自動化《檢測技術及儀表》習題

1、1. 按儀表工業(yè)規(guī)定，儀表的精確度可劃分為若干等級，精度數(shù)字越小，其精度越高。2. 傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成。3. 儀表的精度不僅與絕對誤差有關，還與儀表的測量范圍有關。4. 金屬電阻應變式傳感器是一種利用金屬電阻應變片將應變轉換成電阻變化的傳感器。5. 半導體應變片原理是半導體材料的電阻率隨作用應力而變化的現(xiàn)象稱為半導體材料的壓阻效應。6. 電感式傳感器 分為自感式和互感式兩種傳感器，互感式傳感器又分為差動變壓器和電渦流式傳感器。7. 采用差動變間隙式結構的電感傳感器是為了改善傳感器的靈敏度和線性度。S8. 平板電容傳感器電容量Cd，柱形電容器電容量2。LCDlnd9. 壓電晶體壓

2、電效應的產(chǎn)生是由于晶格結構在機械力的作用下發(fā)生變形所引起的。10. 主要的壓電晶體有兩種：石英和水溶性壓電晶體。11. 磁電式傳感器基于電磁感應原理。12. 半導體熱敏電阻分為：正溫度系數(shù) PTC、負溫度系數(shù) NTC、臨界溫度系數(shù) CTR三種。臨界溫度系數(shù)的熱敏電阻通常用于開關元件。13. 負溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻 - 溫度特性是：14. 熱敏電阻的伏安特性是：在穩(wěn)態(tài)下，通過熱敏電阻的電流I 與其兩端之間的電壓U 的關系，稱為熱敏電阻的伏 - 安特性。15.熱電偶測量溫度的原理是基于熱電效應。16. 熱電阻測量線路采用直流電橋線路，主要考慮其引線電阻和接觸電阻影響，常采用三線接法和四線接法（一

3、般為實驗室用）。17. 熱電偶連接補償導線時，一定要注意在一定的溫度范圍內，補償導線與配對的熱電偶具有相同或相近的熱電特性。18. 光電轉速計主要有反射式和直射式兩種基本類型。19. 光纖傳感器一般由光源、敏感元件、光纖、光敏元件（光電接收）和信號處理系統(tǒng)組成。20. 光纖傳感器按工作原理分為功能型光纖傳感器和傳光型光纖傳感器。21. 莫爾條紋： 光柵常數(shù)相同的兩塊光柵相互疊合在一起時，若兩光柵刻線之間保持很小的夾角，由于遮光效應，在近于垂直柵線方向出現(xiàn)若干明暗相間的條紋，即莫爾條紋。22. 角數(shù)字編碼器又稱碼盤，它是測量軸角位置和位移的方法之一，它具有很高的精確度、分辨率和可靠性。23. 角

4、數(shù)字編碼器（碼盤）分為增量式編碼器和絕對式編碼器兩種。124. 循環(huán)碼編碼的特點是相鄰兩碼之間只有一位變化。25. 熱導式氣體傳感器的原理是根據(jù)不同種類、不同濃度的氣體，其熱導率不同，在同樣的加熱條件下，其溫度也不同，進而氣敏檢測元件的電阻也不同來檢測某氣體濃度的。二 1. 有三臺測溫儀表，量程均為0800，精度等級分別為2.5 級、 2.0 級和 1.5 級，現(xiàn)要測量500的溫度，要求相對誤差不超過2.5，選那臺儀表合理?解： 2.5 級時的最大絕對誤差值為20，測量500時的相對誤差為4； 2.0 級時的最大絕對誤差值為16，測量 500 時的相對誤差為3.2；1.5 級時的最大絕對誤差值

5、為12，測量 500時的相對誤差為2.4 。因此，應該選用1.5 級的測溫儀器。2. 熱電阻測量時采用何種測量電路?為什么要采用這種測量電路?說明這種電路的工作原理。答：通常采用電橋電路作為測量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果R1tR2t，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。R1R2RRt1RR4R32熱電阻的測量電路3 什么是金屬導體的熱電效應?試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應就是兩種不同的導體或半導體A 和 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處

