20 道仪表、控制与水力学练习题及答案

自来水处理运营员考试练习的全部仪表、控制与水力学练习题，附正确答案和简短解析。

1. 某水厂在快速混合后的水流上安装了在线流动电流检测仪。该仪表实际响应的是什么？
- A.水中溶解盐类的电导率
- B.每毫升通过传感池的颗粒数量
- C.悬浮絮体在90度方向散射的光强
- D.水中颗粒所带的剩余净电荷✓ 答案
流动电流检测仪感测的是投加混凝剂后胶体颗粒上残余的净电荷，因此它反映的是电荷中和程度，而不是颗粒的大小或数量。正因如此，它往往能在沉后水或滤后水浊度变化之前就提示混凝剂投量需要调整。浊度仪测的是散射光，颗粒计数器测的是颗粒数，电导率仪测的是溶解离子。
编号 QB-2SPSDR依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (instrumentation and control systems); WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, online instrumentation报告此题的问题
2. 输水干管末端的压力表在无流量时读数为 58 psi（400 kPa），在满负荷输水时为 41 psi（283 kPa），而水源水池水位没有变化。造成这一下降的原因是什么？
- A.管道内的水头损失，随流量增大而增大✓ 答案
- B.流速水头，在常规管道流速下它是最大项
- C.压力表，只有在有流量时才显示绝对压力
- D.水源水池的静水头，一通水就随之下降
无流量时压力表反映的是仅由高程差决定的静水头。一旦水流动，管道内的水头损失就要从静水头中扣除，而水头损失随流量急剧增大（大致与流速的平方成正比），因此末端压力下降。在常规管道流速下，流速水头是很小的一项，而题干已说明水池水位未变。
编号 QB-K98A6T依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (plant hydraulics: static head, friction head, total dynamic head); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
3. 操作员把一个密封的二级标准放入在线浊度仪，记录了读数，但没有对仪表作任何调整。这项工作应当称为什么？
- A.标定，因为仪表输出被重设到标准值
- B.校核，因为只是把已知值与读数作比较✓ 答案
- C.校准，因为把已知值的标准放入了仪表
- D.调零，因为检查的是量程的低端部分
校准是用一级标准对仪表进行调整；而校核（也称校准检查）只是确认仪表读数与已知值的偏差在允许范围内，并不改动仪表。密封的二级标准用于两次一级标准校准之间的日常校核，两类工作都应记入校准记录。
编号 QB-3S25KS依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, task to calibrate inline instrumentation such as pH meters, turbidimeters and chlorine analyzers; Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, turbidity method (primary and secondary standards)报告此题的问题
4. 某在线余氯分析仪在接近零点时与实验室台式仪一致，但随着余氯升向量程上端，读数越来越偏低。应当进行哪项调整？
- A.调阻尼，因为输出被过长时间地平均了
- B.调量程，因为发生变化的是响应曲线的斜率✓ 答案
- C.改量程上限，因为上限低于真实读数
- D.调零，因为整条响应曲线被固定偏移了
调零是把整条响应曲线上下平移一个常量，因此零点误差在包括零点附近在内的各点上表现相同。量程（span）误差改变的是曲线斜率，只有当读数离开零点后才显现，并随被测值增大而加剧，这正是本题的现象。确认零点之后，再用接近量程上端的标准液进行量程调整。
编号 QB-G96ANP依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (zero and span adjustment of process analyzers); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
5. 进入配水系统处的在线游离氯分析仪读数，明显低于在同一取样口所取抽样用 DPD 法在台式仪上测得的结果。操作员首先应当怎么做？
- A.采用在线读数，因为它是用于报表的连续记录
- B.调低在线仪的设定值，使两个读数彼此一致
- C.提高次氯酸钠投加率，直到在线仪回到设定值
- D.先检查取样流量、试剂和校准，再与抽样比对✓ 答案
