自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第三版部分思考題答案

1、1基本知識(shí)引論課后習(xí)題1.1檢測(cè)及儀表在控制系統(tǒng)中起什么作用，兩者關(guān)系如何？檢測(cè)單元完成對(duì)各種參數(shù)過(guò)程的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并通過(guò)相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。關(guān)系：二者緊密相關(guān)，相輔相成，是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)1.2 典型檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的，各單元主要起什么作用？被控檢測(cè)單元變送單元顯示單元操作人員對(duì)象執(zhí)行單元調(diào)節(jié)單元作用：被控對(duì)象：是控制系統(tǒng)的核心檢測(cè)單元：是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)作用的及基礎(chǔ)，它完成對(duì)所有被控變量的直接測(cè)量，也可實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)的間接測(cè)量。變送單元：完成對(duì)被測(cè)變量信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸，其轉(zhuǎn)

2、換結(jié)果須符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)制式。變：將各種參數(shù)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；送：以供顯示或下一步調(diào)整控制用。顯示單元：將控制過(guò)程中的參數(shù)變化被控對(duì)象的過(guò)渡過(guò)程顯示和記錄下來(lái)，供操作人員及時(shí)了解控制系統(tǒng)的變化情況。分為模擬式，數(shù)字式，圖形式。調(diào)節(jié)單元：將來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)相比較，并對(duì)由此產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例積分微分處理后，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制執(zhí)行器的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同被測(cè)或被控參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。執(zhí)行單元：是控制系統(tǒng)實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)將調(diào)節(jié)器的控制輸出信號(hào)按執(zhí)行結(jié)構(gòu)的需要產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被控變量的調(diào)節(jié)作用。1.4 什么是儀表的測(cè)量范圍，上下限和量程？彼此有什么關(guān)系？測(cè)

3、量范圍：是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。上下限：測(cè)量范圍的最小值和最大值。量程：用來(lái)表示儀表測(cè)量范圍的大小。關(guān)系：量程=測(cè)量上限值-測(cè)量下限值1.6 什么是儀表的靈敏度和分辨率？?jī)烧叽嬖谑裁搓P(guān)系？靈敏度是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。分辨率是儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量，又稱儀表靈敏限。關(guān)系：分辨率是靈敏度的一種反應(yīng)，一般說(shuō)儀器的靈敏度高，則分辨率同樣也高。4 溫度檢測(cè)課后習(xí)題4.1國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的作用是什么？它主要由哪幾部分組成？答：作用：由其來(lái)統(tǒng)一各國(guó)之間的溫度計(jì)量。國(guó)際溫標(biāo)由定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式4.2熱電偶的測(cè)溫原理和熱電偶測(cè)溫的基本條件是什么？答：原理：基

4、于熱點(diǎn)效應(yīng)即將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體練成閉合回路、當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)、回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)?；緱l件：兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路、兩端接點(diǎn)處的溫度不同。4.3用分度號(hào)為S的熱電偶測(cè)溫，其參比端溫度為20度，測(cè)得熱電勢(shì)E（t，20）=11.30mv，試求被測(cè)溫度t。答：因?yàn)镋(t,20)=E(t,0)+E(0,20)所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0)因?yàn)镋(t,20)=11.30mV E(20,0)=0.113mV所以E(t,0)=11.413mV 即t=1154.4用分度號(hào)為K的熱電偶測(cè)溫，一直其參比端溫度為25度，熱端溫度為750度，其產(chǎn)生的

5、熱電勢(shì)是多少？答：據(jù)題意所知所求電勢(shì)E（750,25）=E（750,0）-E(25，0) 查K型熱電偶分度表得E(25，0)= 1.0002mv E（750,0）=31.1082mv 所以，E（750,25）=31.1082-1.0002=30.1080mv4.5在用熱電偶測(cè)溫時(shí)為什么要保持參比端溫度恒定？一般都采用哪些方法？答：若參比端溫度不能恒定則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差方法：1.補(bǔ)償導(dǎo)線法：延長(zhǎng)型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?；補(bǔ)償型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕疾煌粎⒈葴囟葴y(cè)量計(jì)算方法；參比溫度恒溫法；補(bǔ)償電橋法4.6在熱電偶測(cè)溫電路中采用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)如何接線？需要注意哪些問(wèn)題？答：正接正，負(fù)

6、接負(fù)。 注意的問(wèn)題：1.型號(hào)與極性不能接反2.補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶相連的兩個(gè)接點(diǎn)溫度要相同，以免造成不必要的誤差3.補(bǔ)償導(dǎo)線要引到溫度比較恒定的環(huán)境（機(jī)械零點(diǎn)補(bǔ)償）4.不要和強(qiáng)電或其他干擾源，平行走線。4.7以電橋法測(cè)定熱電阻的電阻值時(shí)，為什么常采用三線制接線方法？答：二線制：傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來(lái)的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。而采用三線制會(huì)大大減小引線電阻帶來(lái)的附加誤差，提高精度。4.8由各種熱敏電阻的特性，分析其各適用什么場(chǎng)合？答：正溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻超過(guò)一定溫度（居里溫度）時(shí)隨溫度升高呈

7、階躍性的增大；適用場(chǎng)合：負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻隨溫度升高哦而減小；適用場(chǎng)合：可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。4.9分析接觸測(cè)溫方法產(chǎn)生測(cè)溫誤差的原因，在實(shí)際應(yīng)用中有哪些措施克服？答：原因主要包括沿測(cè)溫元件導(dǎo)熱引起的誤差和測(cè)溫元件熱輻射所引起的誤差等；為了減少誤差 ,應(yīng)注意材料和結(jié)構(gòu)及安裝地點(diǎn)的選擇 ,并盡可能在測(cè)溫元件外部加同溫屏蔽罩，加強(qiáng)測(cè)溫傳熱器與測(cè)溫物體間的熱聯(lián)系。4.10輻射測(cè)溫儀表的基本組成是什么？答：光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理等部分組成。4.11輻射測(cè)溫儀表的表觀溫度與實(shí)際溫度有什么關(guān)系？答：4.12某單色輻射溫度計(jì)的有效波長(zhǎng)e=0.9µ

8、;m，被測(cè)物體發(fā)射率T=0.6，測(cè)得亮度溫度TL=1100，求被測(cè)物體實(shí)際溫度？答：已知普朗克第二常數(shù)C2=1.4387×10-2m.k, e=0.9µm,T=0.6, TL=1100=1373.5K。 1/TL-1/T=（/c2）ln(1/T) 代入數(shù)據(jù)得T=1436.55K=1163.05 4.13光纖溫度傳感器有什么特點(diǎn)？它可以應(yīng)用于哪些特殊的場(chǎng)合？答：特點(diǎn)：靈敏度高；電絕緣性能好，可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重量輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭等。適用場(chǎng)合：可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境5、壓力檢測(cè) 課后習(xí)題5-1簡(jiǎn)述壓力的定義，單位

