儀表高級理論模擬習題與參考答案

儀表高級理論模擬習題與參考答案一、選擇題1.以下哪種傳感器不屬于溫度傳感器？A.熱電偶B.熱電阻C.壓電式傳感器D.熱敏電阻答案：C。熱電偶、熱電阻和熱敏電阻都是常見的溫度傳感器。熱電偶基于熱電效應將溫度轉化為電動勢；熱電阻利用電阻隨溫度變化的特性測量溫度；熱敏電阻也是通過阻值變化反映溫度。而壓電式傳感器主要用于測量力、壓力、加速度等物理量，不是溫度傳感器。2.在自動控制系統(tǒng)中，比例積分微分（PID）控制器中積分環(huán)節(jié)的主要作用是：A.消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差B.加快系統(tǒng)的響應速度C.減小系統(tǒng)的超調量D.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性答案：A。積分環(huán)節(jié)的作用是對誤差進行積分，隨著時間的積累，只要存在誤差，積分項就會不斷變化，直到誤差消除，從而消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。比例環(huán)節(jié)主要用于加快系統(tǒng)的響應速度；微分環(huán)節(jié)主要用于減小系統(tǒng)的超調量和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.某儀表的精度等級為0.5級，其含義是該儀表的：A.最大絕對誤差為±0.5%B.最大相對誤差為±0.5%C.引用誤差為±0.5%D.基本誤差為±0.5%答案：C。精度等級是根據儀表的引用誤差來劃分的。引用誤差是指絕對誤差與儀表量程之比的百分數。某儀表精度等級為0.5級，表示該儀表的引用誤差為±0.5%。4.以下關于流量測量的說法，錯誤的是：A.孔板流量計是一種差壓式流量計B.渦街流量計測量精度高，適用于各種流體的測量C.電磁流量計只能測量導電液體的流量D.轉子流量計屬于變面積式流量計答案：B?？装辶髁坑嬍堑湫偷牟顗菏搅髁坑嫞ㄟ^測量孔板前后的壓差來計算流量。電磁流量計基于電磁感應原理，只能測量導電液體的流量。轉子流量計是變面積式流量計，通過轉子的位置變化反映流量大小。而渦街流量計雖然測量精度較高，但并非適用于各種流體的測量，對于高粘度、低雷諾數的流體測量效果不佳。5.在DCS（分布式控制系統(tǒng)）中，現場控制站的主要功能是：A.數據采集與處理B.人機交互C.系統(tǒng)通信D.控制算法實現答案：A?，F場控制站主要負責對現場的各種參數進行采集，并進行初步的數據處理。人機交互通常由操作站完成；系統(tǒng)通信有專門的通信網絡和設備來保障；控制算法實現雖然也是現場控制站的一部分功能，但數據采集與處理是其最主要的功能。二、判斷題1.傳感器的靈敏度越高，測量精度就一定越高。（×）傳感器的靈敏度是指傳感器輸出變化量與輸入變化量的比值。靈敏度高只是表示對輸入信號的變化比較敏感，但測量精度還受到其他因素的影響，如線性度、重復性、遲滯等。如果傳感器存在較大的非線性、重復性差等問題，即使靈敏度高，測量精度也不一定高。2.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動作用后，能夠自動恢復到原來的平衡狀態(tài)的能力。（√）穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的重要性能指標之一。當系統(tǒng)受到外界擾動作用時，會偏離原來的平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)具有穩(wěn)定性，它能夠通過自身的調節(jié)作用，逐漸消除擾動的影響，恢復到原來的平衡狀態(tài)。3.智能儀表一般都具有自診斷功能。（√）智能儀表通常內置了微處理器和相應的軟件，能夠對自身的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測和診斷。當儀表出現故障或異常時，能夠自動檢測并給出相應的報警信息，方便維護人員進行故障排查和修復。4.壓力測量中，絕對壓力等于表壓力加上大氣壓力。（√）根據壓力的測量基準不同，壓力可分為絕對壓力、表壓力和真空度。絕對壓力是以絕對真空為基準的壓力，表壓力是以大氣壓力為基準的壓力。