一、填空題

1. 方框與方框之間的連接線，只是代表方框之間的 ，并不代表方框之間的物料聯(lián)系。

2. 自動控制系統(tǒng)是具有被控變量 反饋的 環(huán)系統(tǒng)。

1. 機理建模的優(yōu)點是具有明確的 ，所得的模型具有很大的適應(yīng)性，便于對 進行調(diào)整。

2. 對象數(shù)學(xué)模型包括 一階對象， 。

3. 描述對象特性的參數(shù)包括： 。

4. 時間常數(shù)T的物理意義：當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持 速度變化，達到新的 所需要的時間。

5. 從加入輸入作用后，經(jīng)過 時間，被控變量已經(jīng)變化了全部變化范圍的 ，這時可以近似地認為動態(tài)過程基本結(jié)束。

6. 滯后時間按照滯后性質(zhì)分可以分為： 和 。

7. 某臺測溫儀表的測溫范圍為200—700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為℃，則該表的相對百分誤差是 ，該儀表的精確度等級是 。（精確度等級有： ,，，,,）

8. 某臺測溫儀表的測量范圍為0—1000℃，根據(jù)工藝要求溫度只是指的誤差不允許超過±6℃，則該儀表的允許誤差為 ，應(yīng)選擇的儀表等級是 。（精確度等級有： ,，，,,）

9. 是表征線性刻度儀表的輸出與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。

10. 工業(yè)儀表按照儀表使用的能源分類可以分為： ， ， 。

11. 表壓等于絕對壓力 大氣壓力。

12. 真空度等于大氣壓力 絕對壓力。

13. 普通壓力計的彈簧管多采用價格相對便宜的 ，但氨氣用壓力計彈簧管的材料卻都要采用 材料，這是因為氨氣對 的腐蝕性極強。

14. 氧氣壓力計與普通壓力計在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓力計要 。

15. 測量穩(wěn)壓時，儀表上限約為工作壓力最大值的 倍。

16. 測量脈動壓力時，儀表上限約為工作壓力最大值的 倍。

17. 測量高壓壓力時，儀表上限約為工作壓力最大值的 倍。

18. 測量液體壓力時，取壓點應(yīng)在管道的 ，測量氣體壓力時取壓點應(yīng)在管道的 。

19. 標準節(jié)流裝置主要包括： ， 和 。

20. 標準孔板主要采用的取壓方法有 和 。

21. 標準孔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；缺點是 。

22. 標準噴嘴和標準文丘里管缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易加工，優(yōu)點是 。

23. 對于差壓液位變送器，遷移同時改變了測量范圍的上下限，相當于測量范圍的 ，它不改變 的大小。

24. 電容式物位計的工作原理是 與 成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)不等的原理進行工作。介電常數(shù)查越 ，儀表越靈敏。

25. 稱重式液罐計是根據(jù) 設(shè)計，它既能準確測量液位，又能反映出罐中的真實的 儲量（填：質(zhì)量 或者 體積），其測量的質(zhì)量與罐內(nèi)液體的密度 （填：有關(guān) 或者 無關(guān)）。

26. 常用的測量溫度的儀表按照測溫方式分可分為 和 。

27. 目前解釋熱電效應(yīng)的理論是 古典電子理論 。

28. 如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無論兩接點溫度如何，閉合回路的總熱電勢為 。

29. 如果熱電偶兩接點 相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，閉合回路的總熱電勢為零。

30. 熱電偶溫度計中冷端補償?shù)姆椒ㄓ心奈宸N： ， ，

， ，和 。

31. 在中、低溫區(qū)，一般是使用 來進行溫度的測量較為適宜。(填：熱電偶溫度計 或者 熱電阻溫度計)

32. 工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對應(yīng)分度號為 。另一種是R0＝100Ω，對應(yīng)分度號為 。

33. 控制器的基本控制規(guī)律包括： （其中以雙位控制比較常用）、 （P）、 （I）、 （D）及它們的組合形式，如 （PI）、 （PD）和 （PID）。

34. 在 控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免的產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩； 控制系統(tǒng)可以消除震蕩，但存在余差。

35. 控制系統(tǒng)可以消除余差，但當負荷變化劇烈時，反應(yīng)動作緩慢； 控制系統(tǒng)具有超前控制功能，但它的輸出不能反映偏差的大小。

36. 氣動執(zhí)行器中的執(zhí)行機構(gòu)按照結(jié)構(gòu)分可以分為： ， ， 。

37. 直通雙座控制閥的優(yōu)點是 ， 缺點是 。

38. 控制閥的等百分比流量特性是指： 。

39. 目前生產(chǎn)的模擬式控制器一般都同時具有比例，積分，微分三種作用。只要將其中的微分時間TD置于 ，就成了比例積分控制器，如果同時將積分時間TI置于 ，變成了比例控制器。

二． 計算題（滿分10分）

1. 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間（給定值為200℃）。

2. 為了測定某重油預(yù)熱爐的對象特性，在某瞬間（假定為t0=0）突然將燃料燃氣量從h增加到h，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反應(yīng)曲線如圖1所示。假定該對象為一階對象，是寫出描述改重油預(yù)熱爐特性的微分方程是（分別以溫度變化量與燃料量變化量為輸出量與輸入量），并寫出燃料量變化量為h是溫度變化量的函數(shù)表達式。已知：t=8min時，T=145℃.