6、的溫度不同，回路中就會產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進儀表，就能測量溫度。4.簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實用價值。答：一是勻質導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二是中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調節(jié)器，也可以將熱電偶的兩

7、端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進行溫度測量。三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、 t0 時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、 tn 和 tn、 t0 時的相應熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據(jù)。5試述熱電偶冷端溫度補償?shù)膸追N主要方法和補償原理。答：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄖ饕校阂皇抢涠撕銣胤ā＿@種方法將熱電偶

8、的冷端放在恒溫場合，有0恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補償導線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室 )，其實質是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；2三是計算修正法。修正公式為：E AB (t, t 0 )EAB (t, t 1 )EAB (t 1 ,t 0 ) ；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢補償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，工作原理如下圖所示。+R1R2teUI 1I 234RRIR5CMR-+圖中， e 為熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢，U 為回路的輸出電壓?；芈分写恿艘粋€補償電橋。R1R5 及 R

9、CM 均為橋臂電阻。 RCM 是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫度。R1R5 均用錳銅絲繞成，阻值穩(wěn)定。在橋路設計時，使R1 =R2，并且 R1、 R2 的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發(fā)生變化， 左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認為其具有恒流特性。線路設計使得 I 1=I 2=I/2=0.5mA。回路輸出電壓U 為熱電偶的熱電動勢e、橋臂電阻RCM 的壓降 U RCM 及另一橋臂電阻R5 的壓降 U R5 三者的代數(shù)和：UeURCM -UR5當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電動勢將會減小。與此同時，銅電阻RCM 的阻值將增大，從而

10、使 U RCM 增大，由此達到了補償?shù)哪康?。自動補償?shù)臈l件應為eI1R CMt6用鎳鉻 -鎳硅 (K) 熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40， 用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mV ，求被測點的溫度。解：由鎳鉻 -鎳硅熱電偶分度表查出E(40 ， 0)=1.638mV ，計算出E(t,0)(29.1881.638)mV30.826mV再通過分度表查出其對應的實際溫度為t700(30.826 - 29.129)10033.27529.129740.9 7已知鉑銠10-鉑 (S)熱電偶的冷端溫度t0 25，現(xiàn)測得熱電動勢E(t ， t0 ) 11.712mV ，求熱端溫度是多少度?解：

11、由鉑銠10 -鉑熱電偶分度表查出E(25 ， 0)=0.161mV ，根據(jù)式計算出E(t,0)(11.7120.161)mV11.873mV再通過分度表查出其對應的實際溫度為t1200(11.873 - 11.851)10013.15911.8511216.8 8已知鎳鉻-鎳硅 (K) 熱電偶的熱端溫度t 800，冷端溫度t0 25，求 E(t ， to)是多少毫伏?3解：由鎳鉻 -鎳硅熱電偶分度表可查得E(800 ， 0)=33.275mV ， E(25 ， 0)=1.024 mV ，故可得E(800 ， 5)=33.275-1.024=32.251mV9現(xiàn)用一支鎳鉻-康銅 (E) 熱電偶測

12、溫。其冷端溫度為30，動圈顯示儀表(機械零位在0 )指示值為400 ，則認為熱端實際溫度為430，對不對?為什么 ?正確值是多少?解：不對，因為儀表的機械零位在0，正確值為400。10如圖 5.14 所示之測溫回路，熱電偶的分度號為K ，毫伏表的示值應為多少度?答：毫伏表的示值應為(t1 - t2 - 60) 。11用鎳鉻 -鎳硅 (K) 熱電偶測量某爐溫的測量系統(tǒng)如圖所示，已知：冷端溫度固定在0， t0 30，儀表指示溫度為210，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補償導線A 和B ，相互接錯了， 問：爐溫的實際溫度t 為多少度 ?解：實際溫度應為270，因為接反后不但沒有補償?shù)?，還抵消了30 ，故

