化工儀表與自動化第五版第三章作業(yè)及答案

1、第三章1 什么是真值？什么是約定真值？相對真值？答： 真值是一個變量本身所具有的真實值，它是一個理想的概念，一般是無法得到的。所以在計算誤差時，一般用約定真值或相對真值來代替。約定真值是一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。實際測量中以在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，足夠多次的測量值之平均值作為約定真值。相對真值是指當高一級標準器的誤差僅為低一級的1/31/20時，可認為高一級的標準器或儀表示值為低一級的相對真值。2什么叫儀表的基本誤差、測量誤差和附加誤差?有何區(qū)別?答：儀表的基本誤差是指在規(guī)定條件下儀表的誤差。儀表在制造廠出廠前，都要在規(guī)定的條件下進行校驗。規(guī)定條件一般包括環(huán)境溫度、相對濕度、大

2、氣壓力、電源電壓、電源頻率、安裝方式等。儀表的基本誤差是儀表本身所固有的，它與儀表的結構原理，元器件質量和裝配工藝等因素有關，基本誤差的大小常用儀表的精度等級來表示。使用儀表測量參數(shù)時，測量的結果不可能絕對準確。這不僅因為儀表本身有基本誤差，而且還因為從開始測量到最后讀數(shù)，要經過一系列的轉換和傳遞過程，其中受到使用條件、安 裝條件、周圍環(huán)境等一系列因素影響，也要產生一定的誤差。所以在很多情況下，儀表的顯 示數(shù)值與標準值(真實值)之間存在著一個差值，這個差值稱為測量誤差。通常情況下，儀表的測量誤差大于基本誤差，因為測量過程還產生-二些附加誤差。附加誤差是儀表在非規(guī)定的參比工作條件下使用時另外產生

3、的誤差。如電源波動附加誤差，溫度附加誤差等。3什么是儀表的反應時間?用什么方法表示?答：當用儀表對被測量進行測量時，被測量突然變化以后，儀表指示值總要經過一段時間后才能準確地顯示出來。反應時間就是用來衡量儀表能不能盡快地反應出參數(shù)變化的品質指標。反應時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。反應時間的表示方法有兩種。 (1)當輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號(即指示值)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的632所用的時間，即為反應時間。(2)用變化到新穩(wěn)態(tài)值的95所用的時間來表示反應時間。4什么是壓力?它的法定計量單位是什么? 推薦精選答：壓力是垂直均勻地作

4、用在單位面積上的力。它的法定計量單位是帕斯卡(簡稱帕)，符號為P a。1Pa就是1牛頓(N)的力作用在1平方米()面積上所產生的壓力，即1pa=11Mpa=1000kpa=pa5寫出其他壓力單位與法定壓力單位Pa(帕斯卡)之間的換算關系。答：1毫米水柱(mm)一9806375Pa981Pa1工程大氣壓(kgf)一980665Pa981Pa1物理大氣壓(atm)一101325Pa10133Pa1巴(bar)=1000mbar=Pa6什么叫絕對壓力、表壓及真空度?它們的相互關系是怎樣的?答：絕對壓力 絕對真空下的壓力稱為絕對零壓，以絕對零壓為基準來表示的壓力叫絕對壓力。表壓力 當絕對壓力大于大氣壓

5、力時，絕對壓力高于大氣壓力的數(shù)值稱為表壓力，簡稱表壓。真空度當絕對壓力小于大氣壓力時，絕對壓力低于大氣壓力的數(shù)值稱為真空度或負壓。絕對壓力、大氣壓、表壓、真空度之間的相互關系如圖31所示。7彈性壓力表有哪些彈性元件?各有什么用途?答：彈性壓力表是壓力測量中最廣泛應用的一種儀表，它是根據(jù)各種彈性元件在被測介質壓力作用下產生彈性變形的大小來測量壓力的。常用的彈性元件有下列六種：單圈彈簧管、多圈彈簧管、(以上兩種是測高壓、中壓、低壓用的)、波紋膜片、膜盒、撓性膜片、波紋管(上述四種是測微壓和低壓用的)。8試述彈簧管壓力表的基本工作原理。答：彈簧管壓力表是利用彈簧管在正壓或負壓的作用下，自由端產生位移

6、，帶動傳動機構使指針偏轉，從而指示出壓力值的。9霍爾壓力傳感器是怎樣工作的?它為什么能將壓力的變化線性地轉換成霍爾電勢?推薦精選答：霍爾壓力傳感器是利用彈性元件的變形位移，然后再利用固接在彈性元件位移部分的霍爾片在磁場中移動，使通過霍爾片的磁感應強度發(fā)生變化，從而引起霍爾電勢的變化而工作的。它之所以能將壓力的變化線性地轉換成霍爾電勢，是因為它將霍爾片放置在如圖32所示的線性非均勻磁場中，霍爾片處于線性非均勻磁場的中間位置時，霍爾片左右兩半所通過的磁通方向相反，大小相等，故在霍爾片左右兩半產生的霍爾電勢也是大小相等方向相反的，故導出端的總電勢為零。當霍爾片隨彈性元件的變形位移而發(fā)生位移后，霍爾片