9、及各種表示方法 答：?jiǎn)挝幻娣e收到的力；帕斯卡、公斤力、毫米水柱（水頭）、毫米汞柱垂直作用在單位面積上的力，其單位為Pa，（ P=F/S）表示方法：絕對(duì)壓力：被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力大氣壓力：由地球表面空氣柱重量形成的壓力表壓力：通常壓力測(cè)量?jī)x表是處于大氣中，其測(cè)得的壓力值等于絕對(duì)壓力和大氣壓力之差。真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值，其絕對(duì)值稱為真空度。差壓：設(shè)備中兩處的壓力之差。5-2 答：101.325-0.05=101.275Mpa 101.325+0.3=101.625Mpa 350kpa5-3 彈性式壓力計(jì)的測(cè)量原理是什么？常用的彈性原理有哪些？ 答：利用彈性

10、元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量；膜片、膜盒、波紋管、彈簧管（1）測(cè)壓原理：利用彈性元件的形變與壓力之間存在著確定的關(guān)系而測(cè)量壓力，即在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，管內(nèi)引入被測(cè)壓力，在壓力作用下，彈管使自己內(nèi)部體積向增大方向形變固使彎曲的管子力趨伸直，結(jié)果使彈簧管自由端產(chǎn)生一定大小的位移，這個(gè)位移大小與壓力有關(guān)。（2）彈性元件類型：彈性膜片：這是一種外緣固定的圓形片狀彈性元件。膜片的彈性特征一般由中心位移與壓力的關(guān)系表示。波紋管：其由整片材料加工而成，是一種壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉的薄閉圓管。彈簧管：是一根完成圓弧狀的具有不等軸截面的金屬管。5-4 答：電位器式、霍爾元件式、電感式、差動(dòng)變壓器式5-5 答

11、：相同點(diǎn)：都是壓力引起電阻阻值變化； 不同點(diǎn)：應(yīng)變式為金屬絲，壓阻式為半導(dǎo)體。5-6 答：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。以測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板。5-7 答：振頻式壓 原理：利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量頻率信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)壓力。優(yōu)點(diǎn)：體積小、輸出頻率信號(hào)，重復(fù)性好、耐振、精確度高、適用于氣體測(cè)量。 壓電式 原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 優(yōu)點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、頻率響應(yīng)高、不需外加電源 缺點(diǎn)：輸出阻抗高，需要特殊信號(hào)傳輸導(dǎo)線、溫度效應(yīng)較大、是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)中常用的傳感器，不適用測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。5-8 答：1、取壓點(diǎn)位置和

12、取壓口形式 2、引壓管路的敷設(shè) 3、測(cè)壓表儀表的安裝5.11、簡(jiǎn)述測(cè)壓儀表的選擇原則類型：其應(yīng)滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求（需了解被測(cè)介質(zhì)的情況，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及生產(chǎn)過(guò)程對(duì)儀表的要求）量程：為保證測(cè)壓儀表安全可靠的工作，儀表量程需根據(jù)被測(cè)壓力的大小及在測(cè)量過(guò)程中被測(cè)壓力變化的情況等條件來(lái)選取。測(cè)量精度：生產(chǎn)過(guò)程中元件的被測(cè)壓力的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差，可在規(guī)定的精度等級(jí)中確定儀表的精度。測(cè)量壓差的儀表適應(yīng)注意工作壓力的選擇，應(yīng)使其與被測(cè)對(duì)象的工作壓力相對(duì)應(yīng)。5-12 答：由題意可知，測(cè)量范圍為0.5-1.4Mpa 相對(duì)誤差為5%根據(jù)測(cè)量范圍可得，量程應(yīng)選0-2.5Mpa相對(duì)誤差為5% 假設(shè)示值為10

13、0 誤差為5 最大引用誤差=（5/2.5）%=2%所以精度為2，參照題中給出的精度，選精度為2.5級(jí)。6流量檢測(cè)6-2以橢圓齒輪式流量計(jì)為例，說(shuō)明容積式流量計(jì)的工作原理。橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量本體友一對(duì)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(gè)橢圓齒輪A/B在進(jìn)行出口流體壓力差的作用下、交替地相互驅(qū)動(dòng)、并各自繞軸作非角勻速度轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(guò)機(jī)械或其它的方式測(cè)出、從而可以得知流體總流量6-3簡(jiǎn)述幾種差壓流量計(jì)的工作原理。節(jié)流式流量計(jì)：節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量原理是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基礎(chǔ)均速管流量計(jì)：

14、是基于動(dòng)壓管測(cè)速原理發(fā)展而成的一種流量計(jì)，流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生差壓信號(hào)，此差壓信號(hào)于流體流量有確定的關(guān)系，經(jīng)過(guò)差壓計(jì)可測(cè)出流體流量。彎管流量計(jì)：當(dāng)流體通過(guò)管道彎頭時(shí)，受到角加速度的作用而產(chǎn)生的離心力會(huì)在彎頭的外半徑側(cè)于內(nèi)半徑側(cè)之間形成差壓，此差壓的平方根于流體流量成正比。6-4節(jié)流式流量計(jì)的流量系數(shù)與哪些因素有關(guān)？答：流量系數(shù)與節(jié)流件形式、直徑比、取壓方式、流動(dòng)雷諾數(shù)及管道粗糙度有關(guān)6-5簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的組成環(huán)節(jié)及其作用。對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)的安裝有哪些要求？為什么要保證測(cè)量管路在節(jié)流裝置前后有一定的直管段長(zhǎng)度？（p76）答：6-6當(dāng)被測(cè)流體的溫度、壓力值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果有何影

15、響？6-7、用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量氣體流量，給定設(shè)計(jì)參數(shù)p=0.8kPa，t=20，現(xiàn)實(shí)際工作參數(shù)p=0.4kpa，t=30，現(xiàn)場(chǎng)儀表指示為3800/h，求實(shí)際流量大小。6-8、一只用水標(biāo)定的浮子流量計(jì)，其滿刻度值為1000d/h，不銹鋼浮子密度為7.92g/，現(xiàn)在用來(lái)測(cè)量密度為0.79g/的乙醇流量，問(wèn)浮子流量計(jì)的測(cè)量上限是多少？6-9、說(shuō)明渦輪流量計(jì)的原理。某一渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)為K=150.4次/L，當(dāng)它在測(cè)量流量時(shí)的輸出頻率為f=400Hz，其相應(yīng)的瞬時(shí)流量時(shí)多少？6-10、說(shuō)明電磁流量計(jì)的工作原理，這類流量計(jì)在使用中有何要求。答：1）電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力