对新取抽样按台式方法测得的结果，是判断在线分析仪的基准，因此在未排除仪表问题之前，应先把二者不一致视为仪表故障。取样水流中断、取样管堵塞、试剂耗尽或校准漂移，都会产生看似合理却偏低的假读数；若按这个假读数去加大投加量，实际出厂水就会加氯过量。
编号 QB-YRY43P依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria (online analyzers data; calibrate inline instrumentation); CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (verifying online analyzers against grab samples)报告此题的问题
6. 控制自动加碱的 pH 电极表面结垢，现在读数比真实 pH 低约半个单位。若继续这样使用，出水会怎样？
- A.控制器加大碱液投加，实际pH升到设定值以上✓ 答案
- B.控制器发出偏差报警，并把投加锁定在原位置
- C.控制器维持投加不变，因为结垢只会阻尼信号
- D.控制器减少碱液投加，实际pH低于设定值
反馈回路依据的是传感器报出的数值，而不是工艺的真实值。读数偏低的传感器让控制器误以为 pH 低于设定值，于是不断加碱，直到显示值升到设定值为止，结果实际 pH 被推高到目标之上。这正是控制回路上的电极必须按周期清洗并用缓冲液校核的原因。
编号 QB-H9HMTQ依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (feedback control loops; sensor fouling and drift); WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, calibrate inline instrumentation报告此题的问题
7. 某滤后水浊度仪整周读数一直有小幅波动，现在却变成一条完全平直的曲线，数值看起来正常，并已持续六小时。最可能的解释是什么？
- A.取样水流中断，或者传感器本身已经失效✓ 答案
- B.滤池已经稳定，正在产出水质非常均匀的水
- C.混凝剂投量终于与当前原水条件调到了最佳
- D.记录仪量程被放大，正常波动因此不再显示
真实的工艺水总会有小幅波动，因此完全没有噪声的曲线是仪表特征，而不是工艺特征。取样泵停转、取样管堵塞或传感器失效，都会把最后一个数值冻结或输出一个固定值，在画面上看起来反而很正常。核查办法是取抽样比对，并到分析仪现场查看取样水流。
编号 QB-ZRBF8Q依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, task to identify trends and abnormal operation by interpreting data from gauges, meters, charts and graphs; CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (trend interpretation and analyzer troubleshooting)报告此题的问题
8. 文丘里流量计是根据其产生的差压推算流量的。这类仪表在量程低端读数不准的原因是什么？
- A.在大流量时差压超出了变送器的标定范围
- B.流量下降时喉部内的流速分布会发生倒转
- C.差压与流量的平方成正比，小流量时信号很弱✓ 答案
- D.文丘里喉部积存杂物，堵塞了低压侧取压口
在差压式流量计中，流量与差压的平方根成正比，等价于说差压与流量的平方成正比。因此流量减半时差压只剩四分之一，在量程低端，信号相对于变送器的分辨力和零点漂移已经很小，精度随之变差。需要大变比测量时更宜采用流速式仪表。
编号 QB-P9AAPW依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (differential pressure or head type flow meters); AWWA Water System Operations, Water Treatment (flow measurement)报告此题的问题
9. 清水管上的电磁流量计读数开始跳动，并且低于水厂其他计量表。下列哪种情况会造成这种现象？
- A.水温下降，使仪表励磁线圈的电阻随之降低
- B.仪表的运动部件磨损，转速已偏离真实流量
- C.管道未满流，测量管内没有被水完全充满✓ 答案
- D.管道压力升高，把通过测量管的水流压缩了
电磁流量计是靠导电液体在整个管截面上穿过磁场而产生电压，因此要求管道满流并且液体具有足够的电导率。测量管内进气会破坏这一路径，使输出跳动且偏低。电磁流量计没有运动部件，几乎不产生水头损失，压力、温度和黏度的常规变化也不会改变其读数。
编号 QB-6S454W依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (magnetic flow meters and installation requirements); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
