化工仪表与自动化第五版第三章作业及答案

1、第三章1 什么就是真值？什么就是约定真值？相对真值？答:真值就是一个变量本身所具有得真实值,它就是一个理想得概念,一般就是无法得到得。所以在计算误差时,一般用约定真值或相对真值来代替。约定真值就是一个接近真值得值,它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差得情况下,足够多次得测量值之平均值作为约定真值。相对真值就是指当高一级标准器得误差仅为低一级得1/31/20时,可认为高一级得标准器或仪表示值为低一级得相对真值。2 .什么叫仪表得基本误差、测量误差与附加误差?有何区别?答:仪表得基本误差就是指在规定条件下仪表得误差。仪表在制造厂出厂前,都要在规定得条件下进行校验。规定条件一般包括环境

2、温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等。仪表得基本误差就是仪表本身所固有得,它与仪表得结构原理,元器件质量与装配工艺等因素有关,基本误差得大小常用仪表得精度等级来表示。使用仪表测量参数时,测量得结果不可能绝对准确。这不仅因为仪表本身有基本误差,而且还因为从开始测量到最后读数,要经过一系列得转换与传递过程,其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响,也要产生一定得误差。所以在很多情况下,仪表得显示数值与标准值(真实值)之间存在着一个差值,这个差值称为测量误差。通常情况下,仪表得测量误差大于基本误差,因为测量过程还产生二些附加误差。附加误差就是仪表在非规定得参比工作条件

3、下使用时另外产生得误差。如电源波动附加误差,温度附加误差等。3 .什么就是仪表得反应时间?用什么方法表示?答:当用仪表对被测量进行测量时,被测量突然变化以后,仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。反应时间就就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化得品质指标。反应时间得长短,实际上反映了仪表动态特性得好坏。反应时间得表示方法有两种。(1)当输入信号突然变化一个数值后,输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值。仪表得输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值得63.2所用得时间,即为反应时间。(2)用变化到新稳态值得95所用得时间来表示反应时间。4 .什么就是压力?它得法定计量单位就是什么?

4、答:压力就是垂直均匀地作用在单位面积上得力。它得法定计量单位就是帕斯卡（简称帕）,符号为Pa。1Pa就就是1牛顿（N）得力作用在1平方米面积上所产生得压力，即1pa=11Mpa=1000kpa=pa5 .写出其她压力单位与法定压力单位Pa（帕斯卡）之间得换算关系。答:1毫米水柱（mm）9.806375Pa9.81Pa1工程大气压（kgf/）一9.80665xPa9.81xPa1物理大气压（atm）101325Pa1.0133xPa1巴（bar）=1000mbar=Pa6 .什么叫绝对压力、表压及真空度?它们得相互关系就是怎样得?答:绝对压力绝对真空下得压力称为绝对零压,以绝对零压为基准来表示得

5、压力叫绝对压力。表压力当绝对压力大于大气压力时,绝对压力高于大气压力得数值称为表压力,简称表压。真空度当绝对压力小于大气压力时,绝对压力低于大气压力得数值称为真空度或负压。绝对压力、大气压、表压、真空度之间得相互关系如图31所示。7 .弹性压力表有哪些弹性元件?各有什么用途?答:弹性压力表就是压力测量中最广泛应用得一种仪表,它就是根据各种弹性元件在被测介质压力作用下产生弹性变形得大小来测量压力得。常用得弹性元件有下列六种:单圈弹簧管、多圈弹簧管、（以上两种就是测高压、中压、低压用得）、波纹膜片、膜盒、挠性膜片、波纹管（上述四种就是测微压与低压用得）。8 .试述弹簧管压力表得基本工作原理。答:弹

6、簧管压力表就是利用弹簧管在正压或负压得作用下,自由端产生位移,带动传动机构使指针偏转,从而指示出压力值得。9 .霍尔压力传感器就是怎样工作得?它为什么能将压力得变化线性地转换成霍尔电势?答:霍尔压力传感器就是利用弹性元件得变形位移,然后再利用固接在弹性元件位移部分得霍尔片在磁场中移动,使通过霍尔片得磁感应强度发生变化,从而引起霍尔电势得变化而工作得。它之所以能将压力得变化线性地转换成霍尔电势,就是因为它将霍尔片放置在如图32所示得线性非均匀磁场中,霍尔片处于线性非均匀磁场得中间位置时,霍尔片左右两半所通过得磁通方向相反,大小相等,故在霍尔片左右两半产生得霍尔电势也就是大小相等方向相反得,故导出

