自动检测技术及仪表控制系统课后习题的答案.doc

自动检测及仪表控制,课后习题答案分章节知识点C11 开闭环仪表各有何优缺点？P6-72 检测系统的静/动态特性有哪些？P7-103 一阶系统的计算；4 仪表的误差与等级方面的计算。C21 检测技术的一般原理P29-302 检测仪表的组成与各部分的作用 P2图1。1或P97图3。13 检测仪表的设计方法按结构形式来分主要有四类，即简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换 P100-108C3对位移、力与压力、振动、转速、温度、物位、流量、成分等常用工程量作测试，按提出的测试要求，设计测试方案，选传感器，分析方法，测试步骤，预期结果。参习题C4 虚拟仪器的特点。一 简答题1测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为几类，各是什么？答：测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为四大类，分别为：1）液柱式压力计；2）弹簧式压力计；3）电器式压力计；4）活塞式压力计。2测量的基本方程式是什么？它说明了什么？答：3测量物位仪表按其工作原理主要有哪些类型？答：1）直读式物位仪表；2）差压式物位仪表；3）浮子式物位仪表；4）电磁式物位仪表；5）和辐射式物位仪表；6）声波式物位仪表；7）光学式物位仪表。4什么是温度？温度能够直接测量吗？答：温度是表征物体冷热程度。温度不能直接测量，只能供助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同变化的特性来加以间接测量。5什么是压力式温度计，它是根据什么原理工作的？答：应用压力随温度的变化来测量的仪表叫压力式温度计。它是根据在密闭系统中的液体。气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理制作的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。6差压变送器的检测元件为什么要做成膜盒结构，用单膜片行不行？答：因为膜盒组件在使用的差压范围内，具有很好的灵敏度和线性，而当差压超过使用范围时，即单向过载时，膜盒不但不坏，而且也极少有影响；由于膜盒内充有硅油，它除了传递压力之外，还有限尼作用，所以仪表输出平稳；由以上可知单膜片不能耐单向过载，尽管它加工方便，灵敏度高，不宜使用。7浮筒液位计的校验方式有哪几种？答：主要有罐液法和挂重法两种。在现场一般采用液校法，倘若被测液体不是水和酒精，则可以通过密度换算涌水和酒精代校，在检修期间可采用挂重校验法。校验时，把浮筒取下，挂上砝码盘，计算出浮筒的起始端、中间和终端的值，进行加法码校验。8什么是温标的三要素？何谓温标？答：1）选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点；2）规定了不同温度范围内的基准仪器；3）建立了基准仪器的示值与国际温标间关系的插补公式。9在分度号S、K、E三种热偶中，100摄氏度时的电势那种最大？那种最小？答：100度时，分度号S的热电势为0.645mv；100度时，分度号K的热电势为4.095mv；100度时，分度号E的热电势为6.317mv。所以E热电势最大，K次之，S最小。10补偿导线和与其相匹配热偶的热电特性完全相同吗？答：补偿导线比热电偶便宜，在0100度范围内，它的热电性质和所配的热偶性质相同，所以使用补偿导线犹如将配偶延长，把热偶冷端延长到远离热源的控制室或其他读数方便地的方；不过严格地说，补偿导线和热偶电势并不完全相同。例如：补偿导线铜-康铜，100度电势为4.27mv，二和其相配的K型热电偶则为4.095mv；补偿导线铜-镍铜，100度电势为0.643mv，而和其相配的S型热电偶则为0.645。11什么是绝对误差？答：是测量结果与真值之差。12什么是相对误差？答：是绝对误差与被测量值之比。13什么是引用误差？答：是绝对误差与量程值比。14调整差压变送器时，零点和量程会不会互相影响？答：调整量程时，因为改变了力平衡关系，所以影响零位。调整零位时，虽然也会引起膜盒、密封膜片、拉条等弹性元件的位置变化，因而产生附加力，但是很微小，所以一般不影响量程。15双金属温度计是怎样工作的？它有什么特点？答：它有两片膨胀系数不同的金属牢固的粘合在一起，其一端固定，另一端通过传动机构和指针相连。当温度变化时，由于膨胀系数不同，双金属片产生角位移，带动指针指示相应的温度。这便是双金属温度计的工作原理。双金属温度计结构简单，价格便宜，使用方便，耐振动，没有水银温度计的汞害，刻度也比较水银温度计清晰，所以用得很广。16热电偶冷端补偿一般采用哪几种方法？答：1、冰点法2、计算法3、平衡电桥法4、机械零点调整法17双金属温度计是怎样工作的？答：它由两片膨胀系数不同的金属牢固地粘合在一起，其一端固定，另一端通过传动机构和指针相连。当温度变化时，由于膨胀系数不同，双金属片产生角位移，带动指针指示相应温度。这便是双金属温度计的工作原理。18. 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。19. 什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。20. 在模拟量自动检测系统中常用的线性化处理方法有哪些？答：线性化方法主要有在模拟量自动检测系统中可采用三种方法：缩小测量范围，取近似值。采用非均匀的指示刻度。增加非线性校正环节。21. 说明检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用。答：检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用是是利用它本身的非线性补偿传感器的非线性，从而使整台仪表的输出u0和输入x之间具有线性关系。22. 