7、左右兩部分所通過的磁通不僅方向不同，且大小也不相等，故其電勢導出端的總電勢不再為零，其大小與霍爾片位移有線性關系(因該磁場采用了特殊形狀的極靴，使磁感應強度的分布呈線性規(guī)律)。這就是霍爾壓力傳感器能將壓力的變化線性地轉換成霍爾電勢的原因。10什么叫應變片?如何用它來測量壓力?答：應變片是由排列成柵狀的高阻金屬絲、高阻金屬箔或半導體粘貼在絕緣的基片上構成。上面貼有覆蓋片(即保護片)，電阻絲兩端焊有較粗的銅絲作引線，以便與測量電路連接。如圖33所示。應用時，先將應變片牢固地粘貼在試件表面，使其組合成一體，這樣當試件受力產生變形時，應變片隨同試件表面一起變形，從而引起電阻變化，變化值和應變片粘貼的構

8、件表面的應變成正比，最后通過測量電路和轉換電路，輸出相應的電壓和電流。應變片是一種重要的測量敏感元件，它有很多品種系列。長的有幾百毫米，短的只有0.2mm，有單片、雙片、應變花和各種特殊形狀的圖案，可以用在高溫、低溫和其他各種場合，其用途主要在實驗應力分析中測量應力，但也可以做成各種類型的傳感器，如壓力傳感器、加速度計、線位移傳感器等。11簡述壓阻式壓力傳感器的工作原理及特點。答：壓阻式壓力傳感器是基于單晶硅的壓阻效應而工作的。當壓力變化時，單晶硅產生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。它的特點是精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、

9、尺寸小、重量輕、結構簡單等。更可適應于惡劣的環(huán)境條件下工作，便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化。12什么是兩線制?兩線制有什么優(yōu)點?答：兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導線，這兩根線即是電源線，又 是信號線。與四線制(兩根電源線，兩根信號線)相比，兩線制的優(yōu)點是： (1)可節(jié)省大量電纜線和安裝費用；推薦精選(2)有利于安全防爆。 13什么叫智能檢測儀表?它有什么特點?答：智能檢測儀表就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎上增加微處理器電路而形成的儀 表。例如，用帶有溫度補償?shù)碾娙輦鞲衅髋c微 處理器相結合，構成精度為01級的壓力或差 壓變送器，其量程范圍為100 :1，時間常數(shù)在 036s間可調，通過手持

10、通信器，可對1500m之內的現(xiàn)場變送器進行工作參數(shù)的設定、量程 調整以及向變送器加入信息數(shù)據(jù)。智能型變送器的特點是：(1)可進行遠程通信，利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進行各種運行參數(shù)的選擇與標定，(2)精確度高，使用與維修方便I(3)通過編制各種程序，使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能，因而提高了變送器的精確度，簡化了調整、校準與維護過程；(4)使變送器與計算機、控制系統(tǒng)直接對話I(5)長期穩(wěn)定工作能力強，每五年才需校驗一次。14什么叫流量和總量?有哪幾種表示方法?互相之間的關系是什么?答：流量是指單位時間內流過管道某一截面的流體數(shù)量，即瞬時流量?？偭渴窃谝欢螘r間內流

11、過管道的流體流量的總和。流量分體積流量、質量流量。單位時間內流過的流體以體積表示的，稱為體積流量，常以Q表示。單位時間內流過的流體以質量表示的，稱為質量流量，常以M表示。它們之間的關系是：式中流體的密度。15什么是節(jié)流現(xiàn)象?標準的節(jié)流體有哪幾種?應用最廣泛的是哪種?答：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。標準的節(jié)流件有三種：標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管。應用最廣泛的是標準孔板。它已有100多年的歷史，至今它是世界上應用最廣，最成熟，測量較準確的測量工具。16試簡述渦輪流量計的測量過程及其特點。 答：渦輪流量計是先將流體的流速(流量