7、端得总电势为零。当霍尔片随弹性元件得变形位移而发生位移后,霍尔片左右两部分所通过得磁通不仅方向不同,且大小也不相等,故其电势导出端得总电势不再为零,其大小与霍尔片位移有线性关系（因该磁场采用了特殊形状得极靴,使磁感应强度得分布呈线性规律）。这就就是霍尔压力传感器能将压力得变化线性地转换成霍尔电势得原因。10 .什么叫应变片?如何用它来测量压力?答:应变片就是由排列成栅状得高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘得基片上构成。上面贴有覆盖片（即保护片）,电阻丝两端焊有较粗得铜丝作引线,以便与测量电路连接。如图33所示。应用时,先将应变片牢固地粘贴在试件表面,使其组合成一体,这样当试件受力产生变形

8、时,应变片随同试件表面一起变形,.从而引起电阻变化,变化值与应变片粘贴得构件表面得应变成正比,最后通过测量电路与转换电路,输出相应得电压与电流。应变片就是一种重要得测量敏感元件,它有很多品种系列。长得有几百毫米,短得只有0、2mm,有单片、双片、应变花与各种特殊形状得图案，可以用在高温、低温与其她各种场合,其用途主要在实验应力分析中测量应力,但也可以做成各种类型得传感器,如压力传感器、加速度计、线位移传感器等。11 .简述压阻式压力传感器得工作原理及特点。答:压阻式压力传感器就是基于单晶硅得压阻效应而工作得。当压力变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面得应变电阻产生与被测压力成比例得变化,再

9、由桥式电路获得相应得电压输出信号。它得特点就是精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等。更可适应于恶劣得环境条件下工作,便于实现显示数字化。12 .什么就是两线制?两线制有什么优点?答:两线制就是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线,这两根线即就是电源线,又就是信号线。与四线制（两根电源线,两根信号线）相比,两线制得优点就是:（1）可节省大量电缆线与安装费用;（2）有利于安全防爆。13 .什么叫智能检测仪表?它有什么特点?答:智能检测仪表就就是在普通压力或差压传感器得基础上增加微处理器电路而形成得仪表。例如,用带有温度补偿得电容传感器与微处理器相结合,构成精度为0.

10、1级得压力或差压变送器,其量程范围为100:1,时间常数在036s间可调,通过手持通信器,可对调整以及向变送器加入信息数据。1500m之内得现场变送器进行工作参数得设定、量程智能型变送器得特点就是:(1)可进行远程通信,利用手持通信器,可对现场变送器进行各种运行参数得选择与标定，(2)精确度高，使用与维修方便1(3)通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,因而提高了变送器得精确度,简化了调整、校准与维护过程；(4)使变送器与计算机、控制系统直接对话1(5)长期稳定工作能力强，每五年才需校验一次。14 .什么叫流量与总量?有哪几种表示方法?互相之间得关系就是

11、什么?答:流量就是指单位时间内流过管道某一截面得流体数量,即瞬时流量。总量就是在一段时间内流过管道得流体流量得总与。流量分体积流量、质量流量。单位时间内流过得流体以体积表示得,称为体积流量,常以Q表示。单位时间内流过得流体以质量表示得,称为质量流量,常以M表示。它们之间得关系就是:式中流体得密度。15 .什么就是节流现象?标准得节流体有哪几种?应用最广泛得就是哪种?答:流体在有节流装置得管道中流动时,在节流装置前后得管壁处,流体得静压力产生差异得现象称为节流现象。标准得节流件有三种:标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。应用最广泛得就是标准孔板。它已有100多年得历史,至今它就是世界上应用最广,最

12、成熟,测量较准确得测量工具。16 .试简述涡轮流量计得测量过程及其特点。答:涡轮流量计就是先将流体得流速(流量)转换为安装在管道内得涡轮得转速,然后通过磁电感应转换器将其转换为相应电信号得频率来进行测量得。涡轮流量计得特点就是安装方便、测量精度高、可耐高压、响应快、可浈IJ脉动信号、输出信号为电频率信号,便于远传,不受干扰。涡轮流量计得涡轮易磨损,因此一般应加过滤器。为使流向比较平稳,其前后应保证有一定得直管段。17 .试简述电磁流量计得工作原理及其特点。答:电磁流量计就是基于电磁感应定律工作得。它就是将流体得流速转换为感应电势得大小来进行测量得。电磁流量计得特点有:(1)电磁流量计由于没有可