所以絕對壓力等于表壓力加上大氣壓力。5.調節(jié)閥的流量特性是指調節(jié)閥的相對流量與相對開度之間的關系。（√）調節(jié)閥的流量特性描述了調節(jié)閥在不同開度下，通過調節(jié)閥的流量與最大流量之間的相對關系。常見的流量特性有線性流量特性、等百分比流量特性、快開流量特性等。三、簡答題1.簡述熱電偶的工作原理。熱電偶是基于熱電效應工作的。兩種不同材料的導體A和B組成一個閉合回路，當兩個接點1和2的溫度不同時（設T>T0），在回路中就會產生熱電勢EAB(T,T0)。熱電勢由兩部分組成：一部分是接觸電勢，它是由于兩種不同導體的自由電子密度不同，在它們的接觸處會發(fā)生電子的擴散，當擴散達到動態(tài)平衡時，在接觸處形成的電勢差；另一部分是溫差電勢，它是由于同一導體兩端溫度不同，使得高溫端的自由電子向低溫端擴散，從而在導體兩端形成的電勢差。總的熱電勢EAB(T,T0)是接觸電勢和溫差電勢的代數和。在實際應用中，通常將一個接點溫度固定（冷端），通過測量熱電勢來確定另一個接點（熱端）的溫度。2.簡述DCS系統(tǒng)的特點。DCS系統(tǒng)即分布式控制系統(tǒng)，具有以下特點：-分散控制：將控制功能分散到各個現場控制站，每個控制站可以獨立完成一定的控制任務，避免了集中控制可能帶來的風險。如果某個控制站出現故障，不會影響其他控制站的正常運行，提高了系統(tǒng)的可靠性。-集中管理：通過操作站和工程師站等對整個系統(tǒng)進行集中的監(jiān)控和管理。操作人員可以在中央控制室對各個現場的參數進行實時監(jiān)測和控制，工程師可以對系統(tǒng)進行組態(tài)、編程和維護等操作，方便了系統(tǒng)的管理和維護。-通信網絡：采用高速可靠的通信網絡將各個部分連接起來，實現數據的實時傳輸和共享。不同的控制站、操作站和工程師站之間可以通過通信網絡進行信息交換，保證了系統(tǒng)的協調性和整體性。-開放性：DCS系統(tǒng)通常具有開放性的體系結構，可以方便地與其他系統(tǒng)進行集成。例如，可以與企業(yè)的管理信息系統(tǒng)（MIS）、先進控制系統(tǒng)（APC）等進行連接，實現企業(yè)的綜合自動化。-可擴展性：系統(tǒng)具有良好的可擴展性，可以根據用戶的需求方便地增加或減少控制站、操作站等設備。當企業(yè)的生產規(guī)模擴大或生產工藝改變時，可以對DCS系統(tǒng)進行相應的擴展和升級。3.簡述智能儀表的優(yōu)點。智能儀表具有以下優(yōu)點：-精度高：智能儀表采用了先進的微處理器和數字信號處理技術，能夠對測量數據進行精確的處理和計算，大大提高了測量精度。同時，還可以通過軟件進行校準和補償，進一步提高測量的準確性。-功能強大：除了基本的測量功能外，智能儀表還具有多種附加功能。例如，具有數據存儲功能，可以記錄一段時間內的測量數據；具有通信功能，可以與其他設備進行數據傳輸和通信；具有自診斷功能，能夠自動檢測自身的故障并給出報警信息。-可靠性高：智能儀表采用了模塊化設計和冗余技術，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，由于采用了數字電路和軟件控制，減少了硬件電路的復雜性，降低了故障發(fā)生的概率。-操作方便：智能儀表通常配備了友好的人機界面，如液晶顯示屏、鍵盤等，操作人員可以方便地進行參數設置、數據查詢等操作。有些智能儀表還支持遠程操作和監(jiān)控，進一步提高了操作的便利性。-可維護性好：智能儀表具有自診斷功能，能夠快速準確地定位故障。同時，由于采用了模塊化設計，更換故障模塊非常方便，減少了維護時間和成本。四、計算題1.某壓力傳感器的量程為0-10MPa，精度等級為0.2級。當測量值為5MPa時，求該測量值的最大絕對誤差和相對誤差。解：（1）首先根據精度等級計算最大引用誤差精度等級為0.2級，即最大引用誤差δm=±0.2%（2）計算最大絕對誤差Δm最大絕對誤差Δm=量程×最大引用誤差量程為10-0=10MPa所以Δm=10×(±0.2%)=±0.02MPa（3）計算相對誤差δ相對誤差δ=(Δm/測量值)×100%測量值為5MPa所以δ=(±0.02/5)×100%=±0.4%答：該測量值的最大絕對誤差為±0.02MPa，相對誤差為±0.4%。2.