化工仪表与自动化第五版第三章作业及答案

1、 第三章 1. 什么是真值？什么是约定真值？相对真值？ 答：真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念， 一般是无法得到的。 所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误 差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。 1/31/20时，可认为高一级的标准 相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的 器或仪表示值为低一级的相对真值。 2. 什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差？有何区别？ 答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。 仪表在制造厂出厂前，都要在规定 的条件下进行校验。规定条

2、件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频 率、安装方式等。仪表的基本误差是仪表本身所固有的，它与仪表的结构原理，元器件质量 和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。 使用仪表测量参数时，测量的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，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、 安 装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差。所以在很多情况下， 仪表 的显 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， 仪表的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。

3、 附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。如电源波动附加 误差，温度附加误差等。 3. 什么是仪表的反应时间 ？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。 反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质 指标。反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 反应时间的表示方法有两种。 （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 的输出信号（即指示值）由开始变化到新稳态值的63. 2%所用的时间，即为反应时间。 用变化到新稳态值的 95 %所用的时间

4、来表示反应时间。 4什么是压力？它的法定计量单位是什么 ？ 时需Sr彳 答：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力。它的法定计量单位是帕斯卡（简称帕）, 符号为P a。 2 1Pa就是1牛顿（N）的力作用在1平方米（m ）面积上所产生的压力，即 2 N 1kg m s _ kg 1pa=12212 mmms 6 1Mpa=1000kpa= 10 pa 5写出其他压力单位与法定压力单位Pa（帕斯卡）之间的换算关系。 答：1 毫米水柱（mm H2O） 9. 806375Pa 9. 81Pa 244 1 工程大气压（kgf/ cm ）一 9. 80665X 10 Pa 9. 81 x 10 Pa 5

5、1 物理大气压（atm）一 101325Pa 1. 0133 x 10 Pa 5 1 巴（bar）=1000mbar= 10 Pa 6. 什么叫绝对压力、表压及真空度？它们的相互关系是怎样的 ？ 答：绝对压力绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫 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的数值称为表压力，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的数值称为真空度或负压。 绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图3 1所示。 7. 弹性压力表有哪些弹性元件 ？各有什么用途？ 答：弹性压力表是压力测量中最广泛应用的一种

6、仪表，它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的大小来测量压力的。常用的弹性元件 有下列六种：单圈弹簧 管、多圈弹簧管、（以上两种是测高压、中压、低压用的）、波纹膜片、膜盒、挠性膜片、波 纹管（上述四种是测微压和低压用的）。 H H max, pPmax, I o 20mA。“有迁移” 时，H= O,pO,则I o4mA ;H=H max, pv Pmax,Io=2OmA 为了使液位的零值与满量程 能与变送器输出的上、下限值相对应，即在“有迁移”情况下，使得当H = O时， H=O ,Io=4mA ;H=H max,IO=2OmA。可调节仪表上的迁移弹簧，以抵消固定压差 (h2

7、hi) 2g的作用，此为“零点迁移”方法。这里迁移弹簧的作用，其实质就是改变测量 范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。 22. 试述温度测量仪表的种类，各使用在什么场合？ 答：按照测量方式的不同， 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的热交换而达到测温目 的。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换来达到测温的目的。 接触法测温时，直接测得被测物体的温度，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的热交换，因而产生了测温的滞后现象，对运动状态的固体测 温困难

8、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的限制，也不能应用于很高的温度测量。 非接触法只能测得被测物体的表观温度(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 体到仪表之间的距离以及辐射通道上的水气、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量精度 较低。非接触法测量在原理上不受温度上限的限制，因而测量范围很广， 由于它是通过热辐 射来测量温度的，所以不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快， 可以用来测量 时磊忖呎 运动物体的表面温度。 23. 热电偶温度计为什

9、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：热电偶温度计是根据热电效应这一原理来测量温度的。 如图2 2所示。 eAB (to ) 图2-2热电偶测温原理 A、B为两种不同材料的金属导体，若把两根导体两端焊接在一起，形成闭合回路。由 于A、B两种不同的金属，它们的自由电子密度不相同，则在两接点处形成了两个方向相反 的热电势(设tto)。这样，就可以用图 3 15(b)作为(a)的等效电路，其中， Ri,R2为热偶丝的等效电阻。在此闭合回路中总的热电势E(t,to)为： E(t,to) eAB(t) eAB (to)当A、B材料确定后，热电势 E(t,to)是接点温度t和t。的函