13、應該加上60。mVCC60AABA0mVt 0BABBAAB+t 1t 2圖 1圖 212.熱電偶測溫為什么要進行冷端補償？熱電偶熱電勢的大小與其兩端的溫度有關，其溫度 -熱電勢關系曲線是在冷端溫度為0?C 時分度的，在實際應用中，由于熱電偶冷端暴露在空間受到周圍環(huán)境溫度的影響，所以冷端溫度不可能保持在0?C 不變，也不可能固定在某個溫度不變，而熱電勢既決定于熱端溫度，也決定于冷端溫度，所以如果冷端溫度自由變化，必然會引起測量誤差，為了消除這種誤差，必然進行冷端補償。13.電磁流量計的測量原理？電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應原理制成的一種流量計，當被測導電液體流過管道時，切割磁力線，于是在和磁

14、場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應電勢，其值和被測流體的流速成比例。因此測量感應電勢就可以測出被測導電液體的流量。14.什么是兩線制？是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導線，這兩根導線既是電源線，又是信號線。15.什么叫絕對壓力、大氣壓力、表壓及真空度？它們的相互關系是怎樣的？絕對壓力是指被測介質作用在容器 p 單位面積上的全部壓力；地面空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力為大氣壓力；絕對壓力與大氣壓力之差稱為表壓力；如果被測流體的絕對壓力低于大氣壓，則壓力表所測得的壓力為負壓，其值稱為真空度。16.怎樣操作儀表三閥組？打開的順序為：打開正壓閥、關閉平衡閥、打開負壓閥。停運的順序為：關閉負壓閥、打開平衡閥

15、、關閉正壓閥。17.標準節(jié)流裝置有幾種，各是什么？有三種，分別是孔板、噴嘴、文丘利管。418.用差壓法測量有壓容器如何測量（用圖表示）？19.用差壓法測量敞口容器如何測量（用圖表示）？20.工業(yè)溫度測量儀表的基本誤差是2%, 儀表的測量范圍是1500 25000C ，求儀表示值為20000 C 時對應的實際溫度可能是多少？X=202000 20=1980?C21.EJA 型差壓變送器測量范圍0-2500Pa ，求輸出電流為12mA 時壓差為多少？ P=p ×2500=1250Pa。22.某儀表的測量范圍為 200-600C，儀表的精度為0.5 級，在 600 C 該儀表指示為604

16、，問該儀表是否超差？（ 600 （ 200） ×0.5=4 。C該儀表不超差。23.某測量儀表的測量范圍是+200+500 。C, 精度等級為為5.0，求當其示值為200。C 和 500。C 時 ,被測點的真實溫度（真值）大約為多少？ max=±5.0%（ 500-200 ） =±15示值為 200 。 C 時真值在185 和 215 。C 之間示值為 500 。 C 時真值在485 和 515 。C 之間24.用 S 型熱電偶測溫 ,已知冷端溫度為40。 C，而實測的熱電勢為9.352mV, 試求被測溫度值 ?由分度表查出：E （ 40， 0） =0.235mV

17、E（ t， 0） =9.352+0.235=9.587mV由分度表查出t=1000 。 C25.已知標準大氣壓為9.869MPa ，液柱到A 點高度為p100m ，液體密度為1.0 ×103kg/m3, 重力加速度為10N/kg,是求 A 點所受的壓力為多少？PA=9.869+ gh=9.869+1.0× 103 × 10 × 100=10.869MPa26.執(zhí)行器的基本構成及各組成部分的作用?答：（ 1）執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成。（ 2）執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它可以按照調節(jié)器的輸出信號，產(chǎn)生相應的推力或位移，對調節(jié)機構產(chǎn)生推動作用；調節(jié)機構

18、是執(zhí)行器的調節(jié)裝置，受執(zhí)行機構的操縱，可以改變調節(jié)閥閥芯與閥座間的流通面積，以調節(jié)被控介質的流量。27 電位差計式和電橋式自動平衡顯示儀表的不同點?28 簡述現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其基本特征?29. 什么是兩線制 ?與四線制比較兩線制有什么優(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；5(2) 有利于安全防爆。30. 什么是莫爾條紋？其特點是什么？31. 面積流量計的刻度修正計算？32. 簡述現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其基本特征？答：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡

