化工自动化主要包括哪些内容？自动控制系统主要由哪些环节组成？

1)一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。

2)自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

什么叫节流现象？流体经过节流装置时为什么会产生静压差？

1)流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。

2)流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的改变，造成流体流速的改变，根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化。

试述压差式流量计测量流量的原理。并说明哪些因素对压差式流量计的流量测量有影响？

1)流体流经节流装置时所产生的压差与流量之间有一定的对应关系，通过测量压差的大小，即可得知流量的大小。

2)由于流量基本方程式是在一定的条件下推导出的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件（密度、温度、压力、雷诺数等），当以上这些条件改变时都会影响流量的测量。

常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？

1)常用的热电偶有如下几种：

2)所配用的补偿导线如下：

3)用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。

4)使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。

用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？

1)只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。工业上常用的各种热电偶的温度-热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的，在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保0℃，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。2)冷端温度补偿的方法有：冷端温度保持为0℃的方法，冷端温度修正方法，校正仪表零点法，补偿电桥法，补偿热电偶法等。

什么是液位测量时的零点迁移问题？怎么进行迁移？其实质是什么？

当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差p≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移。

可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差的作用。

其实质是改变变送器的零点，就是改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。

压差式液位计的工作原理是什么？当测量有压容器的液位时，差压计的负压室为什么一定要与容器的气相相连接？

1)差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。

2)当测量有压容器的液位时，即容器是受压的，则需将差压变送器的负压室与容器的气相相连接，以平衡气相压力p变化时对液位测量的影响。

试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？(热电偶和热电阻结构的异同之处)

1)热电偶温度计由热电偶（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是热电势。

2)热电阻温度计由热电阻（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是电阻。

试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要有几种？相应的R0各为多少？

1)热电阻测温原理：电阻－温度效应，即大多数金属导体的电阻值随温度而变化的现象。

2)常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。

3）铂热电阻的分度号主要有：Pt10，(R0=)；Pt，(R0=)；等

铜热电阻的分度号主要有：Cu，(R0=)；Cu50，(R0=50)；等

气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？

1)执行机构和控制机构（阀）两部分。

2)执行机构：执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。

控制机构：指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

比例控制规律是怎样的？什么是比例控制的余差？为什么比例控制会产生余差？

1)比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p与其输入信号e成正比。

2)当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。

3)余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。

控制阀的结构形式主要有哪些？有什么特点？各使用在什么场合？

1)直通单座控制阀：结构简单、泄漏量小，易于保证关闭，甚至完全切断。压差大时，推力不平衡。应用于小口径、低压差的场合。

2)直通双座控制阀：上下两个阀芯上推力大小近似相等方向相反，可以互相抵消。不易同时密闭，泄漏量大。

正作用式--阀体直立，阀杆下移时，阀芯与阀座间流通面积减小。

反作用式--阀体倒转，阀杆下移时，阀芯与阀座间流通面积增大。

3)角形控制阀：流路简单、阻力较小。适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒的场合。

4)三通控制阀：流通方式有合流型(两个介质混合成一路)和分流型(一种介质分两路)。适用于配比控制或旁路控制。

5)隔膜控制阀：结构简单、流阻小、流通能力大。适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。

6)蝶阀(翻板阀)：结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小，泄漏量大。适用于大口径、大流量、低压差，也能用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。

7)球阀：转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置以获得不同的流通面积。阀芯有V形(节流、剪切)和O形(控制、切断)两种开口形式。适用于高黏度和污秽介质的控制。

8)凸轮挠曲阀(偏心旋转阀)：密封性好，质量轻、体积小、安装方便。适用于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制。

9)笼式阀(套筒型控制阀)：结构简单、汽蚀小、噪音小。适用于压差大，要求噪声小的场合。对高温、高黏度及含固体颗粒的介质不适用。

试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？常用的控制阀理想流量特性有哪些？

1)控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度(相对位移)间的关系：

式中，相对流量Q/是控制阀某一开度时流量Q与全开时流量之比；相对开度l/L是控制阀某一开度行程l与全开行程L之比。

在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。

2)主要有：

直线流量特性，等百分比（对数）流量特性，抛物线流量特性，快开流量特性等四种。

比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？选择比例度时要注意什么问题？

1)比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。

2)选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。

为什么积分控制能消除余差？

因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来。

试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。

P控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差；

I控制：控制缓慢，控制不及时，但能消除余差，不单独使用；

D控制：控制响应快，超前控制，不能反映偏差的大小，不能消除余差，不单独使用。

什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？

1)随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。

2)气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。

操纵变量的选择应遵循哪些原则？

1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；

2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；

3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。

什么是串联管道中的阻力比s？s值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？

1)串联管道中的阻力比s为

2)s值变化时，管道阻力损失变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的变化，即理想流量特性发生畸变。s=1时，管道阻力损失为零，系统总压差全降在阀上，工作特性与理想特性一致。随着s值的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐接近于直线特性。所以，在实际使用中，一般希望s值不低于0.3，常选s=0.3~0.5。s=0.6时，与理想流量特性相差无几。

什么是并联管道中的分流比x？试说明x值对控制阀流量特性的影响？

1)并联管道中的分流比x为

2)x值变化时，控制阀的流量变化，控制阀所控制的流量与总管的流量产生差异，因此，其理想流量特性将会发生畸变。x=1时，控制阀的流量就是总管的流量，工作特性与理想特性一致。随着x值的减小，旁路阀逐渐打开，虽然控制阀的流量特性变化不大，但可调范围却降低了。(x不小于0.8)

简单控制系统的被控变量选择原则：

1)能代表一定的工艺操作作指标或能反映工艺操作状态；

2)在工艺操作中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持稳定，需要较频繁的调节；

3)尽量选直接指标；

4)应能被测量出来，具有足够大的灵敏性；

5)必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状；

6)独立可控。

为什么说主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统？

在串级控制系统中，主副控制器是串联工作的。主控制器输出作为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出去操纵执行器动作，实现对主变量的定值控制。

串级控制系统副回路的选择原则：

1)主副变量之间应有一定的内在联系

①选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量；

②选择的副变量就是操作变量本身，及时克服它的波动，减少对主变量的影响；

2)要使系统的主要干扰被包围在副回路内；

3)在可能的情况下，副环包围更多次要干扰；

4)副变量的选择应考虑到主副对象时间常数的匹配，以防共振发生；

5)当对象有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含或不包含纯滞后。

均匀控制系统的目的和特点是什么？(填空)

1)为了解决前后工序供求矛盾，达到兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化。

2)均匀控制系统应具有如下特点:

①两个变量在控制过程中都应该是变化的，且变化是缓慢的；

②前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。

反馈-前馈

前馈：控制及时，可减小动态偏差，扰动必须可测，但不经济。单独使用很难满足工艺要求。

反馈：控制不及时，但可对被控量实行反馈检验，可克服各种扰动，比前馈经济。

前馈-反馈：将前馈与反馈结合，充分发挥各自的优点，取长补短，控制作用相加。将反馈不易克服的主要干扰进行前馈控制，其他干扰则进行反馈控制。在过程控制中这是一种较理想的控制方案。

与串级控制系统：都有两个控制器，但结构不一样，串级控制系统由内外(或主副)两个反馈回路所组成；而前馈-反馈控制系统是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成。

前馈系统的特点：

1)基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效；

2)属于开环控制系统

3)使用的是视对象而定的专用控制器

4)一种前馈作用只能克服一种干扰

应用场合：

1)干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象；

2)主要干扰是可测而不可控的变量；

3)当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，...，以提高质量。