3. 已知一個簡單水槽，其截面積為，水槽中的液體有正位移泵抽出，即流出量是恒定的。如果在穩(wěn)定的情況下，輸入流量突然在原來的基礎(chǔ)上增加了，試畫出水槽液位△h的變化曲線。

4. 某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為400±2oC，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過6oC?，F(xiàn)設(shè)計運行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾下的過渡過程曲線如圖所示。問該過程的最大偏差、余差、衰減比、過渡時間（按被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的±2%為準）和振蕩周期。

5. 現(xiàn)用一只以水標定的轉(zhuǎn)子流量計來測量苯的流量，已知轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，ρt＝cm3，苯的密度為ρf＝cm3。試問流量計讀數(shù)為s時，苯的實際流量是多少？

6. 某廠用轉(zhuǎn)子流量計來測量溫度為27℃，表壓為的空氣流量，問轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為38Nm3/h時，空氣的實際流量是多少？

7. 用鎳鉻-銅鎳熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得的熱電勢E（t，t1）＝66982μV，而自由端的溫度t1＝30℃，求被測的實際溫度。 （已知：E(30，0)=1801μV， E, 0)=66982Μv, E(900, 0)=68783μV ）

六、問答題（滿分30分）

1.彈簧管壓力計的測壓原理是什么？試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。

測壓原理：將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈簧管自由端的位移來進行測量的。

主要組成：彈簧管、放大機構(gòu)、指針、面板及壓力接頭。

測壓過程：當被測壓力通入彈簧管后，由于彈簧管在壓力作用下產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生位移，經(jīng)放大后就可以由指針在面板上指示出相應(yīng)的壓力值。

2. 霍爾片式壓力傳感器是如何利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)壓力測量的？

將霍爾元件與彈簧管配合，可組成霍爾片式彈簧管壓力傳感器。當被測壓力引入后，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在磁場中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例，利用這一電勢就可實現(xiàn)壓力的測量。

3. 電容式壓力傳感器的工作原理是什么？有何特點？

工作原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定極板組成可變電容器。當被測壓力變化時，由于測壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。

特點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、過載能力大、測量精度可達級、可以測量壓力和差壓

4. 什么是節(jié)流現(xiàn)象，并簡述簡述節(jié)流裝置測量流量的基本原理。

節(jié)流現(xiàn)象：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

基本原理：節(jié)流裝置前后壓差大小與流量有關(guān)，流量越大，節(jié)流裝置前后壓差越大，只要測出孔板前后兩側(cè)壓差，即可表示流量大小。

5. 測量壓力時由引壓導(dǎo)管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組，如圖所示。簡述啟動和關(guān)閉差壓計時切斷閥1,2,3打開或關(guān)閉的順序，并簡述原因。

6. 簡述轉(zhuǎn)子流量計和差壓流量計測量原理的不同之處。

轉(zhuǎn)子流量計以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。而差壓流量計是在節(jié)流面積不變的情況下，以差壓變化來反映流量大小。

7. 試證明稱重式液罐計量儀所測的罐內(nèi)液體質(zhì)量與液體的密度無關(guān)。

8. 試證明熱電偶溫度計中插入第三根導(dǎo)線時，只要保持接觸點溫度一致則對整個回路的電勢沒有影響。

9. 試寫出幾分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式。為什么積分控制能消除余差？

10. 畫出氣關(guān)式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖；在控制系統(tǒng)中如何選擇執(zhí)行器類型？舉例說明。

在控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是按安全原則選擇類型的，也就是當控制信號中斷時，要保證設(shè)備和操作人員的安全。如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變量時，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當信號中斷時，切斷燃料，保證安全。

11. 熱電偶為什么要進行冷端溫度補償？有哪些冷端溫度補償方法？原理是什么？

答：①因為各種顯示儀表和熱電偶分度表都是在熱電偶冷端溫度為零的時候做出的。但實際中熱電偶冷端溫度不等于零，且經(jīng)常波動，這必然造成輸出減少，所以要進行熱電偶的冷端溫度補償。

