过程参数检测与变换试题及参考答案.pdf

过程参数检测与转换练习题过程参数检测与转换练习题 一、填空一、填空 1. 根据误差本身的性质，可将误差分为_随机误差_、系统误差_、_粗大误差_三类。 2. 贝塞尔公式是 ) 1 1 ()( 1 1 ( 1 2 1 2 = = = n i i n i i v n xx n 3.精度为 0.5 级仪表的最大引用误差不得超过_0.5_。 4. 1 kgf/cm 2 = _0.981_bar。 5. ITS - 90 国际温标的热力学温度 T90与国际实用摄氏温度的 t90的关系是_ 16.273 9090 =Tt _。 6. 热电偶利用热电效应实现温度测量，热电偶的输出热电势是由_温差_电势和_接触_电势两部分 组成的。 7. 应用浮力原理测量物位的方法有_恒浮力法_、_变浮力法_两种。 8. 应用吹气法测量液位，如图 1 所示，当 P1压力变化不大，P2与 P1的关系满足 12 528. 0PP _ 时就可以达到反吹风系统气源流量恒定的要求，从而保证测量精度。 9. 差压式流量计由 节流装置 、信号管道 、差压计三部分组成。 10. DDZ-III 型力平衡式差压变送器有三种方法实现量程调整，分别是 矢量机构 、反馈动圈和调 磁分路螺钉。 11. 为了改善 DDZ-III 型热电偶温度变送器的非线性特性，其量程单元的反馈电路采用了_线性化_电路。 12. 用孔板测流量时，孔板两端的差压与管道中的流量是_平方_关系。 13. 对某一参数进行测量时，一般将 3 （为均方根误差）取为极限误差，它的置信概率为_99.73_。 14. 一般情况下，半导体热敏电阻有_负温度系数_特性。 15. 为了补偿环境温度变化对测量精度的影响，用热电偶测量温度时需对冷端进行_温度补偿_。 16.热电偶补偿导线有_补偿型补偿导线（C）_和_延伸型补偿导线（X）_两种。 17.应用容积分界法测量流量的基本原理是 通过测量元件把流体连续不断地分割成固定体积的单元流体， 然后根据测量元件的动作次数给出流体的总量，主要特点是精度高、量程范围宽、对上游流动状态不 太敏感 。 18. 常用的自动平衡式显示仪表有自动平衡式 电子电位差计和自动平衡 电子电桥两种。 19.仪表的精确度或精度综合了_精密度_和_准确度_的概念，用最大引用误差 100 max = 仪表的量程 J 来描述。 20.按测量值获得的方法，可以把测量分为_直接测量_、_间接测量_、_组合测量_三类。 21.测量不确定度是由一些不确定度分量组成的，这些分量可以分为 A 类和 B 类测量不确定度，其中由测 量列按统计规律计算得到的是_A_类不确定度，由非统计方法即其他方法估计的不确定度是 _B_类不确定度。 22.在对不确定度进行评估时，在对被测量上、下限没有给出任何信息时，一般估计为_均匀分布_比较 合理，这时给出的不确定度最大。 23.对于数字显示仪表，其分辨率为，按_均匀_分布估计，其标准不确定度为_0.5/ 3 T =0.29_。 常用的粗大误差的处理方法有_拉依达准则_、_格鲁布斯准则_。 24.常用的电容转换原理有_变极距式_、_变面积式_，差动电容属于_变极距式_，但用电容器原理测 物位时，一般是改变_介电常数_实现物位测量。 25.电感式压力计有_自感式_、_互感式_两种，差动变压器是广泛使用的一种电感式传感器，它属于_ 互感式_。 Cr e a t e d b y Am o u s 26.常用的非接触式物位仪表有_辐射式物位计_、_超声波物位计_、_光电式物位计_。 27.雷诺数 Re 是用来描述流体流动状态的参数，其值小于 2100 时是_层流状态_，大于 4000 时是_ 紊流状态_，在 21004000 之间时是_过渡状态_。 28.二位式控制的主要特点是_简单_，主要缺点是_精度不高_。 二、简答题二、简答题 1 随机误差的分布规律是什么？它具有哪四个特点？ 随机误差的分布规律是什么？它具有哪四个特点？ 随机误差的数值和符号就其个体而言没有规律， 以随机方式出现， 但就其总体而言是服从分布规律的， 对同一被测量进行无限多次重复性测量时，所出现的随机误差极大多数是服从正态分布的。 