13、动部件与插入管道得阻力件,没有使流体收缩与改变流体得流柬,所以压力损失小,也很少堵塞,对测量导电性液体就是较为适用得。另外,由于电磁流量计得衬里与电极就是防腐得,所以也用来测量腐蚀性介质得流量。(2)电磁流量计流速测量范围很宽(0、510m/s),口径从1mm到2m以上，反应快、惰性小。可用于测量脉动流体、双相流体以及灰浆等含固体颗粒得液体流量。18. 什么就是漩涡流量计?简述其工作原理?答:漩涡流量计又称涡街流量计也叫卡曼涡街流量计。它就是利用流体自然振荡得原理制成得一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大得流速流过垂直于流体流向得物体时,若该物体得几何尺寸适当,则在物体得后面,沿两条平行直线上

14、产生整齐排列,转向相反得涡列。涡列得个数,即涡街频率,与流体得速度成正比。因而通过测旋涡频率,就可知道流体得流速,从而测出流体得流量。19. 试述物位测量得意义及目得。答:通过物位得测量,可以正确获知容器设备中所储物料得体积或重量;监视或控制容器内得介质物位,使它保持在一定得工艺要求得高度,或对它得上、下限位置进行报警,以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料得平衡。所以,一般测量物位有两种目得:一种就是对物位测量得绝对值要求非常准确,借以确定容器或储存库中得原料、辅料、半成品或成品得数量;另一种就是对物位测量得相对值要求非常准确,要能迅速正确反映某一特定水准面上得物料相对变化,用以连

15、续控制生产工艺过程,即利用物位仪表进行监视与控制。20. 根据工作原理不同,物位测量仪表有哪些主要类型?它们得工作原理各就是什么?答:按其工作原理主要有下列几种类型。(1)直读式物位仪表这类仪表主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。它们就是利用连通器得原理工作得。(2)差压式物位仪表这类仪表又可分为压力式物位仪表与差压式物位仪表。它们就是利用液柱或物位堆积对某定点产生压力得原理而工作得。(3)浮力式物位仪表这类仪表又可分为浮子带钢丝绳或钢带得、浮球带杠杆得与沉筒式得几种。它们就是利用浮子得高度随液位变化而改变或液体对浸沉于液体中得浮子(或沉筒)得浮力随液位高度而变化得原理来工作得。(4)电磁式物

16、位仪表这类仪表可分为电阻式(即电极式)、电容式与电感式等几种。它们就是把物位得变化转换为一些电量得变化,通过测出这些电量得变化来测知物位得。另外,还有利用压磁效应工作得物位仪表。(5)核辐射式物位仪表这类仪表就是利用核辐射透过物料时,其强度随物质层得厚度而变化得原理而工作得，目前应用较多得就是7射线。(6)声波式物位仪表这类仪表可以根据它得工作原理分为声波遮断式、反射式与阻尼式几种。它们得原理就是：由于物位得变化引起声阻抗得变化、声波得遮断与声波反射距离得不同，测出这些变化就可以测知物位。(7)光学式物位仪表这类仪表就是利用物位对光波得遮断与反射原理而工作得。它利用得光源可以就是普通白炽灯光，

17、也可以就是激光。21.什么就是液位测量时得零点迁移问题？怎样进彳T迁移？其实质就是什么？答:在使用差压变送器测量液位时，一般压差与液位高度H之间得关系为:=。这就就是一般得“无迁移”得情况。当H=o时，作用在正、负压室得压力就是相等得。实际应用中，有时为防止容器内液体与气体进入变送器而造成管线堵塞或腐蚀，并保持负压室得液柱高度恒定，在变送器正、负压室与取压点之间分别装有隔离罐，并充以隔离液。如图21所示。设被测介质密度为，隔离液密度为：(通常)，此时正、负压室得压力分别为：正负压室间得压差为：当H=0时,，此为“有迁移”情况。若采用得就是DDZ一出型差压变送器，其输出范围为420mA得电流信号

18、。“无迁移”时，H=0,=0,变送器输出=4mA;。“有迁移”时，H=0,为了使液位得零值与满量程能与变送器输出得上、下限值相对应，即在“有迁移”情况下，使得当H=0时,。可调节仪表上得迁移弹簧，以抵消固定压差得作用，此为“零点迁移”方法。这里迁移弹簧得作用，其实质就就是改变测量范围得上、下限，相当于测量范围得平移，它不改变量程得大小。22 .试述温度测量仪表得种类，各使用在什么场合？答:按照测量方式得不同，温度测量仪表可以分为接触式与非接触式两类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分得热交换而达到测温目得。后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交

