2025年熱力過程自動化試題庫(附答案)1.某熱電偶測量溫度時，冷端溫度為30℃，測得熱電動勢為33.29mV，查該熱電偶分度表知，當溫度為800℃時電動勢為33.29mV，830℃時為34.71mV，850℃時為35.53mV。則實際被測溫度為多少？答案：熱電偶的熱電勢與熱端和冷端的溫差有關，分度表是冷端為0℃時的電勢值。本題中冷端溫度為30℃，需先查30℃對應的熱電勢（假設該熱電偶30℃時電勢為1.20mV），則實際熱端電勢應為測量值加上冷端電勢：33.29+1.20=34.49mV。查分度表，34.49mV介于830℃（34.71mV）和800℃（33.29mV）之間，線性插值計算：(34.49-33.29)/(34.71-33.29)=1.2/1.42≈0.845，故實際溫度為800+0.845×30≈825.35℃。2.某壓力檢測系統(tǒng)采用量程為0~1.6MPa的電容式壓力變送器，輸出信號為4~20mA。當實測壓力為1.2MPa時，輸出電流應為多少？答案：壓力與電流成線性關系，量程范圍1.6MPa對應電流16mA（20-4）。單位壓力對應的電流增量為16mA/1.6MPa=10mA/MPa。實測壓力1.2MPa時，超出零點的壓力為1.2MPa，對應的電流增量為1.2×10=12mA，故輸出電流為4+12=16mA。3.簡述差壓式流量計的工作原理及標準節(jié)流裝置的組成。答案：差壓式流量計基于伯努利方程和流體連續(xù)性方程，當流體流經節(jié)流件（如孔板）時，流束收縮，流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產生差壓。通過測量差壓值可計算流量。標準節(jié)流裝置由節(jié)流件（孔板、噴嘴、文丘里管）、取壓裝置（角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓）和前后直管段組成。4.分析PID控制器中比例、積分、微分環(huán)節(jié)各自的作用及對系統(tǒng)性能的影響。答案：比例（P）環(huán)節(jié)：輸出與偏差成正比，提高系統(tǒng)響應速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差，但比例系數過大易導致系統(tǒng)振蕩甚至不穩(wěn)定。積分（I）環(huán)節(jié)：輸出與偏差的積分成正比，消除穩(wěn)態(tài)誤差（余差），但會增加系統(tǒng)超調量，積分時間過小（積分作用過強）可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分（D）環(huán)節(jié)：輸出與偏差的變化率成正比，預測偏差變化趨勢，抑制超調，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但對噪聲敏感，微分時間過大可能放大噪聲干擾。5.某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制器，整定過程中發(fā)現系統(tǒng)響應緩慢且存在較大余差，應如何調整PID參數？若系統(tǒng)出現劇烈振蕩，又該如何調整？答案：響應緩慢且有余差，說明比例作用不足或積分作用過弱。應減小比例度（增大比例系數）以增強比例作用，或減小積分時間（增強積分作用）以加快消除余差。若系統(tǒng)劇烈振蕩，可能是比例作用過強（比例度過小）或積分作用過強（積分時間過?。?。應增大比例度（減小比例系數）降低比例作用，或增大積分時間（減弱積分作用），必要時可適當增大微分時間（增強微分作用）抑制振蕩。6.簡述氣動執(zhí)行器的組成及各部分功能。答案：氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構（閥）組成。執(zhí)行機構將氣壓信號轉換為推桿的直線位移，常見有薄膜式、活塞式等。薄膜式執(zhí)行機構通過膜片兩側氣壓差推動推桿，輸出力較小但結構簡單；活塞式輸出力大，適用于高壓差場合。調節(jié)機構（閥）通過推桿位移改變閥芯與閥座的流通面積，調節(jié)流體流量。