它具有的四个特点： 对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概率相同 有界性：绝对值很大的误差出现的概率接近于零，即误差的绝对值有一定的实际界限 单峰性：绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值大的误差出现的概率小 抵偿性：由于随机误差具有对称性，在叠加时有正负抵消的作用 2 什么是霍尔效应？如图 2 所示霍尔式压力传感器是如何工作的？ 什么是霍尔效应？如图 2 所示霍尔式压力传感器是如何工作的？ 一个半导体薄片，若使控制电流 I 通过它的两个相对侧面，在与电流垂直的另外两个相对侧面施加磁感应 强度为 B 的磁场，那么在半导体薄片与电流和磁场均垂直的另外两个侧面将产生电势信号 H U，这一现象 称为霍尔效应。 当无压力时， 霍尔片处于两对极靴之间的对称位置时， 对于霍尔片两侧所通过的磁通大小相等、 方向相反， 故由两个相反方向磁场作用而产生的霍尔电势大小相等、极性相反，此时霍尔片两端输出的总电势 H U为 零。当传感器通入被测压力 P 后，弹性元件的位移带动霍尔片做偏离其平衡位置的移动，这时霍尔片两端 所产生的两个极性相反的电势之和就不再为零，由于霍尔片位移方向磁感应强度的分布呈均匀梯度状态， 故霍尔片两端输出的霍尔电势与弹性元件的位移成线性关系，从而实现了压力-位移-霍尔电势的转换。 3 什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用的压电材料有哪些？ 什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用的压电材料有哪些？ 压电效应：当某些晶体沿着某一个方向受压或受拉发生机械变形（压缩或伸长）时，在其相对的两个 表面上会产生异性电荷。 逆压电效应：当晶体受到外电场影响时会产生形变 常用的压电材料：压电晶体、压电陶瓷 4 如图 4 所示，简述转子流量计的工作过程。 如图 4 所示，简述转子流量计的工作过程。 当流体自下而上地流经锥形管时，如果忽略流体的静压对浮子的作用，则作用在浮子上有 3 个力： 即浮子本身垂直向下的重力 1 F；流体作用在浮子上的浮力 2 F；流体作用在浮子上的动压力 3 F 。当浮子处 于平衡位置时 1 F- 2 F- 3 F =0，由此可以求得流体通过环形面积的流速。P133 5 涡轮式流量计在结构上如何实现流体对叶轮的反推力补偿？ 涡轮式流量计在结构上如何实现流体对叶轮的反推力补偿？ 从涡轮轴体的几何形状可以看出，当流体流过 K-K 截面时，流速变大而静压力下降，以后随着流通面 积的逐渐扩大而静压力逐渐上升， 因而在收缩截面 K-K 与 KK 之间产生了不等静压场， 此不等静压场所 造成的压差作用在涡轮的轴向分力（与流体的轴向推力反向）可以抵消流体的轴向推力，减小轴承的轴向 负荷 6 利用热电阻测量温度时，为什么常采用三线制接线方法? 利用热电阻测量温度时，为什么常采用三线制接线方法? 为减小导线电阻变化产生的测量误差 7 图 5 为动圈式显示仪表测量机构的线路图，说明各电阻的作用。 图 5 为动圈式显示仪表测量机构的线路图，说明各电阻的作用。 为了使统一的表头组件适用于不同的量程， 串 R 提高了仪表的输入阻抗，从而使信号源内阻的变化对测 量精度的影响小 并 R：提高仪表阻尼能力， 8 XCZ 配热电偶和热电阻的动圈表，外电阻和引线电阻分别是多少？ XCZ 配热电偶和热电阻的动圈表，外电阻和引线电阻分别是多少？ =+=15 调铜补桥热外 RRRRRR 引线电阻 15 Cr e a t e d b y Am o u s 9 何谓量程调整、零点调整、零点迁移？ 何谓量程调整、零点调整、零点迁移？ 量程调整：使变送器输出信号上限值 max y（即统一标准信号上限值）与测量范围上限值 max X 相对应，相当于 改变输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号 Y 与被测变量 X 之间的比例系数。 零点调整和零点迁移： 目的都是使变送器输出信号的下限值 max y（即统一标准信号上限值） 与测量范围下限值 min x 相对应。在 min x=0 时，为零点调整；在 min x0 时为零点迁移。 10弹簧管压力表的工作原理是什么？