測控課后習題答案

1-2.典型檢測儀表控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式怎么樣的？各單元主要起什么作用？

（1）被控對象：是控制系統(tǒng)的核心、它是以單輸入單輸出、也可以是多輸入多輸出

（2）檢測單元：是控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)、它完成對所有被控變量的直接測量

同時也可實現(xiàn)某些參數(shù)的間接測量

（3）變送單元完成對被測變量信號的轉(zhuǎn)換和傳輸、其轉(zhuǎn)換結(jié)果符合國際標準的符號制式

（4）顯示單元：是控制系統(tǒng)的附屬單元、它將檢測單元獲得的有關(guān)參數(shù)、通過適當方式顯

示操作人員

（5）調(diào)節(jié)單元：完成調(diào)節(jié)控制規(guī)律的運算、它將變送器傳輸出來的測量信號與給定值

進行比較、并對比較結(jié)果進行調(diào)節(jié)運算、以輸出作為控制信號

（6）執(zhí)行單元：是控制系統(tǒng)實施控制策略的執(zhí)行機構(gòu)它負責將調(diào)節(jié)器的控制輸出信號按執(zhí)

行機構(gòu)的

需要產(chǎn)生出相應信號、以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對被控變量的調(diào)節(jié)作用

1-6.什么是儀表的靈敏度和分辨率？兩者間存在什么聯(lián)系？

靈敏度是儀表對被控參數(shù)變化的靈敏程度、分辨率是輸出能相應和分辨率的最小輸入量

分辨率是靈敏度的?種一般來說儀式的靈敏度越高分辨率也越高

L7.儀表的精度是如何確定的？

是用允許的最大引用誤差去掉百分號后的數(shù)字來衡量的

2-0.產(chǎn)生誤差的原因

1、被檢測物理模型的前提條件屬理想條件、與實際檢測條件有出入

2、測量器件的材料性能或制作方法不佳使檢測特性隨時間而發(fā)生劣化

3、電氣、空氣壓、油壓等動力源的噪音及容量的影響

4、檢測線路接頭之間存在接觸電勢或接觸電阻

5、檢測系統(tǒng)的慣性即延遲傳遞特性不符合檢測的目的要求、因此要

同時考慮系統(tǒng)靜態(tài)特性和動態(tài)特性

6、檢測環(huán)境的影響、包括溫度、氣壓、振動、輻射

7、不同采樣所得測量值的差異造成的誤差

8、人為的疏忽造成誤差、包括個人讀表偏差、知識經(jīng)驗的深淺、體力及精神狀態(tài)等

9、測量器件進入被測對象、破壞「所要測量的原有狀態(tài)

10、被測對象本身變動大、易受外界干擾以至測量值不穩(wěn)定。

3-2.說明鎖定放大原理在檢測系統(tǒng)中的作用？

檢測埋沒在噪聲中的微弱信號時、可以主動調(diào)制信號、抑制

噪聲、專門提取微弱信號幅值和相位等有效信息

3-3.利用檢測方程式說明補償結(jié)構(gòu)的特點。

3-5.總結(jié)多遠檢測的優(yōu)勢所在：

（1）在復雜的檢測系統(tǒng)中、往往是檢測信號里已包含了所需要的信息、但并不能、直接反

應所需要的信息、而且在檢測精度要求高的情況下、作為信號轉(zhuǎn)換的傳感器不止一個、是用

多個傳感器或不同類型傳感器群、實現(xiàn)高度智能檢測功能、是檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