16、線方向流過(guò)，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與流體速度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量次電動(dòng)勢(shì)可以求得流體流量。2）電磁流量計(jì)對(duì)直管段要求不高，直管段長(zhǎng)度為5D-10D；安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動(dòng)和交直流強(qiáng)磁場(chǎng)。在垂直安裝時(shí)，流體要自下而上流過(guò)儀表；水平安裝時(shí)，兩個(gè)電極要在同一平面上。電磁流量計(jì)適用于導(dǎo)電性介質(zhì)的流量測(cè)量。6-11、渦街流量計(jì)的檢測(cè)原理是什么？常見(jiàn)的漩渦發(fā)生體有哪幾種？如何實(shí)現(xiàn)旋渦頻率檢測(cè)？答：（1）渦街流量計(jì)的檢測(cè)原理是利用流體振蕩的原理進(jìn)行流量測(cè)量、當(dāng)流體流過(guò)非流線型阻擋體時(shí)會(huì)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(duì)應(yīng)關(guān)系、測(cè)量頻率的變化。就可得知流體的

17、流量、（2）常見(jiàn)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、可分為一體式和分體式兩類、一體式的檢測(cè)元件放在旋渦發(fā)生體內(nèi)、如熱絲式分體式檢測(cè)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(shí)引起的波動(dòng)進(jìn)行測(cè)量、旋渦頻率采用熱敏電阻檢測(cè)方式、在三角主體的迎面對(duì)稱嵌入兩個(gè)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(gè)電阻被周期的冷卻、使其阻值改變、阻值的變化有電橋測(cè)出、即可測(cè)得旋渦產(chǎn)生頻率、從而知流量6-12、說(shuō)明超聲流量計(jì)的工作原理，超聲流量計(jì)的靈敏度與哪些因素有關(guān)？答：1）超聲流量計(jì)是利用超聲波

18、在流中的傳播特性實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。超聲波在流體中傳播，將受到流體流速的影響，檢測(cè)接收的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流速，從而求得流體流量。6-13、質(zhì)量流量測(cè)量有哪些方法。答：直接測(cè)量和間接測(cè)量直接式質(zhì)量流量計(jì)：儀表的輸出直接與質(zhì)量流量成正比推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)：通過(guò)對(duì)體積流量和密度的同時(shí)測(cè)量，然后把結(jié)果送入計(jì)算單元，通過(guò)運(yùn)算求出質(zhì)量流量。溫度，壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)：同時(shí)測(cè)出體積流量，溫度和壓力，由溫度和壓力等參數(shù)和密度的關(guān)系，通過(guò)運(yùn)算裝置算出介質(zhì)密度，再算出質(zhì)量流量。6-14、為什么科氏流量計(jì)可以測(cè)量質(zhì)量流量？（p89）6-15、說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)流量裝置的作用，有哪幾種主要類型？答：標(biāo)準(zhǔn)容積法、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)

19、法、標(biāo)準(zhǔn)體積管法。7物位檢測(cè) 課后習(xí)題7-1常用液位測(cè)量方法有哪些？（1） 壓力式液位計(jì)：根據(jù)靜止介質(zhì)的某一點(diǎn)所受壓力與此點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比，利用壓力表來(lái)顯示其高度。（2）直讀式：直接是用與被測(cè)容器連通的玻璃管來(lái)顯示容器內(nèi)的物位高度，或在容器上開(kāi)有窗口直接觀察物位高度。（3）浮力式：利用漂浮在液面上的浮子的位置隨液位的變化來(lái)測(cè)量定位。（4）電氣式：將物位的變化轉(zhuǎn)換為某些電量參數(shù)的變化而進(jìn)行間接測(cè)量。（5）聲波式：由于物位的變化引起的聲波的遮斷。（6）光學(xué)式：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理進(jìn)行測(cè)量。（7）核輻射式：放射性同位素放出的射線被中間介質(zhì)吸收而減弱。7-2對(duì)于開(kāi)口容器和密封壓力容器用

20、差壓式液位計(jì)測(cè)量時(shí)有何不同？影響液位計(jì)測(cè)量精度的因素有哪些？對(duì)于開(kāi)口容器，在容器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號(hào)，儀表指示的表壓力即反映相應(yīng)的液位靜壓。對(duì)于密封壓力容器，可用差壓計(jì)測(cè)量液位。差壓式的正壓側(cè)與容器底部相通，負(fù)壓側(cè)連接容器上部的空間?？汕笠何桓叨取?#160; 因素：液位計(jì)本身的精度、以及液位的溫度對(duì)其密度的影響、物料本身性質(zhì)如溫度、粘度、液面的穩(wěn)定、料面是否規(guī)則。7-3利用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，為什么要進(jìn)行零點(diǎn)遷移？如何實(shí)現(xiàn)遷移？（1） 進(jìn)行零點(diǎn)遷移的原因：由于測(cè)壓儀表的安裝位置一般不能和被測(cè)容器的最低液位處在同一高度上，因此，在測(cè)量液位是，儀表的量程范圍內(nèi)會(huì)有一個(gè)不變

21、的附加值。（2） 如何實(shí)現(xiàn)：對(duì)感壓原件預(yù)加一個(gè)作用力，將儀表的零點(diǎn)遷移到與液位零點(diǎn)相重合，即實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移。7-4恒浮力式液位計(jì)與變浮力式液位計(jì)的測(cè)量原理有什么異同點(diǎn)？在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，如何確定浮筒的尺寸和重量？恒浮力式液位計(jì)和變浮力式液位計(jì)都屬于浮力式物位檢測(cè)儀表，都是基于力的平衡原理，利用液體浮力進(jìn)行液位的測(cè)量。恒浮力式是靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化的；而變浮力式則是靠液面升降對(duì)物體浮力改變反映液位的變化。在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，要依據(jù)其測(cè)量原理選擇浮筒的尺寸和質(zhì)量。設(shè)浮筒的重力為G，浮力為W，則懸掛點(diǎn)所受重力F=G-W，又知浮力W為 故 ： 式中，D為浮筒的直徑5；為被測(cè)液體的密度

22、；H為浮筒浸入液體部分的高度。因此浮筒所受重力F與液位H呈線性關(guān)系，液位越高，力越小。為了提高靈敏度，應(yīng)使H前的系數(shù)盡可能大，所以浮筒的直徑D也是越大越有利。而且，為了有較大的量程，浮筒的長(zhǎng)度L也要盡可能大。關(guān)于浮筒的質(zhì)量選取依據(jù)零點(diǎn)消失原則進(jìn)行。7-5物料的料位測(cè)量與液位測(cè)量有什么不同的特點(diǎn)？從概念上說(shuō)，物料的料位是指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的堆積高度，其是針對(duì)固體進(jìn)行測(cè)量；而液位是指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低，其是針對(duì)液體的測(cè)量。 由于測(cè)量對(duì)象性質(zhì)的不同，在測(cè)量方法的選取上也有所不同。一般所有的物質(zhì)檢測(cè)方法和物位檢測(cè)儀表都可以進(jìn)行液位的測(cè)量，而只有機(jī)械接觸式、電氣