19、换来达到测温得目得。接触法测温时，直接测得被测物体得温度，因而简单、可靠、测量精度高。但由于测温元件与被测介质需要进行充分得热交换，因而产生了测温得滞后现象，对运动状态得固体测温困难较大。另外，测温元件容易破坏被测对象温度场，且有可能与被测介质产生化学反应。由于受到耐高温材料得限制，也不能应用于很高得温度测量。非接触法只能测得被测物体得表观温度（亮度温度、辐射温度、比色温度等，一般情况下,要通过对被测物体表面发射率修正后才能得到真实温度。而且，这种方法受到被测物体到仪表之间得距离以及辐射通道上得水气、烟雾、尘埃等其它介质得影响，因此测量精度较低。非接触法测量在原理上不受温度上限得限制，因而测量

20、范围很广油于它就是通过热辐射来测量温度得，所以不会破坏被测物体得温度场，反应速度一般也比较快，可以用来测量运动物体得表面温度。23 .热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成？各部分有何作用？答:热电偶温度计就是根据热电效应这一原理来测量温度得。如图22所示。A上22短电偶测而前'、A、B为两种不同材料彳而+乐两，接在一起，形成闭合回路。由于A、B两种不同得金属,它们得新电麦逑不相同点处形成了两个方向相反得热电势（设t<to）。这样，就可以用图315（b）作为（螂等效电路淇中，为热偶丝得等效电阻。在此闭合回路中总得热电势为：当A、B材料确定后，热电势就是接点温度t与得

21、函数之差。若一端温度保持不变，即为常数,则热电势就成为另一端温度t得单值函数了。若t就就是被测温度，那么只要测出热电势得大小，就能判断测温点温度得高低。这就就是利用热电现象来测量温度得原理。热电偶温度计由三部分组成：热电偶、测量仪表、连接热电偶与测量仪表得导线。如图23所示。热电偶就是系统中得测温元件，测量仪表3就是用来检测热电偶产生得热电势信号得，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线2用来连接热电偶与测量仪表。为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线与考虑冷端温度补偿。图23热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测温仪表24 .常用得热电偶有哪几种？所配用得补偿导线就是什么？为什么要使用

22、补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？答:工业上常用得热电偶有如下几种：铂铐一钳铐一热电偶（也称双钳铐热电偶）；铑铐一钳热电偶俅铭一银硅（银铭一银铝）热电偶镍铭一康铜（银铭一铜银）热电偶。在实践中，人们找到了适合与各种型号得热电偶配用得补偿导线。详见下表热电偶名称补偿导线正极负极材料颜色材料颜色钳铐10钳铜红铜馍绿银铭银硅（银铝）铜红铜馍蓝银铭铜银银铭红铜馍棕铜铜馍铜红铜馍白由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才就是被测温度得单值函数。在实际应用中，由于热电偶得工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，易受到周围环境温度波动得影响，因而冷端温度难以保持恒定。当然

23、也可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但就是这样做会多消耗许多贵重金属材料。解决这一问题得方法就是采用一种专用导线,将热电偶得冷端延伸出来,这种专用导线称为“补偿导线”在使用热电偶补偿导线时,要注意型号相配,极性不能接错,热电偶与补偿导线连接端所处得温度不应超过100。25 .用热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿得方法有哪几种?答:采用补偿导线后,把热电偶得冷端从温度较高与不稳定得地方,延伸到温度较低与比较稳定得操作室内,但冷端温度还不就是o。而工业上常用得各种热电偶得温度热电势关系曲线就是在冷端温度保持为oC得情况下得到得，与它配套使用得仪表也就是根据这一关系曲线进行

24、刻度得,由于操作室得温度往往高于o,而且就是不恒定得,这时,热电偶所产生得热电势必然偏小,且测量值也随冷端温度变化而变化,这样测量结果就会产生误差。因此,在应用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为oC,或者进行一定得修正才能得到准确得测量结果。这样做,就称为热电偶得冷端温度补偿。冷端温度补偿得方法有以下几种：(1)冷端温度保持为oC得方法，(2)冷端温度修正方法;(3)校正仪表零点法;(4)补偿电桥法;(5)补偿热电偶法。26 .试述热电阻测温原理?常用热电阻得种类?各为多少?答:热电阻温度计就是利用金属导体得电阻值随温度变化而变化得特性来进行温度测量得,其电阻值与温度关系如下:可见,由于温度得变化,导致了金属导体电阻得变化,只要设法测出电阻值得变化,就可达到温度测量得目得。工业上常用得热电阻有以下几种:铂电阻(WZP