如何得到非线性校正环节的曲线？答：一般主要是利用非线性元件或利用某种元件的非线性区域，例如将二极管或三极管置于运算放大器的反馈回路中构成的对数运算放大器就能对输入信号进行对数运算，构成非线性函数运算放大器，它可以用于射线测厚仪的非线性校正电路中。目前最常用的是利用二极管组成非线性电阻网络，配合运算放大器产生折线形式的输入-输出特性曲线。由于折线可以分段逼近任意曲线，从而就可以得非线性校正环节（线性化器）所需要的特性曲线。23. 虚拟仪器的特点是什么？解：具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言。提供丰富的数据采集，分析及存储的库函数。提供传统的数据调试手段，如设置断点，单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式进行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂得总线标准的开发者也能驱动不同总线标准接口设备与仪器。提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLL（动态链接库），DDE（共享库），Activex等。具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络，远程测控仪器开发。二计算题1 . 1151GP压力变送器的测量范围原为0100KPa，现零位迁移100%。则1)仪表的测量范围变为多少？2)仪表的量程是多少？3)输入多少压力时，仪表的输出为4、12、20mA？解：仪表的原测量范围为0100KPa，现零位正迁了100%，所以：1)测量范围成了100200KPa。2)仪表的量程是200-100=100KPa。3)输入为100KPa时，仪表的输出为4mA。输入为150KPa时，仪表的输出为12mA。输入为200KPa时，仪表的输出为20mA。2.有两台测温仪表，其测量范围分别是0800和6001100，已知其最大绝对误差均为6，试分别确定它们的精度等级。解：据基本误差m=max/（A上-A下）100%可得m1=6/（800-0）100%=0.75%m2=6/（1100-600）100%=1.2%根据常用工业仪表的精度等级系列，测量范围为0800的测温仪表应定为1级精度，测量范围为6001100的测温仪表应定为1.5级精度。3.有一台气动差压变送器，表量程为25000Pa，对应的最大流量为50t/h，工艺要求40t/h时报警。问：（1）不带开方器时，报警值设在多少？（2）带开方器时，报警值设在多少？解：(1).不带开方器时对应40t/h流量的差压, 根据差压流量公式：Q2=KpP1=25000（40/50）2=16000Pa对应40t/h流量的输出I1=（16000/25000）16+4=14.24mA (2).带开方器时因为Q=KP对应40t/h流量的差压P2=25000（40/50）=20000Pa对应40t/h流量的输出 I2=（20000/25000）16+4=16.8Ma4.某节流装置在设计时,介质的密度为520Kg/m3,而在实际使用时,介质的密度为480Kg/m3.如果设计时,差压变送器输出100Kpa,对应的流量为50t/h,则在实际使用时,对应的流量为多少?解：根据以质量流量为单位的基本公式P213 (3.181)现在除了介质密度以外,其余条件均未改变,现设计介质密度设=520Kg/m3,实际介质密度为实=480Kg/m3,变送器输出100Kpa时的设计流量M设=50t/h,所以实际流量M实为50*(48/52)1/25.有一台差压变送器，其测量范围为0-10000Pa，在该仪表的说明书中规定可实现的负迁移100%（最大迁移量-100%），试问该表的最大迁移量是多少？解：负迁移就是在不改变量程的情况下将零点向负方向迁移，迁移量占量程的百分数就是迁移的百分数。迁移量=10000100%=10000Pa，因此，对0-10000Pa的变送器可迁移成-10000-0Pa。6.镍铬-镍硅热电偶的检测系统处于运行状态时，其冷端温度为t0=30，仪表测得热电势E（t，t0）=39.17mV，试求被测介质的实际温度。解：查表得E（30,0）=1.2mVE（t，0）=E（t，30）+E（30,0）=39.17+1.2=40.37mV再查表得9777.用差压变送器测流量，差压为25Kpa，二次表量程为200Th，差压变送器输出电流为420mA，试求流量为80T/h、100T/h时对应的差压值和电流值是多少？解：根据差压流量公式：Q2=Kppx/p max =（Qx/Q max）2 px=pmax（Qx/Qmax）2 Ix=（Qx /Qmax）16+4p1=25000（80/200）2=4000Pa I1=4*16/25+4=6.56mAp2=25000(100/200)2=6250PaI2=6.2516/25+4=8mA8.利用玻璃U型管测量B容器中PA处的真空度。安装图如下，从图中可知PA处的真空度是380mmHg，外面大气压是760mmHg，问PA处的绝对压力是多少？解：P绝=P表+P大气P表=-380mmHg=-50.67KpaP大气=760mmHg=101.33KpaP绝=-50.67KPa+101.33KPa=50.66KpaPA处的绝对压力是50.66Kpa9.用一支铂铑-铂热偶测炉膛温度，在无其他补偿方法时，测得热电势为10.638mv，自由端温度为50，试求实际温度。解：50查表为ES(50,0)=0.299MvEs（t，0）=10.638+0.299=10.937mV查表得t=1115.2510.用DDZ-型差压变送器测量流量，流量范围是0-16m3/h，问当流量为12m3/h时，输出信号是多少？解：差压与流量的平方成比例，变送器的输出电流与其差压成比例，所以，变送器输出的4-20mA电流与其流量平方成比例。即：（I-4）/（20-4）=Q2/Qm2=122/162I=4+（20-4）*122/162=