（2）隨著半導體材料及計算機技術(shù)的發(fā)展、也促使人們對復雜問題的智能檢測的需求越來

越大、并且是多元化檢測成為可能

4-2.熱電偶的測溫原理和熱電偶測溫的基本條件是什么？

原理：基于熱點效應即將兩種不同的導體或半導體練成閉合回路、當兩個接點處的溫度不同

時、回路中將產(chǎn)生熱電勢。

基本條件：兩種不同的導體材料構(gòu)成回路、兩端接點處的溫度不同。

4-7.以電橋發(fā)測定熱電阻的電阻值時、為什么常采用三線接線的方法？

三線制方式是在熱電阻的一端兩根導線、另一端連接?根導線、當熱電阻與測量電橋諛用時、

分別將兩端引線接入兩個橋臂、就可以較好地消除引線阻影響、提高測量精度。

4-13.光纖溫度傳感器有什么特點？它可以應用于那些特殊場合？

特點：靈敏度高、電絕緣性能好、可適用于強烈電磁擾、強輻射的惡劣環(huán)境、體積小、

重量輕、可彎曲可實現(xiàn)不帶電的全光型探頭、特殊應用：可適用于強烈電磁干擾、強輻射的

惡劣環(huán)境。

6-2.以橢圓齒輪流量計為例、說明容積式流量計的工作原理？

橢圓齒輪流量計的測量本體友一對相互齒合的橢圓齒輪和儀表殼體構(gòu)成、其工作原理如圖、

兩個橢圓齒輪A/B在進行出口流體壓力差的作用下、交替地相互驅(qū)動、并各自繞軸作非角

勻速度轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)動過程中連續(xù)不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的固定容積內(nèi)的流體一份份地

排出、齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可以通過機械或其它的方式測出、從而可以得知流體總流量

6-11渦街流量計的檢測原理是什么？常見的旋渦發(fā)生體有哪幾種？如何實現(xiàn)旋

渦頻率檢測？

（1）渦街流量計的檢測原理是利用流體振蕩的原理進行流量測量、當流體流過非流線型

阻擋體時會產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦列、旋渦的產(chǎn)生頻率與流體留宿有著確定的對應關(guān)系、測量頻

率的變化。就可得知流體的流量、

（2）常見旋渦發(fā)生體的形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、T型柱以及由以上形狀組合而成的