12、)轉換為安裝在管道內的渦輪的轉速，然后通過磁電感應轉換器將其轉換為相應電信號的頻率來進行測量的。 渦輪流量計的特點是安裝方便、測量精度高、可耐高壓、響應快、可湞IJ脈動信號、輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。渦輪流量計的渦輪易磨損，因此一般應加過濾器。為使流向比較平穩(wěn)，其前后應保證有一定的直管段。推薦精選17試簡述電磁流量計的工作原理及其特點。答：電磁流量計是基于電磁感應定律工作的。它是將流體的流速轉換為感應電勢的大小來進行測量的。電磁流量計的特點有：（1)電磁流量計由于沒有可動部件和插入管道的阻力件，沒有使流體收縮和改變流體的 流柬，所以壓力損失小，也很少堵塞，對測量導電性液體是較為

13、適用的。另外，由于電磁流 量計的襯里和電極是防腐的，所以也用來測量腐蝕性介質的流量。(2)電磁流量計流速測量范圍很寬(0.510ms)，口徑從1mm到2m以上，反應快、惰性小?？捎糜跍y量脈動流體、雙相流體以及灰漿等含固體顆粒的液體流量。18什么是漩渦流量計?簡述其工作原理?答：漩渦流量計又稱渦街流量計也叫卡曼渦街流量計。它是利用流體自然振蕩的原理制成的一種漩渦分離型流量計。當流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的物體時，若該物體的幾何尺寸適當，則在物體的后面，沿兩條平行直線上產生整齊排列，轉向相反的渦列。渦列的個數(shù)，即渦街頻率， 和流體的速度成正比。因而通過測旋渦頻率，就可知道流體的流速，從而

14、測出流體的流量。19試述物位測量的意義及目的。答：通過物位的測量，可以正確獲知容器設備中所儲物料的體積或重量；監(jiān)視或控制容器內的介質物位，使它保持在一定的工藝要求的高度，或對它的上、下限位置進行報警，以及根據(jù)物位來連續(xù)監(jiān)視或調節(jié)容器中流入與流出物料的平衡。所以，一般測量物位有兩種目的：一種是對物位測量的絕對值要求非常準確，借以確定容器或儲存庫中的原料、輔料、半 成品或成品的數(shù)量；另一種是對物位測量的相對值要求非常準確，要能迅速正確反映某一特定水準面上的物料相對變化，用以連續(xù)控制生產工藝過程，即利用物位儀表進行監(jiān)視和控制。20根據(jù)工作原理不同，物位測量儀表有哪些主要類型?它們的工作原理各是什么?

15、答：按其工作原理主要有下列幾種類型。(1)直讀式物位儀表這類儀表主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等。它們是利用連通器的原理工作的。推薦精選(2)差壓式物位儀表這類儀表又可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表。它們是利 用液柱或物位堆積對某定點產生壓力的原理而工作的。(3)浮力式物位儀表這類儀表又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶杠桿的和沉筒 式的幾種。它們是利用浮子的高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子(或沉 筒)的浮力隨液位高度而變化的原理來工作的。(4)電磁式物位儀表這類儀表可分為電阻式(即電極式)、電容式和電感式等幾種。它們是把物位的變化轉換為一些電量的變化，通過測出這些電量的變

16、化來測知物位的。另外，還 有利用壓磁效應工作的物位儀表。(5)核輻射式物位儀表這類儀表是利用核輻射透過物料時，其強度隨物質層的厚度而 變化的原理而工作的，目前應用較多的是7射線。(6)聲波式物位儀表這類儀表可以根據(jù)它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式幾種。它們的原理是：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的 不同，測出這些變化就可以測知物位。 (7)光學式物位儀表這類儀表是利用物位對光波的遮斷和反射原理而工作的。它利用的光源可以是普通白熾燈光，也可以是激光。21什么是液位測量時的零點遷移問題?怎樣進行遷移?其實質是什么?答：在使用差壓變送器測量液位時，一般壓差與液位高

17、度H之間的關系為：= 。這就是一般的“無遷移”的情況。當Ho時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。實際應用中，有時為防止容器內液體和氣體進入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液。如圖21所示。推薦精選- +H設被測介質密度為，隔離液密度為：(通常)，此時正、負壓室的壓力分別為：正負壓室間的壓差為：當H=0時，此為“有遷移”情況。若采用的是DDZ型差壓變送器，其輸出范圍為420mA的電流信號?！盁o遷移”時，H0，0，變送器輸出4mA；?！坝羞w移”時，H0，為了使液位的零值與滿量程能與變送器輸出的上、下限值相對應，即在“有

18、遷移”情況下，使得當H0時，。可調節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差的作用，此為“零點遷移”方法。這里遷移彈簧的作用，其實質就是改變測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。22試述溫度測量儀表的種類，各使用在什么場合？答：按照測量方式的不同，溫度測量儀表可以分為接觸式與非接觸式兩類。前者測溫元件直接與被測介質接觸，這樣可以使被測介質與測溫元件進行充分的熱交換而達到測溫目的。后者測溫元件與被測介質不相接觸，通過輻射或對流實現(xiàn)熱交換來達到測溫的目的。推薦精選接觸法測溫時，直接測得被測物體的溫度，因而簡單、可靠、測量精度高。但由于測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換，因而產生

