2025年大学化学工程与工艺（化工仪表及自动化）试题及答案.doc

2025年大学化学工程与工艺（化工仪表及自动化）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）

答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共20题，每题2分，每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内)

1. 以下哪种仪表不属于化工仪表的基本类型？（ ）
A. 温度仪表
B. 流量仪表
C. 财务仪表
D. 压力仪表
2. 热电偶温度计的工作原理是基于（ ）。
A. 热电效应
B. 热阻效应
C. 热膨胀效应
D. 光电效应
3. 工业上常用的流量测量单位立方米每小时，它对应的国际单位制单位是（ ）。
A. m³/s
B. m³/min
C. m³/h
D. L/s
4. 差压式流量计是基于流体流动的（ ）原理来测量流量的。
A. 节流
B. 动量
C. 能量
D. 电磁感应
5. 以下哪种压力表示方法是绝对压力与大气压力的差值？（ ）
A. 表压力
B. 绝对压力
C. 真空度
D. 大气压力
6. 弹性式压力计中，常用的弹性元件不包括（ ）。
A. 弹簧管
B. 波纹管
C. 膜片
D. 晶体管
7. 热电阻温度计中，常用的热电阻材料有（ ）。
A. 铜电阻和铂电阻
B. 铁电阻和铝电阻
C. 银电阻和金电阻
D. 碳电阻和硅电阻
8. 工业上常用的温度测量范围为0℃ - 100℃，适合测量这个范围的温度计是（ ）。
A. 热电偶温度计
B. 热电阻温度计
C. 玻璃温度计
D. 辐射温度计
9. 流量测量中，用来测量气体流量的流量计是（ ）。
A. 转子流量计
B. 电磁流量计
C. 椭圆齿轮流量计
D. 涡轮流量计
10. 电动单元组合仪表中，变送单元的作用是（ ）。
A. 将被测参数转换成标准信号
B. 对标准信号进行运算处理
C. 对标准信号进行显示记录
D. 对标准信号进行控制调节
11. 气动单元组合仪表中，信号的传输范围是（ ）。
A. 0.02 - 0.1MPa
B. 0.04 - 0.2MPa
C. 0.06 - 0.3MPa
D. 0.08 - 0.4MPa
12. 自动化控制系统中，被控对象是指（ ）。
A. 自动控制系统中的控制器
B. 自动控制系统中的执行器
C. 生产过程中需要控制的工艺设备
D. 自动控制系统中的检测元件
13. 反馈控制系统中，反馈信号是指（ ）。
A. 给定值与测量值的差值
B. 测量值
C. 控制器的输出信号
D. 被控变量的实际值
14. 自动控制系统的过渡过程中，如果被控变量在设定值附近来回波动，且波动幅度逐渐减小，这种过渡过程是（ ）。
A. 非周期衰减过程
B. 衰减振荡过程
C. 等幅振荡过程
D. 发散振荡过程
15. 比例控制作用的特点是（ ）。
A. 有滞后作用
B. 有超前作用
C. 控制及时，能迅速克服干扰影响
D. 能消除余差
16. 积分控制作用的特点是（ ）。
A. 能迅速克服干扰影响
B. 控制及时
C. 根据偏差的大小进行控制
D. 能消除余差
17. 微分控制作用的特点是（ ）。
A. 根据偏差的变化速度进行控制
B. 能消除余差
C. 控制及时，能迅速克服干扰影响
D. 有滞后作用
18. 调节阀的流量系数Kv表示（ ）。
A. 调节阀全开时，单位时间内通过的流体体积
B. 调节阀全关时，单位时间内通过的流体体积
C. 调节阀开度为50%时，单位时间内通过的流体体积
D. 调节阀开度为25%时，单位时间内通过的流体体积
19. 执行器中，将电信号转换为角位移或直线位移的装置是（ ）。
A. 调节阀
B. 电动执行机构
C. 气动执行机构
D. 液动执行机构
20. 自动化仪表的精度等级是根据（ ）来划分的。
A. 最大绝对误差
B. 最大相对误差
C. 最小绝对误差
D. 最小相对误差

第II卷（非选择题，共60分）

（一）填空题（每题2分，共10分）

答题要求：请在横线上填写正确答案。(总共5题，每题2分，请在横线上填写正确答案)

1. 化工仪表按功能可分为检测仪表、______、显示仪表、调节仪表和执行器等。
2. 热电偶的热电势大小与______和______有关。
3. 流量测量的方法主要有容积法、速度法和______法。
4. 自动控制系统按给定值的形式可分为定值控制系统、______控制系统和程序控制系统。
5. 调节阀的流量特性主要有直线流量特性、______流量特性和快开流量特性。