弹簧管压力表的工作原理是什么？ 当弹簧管压力表固定端通入被测压力 p 后，由于椭圆形截面在压力 p 的作用下将趋向圆形，其自由端 就由 B 移到 B ， 弹簧管的中心角随即减小， 根据弹性变形原理可知中心角相对变化值与压力 p 的关系。 11.热电偶冷端为什么要温度补偿？常用的冷端温度处理方法有哪些？11.热电偶冷端为什么要温度补偿？常用的冷端温度处理方法有哪些？ 各种热电偶的分度表均是在参考端即冷端温度（ 0 t ）为 0的条件下，得到的热电势与温度之间的关系， 即 E(t，0)与 t 之间的对应关系。要求热电偶测温时，冷端温度必须保持在 0，否则将产生误差。 常用的冷端温度处理方法：补偿导线延伸法，冰点法、计算修正法、仪表零点校正法、补偿电桥法 12.什么是温差电势?什么是接触电势?热电偶的热电势主要是温差电势还是接触电势?12.什么是温差电势?什么是接触电势?热电偶的热电势主要是温差电势还是接触电势? 温差电势（汤姆逊电势） ：在同一导体材料的两端因其温度不同而产生的一种热电势 接触电势（珀尔贴电势） ：两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势 热电偶的热电势主要是接触电势 13. 热电偶的四大基本定律是什么？13. 热电偶的四大基本定律是什么？ 中间导体定律：回路中总的热电势与引入第三种导体无关 均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如何，均不 产生热电势。 中间温度定律：如果连接点的温度为 0 t ，连接导体 A或者 B的热电特性相同，则总的热电势等于热电偶 与连接导体的热电势的代数和，），（），（， 0nn0 tttt)tt ( BAABnAABB EEtE+= 标准电极定律：如果导体 A、B 分别与第三种导体 C 组成热电偶，它们的测量端温度均为 t，参考端温度均 为 0 t ,产生的热电势分别为）（ 0 ,ttEAC和），（ 0 tt BC E，则由导体 A、B 组成的热电偶产生的热电势为 ),(),(),(),(),( 00000 ttEttEttEttEttE CBACBCACAB += 14.说出 8 种标准热电偶的名称和分度号。14.说出 8 种标准热电偶的名称和分度号。 铂铑10-铂热电偶（分度号为 S） 、铂铑13-铂热电偶（分度号为 R） 、铂铑30-铂铑6热电偶（分度号为 B） 镍铬-镍硅热电偶（分度号为 K） 、镍铬-康铜热电偶（分度号为 E） 、铜-康铜热电偶（分度号为 T） 铁-康铜热电偶（分度号为 J） 、镍铬硅-镍硅热电偶（分度号为 N） 15.由式由式 A Ad L Ldd R Rd + =+ =说明说明什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是应变效应？什么是压阻效应？ 应变效应：金属材料电阻率的变化率/d很小，可以忽略不计，由于材料几何尺寸变化引起的电阻变化 现象 Cr e a t e d b y Am o u s 压阻效应：半导体材料几何尺寸对电阻的变化率影响很小， A A L L d - d 可以忽略不计，半导体电阻的变化率 主要由/d引起 16. 用电容式液位计测定液位时，导电物质与非导电物质所用的电极有什么不一样？用电容式液位计测定液位时，导电物质与非导电物质所用的电极有什么不一样？ 非导电介质用光电极作为内电极，金属圆筒为外电极；导电介质，内电极用绝缘材料覆盖 三、线路分析题线路分析题 1见图 6，分析差动变压器的工作原理，说明输出 U0与铁芯 b 位移之间的关系。 两个次级线圈反相串联，当初级线圈通以适当频率的激励电压时，两个次级线圈产生的感应电压分 别为 U1 和 U2，它们的大小取决于铁心的位置，输出电压为 U0=U1-U2。当铁心处于两次级线圈的中间位 置时， U1=U2 ，U0= 0；当铁芯偏离中间位置向上(或向下)移动时，互感 M1(或 M2)增大，输出电压 U0 0 ，但向上和向下移动时的输出电压相位相差 180。 2见图 7，为一线性化电路，简述工作原理，定性画出其特性（Va与 Vf）曲线。注：参数见教材。 