②熱電偶常用的冷端溫度補償方法有：冰浴法、公式計算法、儀表機械零點調(diào)整法、電橋補償法和補償熱電偶

③

? 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。

? 計算法：EAB（t，0）＝ EAB（t，t0）＋ EAB（t0，0）

? 儀表零點調(diào)整法：將儀表的機械零點調(diào)到t0

? 補償電橋法：用電橋產(chǎn)生EAB（t0， 0）與EAB（t，t0）疊加，即可消除t0變化對測量的影響。

? 補償熱電偶：用與測量熱電偶同型號的熱電偶進行補償，用于多支熱電偶。

12. （10分）控制器輸入偏差是階躍信號（見下圖），請根據(jù)已知參數(shù)，畫出P、PI的輸出響應(yīng)曲線。

（1）P輸出，已知：比例度δ=50% （2）PI輸出，已知：比例度δ=100%

積分時間Ti=1分

答：

13. (20分)下圖為加熱爐裝置，工藝要求利用燃料量來控制爐出口介質(zhì)溫度t(簡單控制系統(tǒng))；

① 指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量、控制變量、干擾量是什么？

② 在下圖中畫出控制流程圖；

③ 選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型以及控制器的作用方向；

④ 畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖；

⑤ 簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程（可設(shè)溫度t升高，分析調(diào)節(jié)動作過程）。

答：① 構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量是出口介質(zhì)溫度；操縱變量是燃料量，干擾量是：進料流量和溫度、燃料的壓力、爐膛溫度和壓力以及環(huán)境溫度。

② 控制流程圖見下圖。

③ 執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，控制器為反作用方向。

④ 簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖。

⑤ 該系統(tǒng)克服干擾的過程：當干擾作用使溫度t升高，測量大于給定，控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號減少，氣開閥關(guān)小，燃料量減少，塔頂溫度下降，維持給定。

14. 畫出氣開式類型執(zhí)行器的兩種簡單結(jié)構(gòu)示意簡圖；控制系統(tǒng)在什么情況下選擇氣開類型執(zhí)行器？舉例說明。

如：加熱爐溫度控制，當燃料量為操縱變量時，其執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開類型，當信號中斷時，切斷燃料，保證安全。

15. 工藝要求利用回流量來控制塔頂溫度t(簡單控制系統(tǒng))，為保證塔正常操作，回流量不允許中斷。

① 指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量、操縱變量、主要干擾是什么？ （4分）

② 在圖上畫出控制流程圖并確定執(zhí)行器類型； （5分）

③ 選擇控制器的作用方向； （3分）

④ 畫出簡單控制系統(tǒng)方框圖； （4分）

⑤ 簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程（可設(shè)溫度t升高，分析控制動作過程）。（4分）

答：① 構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量是塔頂溫度；操縱變量是塔頂回流量，主要干擾量是：進料的流量和溫度，回流的溫度和流量，加熱蒸汽量等。

② 控制圖見下圖，執(zhí)行器為氣關(guān)式。

③ 控制器為反作用方向。

④ 簡單控制系統(tǒng)方框圖見下圖

⑤ 該系統(tǒng)克服干擾的過程：當干擾作用使溫度t升高，測量大于給定，控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號增加，氣開閥開大，回流量加大，塔頂溫度下降，回復(fù)給定。

16.計算下圖液位差壓變送器的量程、測量范圍及遷移量。

已知：H=0～10m h= ρ=35kg/m3 g ≈10m/s2

答：ΔP=P+-P-=Hρg+hρg=3500H+4200 Pa

差壓變送器：量程=35000 (Pa)測量范圍=4200～39200 (Pa)

遷移量=4200 (Pa)

17. 某列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在（90±1）℃。已知主要干擾為蒸汽壓力的波動。

（1） 確定被控變量，并選擇相應(yīng)的測量元件。

（2） 制定合理的控制方案。

（3） 如物料溫度不允許過高，否則易裂解，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)式。

（4） 畫出控制流程圖與方框圖。

答：①被控變量為列管式蒸汽加熱器物料出口溫度，因測量溫度較低但精度較高選擇鉑熱電阻為測量元件。

②干擾為蒸汽壓力，控制方案選用副參數(shù)為蒸汽壓力主參數(shù)為物料出口溫度的串級控制。

③控制閥選用的氣開式

④控制流程圖與方框圖如圖

18. 如圖為釜式反應(yīng)器，釜內(nèi)溫度通過改變冷卻劑流量的方式來控制。

① 指出構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量、控制變量、干擾量是什么？

② 如果冷卻劑壓力為主要干擾，選擇控制方案，在下圖中畫出控制流程圖；

③ 選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型；

④ 畫出控制系統(tǒng)的方框圖；

⑤ 簡單說明該系統(tǒng)克服干擾的過程（可設(shè)溫度t升高，分析調(diào)節(jié)動作過程）。

答：① 構(gòu)成控制系統(tǒng)時的被控變量是釜內(nèi)溫度。操縱變量是冷卻劑流量，干擾量是：冷卻劑壓力和溫度、攪拌速度以及環(huán)境溫度。

② 控制流程圖見下圖1。

③ 執(zhí)行器應(yīng)選擇氣關(guān)類型。

④ 控制系統(tǒng)方框圖見下圖2。

⑤ 該系統(tǒng)克服干擾的過程：當干擾作用使溫度t升高，測量大于給定，控制器輸入偏差增大，其輸出控制信號減少，氣關(guān)閥開大，冷卻劑流量增加，釜內(nèi)溫度下降，維持給定。