（二）简答题（每题5分，共20分）

答题要求：简要回答问题，语言要简洁明了。(总共4题，每题5分，简要回答问题，语言要简洁明了)

1. 简述热电阻温度计的工作原理。
2. 什么是差压式流量计的节流装置？常用的节流装置有哪些？
3. 说明比例积分微分控制（PID控制）的特点及适用场合。
4. 调节阀的气开和气关形式是如何选择的？

（三）计算题（每题10分，共20分）

答题要求：写出详细的计算过程和答案。(总共2题，每题10分，写出详细的计算过程和答案)

1. 已知某热电偶的热电势E（t，t0）= 38.5mV，冷端温度t0 = 25℃，查热电偶分度表得E（25，0）= 1.0mV，求被测温度t。
2. 某管道中流体的流量为10m³/h，管道内径为50mm，求流体的流速。

（四）案例分析题（10分）

答题要求：根据给定的案例材料，分析问题并回答。(总共1题，每题10分，根据给定的案例材料，分析问题并回答)

案例材料：在某化工生产过程中，采用了一个温度控制系统来控制反应釜内的温度。该系统采用热电偶作为温度检测元件，通过变送器将温度信号转换为标准电流信号，然后传输到控制器。控制器根据设定值与测量值的偏差，通过PID控制算法输出控制信号，控制电动调节阀的开度，从而调节进入反应釜的蒸汽流量，以保持反应釜内温度稳定。

问题：
1. 请分析该温度控制系统的组成部分及其作用。
2. 如果反应釜内温度出现波动，可能的原因有哪些？

（五）设计题（10分）

答题要求：根据题目要求，设计一个简单的自动化控制系统。(总共1题，每题10分，根据题目要求，设计一个简单的自动化控制系统)

题目要求：设计一个用于控制水箱水位的自动化控制系统。要求采用浮球液位计作为水位检测元件，通过液位控制器实现对电动排水阀的控制，使水箱水位保持在设定的高度范围内。请简述系统的组成及工作原理。

答案如下：
1. C
2. A
3. A
4. A
5. A
6. D
7. A
8. C
9. A
10. A
11. B
12. C
13. D
14. B
15. C
16. D
17. A
18. A
19. B
20. B

填空题答案：
调节仪表；热电偶的材料；两端温度；节流；随动；等百分比

简答题答案：
1. 热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的。当被测温度变化时，热电阻的阻值相应变化，通过测量电阻值来确定温度。
2. 差压式流量计的节流装置是使流体产生节流作用的元件，常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管等。
3. PID控制的特点是比例控制及时，能迅速克服干扰影响；积分控制能消除余差；微分控制根据偏差变化速度控制，具有超前作用。适用于控制通道时间常数较大、容量滞后较大、干扰变化剧烈且频繁的场合。
4. 调节阀气开、气关形式的选择主要根据生产的安全性来确定。当信号压力中断时，应避免损坏设备或造成安全事故。例如，对于加热炉的燃料气调节阀，应选气开式，以防突然断气时停止加热造成事故；对于某些有压力要求的容器的排水调节阀，应选气关式，以防断气时容器内压力过高。

计算题答案：
1. 由E（t，t0）= E（t，0）- E（t0，0）可得E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）= 38.5 + 1.0 = 39.5mV，查热电偶分度表可得被测温度t约为950℃。
2. 管道截面积A = πd²/4 = π×(0.05)²/4 m²，流速v = qv/A = 10÷(3600×π×(0.05)²/4) m/s≈1.415m/s。

案例分析题答案：
1. 该温度控制系统组成部分及作用：热电偶检测反应釜内温度并转换为电信号；变送器将温度电信号转换为标准电流信号；控制器接收标准信号，根据偏差通过PID算法输出控制信号；电动调节阀根据控制信号调节蒸汽流量，从而控制反应釜内温度。
2. 温度波动可能原因：蒸汽压力波动；热电偶故障；变送器传输信号不稳定；控制器参数设置不合理；电动调节阀故障；外界环境温度变化影响测量精度等。

设计题答案：
系统组成：浮球液位计、液位控制器、电动排水阀。工作原理：浮球液位计检测水箱水位，将水位信号转换为电信号传至液位控制器。液位控制器将测量值与设定值比较，根据偏差输出控制信号。当水位高于设定值时，控制信号使电动排水阀打开排水；当水位低于设定值时，控制信号使电动排水阀关闭，从而保持水箱水位在设定高度范围内。