10. 矩形堰的流量是由堰顶上游测得的水头推算的。下列哪种情况会使指示流量失真？
- A.堰板堰顶锐利平直，并与渠道垂直地安装
- B.下游渠道积泥抬高尾水，使堰顶被淹没✓ 答案
- C.水舌自堰顶自由跌落，并在水舌背后通气
- D.水头在堰顶跌落区上游的稳定断面处测量
只有在自由出流、水舌充分通气的条件下，堰才能把水头换算为流量。下游积泥或尾水抬高使堰顶被淹没，就破坏了水头与流量的对应关系，指示值不再代表真实流量。其余三项描述的都是正确的安装做法：锐利平直的堰顶、通气的水舌，以及设在跌落区上游足够远处的测压点。
编号 QB-9T8B9J依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (open channel flow measurement with weirs and flumes); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
11. 水厂流量全天大幅波动，水源的需氯量也在变化。下列哪种控制方式最能使出厂水余氯稳定在设定值附近？
- A.每班人工调整一次，因为操作员能看到变化
- B.只用余氯反馈控制，因为它测的是出水结果
- C.以流量配比投加，并由下游余氯分析仪自动修正✓ 答案
- D.只用流量配比投加，投加量随水量变化而变化
流量配比属于前馈：它对流量变化反应迅速，却看不到余氯的实际结果，因此无法纠正需氯量的变化。余氯反馈测的是结果，但要经过接触时间才起作用，响应慢，流量大幅波动时还会振荡。复合（串级）控制以流量配比取其快、再用实测余氯修正取其准，所以在流量和需氯量都变化时它是标准做法。
编号 QB-SAEGUJ依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (feedforward, feedback and compound control of chemical feed); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
12. 某自动加氯回路的分析仪装在投加点下游 20 分钟流程处，现在读数开始有规律地在设定值上下摆动。最可能的原因是什么？
- A.死区设置过宽，回路把细小的偏差都忽略了
- B.投加泵选型过大，无法调低到所需要的加药量
- C.控制器增益过低，投加量始终达不到设定值
- D.相对于投加点到分析仪的滞后，增益设得过高✓ 答案
这种摆动属于控制问题，而不是化学问题。投加点到测点之间存在纯滞后，增益过大的控制器会不断修正一个尚未看到结果的偏差，于是来回过冲，回路周期性振荡。降低增益、延长积分时间或加大死区，可使修正速度慢下来，让工艺跟得上。
编号 QB-ATKNEK依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (control loops, lag and dead time, hunting and controller tuning)报告此题的问题
13. 水厂内的模拟变送器输出 4-20 mA 信号。为什么量程下限设为 4 mA 而不是 0 mA？
- A.4 mA 活零点可防止仪表在低读数时受到损坏
- B.4 mA 活零点使断线时读数为 0 mA，判为故障✓ 答案
- C.4 mA 活零点为回路供电，接收仪表不必另设电源
- D.4 mA 活零点使输出与量程的平方根成正比
采用活零点后，4 mA 表示工艺量为零，而 0 mA 在正常运行中不可能出现。因此断线、变送器损坏或失电都会使回路电流降到 0 mA，接收端据此判为故障，而不会把它当成真实的零值显示。20 mA 端对应标定量程的 100%。
编号 QB-TASTZK依据： CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (instrument signals, 4-20 mA current loops and live zero); AWWA Water System Operations, Water Treatment报告此题的问题
14. 在滤池运行过程中，中央 SCADA 服务器与该滤池可编程控制器之间的通信中断。通常滤池会怎样？
- A.控制器继续执行本地程序，滤池保持正常运行✓ 答案
- B.控制器退回编程模式，等待通信恢复
- C.服务器改用备用无线电线路直接控制阀门
- D.控制器停止输出，各阀门转到失效安全位
SCADA 是监控层：负责采集数据、生成趋势和记录、发出报警，并允许操作员修改设定值。现场的可编程控制器保存并在本地执行控制逻辑，因此通信中断损失的是监视能力和远程改设定值的能力，工艺仍按最后下达的设定值继续运行。由于失去的正是监视手段，在通信恢复前应加密现场巡检。