23、式、超聲式、核輻射式等適用于料位測(cè)量。故在測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表的選取上，料位相對(duì)于液位有一定的局限性。7-6電容式物位計(jì)、超聲式物位計(jì)、核輻射式物位計(jì)的工作原理，各有何特點(diǎn)？（1）電容式：基于圓筒形電容器的電容值隨物位而變化。（2）超聲式：利用回聲測(cè)距原理，由發(fā)射探頭發(fā)出的超聲脈沖，在介質(zhì)中傳到界面反射再返回到操頭接受。（3）核輻射式：以核輻射式的穿透性和物質(zhì)對(duì)射線的吸收特點(diǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)證明，射線等穿透物質(zhì)后，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律衰減。8 機(jī)械量檢測(cè)機(jī)械量包括長(zhǎng)度、位移、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等。其中直線位移是機(jī)械量基本的參數(shù)。如：表8-18.1模擬式位移檢測(cè)方法有：電容式位移檢

24、測(cè)、電感式位移檢測(cè)、差動(dòng)變壓器位移檢測(cè)、光纖位移檢測(cè)、光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)（光柵標(biāo)尺、CCD圖像傳感元件）8.1.1電容式位移檢測(cè)（） 變極距法（變d） 變面積法（變S） 在兩個(gè)固定極板之間設(shè)置可動(dòng)極板（變）8.2.1 電感式位移檢測(cè)方法電感式位移傳感器分自感式和互感式。電感式位移檢測(cè)與電容式位移檢測(cè)都是與被檢測(cè)對(duì)象非機(jī)械接觸的檢測(cè)方法。8.1.3差動(dòng)變壓器位移檢查方法（是互感式位移檢測(cè)方法）P1068.1.4光纖位移檢測(cè)方法（利用光纖檢測(cè)位移的一種方法）隨著被檢測(cè)物體的位移變化，重疊部分的光強(qiáng)發(fā)生變化，根據(jù)光強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)位移。8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)（光柵尺）數(shù)字式位移檢測(cè)室利用柵格編碼器將長(zhǎng)度

25、或角度的變化直接轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)或二進(jìn)制符號(hào)的方法，如光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺等。8.2.1光柵標(biāo)尺（P107）CCD圖像傳感元件（P109）8.3轉(zhuǎn)速檢測(cè)（重要指數(shù)：兩顆星）方法：離心力檢測(cè)法，光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測(cè)法，空間濾波器式檢測(cè)法。離心力檢測(cè)法原理：質(zhì)量m的重物旋轉(zhuǎn)時(shí)受到離心力 遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧力向上拉套筒，套筒升降通過(guò)齒輪帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而直接讀數(shù)。精確度：上下1%（核心思想：離心力彈簧力套筒升降齒輪帶指針轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)）光電碼檢測(cè)法：將對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)化為脈沖序列，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，通過(guò)脈沖個(gè)數(shù)測(cè)量轉(zhuǎn)角即得到轉(zhuǎn)速?？臻g濾波器式檢測(cè)法特點(diǎn)：不需要在旋轉(zhuǎn)物體上或周圍做任何記號(hào)，多用于檢測(cè)不規(guī)則

26、物體的移動(dòng)速度。8.4力檢測(cè)（重要指數(shù)：兩顆半星）本章主要檢測(cè)方法：金屬應(yīng)變?cè)?，半?dǎo)體應(yīng)變?cè)?，壓電效?yīng)，壓敏導(dǎo)電橡膠（1，2相對(duì)較重要。）力檢測(cè)主要原理基礎(chǔ)：彈性元件受力作用時(shí)將發(fā)生彈性形變，彈性體變形導(dǎo)致電阻值變化，電阻通電轉(zhuǎn)化為電壓，測(cè)電壓即可求得對(duì)應(yīng)力的大小。1 金屬應(yīng)變?cè)恚涸诶炝Φ淖饔孟拢饘俳z被拉長(zhǎng)，因此截面積縮小，導(dǎo)致電阻率變化。注：給金屬絲通電流，測(cè)電壓即可測(cè)得電阻，對(duì)應(yīng)即可知道應(yīng)力。2半導(dǎo)體應(yīng)變?cè)恚涸芰π巫?，?yīng)變對(duì)元件電阻率大幅度變化，從而導(dǎo)致電阻的改變，將元件通電流，測(cè)元件兩段電壓，通過(guò)電壓的改變即可推斷力的大小。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)靈敏，體積小，廣泛用在壓力傳感

27、上。缺點(diǎn)：溫度依賴性大，需要電路補(bǔ)償，價(jià)格高。3壓敏導(dǎo)電橡膠原理：元件受力變形電阻變化，通電，測(cè)電壓，即反推得到力的大小。9成分分析儀表成分分析儀表是對(duì)物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行分析和測(cè)量的儀表。一、 成分分析方法及分類(p117)成分分析的方法有兩種類型：一種是定期取樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室分析方法；另一種是利用可以連續(xù)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)分析儀表。 目前，按測(cè)量原理分類，成分分析儀表有以下幾種型式：1) 電化學(xué)式：如電導(dǎo)式（EC），電位式，酸度計(jì)，離子濃度計(jì)等。2) 熱學(xué)式：如熱導(dǎo)式、熱譜式、熱化學(xué)式等。3) 磁學(xué)式：如磁式氧氣分析儀、核磁共振分析儀等。4) 射線式：如X射線分析儀、

28、射線分析儀、同位素分析儀、微波分析儀等。5) 光學(xué)式：如紅外、紫外等吸收式光學(xué)分析儀，光散射、光干涉式光學(xué)分析儀等。（分光儀、比色儀）6) 電子光學(xué)式和離子光學(xué)式：如電子探針、離子探針、質(zhì)譜儀等。7) 色譜式：如氣相色譜儀、液相色譜儀等。8) 物性測(cè)量?jī)x表：如水分計(jì)、粘度計(jì)、密度計(jì)、濕度計(jì)、塵量計(jì)等。9) 其他：如半導(dǎo)體氣敏傳感器。二、 自動(dòng)分析系統(tǒng)（檢測(cè)器是分析儀表的核心）1、自動(dòng)分析系統(tǒng)通常是與試樣預(yù)處理系統(tǒng)組成一個(gè)分析測(cè)量系統(tǒng)，以保證其良好偶的環(huán)境適應(yīng)性和高的可靠性以使分析儀表的示值能代表被監(jiān)測(cè)的成分。2、自動(dòng)取樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中自動(dòng)、快速的提取待分析樣品。預(yù)處理系統(tǒng)可以采用冷卻