組合形狀

（3）旋渦頻率的檢出有多種方式、可分為?體式和分體式兩類、?體式的檢測元件放在旋

渦發(fā)生體內(nèi)、如熱絲式分體式檢測元件則裝在旋渦發(fā)生體下游、如、壓電式均利用旋渦發(fā)生

時引起的波動進行測量、旋渦頻率采用熱敏電阻檢測方式、在三角主體的迎面對稱嵌入兩個

熱敏電阻、通入恒定電流加熱電阻、使其溫度稍高于流體、在交替產(chǎn)生旋渦的作用下、兩個

電阻被周期的冷卻、使其阻值改變、阻值的變化有電橋測出、即可測得旋渦產(chǎn)生頻率、從而

知流量

7-2.對于開口容器和密封壓力容器用差壓式液位計測量時有何不同？影響液位

計測量精度的因素有哪些？

（1）對于敝口容器式*P=Pb—Pa=HPG中的Pa為大氣壓、在容器底部或側(cè)面

液位零點處引出壓力信號、儀表指示的表壓力即反映相應的液柱靜壓

（2）密封壓力容器可

用差壓計測量液位、差壓計的正壓側(cè)與容器底部相通、負壓側(cè)連接容器上部的空氣間、可用

上式求液位高度

（3）影響液位計測量精度的因素：液位計本身的精度、以及液體的溫度

對其密度的影響、物料本身性質(zhì)如溫度、黏度、頁面的穩(wěn)定、料面是否規(guī)則

7-3.利用差壓變送器測量液位時、為什么要進行零點遷移？如何實現(xiàn)遷移？

（1）由于測壓儀表的安裝位置一般不能和被測容器的最低液位處在同一高度上、因此在測

量液位時、儀表的量度范圍內(nèi)會有一個不變的附加值、對于這個情況、要根據(jù)安裝高度差進

行的修正

（2）一般的差壓計都有調(diào)整零點位置的機構(gòu)、即可以對感壓元件預加一個作用力、將

儀表零點遷移到與液位零點相重和、這就是零點前移、在儀表安裝位置確定之后、只需

按計算進行零點調(diào)整即可

8-4.比較金屬應變片和半導體應變膜片在檢測壓力原理上的異同？

相同點:均是在收到外力的情況下導致了阻值發(fā)生變化

不同點：（1）金屬應變片的金屬電阻絲由于彈性形變的電阻率變化較小?？梢院雎浴⒍雽?/p>

體應變膜片單位應變的阻值較大。

（2）金屬應變片的應變靈敏系數(shù)K大約為2、半導體的應變靈敏系數(shù)可高到120、半導體

應變片反應靈敏、體積小

（3）金屬應變片在受壓力是阻值變而半導體卻有可能阻值增大。

9-2.簡述熱導體分析器的工作原理、對測量條件有什么要求？

原理：熱導式體分析器是利用不同氣體導熱特性不同的原理進行分析的

要求：

（1）混合氣體中背景祖墳的熱導率必須近似相等、并與被測組分的熱導率有明顯差別、

（2）電源供給熱絲恒定電流、使之維持一定溫度、被測氣體由小呈小部引入、從小呈上部

派出

（3）熱導池一致放在恒溫裝置中

9-5.氣體相色譜儀的基本環(huán)節(jié)有哪些？各部分的作用是什么？

氣象色譜儀包括分離和分析兩個技術(shù)環(huán)節(jié)、在測試時、使被分析的式樣

通過色譜儀將混合式樣中的各個組分分離、再由檢測器對分離后的各個組分進行檢測以確定

各組分的成分和含量

10-3.DDZ-2型和DDZ-3型電動單元組合儀表的主要外特性什么？

（1）主要外特征：

DDZ-2型系統(tǒng)儀表采用了印刷電路等工藝、是以晶體管元件為主體的、各單元之間的聯(lián)絡(luò)

信號約定為0-10ma、電源采用交流220V、各單元的精度一般為0.5級、

DDZ-3型系統(tǒng)列儀表則是以線性集成電路為主要器件各單元之間的聯(lián)絡(luò)信號采用國際統(tǒng)-

信號制的4-20MA直流電流進行遠傳、并保留了室內(nèi)1-5V直流電壓的聯(lián)絡(luò)信號電源采用直

流24V單電源供電。

（2）使用性質(zhì)、測量方式、原理性連接方式、信號傳輸方式、組成方式、安裝方式、防爆

能力、運算處理方式

104對常用儀表的輸入輸出特性進行線性化處理有哪些方法？

串聯(lián)式儀表的非線性特征是可以通過多串接一個非線性環(huán)節(jié)、并適當選擇該環(huán)節(jié)的非線性、

使其能夠補償前面?zhèn)€非線性環(huán)節(jié)所造成的非線性特征、從而是整體儀表線性關(guān)系。對于反饋

式儀表、當反饋是儀表的環(huán)節(jié)有足夠大的穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)時、其輸入輸出特性主要取決于環(huán)節(jié)

上而與環(huán)節(jié)1的關(guān)系不大、因此可以根據(jù)式K=Y/U—Y/F=l、K1、所描述的倒數(shù)關(guān)系、對

該類儀表進行線性化處理、

11-3.在常用的變送器采用哪些基本原理？

力矩平衡原理：工作原理的核心就在于如何把各信號轉(zhuǎn)變成等效的力矩、測量出這些力矩達

到相對平衡時產(chǎn)生的微小位移、以備變送器進行放大和處理

橋式電路原理：在典型的橋式應用電路、其中E表示電源、V表示輸出、a,b兩點間的電勢

差用Vab表示、則根據(jù)橋式電路的特性可知、當電橋達到平衡時、其輸出內(nèi)零即V=0、因

此存在如F關(guān)系：RUR4=R2。R3、由于橋是電路自身帶有電源E、當其工作在平衡狀態(tài)

附近、因外部負載電阻相對較大時、電橋外部的輸出電流很小可忽略不計、其而此時可以

可以提供的是電動勢。

差動式原理:當被測參數(shù)對象引起位移的一個敏感元件的特性增加、另?個敏感元件的特性

則減小且特性增加和減小的量相同而方向相反

12-2.采用開環(huán)式和閉環(huán)式的顯示儀表有什么區(qū)別？主要應用范圍是什么？

開環(huán)式模式的顯示儀表由測量電路和數(shù)據(jù)處理

兩部分環(huán)節(jié)組成、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)一動圈式指示為代表、一般是通過機械機構(gòu)達到平衡狀態(tài)的、