编号 QB-7THNWF依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, task to interact with SCADA systems including data communication integration, PLC programming and maintenance, and HMI; CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (SCADA, PLC and RTU architecture)报告此题的问题
15. 人机界面显示清水池液位为 18 ft（5.5 m）且保持稳定，但操作员进厂时亲眼看到水池正在溢流。操作员应当怎么做？
- A.按实际所见处置，并到现场核实液位信号✓ 答案
- B.调高高液位报警设定值，使画面与水池一致
- C.等到高液位报警响起之后再采取任何处置措施
- D.相信画面数值，把溢流记录为一次误看的现象
经确认的现场观察高于画面数值，因为通信中断后显示值可能是陈旧数据，液位元件失效或结垢时显示值也可能本身就是错的。操作员应先处置溢流以保护水质和场地，然后再排查变送器和数据通道。宁信控制系统而不信眼见事实，是控制室最典型的失误。
编号 QB-QAQTGG依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, tasks on interpreting instrument data and troubleshooting plant process and equipment; CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (SCADA and HMI limitations, stale data)报告此题的问题
16. 一次瞬时电压跌落使人机界面在不到一分钟内涌出六十多条报警。操作员应当如何处理这些报警？
- A.按到达先后逐条确认，从最早一条开始
- B.等列表不再增加，再复位控制器清报警
- C.先处理最高优先级的安全和工艺报警，再看其余✓ 答案
- D.一次性消除全部报警声，清空整个列表
报警泛滥时各条报警的重要性并不相同，按到达顺序逐条处理或一次性清空，都可能把真正关键的那一条淹没。报警设有优先级，安全和工艺关键条件应最先处置；而一键消除还会破坏事件过程的记录，而事后分析恰恰需要这些记录。
编号 QB-8TVY3H依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria (interpret data from gauges, meters, charts and graphs; SCADA and HMI operation); CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (alarm handling and priorities)报告此题的问题
17. 在线 pH 分析仪完成校准之后，校准记录中必须包含什么内容，日后才能作为仪表性能的有效凭证？
- A.分析仪投运时该控制回路恢复到的设定值
- B.校准前读数、所用标准液，以及校准后读数✓ 答案
- C.技术员的姓名，以及完成这项工作所用的总时间
- D.校准前一周内所记录的全部读数的平均值
校准记录的价值在于既能显示调整前仪表漂移了多少，又能证明调整后读数已恢复正确。校准前值与校准后值、所用标准液或缓冲液、日期以及作业人，合起来才能让审核者判断校准之前采集的数据是否可信，以及校准周期是否合适。
编号 QB-RA36PH依据： WPI Water Treatment Operator Need-to-Know Criteria, tasks to calibrate inline instrumentation and to maintain records of operation of treatment facilities; CSUS Office of Water Programs, Water Treatment Plant Operation (instrument maintenance records)报告此题的问题
18. 一台压力变送器安装在直径 40 ft（12.2 m）的储水池底部，读数为 12.0 psi（82.7 kPa）。按 1 psi = 2.31 ft 水柱（1 m 水柱 = 9.8 kPa）计算，池内水深是多少？
- A.约 5.2 ft（1.6 m）
- B.约 40.0 ft（12.2 m）
- C.约 27.7 ft（8.4 m）✓ 答案
- D.约 61.7 ft（18.8 m）
水柱底部的压力只取决于垂直水深，与水池的直径、容积或形状无关，因此水深 = 12.0 psi × 2.31 ft/psi = 27.7 ft。按公制，82.7 kPa ÷ 9.8 kPa/m = 8.4 m。若误乘 0.433 而不是 2.31，换算方向就反了，得到 5.2 ft；40.0 ft 只是把直径抄了下来；61.7 ft 则是把大气压加到了表压上。
