第一章1.化工自动化:是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。

在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。

（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2、化工自动化的主要内容：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。

3.自动控制系统：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动的控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。

4、自动控制系统主要组成：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。

测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。

执行器：能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。

被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。

被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。

给定值：被控变量的预定值。

操纵变量：受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。

5.方块图：是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。

6.图所示为一反应器温度控制系统示意图。

A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。

试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反应器温度控制系统该温度控制系统的方块图其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有：A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度的变化，环境温度的高低等。

7. 自动控制系统可分为：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

8. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。

9. 阶跃干扰：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。

采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。

如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。

阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

阶跃干扰作用下的几种基本形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程。

等幅振荡过程，发散振荡过程。

等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不能采用；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般也不采用；衰减振荡过程能够较快地使系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间，决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成事故。

21、某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。

考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。

现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。

试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900⨯（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线最大偏差A =950-900=50（℃）；超调量B =950-908=42（℃）；B '=918-908=10（℃），所以，衰减比n =B :B '=42:10=4.2；余差C =908-900=8℃；振荡周期T =45-9=36(min)；过渡时间t s =47min 。

因为A =50℃<80℃，C =8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。

第二章1.对象特性：指对象输入量与输出量之间的关系。

这种对象特性的数学描述称为数学模型。

分为：静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。

数学模型表达形式两大类：（非）参量模型（形式）。

2.机理建模：机理建模是根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型，这类模型通常称为机理模型。

4.建立对象的数学模型两大类方法：机理建模法、实验建模法。

5.反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？解：放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ放大系数K 在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即对象的放大系数K 越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K 实质上是对象的灵敏度。

时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳态值的时间。

时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。

滞后现输入量的变化量输出量的变化量=K象用滞后时间τ表示。

对象的滞后时间τ，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。

第三章1.测量过程:在实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

一般它都是利用专门的技术工具，将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。

2.由仪表读得的被测值与被测量真值之间会存在一定的差距，这一差距称为测量误差。

表示方法有：绝对误差和相对误差。

绝对误差：Δ= x－x0 相对误差：3.4.变差：变差是指在外界条件不变的情况下，用同一种仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。

5.测压仪表按其转换原理不同分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的（测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。

主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。

测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值）；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。

6.主要的弹性元件有：弹簧管，膜片，波纹管.7.应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。

利用金属导体的电阻应变效应制成的。

压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。

利用半导体的压阻效应制成的。

8.电容式压力传感器的工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。

将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。

当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。

特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。

9、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。

（2）由于仪表的基本误差∆m由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。

10.节流现象：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。

流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。

根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。

节流原理:管道中流动的流体流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，我们只要测出孔板前后两侧压差的大小，即可表示流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。

11.在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号Δp＞0，则为“正迁移”；反之如果被测液位H=0时，差压变送器的输入信号Δp＜0，则为“负迁移”。

12.差压式流量计测量流量原理：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。

影响条件：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。

13.椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。

齿轮每转1周排出定量流体，只要测了椭圆齿轮的转速，便可知被测流体的流量。

14.电磁流量计的原理：是基于电磁感应定律工作的。

它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量。

15.漩涡流量计的原理：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。

当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。

漩涡产生的频率和流体的流速成正比。

通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。

16.质量流量计分为两种：直接式质量流量计和间接式质量流量计。

17.物位测量仪表的种类及原理：（1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。

2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。

（3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体中的浮子（或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。