29、、加熱、氣化、減壓、過(guò)濾等方式。取樣和試樣的制備必須注意避免液體試樣的分餾作用或氣體試樣中某些組分被吸附的情況。三、 幾種工業(yè)用成分分析儀表1、 熱導(dǎo)式氣體分析器：利用不同氣體導(dǎo)熱特性不同的原理進(jìn)行分析。優(yōu)點(diǎn)有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、體積小。（熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是測(cè)量室）（1）經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，氣體中氫和氦的導(dǎo)熱能力最強(qiáng)，而二氧化碳和二氧化硫的導(dǎo)熱能力較弱。氣體的導(dǎo)熱率還與氣體的溫度有關(guān)。（2）熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是測(cè)量室，稱為熱導(dǎo)池。熱導(dǎo)池是用導(dǎo)熱良好的金屬制成的長(zhǎng)圓柱形小室，室內(nèi)裝有一根絲的鉑或鎢電阻絲，電阻絲與腔體有良好的絕緣。熱導(dǎo)池有不同的結(jié)構(gòu)型式，目前常用的是對(duì)流擴(kuò)散式結(jié)構(gòu)型式。熱導(dǎo)式分

30、析儀表通常采用橋式測(cè)量電路。四、 氧化鋯氧分析器（1）氧化鋯氧分析器是屬于電化學(xué)分析方法，這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定性好、相應(yīng)快、測(cè)量范圍寬（從106到百分含量），而且不需復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，它的探頭可以直接插入煙道中連續(xù)地分析煙氣中的氧含量。（2）氧化鋯分析器的基本工作原理基于氧濃差電池（原電池）。氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷固體電解質(zhì)，在高溫下有良好的離子導(dǎo)電特性。濃差電池的左側(cè)為被測(cè)氣體，右側(cè)為參比氣體，參比氣體一般為空氣。（3） 氧化鋯分析器正常工作的必要條件：a、工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)節(jié)控制的環(huán)節(jié)，一般工作溫度保持在T=850ºC，此時(shí)靈敏度最高，工作溫

31、度變化直接影響氧濃車電勢(shì)E的大小，傳感器還應(yīng)有溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。b、必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量穩(wěn)定不變。二者氧含量差越大，儀表靈敏度越高。C、參比氣體與被測(cè)氣體壓力應(yīng)該相等。（3）氧化鋯分析器的安裝方式有直插式和抽吸式。五、 半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器是采用半導(dǎo)體材料為敏感材料制成的一種氣敏傳感器類型。這類傳感器可以通過(guò)在半導(dǎo)體材料中添加各種催化劑來(lái)改變其主要敏感對(duì)象，但卻很難消除對(duì)其他共存氣體的影響,并且它信號(hào)線性影響的范圍窄，一般只用于定性及半定量范圍的氣體檢測(cè)。半導(dǎo)體氣敏傳感器按照半導(dǎo)體的物性變化特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻型兩類。氣敏傳感器一般由氣敏元件、加熱器和封裝體等部分組

32、成。氣敏元件從結(jié)構(gòu)型式來(lái)分有燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型三類。六、 工業(yè)酸度計(jì)1、工業(yè)酸度計(jì)屬于電化學(xué)分析方法。溶液的酸堿性可以用氫離子濃度的大小來(lái)表示。一般用pH值來(lái)表示溶液的酸堿度，定義為：與之相應(yīng)有：pH=7為中性溶液，pH>7為堿性溶液，pH<7為酸性溶液。（1）pH值得檢測(cè)采用電位測(cè)量法。測(cè)量pH值一般使用參比電極和測(cè)量電極以及被測(cè)溶液共同組成的pH測(cè)量電池。參比電極的電位是一個(gè)固定的常數(shù)。電池的電勢(shì)為參比電極和測(cè)量電極間電極電位的差值。根據(jù)能斯特公式有：式中，E為電極電勢(shì)，V；R為氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol·K)；T為熱力學(xué)溫度，K；F為法拉第常數(shù)，；pH

33、x為被測(cè)溶液的pH值。 （2）工業(yè)用參比電極一般為甘汞電極或銀氯化銀（Ag/AgCl）電極。(p129)（3）玻璃電極是使用最為廣泛的測(cè)量電極。七、 濕度的檢測(cè)1、 濕度是表示空氣中水汽含量的物理量。（1）濕度可用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種方法表示：絕對(duì)濕度是指單位體積濕氣體中所含的水汽質(zhì)量數(shù)，單位為；相對(duì)濕度是單位體積濕氣體中所含的水汽質(zhì)量與相同條件下飽和水汽質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。（2）濕度的檢測(cè)方法有露點(diǎn)法、毛發(fā)膨脹法和干濕球濕度測(cè)量法。對(duì)濕度傳感器的要求：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，有較快的響應(yīng)速度，受溫度影響小，互換性好，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。八、 干濕球濕度計(jì)干濕球濕度計(jì)的使用十分廣泛，常用于

34、測(cè)量空氣的相對(duì)濕度。它由兩支溫度計(jì)組成，一支溫度計(jì)用來(lái)直接測(cè)量空氣的溫度，稱為干球溫度計(jì)；另外一支溫度計(jì)在感溫部分包有被水浸濕的棉紗吸水套，并經(jīng)常保持濕潤(rùn)，稱為濕球溫度計(jì)。式中，為相對(duì)濕度；為干球溫度下得飽和水汽壓；為濕球溫度下的飽和水汽壓；為濕空氣的總壓；為干球濕度；為濕球濕度；為儀表常數(shù)，它與風(fēng)速和溫度傳感器的結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。1、陶瓷濕敏傳感器陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，便于用加熱法去除油污。多孔陶瓷表面積大，易于吸濕和去濕，可以縮短響應(yīng)時(shí)間。陶瓷傳感器的感濕機(jī)理一般是利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對(duì)水分子進(jìn)行吸濕或脫濕，使電極間的電阻值隨相對(duì)濕度而變化。這類傳感器的制作型式可以為燒結(jié)式、膜式及

35、MOS型等。這類元件的特點(diǎn)是體積小，測(cè)溫范圍寬，可用于高溫，最高可達(dá)600，能用電加熱反復(fù)清洗，響應(yīng)速度快，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。課后習(xí)題9-1、在線成分分析系統(tǒng)為什么要有采樣和試樣預(yù)處理裝置？采樣和試樣預(yù)處理裝置可以保證在成分分析系統(tǒng)良好的環(huán)境適應(yīng)性和高的可靠性，以使分析儀表的視值能代表被監(jiān)測(cè)的部分。采樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中自動(dòng)、快速的提取待分析樣品；預(yù)處理裝置可采用多種方式對(duì)采集的樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，為分析儀器提供符合技術(shù)要求的試樣。9-2、簡(jiǎn)述熱導(dǎo)式體分析器的工作原理，對(duì)測(cè)量條件有什么要求？工作原理：由于氣體組份含量的不同，混合氣體導(dǎo)熱能力將發(fā)生變化，利用混合氣體導(dǎo)熱能力的差異進(jìn)行含量分析。