19、與控制系統(tǒng)的集成，其節(jié)點是現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表，將網(wǎng)絡化處理的現(xiàn)場設備和現(xiàn)場儀表通過現(xiàn)場總線連接起來，實現(xiàn)一定控制作用的系統(tǒng)?；咎卣鳎喝W(wǎng)絡化、全分散化、可互操作、開放式開和全放。33.什么是熱電偶的熱電效應？熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N?34. 一測量范圍為 0-1000 0C 的溫度計，用標準表校驗后，其結果如下表：標準表讀數(shù) / 0C0100210450600700800960被校表讀數(shù) / 0C0101212454603706805962求出該溫度計的最大絕對誤差；并確定其精度等級。（儀表的精度等級有0.2 0.5 1.0 1.2等）解：根據(jù)題意，已知校驗測得的最大絕對誤差=6 ，

20、測量范圍為0-1000 ,則最大引用誤差（%）=（ /量程） 100%=（ 6 /1000 ） * 100%=0.6%得儀表的計算精度為0.6 ，由于沒有 0.6系列的表，根據(jù)校驗數(shù)據(jù)的誤差值確定為1.0級的儀表最合適。35. 推證(1) DDZ- 型調節(jié)器的 PD 規(guī)律實現(xiàn)電路。推導 PD電路傳遞函數(shù)。(2) DDZ- 型調節(jié)器的 PI 規(guī)律實現(xiàn)電路。推導 PI 電路傳遞函數(shù)。36. 試寫出圖示回路電勢表達式。1熱電偶2補償導線3補償熱電偶4恒溫器5銅導線6動圈儀解：熱電偶的輸出熱電勢EAB（ t,t1）補償熱電偶的輸出電勢EAB（ t 0,t 1 ）由熱電偶、補償導線、銅導線、動圈儀構成的

21、回路中總電勢E EAB（ t,t1 ） EAB（ t 0,t1 ）E EAB（ t,t1 ） EAB（ t 1， t 0）E EAB（ t,t0 ）37. 被控對象、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向各是怎樣規(guī)定的?6答：被控對象的正、反作用方向規(guī)定為：當操縱變量增加時，被控變量也增加的對象屬于“正作用” 的 反之，被控變量隨操縱變量的增加而降低的對象屬于“反作用”的。執(zhí)行器的作用方向由它的氣開、氣關型式來確定。氣開閥為“正”方向；氣關閥為“反”方向。如果將控制器的輸入偏差信號定義為測量值減去給定值，那么當偏差增加時，其輸出也增加的控制器稱為“正作用”控制器；反之，控制器的輸出信號隨偏差的增加而減

22、小的稱為“反作用”控制器。7. 超聲波脈沖回波法測厚計算：=ct /2三、計算現(xiàn)有 0.2 、 0.5 、 1.0 不同等級，量程為 0-1000 OC 的溫度儀表。根據(jù)工藝要求，溫度示值的誤差不允許超過 7 OC。請問選擇何種精度的儀表才能滿足工藝的要求？并說明理由。2、現(xiàn)有 0.2 、0.5 、 1.0 不同等級，量程為 0-1000 OC 的溫度儀表。根據(jù)工藝要求，溫度示值的誤差不允許超過 7 OC。請問選擇何種精度的儀表才能滿足工藝的要求？3、某壓力傳感器的測量范圍為010MPa，校驗該傳感器時得到的最大絕對誤差為0.08MPa，試確定該傳感器的精度等級。解：該傳感器的精度為：maxmax1000.08 100%0.8%量程10 0由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8 級儀表，而該傳感器的精度又超過了0.5 級儀表的允許誤差，所以，這只傳感器的精度等級應定為1.0 級。4、某測溫傳感器的測量范圍為01000，根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過7，試問應如何選擇傳感器的精度等級才能滿足以上要求?解：根據(jù)工藝要求，傳感器的精度應滿足：max100%7max量程100%0.7%1000 0此精度介于0.5 級和 1.0