǎn)述智能儀表的主要功能及在化工自動(dòng)化中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。答案：主要功能：數(shù)據(jù)采集與處理、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷、通信（如HART、Modbus協(xié)議）、控制算法集成（2分）。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：①提高測(cè)量精度（通過軟件修正誤差）；②增強(qiáng)可靠性（自診斷減少故障停機(jī)）；③簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（集成多種功能）；④支持遠(yuǎn)程監(jiān)控（與DCS/PLC無縫連接）；⑤適應(yīng)復(fù)雜控制需求（內(nèi)置PID、模糊控制等算法）（各1分，共4分）。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)采用K型熱電偶（分度號(hào)K，熱電勢(shì)-溫度關(guān)系：E(100℃,0℃)=4.095mV，E(200℃,0℃)=8.137mV）。實(shí)際測(cè)量時(shí)，冷端溫度為30℃，儀表顯示溫度為180℃（儀表按冷端0℃刻度）。求反應(yīng)釜實(shí)際溫度。解：儀表顯示溫度180℃對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)E(180℃,0℃)可通過線性插值計(jì)算（2分）：E(180℃,0℃)=E(100℃,0℃)+(180-100)/(200-100)×(E(200℃,0℃)-E(100℃,0℃))=4.095+80/100×(8.137-4.095)=4.095+3.2336=7.3286mV（3分）實(shí)際冷端溫度為30℃，需計(jì)算E(實(shí)際溫度,30℃)=E(實(shí)際溫度,0℃)-E(30℃,0℃)（2分）。查表得E(30℃,0℃)=1.203mV（假設(shè)已知），則：E(實(shí)際溫度,0℃)=E(儀表顯示電勢(shì))+E(30℃,0℃)=7.3286+1.203=8.5316mV（2分）根據(jù)分度表，E(200℃,0℃)=8.137mV，E(210℃,0℃)=8.538mV（假設(shè)），實(shí)際溫度約為210℃（1分）。2.某管道內(nèi)介質(zhì)為水（密度1000kg/m3），采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量流量，設(shè)計(jì)差壓Δp=80kPa時(shí)流量Q=100m3/h。實(shí)際運(yùn)行中，差壓變送器輸出電流為16mA（量程0-20mA對(duì)應(yīng)0-80kPa），求實(shí)際流量。解：差壓式流量計(jì)流量與差壓的平方根成正比（2分），即Q=K√Δp。設(shè)計(jì)時(shí)：100=K√80000→K=100/√80000（2分）。實(shí)際差壓Δp_實(shí)=(16-4)/(20-4)×80kPa=(12/16)×80=60kPa（3分）。實(shí)際流量Q_實(shí)=K√Δp_實(shí)=(100/√80000)×√60000=100×√(60000/80000)=100×√(0.75)=100×0.866≈86.6m3/h（3分）。五、綜合分析題（20分）某化工廠苯-甲苯精餾塔塔頂溫度控制要求為80±1℃，主要干擾為進(jìn)料流量波動(dòng)（±15%）和蒸汽壓力波動(dòng)（±10%）?，F(xiàn)有檢測(cè)儀表：熱電阻（0-150℃，精度0.5級(jí)）、熱電偶（0-300℃，精度0.2級(jí)）；執(zhí)行器：氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥（氣開式，流量特性為等百分比）、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（線性特性）；控制器：PID控制器（可選參數(shù)范圍：比例度δ=5%-200%，積分時(shí)間Ti=0.1-20min，微分時(shí)間Td=0-10min）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該溫度控制系統(tǒng)，說明：（1）檢測(cè)儀表選型及理由；（2）控制方案（單回路/串級(jí)）選擇及依據(jù)；（3）執(zhí)行器選型（氣開/氣關(guān)、流量特性）及原因；（4）PID參數(shù)整定的大致步驟及注意事項(xiàng)。答案要點(diǎn)：（1）檢測(cè)儀表選型：選擇熱電阻（2分）。理由：塔頂溫度80℃屬于中低溫范圍，熱電阻在0-200℃范圍內(nèi)精度和穩(wěn)定性優(yōu)于熱電偶（本題中熱電阻精度0.5級(jí)，熱電偶0.2級(jí)但量程過大，導(dǎo)致測(cè)量誤差絕對(duì)值更大：熱電阻最大誤差=±0.5%×(150-0)=±0.75℃，熱電偶=±0.2%×(300-0)=±0.6℃，但實(shí)際測(cè)量點(diǎn)80℃離熱電偶量程起點(diǎn)遠(yuǎn)，線性誤差可能更大；且熱電阻信號(hào)更穩(wěn)定，適合溫度控制（3分）。（2）控制方案：選擇串級(jí)控制系統(tǒng)（2分）。依據(jù)：主要干擾為進(jìn)料流量和蒸汽壓力波動(dòng)，單回路控制難以快速克服干擾（副回路可選擇蒸汽流量或進(jìn)料流量作為副變量，將干擾納入副回路提前控制，提高系統(tǒng)抗干擾能力）（3分）。（3）執(zhí)行器選型：氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥（氣開式），等百分比流量特性（2分）。原因：精餾塔蒸汽控制需防爆（氣動(dòng)閥防爆性能好）；氣開式在氣源中斷時(shí)關(guān)閉閥門，避免蒸汽過量導(dǎo)致超溫（安全考慮）；等百分比特性在小開度時(shí)流量變化小