36、要求：實(shí)際測(cè)量中，要求混合氣體中背景組分的導(dǎo)熱率必須近似相等，并與被測(cè)組分的導(dǎo)熱率有明顯的差別，對(duì)于不能滿足這一要求的氣體可采用預(yù)處理的方法。9-3機(jī)理為：紅外線氣體分析器屬于光學(xué)分析一表中的一種。它是利用不同氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線具有選擇性吸收的特性來(lái)進(jìn)行分析的。一般由紅外輻射源、測(cè)量氣樣室、紅外探測(cè)裝置組成。9-4氧化鋯分析器的基本工作原理基于氧濃差電池。濃差電池內(nèi)在氧化鋯陶瓷體的兩側(cè)燒結(jié)一層多孔鉑電極，當(dāng)兩側(cè)氣體的含氧量不同時(shí)，在兩極間將產(chǎn)生濃差電勢(shì)。條件要求為：工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)節(jié)控制的環(huán)節(jié)；必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量穩(wěn)定不變；參比氣體與被測(cè)氣體壓力應(yīng)該相等。9-

37、5基本環(huán)節(jié)有分析環(huán)節(jié)和分離環(huán)節(jié)。 9-6、半導(dǎo)體氣敏傳感器有哪幾種類型？半導(dǎo)體氣敏傳感器的類型按照半導(dǎo)體的物位變化特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻性兩類。按照半導(dǎo)體與氣體的相互作用是在其表面或內(nèi)部，又可分為表面控制型和體控制型兩種。9-7直接電位法測(cè)量溶液酸度就是用pH測(cè)量電池進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量電極插入溶液中會(huì)與溶液產(chǎn)生電極電勢(shì)，電池的電勢(shì)為參比電極與測(cè)量電極間電極電位的差值，其大小就代表溶液中氫離子濃度，即溶液酸度。9-8、簡(jiǎn)述濕度測(cè)量的特點(diǎn)，常用的濕度測(cè)量方法有哪些？濕度測(cè)量的方法很多，傳統(tǒng)的方法是露點(diǎn)法，毛發(fā)膨脹法和干濕球濕度測(cè)量法。工業(yè)過(guò)程的檢測(cè)和控制對(duì)濕敏傳感器有一下要求：（1）工作可靠，使用

38、壽命長(zhǎng)；（2）在氣體環(huán)境中特性穩(wěn)定，不受塵埃、油污附著的影響；（3）滿足要求的濕度測(cè)量范圍有較快的相應(yīng)速度；（4）能在-30°100°c的環(huán)境溫度下使用，受溫度影響較?。唬?）互換性好，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)。 10儀表系統(tǒng)分析表10-1DDZ-II型和DDZ-III型儀表的比較 (p137)儀表系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的類型有：時(shí)域模型，頻域模型，離散模型。思考題與習(xí)題1常用儀表是如何進(jìn)行分類的？各有什么特點(diǎn)？按使用性質(zhì)分為標(biāo)準(zhǔn)表（用于校驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)儀表使用，經(jīng)過(guò)了計(jì)量部門的定期檢定并具有合格證書(shū)）、實(shí)驗(yàn)室用表（用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究）、工業(yè)用表（長(zhǎng)期安裝使用在工業(yè)生產(chǎn)中）按測(cè)量方式分為直讀儀表（

39、可以直接讀取被測(cè)量值）和比較儀表（采用某種方式通過(guò)未知量雨已知量相比較而得出被測(cè)量值）按原理性連接方式分為串聯(lián)（各功能模塊首尾相接前后串聯(lián)）、反饋（某個(gè)功能模塊的輸出重新輸入到自身的輸入端或其前的某個(gè)功能模塊的輸入端，從而構(gòu)成正反饋或負(fù)反饋?zhàn)饔茫┌葱盘?hào)傳輸方式分為電動(dòng)儀表（以電量為傳輸信號(hào)，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，但無(wú)特殊處理措施，會(huì)引起活在和爆炸）、氣動(dòng)儀表（使用壓縮空氣來(lái)傳輸信號(hào)，反應(yīng)動(dòng)作慢，投資大）按組成方式分為基地儀表（通用性差）、單元組合式儀表（只完成單一功能，但是比較靈活）、組件組裝式儀表（可根據(jù)需要選擇多個(gè)插件，常用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中）按安裝使用方法分為現(xiàn)場(chǎng)安裝儀表（防爆，防腐，抗震）、盤后

40、架裝儀表（無(wú)顯示功能，無(wú)操作需要）、盤裝儀表（同時(shí)具有顯示功能和操作功能）以上三種是常用工業(yè)用表、臺(tái)式儀表（實(shí)驗(yàn)環(huán)境）、攜帶式儀表（野外工作環(huán)境）按防爆能力分為普通型儀表（用于非危險(xiǎn)場(chǎng)所）、隔爆型儀表（可防燃燒、爆炸、防腐、防震等）按運(yùn)算處理方式分為模擬式儀表（信號(hào)為模擬信號(hào)）、數(shù)字式儀表（信號(hào)為數(shù)字信號(hào)）2儀表各功能模塊的鏈接方式有哪兩種？其主要的區(qū)別是什么？有串聯(lián)和反饋，區(qū)別在于串聯(lián)是各功能模塊首尾相接前后串聯(lián)，反饋是某個(gè)功能模塊的輸出重新輸入到自身的輸入端或其前的某個(gè)功能模塊的輸入端，從而構(gòu)成正反饋或負(fù)反饋?zhàn)饔?0-3、 DDZ-II型和DDZ-III型電動(dòng)單元組合儀表的主要外特性是什么

41、？（表10-1）p137重點(diǎn)題（1）DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表的主要外特性：DDZ-II型系列儀表采用了印制電路等工藝，是以晶體管元件為主體的各單元之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)約定為010mA，電源采用交流220v，各單元的精度為0.5級(jí)。由于采用了電流作為儀表間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，因而信號(hào)在傳達(dá)過(guò)程中能保持恒值而不易受到傳輸電線電阻的變化的影響，且適合于遠(yuǎn)距離傳送。此時(shí)變送和計(jì)算單元能承受的負(fù)載電阻一般為01.5千歐，給定和調(diào)節(jié)單元能承受的負(fù)載電阻一般為03千歐。電流信號(hào)的引入還有利于與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械力，以便于利用力平衡原理實(shí)現(xiàn)各種功能。同時(shí)，電流信號(hào)有利于多個(gè)單元的串接，并能保證各接收信號(hào)的一致性。此外電