閉環(huán)式模式的顯示儀表可以保持顯示的精確可靠以及儀表的響應特性、可以實現(xiàn)測量與顯示

自動完成、同時能夠自動跟蹤測量過程中平衡狀態(tài)的變遷

應用范圍：開環(huán)以動圈式儀表為代表、閉環(huán)主要應用在帶自動平衡的顯示儀表中。

13-5.實用PID調(diào)節(jié)控制規(guī)律有哪些？

由反饋回路PID環(huán)節(jié)構(gòu)成的PID運算電路、由PD和PI串聯(lián)構(gòu)成的PID運算電路、由P/I

和D并聯(lián)構(gòu)成的運算電路、由PI和D串聯(lián)混合構(gòu)成的PID運算電路。

13-6.完全微分型PID控制規(guī)律與不完全有什么區(qū)別？那個控制更普遍？

完全微分型算法0其中、對位閥位置、故障沉余差、加保持器、理想PID控制規(guī)律中微分作

用只能在一個采樣周期中有效、且調(diào)整作用很強、這樣微分調(diào)節(jié)作用發(fā)揮不理想、因而在實

際應用中常在完全微分型算式的基礎(chǔ)上做必要的修正、從而產(chǎn)生了不完全微分型算式（）、

因此不完全微分型PID調(diào)節(jié)控制規(guī)律更為普遍

133為什么說積分控制規(guī)律一般不能單獨使用。而微分控制規(guī)律一定不能單獨

使用？

（1）在階躍輸入的瞬間調(diào)節(jié)器吳輸入、而隨著時間的延續(xù)其輸出增益增大、由此可見、積

分調(diào)節(jié)作用總是滯后于偏差的存在、不能及時和有效的客服擾動的影響、使調(diào)節(jié)不及時

造成被空變量超調(diào)量增加、操作周期和回復時間增長、也使調(diào)節(jié)過程緩慢、不以穩(wěn)定、是積

分控制規(guī)律使用時需考慮的主要問題所以積分控制規(guī)律一般不單獨使用

（2）因為微分調(diào)節(jié)器的輸出大小只與偏差變化速度有關(guān)、當偏差固定不變時、無論其數(shù)值

多大微分器都無輸出、不能消除偏差、因此不能單獨使用

13-1.什么是比例控制規(guī)律，積分控制規(guī)律和微分控制規(guī)律？它們各有哪些表示

方法和特點？

比例控制規(guī)律：微分方程形式表示為：*Y=KP&、圖示法表示如圖、特點（1）能及時和迅

速的客服振動的影響（2）存在一定的殘余偏差

積分控制規(guī)律：微分方程形式表示為：*Y=1"1............（1）積分作用滯后偏差存在、

不能單獨使用（2）*Y大小與&大小有關(guān)、還與偏差存在時間有關(guān)（3）消除殘余偏差（4）

只要有偏差、調(diào)節(jié)器輸出就不斷變化&存在時間越長、輸出信號的變化量*Y也越大、直到

調(diào)節(jié)器輸入達到極限。

微分控制規(guī)律：微分方程形式：*Y=、、、圖示形式如圖特點：有超前調(diào)節(jié)作用、不能單獨使

用

14-1.氣動執(zhí)行器、液動、電動在特性上有什么區(qū)別？

氣動是以壓縮空氣為動力能源的一種自動執(zhí)行器、它接受調(diào)節(jié)器的輸出控制信號直接調(diào)節(jié)被

控介質(zhì)的流量、實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。價格便宜、維護方便防火防

爆

電動是以電動機構(gòu)進行操作的、將電流信號轉(zhuǎn)換為相應軸角位移或直線位移、去控制調(diào)節(jié)機

構(gòu)以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、信號傳輸速度快、傳輸距離遠、但其