閥的類型包括直通單座閥、直通雙座閥、角形閥、蝶閥等，分別適用于不同流量特性和工況。7.鍋爐汽包水位控制中為何需要采用三沖量控制系統(tǒng)？畫出其原理框圖并說明各沖量的作用。答案：單沖量（僅水位）控制無法克服“虛假水位”現象（如蒸汽流量突然增加時，汽包壓力下降，水沸騰加劇，水位短時間上升，實際水量減少），導致控制器誤動作。三沖量控制系統(tǒng)引入蒸汽流量和給水流量作為輔助信號，可提前補償干擾。原理框圖：主控制器接收水位信號（主沖量），副控制器接收蒸汽流量（前饋沖量）和給水流量（反饋沖量）。蒸汽流量作為前饋信號，當蒸汽流量變化時，提前調整給水量；給水流量作為反饋信號，克服給水壓力波動等干擾；水位作為主信號，保證最終水位穩(wěn)定。8.某流量控制系統(tǒng)采用DDZ-Ⅲ型儀表，變送器輸出4~20mA，控制器輸入為1~5V（通過安全柵轉換），控制器輸出4~20mA至電/氣轉換器，驅動氣動調節(jié)閥。若系統(tǒng)要求流量從0%到100%時，調節(jié)閥開度從10%到90%（線性特性），試計算：（1）流量50%時變送器輸出電流；（2）此時控制器輸入電壓；（3）若電/氣轉換器輸入4~20mA對應輸出0.02~0.1MPa，調節(jié)閥開度50%時電/氣轉換器輸出氣壓。答案：（1）流量0%對應4mA，100%對應20mA，50%流量時輸出電流=4+(20-4)×50%=12mA；（2）DDZ-Ⅲ型信號轉換中，4~20mA對應1~5V，12mA時電壓=1+(5-1)×(12-4)/(20-4)=1+4×8/16=1+2=3V；（3）調節(jié)閥開度10%對應0.02MPa，90%對應0.1MPa，開度50%時，氣壓=0.02+(0.1-0.02)×(50-10)/(90-10)=0.02+0.08×40/80=0.02+0.04=0.06MPa。9.判斷題：（1）熱電阻的測量電路中，三線制接法可消除連接導線電阻變化的影響（）；（2）微分控制規(guī)律不能單獨使用，因為其輸出與偏差的變化率成正比，無偏差變化時輸出為零（）；（3）氣動執(zhí)行器的氣開式是指信號壓力增大時閥開度增大，無信號時閥全關（）；（4）標準孔板的取壓方式中，角接取壓的測量精度高于法蘭取壓（）。答案：（1）√（三線制通過電橋對稱補償導線電阻）；（2）√（微分作用僅在偏差變化時起作用，靜態(tài)時無輸出，無法穩(wěn)定系統(tǒng)）；（3）√（氣開式定義為信號壓力增大閥開，失氣時關閉）；（4）√（角接取壓更接近節(jié)流件，壓力損失小，測量更準確）。10.填空題：（1）工業(yè)上常用的熱電偶分度號有______（至少寫3種）；（2）壓力儀表的精度等級是指______與量程的百分比；（3）PID控制器的傳遞函數為______；（4）鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的主要任務是維持______、______和______的協(xié)調；（5）電動執(zhí)行器的伺服放大器作用是______。答案：（1）S（鉑銠10-鉑）、K（鎳鉻-鎳硅）、E（鎳鉻-銅鎳）；（2）最大引用誤差；（3）Kp(1+1/(Tis)+Tds)；（4）汽壓穩(wěn)定、燃燒經濟性、爐膛負壓穩(wěn)定；（5）將輸入的控制信號與反饋信號比較，放大后驅動執(zhí)行機構。11.某溫度對象的數學模型為G(s)=K/(Ts+1)，其中K=2，T=10s。采用比例控制器，比例度δ=50%，求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數和閉環(huán)特征方程。若要使系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，比例度應調整為多少？答案：比例控制器的比例系數Kp=1/δ=1/0.5=2。開環(huán)傳遞函數為Gk(s)=Kp×G(s)=2×2/(10s+1)=4/(10s+1)。閉環(huán)傳遞函數為Gb(s)=Gk(s)/(1+Gk(s))=4/(10s+1+4)=4/(10s+5)，特征方程為10s+5=0（一階系統(tǒng)無振蕩，始終穩(wěn)定）。若對象為二階模型（如G(s)=K/[s(Ts+1)]），則需重新計算。