19、了測溫的滯后現(xiàn)象，對運動狀態(tài)的固體測溫困難較大。另外，測溫元件容易破壞被測對象溫度場，且有可能與被測介質產生化學反應。由于受到耐高溫材料的限制，也不能應用于很高的溫度測量。非接觸法只能測得被測物體的表觀溫度（亮度溫度、輻射溫度、比色溫度等），一般情況下，要通過對被測物體表面發(fā)射率修正后才能得到真實溫度。而且，這種方法受到被測物體到儀表之間的距離以及輻射通道上的水氣、煙霧、塵埃等其它介質的影響，因此測量精度較低。非接觸法測量在原理上不受溫度上限的限制，因而測量范圍很廣，由于它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快，可以用來測量運動物體的表面溫度。23熱電偶溫

20、度計為什么可以用來測量溫度?它由哪幾部分組成?各部分有何作用? 答：熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應這一原理來測量溫度的。如圖22所示。+ +_ _+_ AB圖2-2 熱電偶測溫原理A、B為兩種不同材料的金屬導體，若把兩根導體兩端焊接在一起，形成閉合回路。由于A、B兩種不同的金屬，它們的自由電子密度不相同，則在兩接點處形成了兩個方向相反的熱電勢(設tto)。這樣，就可以用圖315(b)作為(a)的等效電路，其中，為熱偶絲的等效電阻。在此閉合回路中總的熱電勢為：當A、B材料確定后，熱電勢是接點溫度t和的函數(shù)之差。若一端溫度推薦精選保持不變，即為常數(shù)，則熱電勢就成為另一端溫度t的單值函數(shù)了。若t就是被測

21、溫度，那么只要測出熱電勢的大小，就能判斷測溫點溫度的高低。這就是利用熱電現(xiàn)象來測量溫度的原理。熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶、測量儀表、連接熱電偶和測量儀表的導線。如圖2-3所示。熱電偶是系統(tǒng)中的測溫元件，測量儀表3是用來檢測熱電偶產生的熱電勢信號的，可以采用動圈式儀表或電位差計，導線2用來連接熱電偶與測量儀表。為了提高測量精度，一般都要采用補償導線和考慮冷端溫度補償。132圖2-3 熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1熱電偶；2導線；3測溫儀表24常用的熱電偶有哪幾種?所配用的補償導線是什么?為什么要使用補償導線?并說明使用補償導線時要注意哪幾點?答：工業(yè)上常用的熱電偶有如下幾種：鉑銠鉑銠熱電偶(

22、也稱雙鉑銠熱電偶)；鉑銠鉑熱電偶；鎳鉻鎳硅(鎳鉻鎳鋁)熱電偶；鎳鉻康銅(鎳鉻銅鎳)熱電偶。在實踐中，人們找到了適合與各種型號的熱電偶配用的補償導線。詳見下表熱電偶名稱補償導線正極負極材料顏色材料顏色鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻紅紅紅銅鎳銅鎳銅鎳綠藍棕推薦精選銅-銅鎳銅紅銅鎳白由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。在實際應用中，由于熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當然也可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，但是這樣做會多消耗許多貴重金屬材料。解決這一問題

23、的方法是采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用導線稱為“補償導線”。在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配，極性不能接錯，熱電偶與補償導線連接端所處的溫度不應超過100。25用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償?其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N?答： 采用補償導線后，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內，但冷端溫度還不是o。而工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度熱電勢關系曲線是在冷端溫度保持為o的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關系曲線進行刻度的，由于操作室的溫度往往高于o，而且是不恒定的，這時，熱電偶所產生的熱電勢必然偏小，且測量值也隨冷

24、端溫度變化而變化，這樣測量結果就會產生誤差。因此，在應用熱電偶測溫時，又有將冷端溫度保持為o，或者進行一定的修正才能得到準確的測量結果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：(1)冷端溫度保持為o的方法，(2)冷端溫度修正方法；(3)校正儀表零點法；(4)補償電橋法；(5)補償熱電偶法。26試述熱電阻測溫原理?常用熱電阻的種類? 各為多少?答： 熱電阻溫度計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的，其電阻值與溫度關系如下：可見，由于溫度的變化，導致了金屬導體電阻的變化，只要設法測出電阻值的變化，就可達到溫度測量的目的。工業(yè)上常用的熱電阻有以下幾種：鉑電阻（WZP為新型號，WZB為舊型號）；銅電阻（WZC為新型號WZG為舊型號）。推薦精