编号 QB-5TTYJD依据： WPI Formula and Conversion Table for water treatment, distribution and laboratory exams (1 psi = 2.31 ft of water; 1 ft of water = 0.433 psi; 1 m of water = 9.8 kPa)报告此题的问题
19. 一条直径 12 in（0.305 m）的管道满流输送 2,100 gpm（7,949 L/min）。按 1 cfs = 448.8 gpm、面积 = 0.785 × D² 计算，管内流速是多少？
- A.约 23.8 ft/sec（7.3 m/s）
- B.约 44.6 ft/sec（13.6 m/s）
- C.约 4.7 ft/sec（1.4 m/s）
- D.约 6.0 ft/sec（1.8 m/s）✓ 答案
由 Q = A × V 得 V = Q ÷ A。先换算：2,100 gpm ÷ 448.8 = 4.68 cfs。面积 = 0.785 × (1 ft)² = 0.785 ft²，故 V = 4.68 ÷ 0.785 = 6.0 ft/sec。按公制，7,949 L/min = 0.132 m³/s，面积 = 0.785 × (0.305 m)² = 0.073 m²，得 1.8 m/s。若只用 D² 而漏掉 0.785，会得到 4.7 ft/sec；若把 gpm 除以 60 而不是 448.8，则得到 44.6 ft/sec。
编号 QB-NAZ56E依据： WPI Formula and Conversion Table for water treatment, distribution and laboratory exams (Flow Rate = Area x Velocity; area of circle = 0.785 x D squared; 1 cfs = 448.8 gpm)报告此题的问题
20. 某水厂以 5.4 MGD（20,440 m³/d）的水量通过四座相同的滤池，每座 20 ft × 30 ft（6.1 m × 9.1 m）。现有一座滤池因检修滤料停用，全厂流量不变。按 1 MGD = 694 gpm 计算，其余每座滤池的滤速是多少？
- A.约 3.1 gpm/ft²（7.6 m/h）
- B.约 6.2 gpm/ft²（15.3 m/h）
- C.约 2.1 gpm/ft²（5.1 m/h）✓ 答案
- D.约 1.6 gpm/ft²（3.8 m/h）
滤速 = 流量 ÷ 滤池面积。总流量为 5.4 MGD × 694 = 3,748 gpm，停用一座后由三座分担，每座 1,249 gpm。每座面积为 20 × 30 = 600 ft²，故 1,249 ÷ 600 = 2.1 gpm/ft²。按公制，20,440 m³/d ÷ 3 = 6,813 m³/d，除以 55.5 m² 约合 5.1 m/h。若仍按四座平分得 1.6，若把全部流量放在一座上得 6.2；单元停用会使在用单元的负荷成比例升高。
编号 QB-43AU3Q依据： WPI Formula and Conversion Table for water treatment, distribution and laboratory exams (filtration rate, gpm per square foot = flow, gpm / filter area, square feet; 1 MGD = 694 gpm)报告此题的问题

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练习题依据国际水务专业协会（WPI，前身为认证委员会协会 ABC）发布的《自来水处理运营员必知标准》，以及加州州立大学水务项目办公室（CSUS）和美国自来水工程协会（AWWA）的通用参考教材编写。本网站与 WPI/ABC、AWWA 或美国环保署无关联，也未获其认可。运营员证书由你所在州的认证主管机构颁发，水厂等级划分、运营员级别、报考资格和及格标准均由该机构规定——考试前请向所在州确认。污染物限值和监测要求由联邦规定并会不时修订，因此本站任何答案都不应作为现行法规数值使用，请以你所在系统适用的现行法规为准。本题库仅涵盖自来水处理考试——污水处理、污水收集管网和供水管网属于另外的认证项目。关于必知标准 →

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18. 一台压力变送器安装在直径 40 ft（12.2 m）的储水池底部，读数为 12.0 psi（82.7 kPa）。按 1 psi = 2.31 ft 水柱（1 m 水柱 = 9.8 kPa）计算，池内水深是多少？

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