42、流信號(hào)從口開(kāi)始，便于模擬量的運(yùn)算。（2）DDZ-III型系列儀表是以線性集成電路為主要元器件。各單元之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用國(guó)際統(tǒng)一信號(hào)制的420mA直流電流進(jìn)行遠(yuǎn)傳，并保留了室內(nèi)15v電流電壓的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，電源采用直流24v單電源供電。DDZ-III型儀表采用國(guó)際統(tǒng)一信號(hào)制的420mA直流電流進(jìn)行遠(yuǎn)傳，主要是為了克服其電流制式的缺陷，即無(wú)法判斷線以及不易避開(kāi)元件的死區(qū)和非線性區(qū)。由于III型儀表的輸入阻抗較大，因而用過(guò)250歐的電阻即可方便的將信號(hào)傳遞。此外，直流24v供電模式的采用，使單電源集中供電得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，正因?yàn)椴捎昧酥绷?4v低壓供電，并附以安全柵等措施，才使III型儀表具備了安全的防爆

43、能力。4對(duì)常用儀表的輸入輸出特性進(jìn)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(guò)多串接一個(gè)非線性環(huán)節(jié)、并適當(dāng)選擇該環(huán)節(jié)的非線性、使其能夠補(bǔ)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(duì)于反饋式儀表、當(dāng)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(shí)、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/UY/F=1、K1、所描述的倒數(shù)關(guān)系、對(duì)該類儀表進(jìn)行線性化處理。（具體詳見(jiàn)課本138139）5.在分析儀表特性時(shí)，在什么情況下需要使用離散模型？在使用數(shù)字化離散效果的數(shù)字儀表時(shí)需要6.在儀表特性時(shí)域分析中的穩(wěn)態(tài)誤差是如何定義的？它在特性分析中起何種作用？當(dāng)

44、系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)度到新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動(dòng)作用又重新平衡后，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)偏差，這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。作用，控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后的變化形態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)誤差為期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小說(shuō)明控制精度越高。因此穩(wěn)態(tài)誤差常作為衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)指標(biāo)。7如何建立由多臺(tái)儀表組成的混合儀表系統(tǒng)模型？如何進(jìn)行混合儀表系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析？建模時(shí)候，思路與單一儀表輸入一樣，只是輸入量變?yōu)閜維，且狀態(tài)變量維數(shù)由各儀表的傳遞函數(shù)結(jié)束所決定，它等于系統(tǒng)中各儀表傳遞函數(shù)的總和。特別地，當(dāng)所有單一儀表都是0階系統(tǒng)（比例環(huán)節(jié)）時(shí)，混合儀表系統(tǒng)不包含中間狀態(tài)變量X時(shí)

45、，則1039展開(kāi)式可把含X變量的都除去。時(shí)域分析，運(yùn)用階躍擾動(dòng)的方法進(jìn)行分析即通過(guò)分別當(dāng)獨(dú)對(duì)每一輸相對(duì)于個(gè)輸入通道的響應(yīng)特性，再綜合分析所有的響應(yīng)結(jié)果，即可得到結(jié)果。頻域分析，主要采用正弦擾動(dòng)的方法分析一般混合儀表系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程，也可用Bode圖方法分析8用頻域方法對(duì)儀表進(jìn)行特性分析時(shí)可獲得哪些特性？可獲得儀表的穩(wěn)定性并確定其工作頻率范圍9儀表系統(tǒng)的時(shí)域模型、頻域模型、離散模型之間存在什么關(guān)系？彼此間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換？ 時(shí)域是指信號(hào)的幅度隨時(shí)間變化的曲線，橫軸是時(shí)間，縱軸是信號(hào)的幅度，一般的正弦波比如f(t)=sinwt就是時(shí)域曲線。頻域曲線是指信號(hào)的幅度與頻率的關(guān)系，函數(shù)比較復(fù)雜，可能是不連續(xù)的

46、。這兩個(gè)時(shí)間用高等數(shù)學(xué)中的傅立葉變換進(jìn)行轉(zhuǎn)化，也就是時(shí)域波形函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換后就成了該信號(hào)的頻域函數(shù)。這東西很難用坐標(biāo)表示，因?yàn)橹g的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性函數(shù)關(guān)系。比如時(shí)域中的簡(jiǎn)單正弦波形，在頻域中就是一根垂直于x軸的線（y軸上有幅度，非無(wú)限）而已，但如果波形變了，比如方波，那頻域上就一是一組復(fù)雜的滾降波形了。；離散模型可以看做是對(duì)連續(xù)的時(shí)域或頻域模型進(jìn)行力三處理所得。關(guān)系：（時(shí)域模型 拉氏變換頻域模型）進(jìn)行離散處理離散模型11變送單元變送單元：是將各種過(guò)程參數(shù)裝換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。11.1常用變送器工作原理1、力矩平衡式原理（主要應(yīng)用在差壓變送器）2、橋式電路原理（以非平衡式電橋?yàn)橹鳎?

47、、差動(dòng)方式原理11.4新型變送器數(shù)字式變送器特點(diǎn)：（1）數(shù)字式變送器種類多，輸入傳感器多（2）線性化精度高（3）量程可變程控（4）輸出4-20mA數(shù)字輸出通道（5）運(yùn)算速度快模擬式變送器：（1）輸入傳感器單一（2）量程不可變圖11-23數(shù)字式變送器結(jié)構(gòu)示意課后習(xí)題11-1為什么說(shuō)變送器是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的重要組成部分？變送器是檢測(cè)單元，感知信號(hào)的輸入，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；只有獲得了精確和可靠地過(guò)程參數(shù)，才能進(jìn)行準(zhǔn)確度數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滿意的控制效果。11-6熱電偶和熱電阻溫度變送器在輸入電路中采用了什么方法實(shí)現(xiàn)線性化？熱電偶：在反饋回路上采用各段斜率不等的線段連成折線構(gòu)成，利用并聯(lián)電阻來(lái)改變各

48、段斜率，而各段間的拐點(diǎn)則靠基準(zhǔn)電壓的數(shù)值絕對(duì)。熱電阻：由于熱電阻的特性曲線常呈現(xiàn)上凸函數(shù)關(guān)系，即阻值的增加隨溫度的升高而逐漸減小，電路采用了直接將反饋電壓轉(zhuǎn)換成電流，直接注入環(huán)節(jié)的方法。11-8一臺(tái)型溫度變送器，量程400-600，當(dāng)溫度從500變化到550時(shí)，輸出如何變化？根據(jù)量程400-600與輸出4-20mA成線性關(guān)系，有得11-9數(shù)字式變送器有什么特點(diǎn)？特點(diǎn)：（1）數(shù)字式變送器種類多，輸入傳感器多（2）線性化精度高（3）量程可變程控（4）輸出4-20mA數(shù)字輸出通道（5）運(yùn)算速度快12顯示單元12.1.2電位差計(jì)式自動(dòng)平衡原理（1）自動(dòng)電位差計(jì)適合對(duì)直流電壓或由直流電流轉(zhuǎn)換成的電壓進(jìn)行