假設對象為二階：G(s)=K/[s(Ts+1)]=2/[s(10s+1)]，開環(huán)傳遞函數Gk(s)=Kp×2/[s(10s+1)]=2Kp/[s(10s+1)]。閉環(huán)特征方程為10s2+s+2Kp=0。臨界穩(wěn)定時，特征方程有純虛根，代入s=jω，得-10ω2+jω+2Kp=0，實部-10ω2+2Kp=0，虛部ω=0（矛盾），說明二階系統(tǒng)無臨界穩(wěn)定點；若對象為三階，如G(s)=K/[(Ts+1)3]，則需用勞斯判據計算。12.簡述集散控制系統(tǒng)（DCS）的結構層次及各層功能。答案：DCS通常分為四層：（1）現場控制層：由I/O模塊、現場控制器（如PLC、DCS控制器）組成，負責數據采集、直接數字控制（DDC），執(zhí)行PID等控制算法；（2）過程監(jiān)控層：由操作站、工程師站組成，提供人機界面（HMI），顯示實時數據、歷史趨勢，進行參數設定和控制模式切換；（3）生產管理層：實現生產調度、質量統(tǒng)計、設備管理等，與企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)集成；（4）企業(yè)管理層：負責戰(zhàn)略決策、財務、銷售等全局管理。各層通過通信網絡（如以太網、現場總線）連接，實現信息共享和分級控制。13.分析汽輪機轉速控制系統(tǒng)的工作原理，說明為何采用電液伺服控制系統(tǒng)。答案：汽輪機轉速控制的目標是維持轉速穩(wěn)定（如3000r/min），當負荷變化時，通過調節(jié)進汽量改變汽輪機輸出功率。傳統(tǒng)機械液壓控制系統(tǒng)（如離心式調速器）存在遲緩率大、精度低、響應慢等缺點。電液伺服控制系統(tǒng)將電氣信號與液壓執(zhí)行機構結合：轉速傳感器（如磁阻式傳感器）檢測轉速，經控制器（如DEH數字電液控制器）計算偏差，輸出電信號至電液伺服閥，將電信號轉換為液壓信號，驅動油動機調節(jié)汽門開度。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高（可達0.1%轉速偏差）、響應快（毫秒級）、便于集成復雜控制算法（如PID+前饋、預測控制）等優(yōu)點，能更好滿足現代汽輪機高參數、快變負荷的需求。14.某鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)采用減溫水量作為調節(jié)手段，分析主要干擾因素及控制策略。答案：主要干擾因素包括：（1）蒸汽流量變化（負荷擾動），影響過熱器換熱量；（2）燃料量變化（燃燒擾動），改變煙氣溫度和流量；（3）減溫水壓力或溫度變化（調節(jié)機構擾動）；（4）過熱器積灰或結渣，改變傳熱系數。控制策略通常采用串級控制：主控制器以過熱蒸汽溫度為主信號，副控制器以減溫器出口溫度（中間點溫度）為輔助信號。主控制器輸出作為副控制器的給定值，副控制器調節(jié)減溫水量。串級控制可提前克服減溫水壓力波動等內擾，主控制器克服負荷、燃燒等外擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力。必要時可引入煙氣側擾動（如燃料量）作為前饋信號，構成前饋-串級復合控制。15.綜合題：設計一個燃煤鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，要求維持汽壓穩(wěn)定、燃燒經濟性（過?？諝庀禂郸梁侠恚┖蜖t膛負壓穩(wěn)定。畫出控制系統(tǒng)原理框圖，并說明各子系統(tǒng)的控制方案。答案：燃燒控制系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：（1）燃料-送風協(xié)調控制系統(tǒng)：以汽壓（主蒸汽壓力）為主控參數，通過調節(jié)燃料量（如給煤機轉速）維持汽壓穩(wěn)定；同時根據燃料量調節(jié)送風量（通過送風機動葉或擋板），保證α在1.1~1.2（經濟燃燒范圍），通常采用燃料量作為送風系統(tǒng)的前饋信號，構成前饋-反饋控制；（2）引風控制系統(tǒng)：以爐膛負壓（-50~-100Pa）