有一流量控制系統(tǒng)，采用孔板流量計測量流量，已知孔板流量計的流量系數C=0.6，孔板的開孔直徑d=50mm，管道直徑D=100mm，被測流體的密度ρ=1000kg/m3，差壓變送器測得的差壓Δp=10000Pa。求通過孔板的流量Q。解：根據孔板流量計的流量計算公式：\[Q=C\times\frac{\pi}{4}d^{2}\sqrt{\frac{2\Deltap}{\rho}}\]將已知數據代入公式：\(C=0.6\)，\(d=50mm=0.05m\)，\(\rho=1000kg/m3\)，\(\Deltap=10000Pa\)\[Q=0.6\times\frac{\pi}{4}\times(0.05)^{2}\sqrt{\frac{2\times10000}{1000}}\]\[Q=0.6\times\frac{\pi}{4}\times0.0025\times\sqrt{20}\]\[Q=0.6\times\frac{\pi}{4}\times0.0025\times4.472\]\[Q=0.6\times\frac{\pi}{4}\times0.01118\]\[Q=0.0052m^{3}/s\]答：通過孔板的流量Q為0.0052m3/s。五、綜合題1.某化工廠有一個液位控制系統(tǒng)，要求液位保持在一定的范圍內。系統(tǒng)采用液位傳感器測量液位，通過調節(jié)閥調節(jié)進料流量來控制液位。請設計該液位控制系統(tǒng)的組成框圖，并簡要說明各部分的作用。液位控制系統(tǒng)的組成框圖主要包括以下幾個部分：-液位傳感器：安裝在液位容器上，實時測量液位的高度，并將液位信號轉換為電信號（如4-20mA電流信號）輸出。其作用是為控制系統(tǒng)提供液位的實際測量值。-控制器：接收液位傳感器輸出的信號，并與設定的液位值進行比較，根據比較結果按照一定的控制算法（如PID算法）計算出控制信號?？刂破鞯淖饔檬歉鶕何坏钠町a生合適的控制量，以實現對液位的精確控制。-調節(jié)閥：接收控制器輸出的控制信號，通過改變閥門的開度來調節(jié)進料流量。調節(jié)閥的作用是執(zhí)行控制器的控制指令，改變進料流量，從而使液位趨近于設定值。-液位容器：儲存液體，是被控制的對象。液位的變化反映了進料流量和出料流量的平衡關系。其組成框圖如下：液位傳感器→控制器→調節(jié)閥→液位容器（反饋至液位傳感器）在這個系統(tǒng)中，液位傳感器將液位信息反饋給控制器，控制器根據反饋信息進行決策并輸出控制信號給調節(jié)閥，調節(jié)閥調節(jié)進料流量，改變液位容器內的液位，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，不斷地對液位進行調節(jié)，以保持液位在設定的范圍內。2.結合實際工作，談談如何提高儀表系統(tǒng)的可靠性。在實際工作中，提高儀表系統(tǒng)的可靠性可以從以下幾個方面入手：-合理選型：根據現場的工藝條件、環(huán)境要求等因素，選擇合適的儀表。例如，在有易燃易爆氣體的場所，應選擇防爆型儀表；在高溫、高濕度的環(huán)境中，應選擇具有良好防護性能的儀表。同時，要選擇質量可靠、信譽好的儀表品牌和供應商，確保儀表的性能和質量。-正確安裝：嚴格按照儀表的安裝說明書進行安裝，確保儀表的安裝位置正確、牢固，接線正確、可靠。例如，對于溫度傳感器，要安裝在能準確反映被測介質溫度的位置；對于壓力傳感器，要避免安裝在有振動、沖擊的地方。同時，要做好儀表的接地工作，防止干擾信號的影響。-定期維護：建立完善的儀表維護制度，定期對儀表進行檢查、校準和維護。例如，定期清理儀表的外殼、傳感器等部件，防止灰塵、雜物的積累影響儀表的正常工作；定期對儀表進行校準，確保儀表的測量精度。同時，要做好維護記錄，及時發(fā)現和處理儀表存在的問題。-冗余設計：對于重要的儀表和控制系統(tǒng)，可以采用冗余設計。例如，采用雙傳感器、雙控制器等方式，當一個傳感器或控制器出現故障時，另一個可以繼續(xù)工作，保證系統(tǒng)的正常運行。同時，要做好冗余設備的切換和監(jiān)控工作，確保在故障發(fā)生時能夠及時切換到備用設備。-人員培訓：加強對儀表維護人員的培訓，提高他們的技術水平和業(yè)務能力。使他們熟悉儀表的工作原理、操作方法和維護要點，能夠及時、準確地處理