49、自動(dòng)測(cè)量的處理；（2）自動(dòng)電位差計(jì)是利用電動(dòng)勢(shì)平衡的原理實(shí)現(xiàn)顯示和記錄功能的。圖12-3自動(dòng)點(diǎn)位差計(jì)原理圖P163課后習(xí)題12-1顯示儀表在過(guò)程自動(dòng)化的作用是什么？將重要參數(shù)、數(shù)據(jù)顯示輸出、記錄，供操作人員及時(shí)了解控制系統(tǒng)的變化情況，掌握被控對(duì)象的狀態(tài)。12-2.采用開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式的顯示儀表有什么區(qū)別？主要應(yīng)用范圍是什么？開(kāi)環(huán)式模式的顯示儀表由測(cè)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(dòng)圈式指示為代表、一般是通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)達(dá)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(yīng)特性、可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量與顯示自動(dòng)完成、同時(shí)能夠自動(dòng)跟蹤測(cè)量過(guò)程中平衡狀態(tài)的變遷應(yīng)用范圍：開(kāi)環(huán)以動(dòng)圈式儀

50、表為代表、閉環(huán)主要應(yīng)用在帶自動(dòng)平衡的顯示儀表中。12-3常用在顯示儀表中的工作原理有哪些？電位差計(jì)式自動(dòng)平衡原理：利用電動(dòng)勢(shì)平衡的原理實(shí)現(xiàn)顯示和記錄功能。適合對(duì)直流電壓或直流電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的處理。圖12-3電橋式自動(dòng)平衡原理:常用于敏感電阻做傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)的測(cè)量。原理圖12-4差動(dòng)變壓器式自動(dòng)平衡原理：主要與差動(dòng)變壓器式測(cè)量機(jī)構(gòu)配套使用。原理圖12-512-6數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)是什么？顯示精度高，顯示方式多元化，記錄無(wú)紙化，記錄傳輸方便。12-7模擬顯示儀表是如何發(fā)展變換成數(shù)字式顯示儀表的？數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展13調(diào)節(jié)控制單元13.1常規(guī)控制規(guī)律圖13-1典型

51、控制系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)圖正作用調(diào)節(jié)器：負(fù)作用調(diào)節(jié)器：13.1.2基本控制規(guī)律（1）位控雙位控制控制簡(jiǎn)單，精度不高，控制速度快，控制信號(hào)始終等幅震蕩比例（P）控制規(guī)律（最基本）輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) 之間存在比例關(guān)系：比例度（比例帶）：當(dāng)輸入量程量綱與輸出量程量綱一致時(shí)：缺點(diǎn)：誤差不能為零。積分（I）控制規(guī)律輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) （誤差變化率）之間存在比例關(guān)系：用途：改善小倍的靜態(tài)誤差，對(duì)動(dòng)態(tài)有影響，一般不能單獨(dú)使用，能消除或減小誤差微分（D）控制規(guī)律輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) （誤差變化率） 之間存在比例關(guān)系：用途：改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，當(dāng)噪聲高時(shí)不適應(yīng)圖13-4 （a）完全微分 （b

52、）不完全微分I，D不能單獨(dú)使用微分方程表示法v 比例積分（PI）控制規(guī)律v 比例微分（PD）控制規(guī)律v 理想比例積分微分（PID）控制規(guī)律13.1.3常規(guī)控制規(guī)律比例積分（PI）控制規(guī)律比例微分（PD）控制規(guī)律理想比例積分微分（PID）控制規(guī)律比例（P）使用PID控制規(guī)律的構(gòu)成圖13-8由P、I、D串并聯(lián)混合構(gòu)成的PID運(yùn)算電路圖13-9 圖13-1013.3DDZ-型調(diào)節(jié)器基本電路分析圖13-16正/反作用開(kāi)關(guān):保證控制行路始終為負(fù)反饋主要性能：輸入測(cè)量信號(hào)：15V DC內(nèi)給定信號(hào)：15V DC外給定信號(hào)：420mA DC輸入阻抗影響：<=滿刻度的0.1%輸出信號(hào)：420mA DC負(fù)載

53、電阻：250750比例度：P=2%500%積分時(shí)間：0.0125min微分時(shí)間：0.0410min調(diào)節(jié)精度：0.5級(jí)正反作用開(kāi)關(guān)：保證控制行路始終為負(fù)反饋數(shù)字式調(diào)節(jié)器基本電路分析圖13-17優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)為硬件+軟件，應(yīng)用范圍廣，可代替模擬輸入輸出多，可代替多個(gè)模擬式調(diào)節(jié)器2、有運(yùn)算程序，可進(jìn)行多種運(yùn)算3、具有通訊功能4、PID運(yùn)算課進(jìn)行改進(jìn)操作思考題13-1調(diào)節(jié)器的角色：是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，是將變送器的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)相比，并對(duì)偏差進(jìn)行比較，輸出給執(zhí)行器。13-2.什么是比例控制規(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(diǎn)？重點(diǎn)比例控制規(guī)律：輸出信號(hào)的變化量 與偏差信

54、號(hào) 之間存在比例關(guān)系：圖示法表示如圖13-2、特點(diǎn)（1）能及時(shí)和迅速的客服振動(dòng)的影響（2）存在一定的殘余偏差積分控制規(guī)律：輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) （誤差變化率）之間存在比例關(guān)系：（1）積分作用滯后偏差存在、不能單獨(dú)使用（2）大小與大小有關(guān)、還與偏差存在時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)、輸出信號(hào)的變化量也越大、直到調(diào)節(jié)器輸入達(dá)到極限。微分控制規(guī)律：輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) （誤差變化率） 之間存在比例關(guān)系：特點(diǎn)：有超前調(diào)節(jié)作用、不能單獨(dú)使用13-3.為什么說(shuō)積分控制規(guī)律一般不能單獨(dú)使用。而微分控制規(guī)律一定不能單獨(dú)使用？（1）在階躍輸入的瞬間調(diào)節(jié)器吳輸入、而隨著時(shí)間的延續(xù)其輸出增益增大、由此可見(jiàn)、積分調(diào)節(jié)作用總是滯后于偏差的存在、不能及時(shí)和有效的客服擾動(dòng)的影響、使調(diào)節(jié)不及時(shí)造成被空變量超調(diào)量增加、操作周期和回復(fù)時(shí)間增長(zhǎng)、也使調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢、不以穩(wěn)定、是積分控制規(guī)律使用時(shí)需考慮的主要問(wèn)題所以積分控制規(guī)律一般不單獨(dú)使用（2）因?yàn)槲⒎终{(diào)節(jié)器的輸出大小只與偏差變化速度有關(guān)、當(dāng)偏差固定不變時(shí)、無(wú)論其數(shù)值多大微分器都無(wú)輸出、不能消除