基准电压的数值和稳压管击穿电压决定折线拐点，并联电阻的大小决定于对折线段斜率的要求 要求后一段斜率大于前一段斜率，即 r2 大于 r1，在 120 R上并电阻，负反馈减小，输出 a U 增大； 要求后一段斜率小于前一段斜率，即 r3 小于 r2，在 a R 上并联一个电阻，输出 a U 减小。 3见图 8，分析变隙式自感压力计的工作过程。 当压力进入波纹管时，波纹管的顶端在压力 p 的作用下产生与压力 p 大小成正比的位移。于是衔铁 也发生位移，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流的大小反映了被测压力的 大小。 四、画图题画图题 1.图 9 所示，裸金属电极式电容液位计，画出其原理等效电路，并说明测量液位的工作原理。1.图 9 所示，裸金属电极式电容液位计，画出其原理等效电路，并说明测量液位的工作原理。 Cr e a t e d b y Am o u s 当被测液位 H=0 时，电容器内外电极之间气体的介电常数为 0 ，电容器的电容量为 r R ln 2 0 0 L C = 当液位为某一高度 H 时，电容器可以视为两部分电容的并联组合 r R HL R H C ln )(2 r ln 2 0x x += 当液位变化时，引起电容的变化量为 0 CCC X =,HC X r R ln )(2 0 = C与被测液位 H 成正比，测得电容的变化量就可以得到被测液位的高度 2.画出管道中流体流过标准孔板时流体压力、流体流速的变化曲线。陈忧先图 5-3。2.画出管道中流体流过标准孔板时流体压力、流体流速的变化曲线。陈忧先图 5-3。 3.画出 DDZ-型温度变送器的组成框图。刘希民图 3-19画出 DDZ-型温度变送器的组成框图。刘希民图 3-19 4.分别画出流体流过圆管道时层流状态和紊流状态下流速分布示意图。分别画出流体流过圆管道时层流状态和紊流状态下流速分布示意图。 Cr e a t e d b y Am o u s 五、计算题五、计算题 1.对某量等精度测量 5 次，得 39.21，39.23，39.27，39.24，39.26，求平均值X、均方差。 解：平均值242.39 5 26.3924.3927.3923.3921.39 x= + = 均方差0239. 0x-x 1-n 1 2 n 1i i = = ）（ 2.用热电偶（S 型）测温度，冷端为 25 C 时,测得热电偶的热电势为 17.802 mV,求被测温度是多少？ S 型热电偶分度表见表 1。 解：由 S 分度表中查得 E（25,0）=142V=0.142mV 则 E（t，0）=E(t,25)+E(25,0)=17.802+0.142=17.944mV 再反查 S 热电偶的分度表，得被测温度 1700.0C 3.要测量约 70的温度值， 有精度等级为 0.5 级、 测量范围为 0300的温度表和另一种精度等级为 1 级、测量范围为 0100的温度表可选用，按测量精度和经济要求，以选哪种温度表为宜？为什么？ 解：0.5 级，0-300温度表最大标称相对误差 100 y y = 标 =3000.5701002.143 1 级，0-100温度表最大标称相对误差 100 y y = 标 =1001701001.429 1 级精度等级的仪表没有 0.5 级精度等级的仪表高，但由于仪表量程原因，具体测量一个 70的温 度，选用 1.0 及表测量的精度反而比选用 0.5 级表为高，且经济性好，故选用 1.0 精度等级的温度表。 4.测量一个约 4.2 A 的直流电流，现有两台电流表：一台量程 025 A，0.5 级；另一台量程 05 A，1.0 级。问选用哪一台为好? 解：025A，0.5 级，最大标称相对误差 100 y y = 标 =250.54.21002.98 05A，1.0 级，最大标称相对误差 Cr e a t e d b y Am o u s 100 y y = 标 =514.21001.19 1 级精度等级的仪表没有 0.5 级精度等级的仪表高，但由于仪表量程原因，具体测量一个 4.2A 的电 流，选用 1.0 及表测量的精度反而比选用 0.5 级表为高，且经济性好，故选用 1.0 精度等级的电流表。 5. 见图 10，热电偶分度号为 K，25时电桥平衡，此时 R1=R2=10k，R3=Rcu=20。 铜电阻 Rcu 的 温度系数为=4.2510 -3