10、 数之差。若一端温度to保持不变，即eAB (to)为常数，则热电势 E(t,to)就成为另一端温度t 的单值函数了。若t就是被测温度，那么只要测出热电势的大小，就能判断测温点温度的高 低。这就是利用热电现象来测量温度的原理。 热电偶温度计由三部分组成：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。如图 2-3所示。 热电偶是系统中的测温元件，测量仪表3是用来检测热电偶产生的热电势信号的，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， 般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。 1热电偶；2 导线；3测温仪表 24. 常用的热电偶有哪几种 ？所配用的补偿导线是什

11、么 ？为什么要使用补偿导线 ？并说明 使用补偿导线时要注意哪几点 ？ 答：工业上常用的热电偶有如下几种：铂铑一铂铑一热电偶（也称双铂铑热电偶）；铂铑 铂热电偶；镍铬一镍硅 （镍铬一镍铝）热电偶；镍铬一康铜（镍铬一铜镍）热电偶。 在实践中，人们找到了适合与各种型号的热电偶配用的补偿导线。详见下表 补偿导线 热电偶名称 正极 负极 材料 颜色 材料 颜色 铂铑10-铂 铜 红 铜镍 绿 镍铬-镍硅（镍铝） 铜 红 铜镍 蓝 镍铬-铜镍 镍铬 红 铜镍 棕 铜-铜镍 铜 红 铜镍 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，热电势才是被测温度的单 值函数。在实际应用中， 由于热电偶的

12、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的影响， 因而冷端温度难以保持恒定。 当然也可以把热电偶做得很长， 使冷端远离工作端，但是这样做会多消耗许多贵重金属材料。 解决这一问题的方法是采用一 种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，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 所处的温度不应超过 100 C。 25. 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种 时需Sr彳 答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低 和比较稳定的操作室内，但冷端

13、温度还不是oC。而工业上常用的各种热电偶的温度一热电 势关系曲线是在冷端温度保持为o C的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关 系曲线进行刻度的，由于操作室的温度往往高于oC,而且是不恒定的，这时，热电偶所产 生的热电势必然偏小， 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,或者进行一定的修正才能得到准确 的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。 冷端温度补偿的方法有以下几种：（1）冷端温度保持为o C的方法，（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

14、热电阻测温原理 ？常用热电阻的种类？ Ro各为多少？ 答：热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量 的，其电阻值与温度关系如下： Rt Rol（t to） 可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化，只要设法测出电阻值的变化，就 可达到温度测量的目的。 工业上常用的热电阻有以下几种：铂电阻（WZP为新型号，WZB为旧型号）；铜电阻 （WZC为新型号 WZG为旧型号）。 目前工业上使用的铂电阻有两种：一种是R0=10（ Ro是指温度为00C时的电阻值）； 另外一种是Ro =100。 工业上使用的铜电阻也有两种：一种是R0=50 ;另一种是Ro=100 。 27.

15、 热电偶的结构与热电阻的结构有什么异同之处？ 答：热电偶的结构模型有普通型、铠装型、表面型和快速型四种。热电阻的结构型式 有普通型、铠装型和薄膜型三种。 普通型热电偶由热电极、 绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成；普通型热电阻由 电阻体、保护套管和接线盒等主要部分组成，其中，保护套管和接线盒与热电偶的基本相同， 中心元件电阻体与热电偶的热电极不同。 铠装型热电偶的结构与铠装型热电阻的结构完全不同。 时需Sr彳 28. 什么叫绝对误差、相对误差各引用误差？ 答：（1）绝对误差 对同一参数进行测量时，仪表指示值x与标准表的指示值 X）之差 称为绝对误差，即 x X。标准表的指示值X。称作为标准值或真实值。 绝对误差的单位与指示值的单位相同，有正、负之分。符号为“+”时，表示指示值高 于标准值；符号为“一”时，表示指示值低于标准值。 （2）相对误差 绝对误差的大小并不能完全精确地判断测量的准确程度。原因是，同 样的绝对误差，相对于很大的被测量来说是小的，甚至可以忽略不计， 但相对较小的被测量 来说，则是很大的，应引起足够多的重视，这样就引出了相对误差。仪表某点指示值的相对 误差 就是该点的绝对误差与该点的标准值之比的百分数，可表示为：100 00 X。 相对误差没有单位。 （3