《自动检测技术》第二版王化祥编著化学工业出版社

1、有关修改的说明红色字:建议删去的文，绿色字：建议增加的文字黄色字：认为原稿中可能有问题的文字，请仔细考虑灰色字：本人的说明性文字公式和图的带黄色的编号不用管他1.1 什么是检测装置的静态特性其主要技术指标有哪些答：静态特性是指检测系统在被测量各值处于稳定状态时，输出量与输入量之间的关系特 性。静态特性的主要技术指标有：线性度、精度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、 可靠性等。1.2 什么是检测装置的动态特性其主要技术指标有哪些答：动态特性是指动态测量时，输出量与随时间变化的输入量之间的关系。动态特性的主要技术指标有：动态误差、响应时间及频率特性等。1.3 不失真测试对测量系统动态特性有什

2、么要求答：输入信号中各频率分量的幅值通过装置时，均应放大或缩小相同的倍数，既幅频特 性是平行于横轴的直线；输入信号各频率分量的相角在通过装置时作与频率成正比的滞后移动，即各频率分量通过装置后均延迟相同的时间t,其相频率特性为一过原点并有负斜率的斜线。1.4 测量系统动态参数测定常采用的方法有哪些答：动态特性参数测定方法常因测量系统的形式不同而不完全相同，从原理上一般可分为正弦信号响应法、阶跃信号响应法、脉冲信号响应法和随机信号响应法等。1.5 某位移传感器，在输入位移变化 1mmW,输出电压变化300mv求其灵敏度答：灵敏度可采用输出信号与输入信号增量比表示，即, u 300k 300 mv/

3、mmx 11.6 用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级可否用一台!02 级，量程025MPa勺标准表来检验一台1.5级，量程02.5MPa的压力表？为什匈j在一般用解：选择标准压力表来校准工业用压力表时，首先两者的量程要相近，并且标准表的精度等级要高于被校表精度等级，至少要高一个等级。题中若标准表是0.2级，量程025MPa则该标准表可能产生的最大绝对误差为max1 (25 0) 0.2% = 0.05MPa被校表是1.5等级，量程02.5MPa,其可能产生的最大绝对误差为max2 (2.5 0) 1.5 % = 0.0375MPa显然 max1> max2,这种

4、选择是错误的，因为虽然标准表精度等级较高，但是它的量程太大，故不符合选择的原则。1.7 某一阶系统，在t=0时，输出10mv; t 时，输出为100mv;在t = 5s时，输出为50mv,试求该系统的时间常数= 答：对一阶系统在阶跃响应曲线后，输出值达到阶跃值为 63.2 %所用时间为一阶测量系统 的时间常数。但这样确定值没有涉及响应全过程，为此采用如下方法，可以获得较为可 靠的值。由一阶系统的阶跃响应曲线表达式可得出1史)e 一kx令z -则 z ln(1 ") kx由以上分析可以看出z与t成线性关系，此处设静态灵敏度系数k=1,输入阶跃信号为(t<0)习题原稿p4, t1.

5、7100mv (t0)题图 1.5(1.7)由题意给出的y(t)值，可以计算作出z-t直线如题图1.5(1.7)所示t =0s, z= 0.1053t=5s, z =-0.6931则值为z t直线的斜率，即图1.5题1.71.8 某二阶系统力传感器，已知系统固有频率fo 10kHz,阻尼比 0.6,如果要求其幅值误差小于10%,求其可测信号频率范围答：讨论系统动态特性时，常用无量纲幅值比A()。令：静态灵敏度系统k=1,由题意要求幅值误差小于10%,则要满足A( ) 1 10%=90%k故得 A( )=0.9(2 2221 () 4 ()-00将k=1和0.6代入上式解出方程式的解()2 0.

6、922 我的计算结果为0.84 0 0.96或 f 0.96 我的计算结果为0.9165 0f°f 0.96 f00.96 10 9.6kHz所以可测频率最高达9.6kHz1.9已知某测量系统静态特性方程为 Y ex,试分别用端基法、最小二乘法，在0<x<1范 围内拟合刻度直线方程，并求出相应线性度答：(1)端基法：在测量两端点间连直线为拟合直线Y a。KXao 1,K1.718。得端基法刻度直线方程为 Y 1 1.718X由de(1 1.718X) 0解得*= 0.5413处存在最大偏差 dX得端基法线性度lm 100%= 02118 100%=12.3%Yf?se 1

7、(2)最小二乘法：求拟合刻度直线。根据计算公式测量范围分成6等取n=6,列表如下：X00.20.40.60.81.0Y11.2211.4921.8222.2262.71800.040.160.360.641XY00.24420.5971.0931.7812.718分别计算X3,Y 10.479, XY 6.433,X2 2.2由公式得X? Y n X?Y(X)2 n X23 10.479 6 6.43332 6 2.21.705得最小二乘法拟合直线方程为 Y 0.894 1.705X由 deX (0.894 1.705X)0解出 X= 0.5335。故dX得最小二乘法线性度0.0987100

8、% =5.75 %此题计算结果表明用最小二乘法拟合的刻度直线l值最小，因而此法拟合精度最高，在计算过程中若n取值愈大，则其拟合刻度直线l值愈小。用两种方法拟合刻度直线如题图1.6(1.9)所示。图1-91.10 某玻璃水银温度计微分方程式为 4-dQ0- 2Q0 2 10 3Qi ,式中，Q0为水 dt银柱高度（m ； Qi为被测温度（C）。试确定该温度计的时间常数和静态灵敏度 系数。一 、一、一 一，r dY答：该温度计为一阶传感器，其微分方程基本型式为ai a°Y b°X ,此式与dt已知微分方程比较可得时间常数与静态灵敏度系数，即K b02 10 i0 3m/Ca。2

9、1.11 某压电式加速度计动态特性可用下述微分方程描述叫 3,0 103四 2.25 1010q 11.0 1010a式中，q为输出电荷（pC）; a为输 dt2dt入加速度（m/s2）。试确定该测量装置的固有振荡频率°,阻尼系数、静态灵敏度系数K的值。答：该加速度计为二阶传感器，其微分方程基本型式为此式与已知微分方程式比较可得：静态灵敏度系数K=% 11.0 10104.89pC/ （m/s2）a02.25 1010固有振荡频率 0 J J- 1.5 105rad/sa 1a13.0 103阻尼比 10.012,aoa22, 2.25 1010 1(以下习题来自“自动检测技术”第三

10、章)3.1 什么是测量系统的可靠性与不可靠性二者有什么关系答：可靠性是指在确定时期内和确定的外界条件下，元件或系统工作在允许的性能水平的概率。用R(t)表示。不可靠性是指在确定时间内和确定条件下，元件(或系统)不能工作在允许 的性能水平的概率。用F(t)表示。二者关系为可靠性和不可靠性之和必须是 1,即R(t)+F(t)=13.2 什么是设备的故障率它与R(t)和F(t)有何关系答:故障率是每个设备在单位时间内平均故障次数。若有N个一样的元件或系统，在T时间内失效总次数为Nf,则故障率可表示为：NF-NT故障率 与可靠性R(t)和不可靠性F(t)的关系如下，即R(t) e t和 F(t) 1

11、e t3.3 简述改进系统可靠性的方法有哪些答：最简单有效的方法是选择好的材料和部件，使他们能耐受恶劣环境。其次是设计系统时采用多余度的方式，可进一步改善可靠性，但是这会提高价格和增加复杂性。3.4个热电偶测量系统如题图1.7(3.4)所示其中各部分的失效率i 1.27 10 4/h ,21.16 10 5/h,31.16 10 5/h ,试计算该系统的平均无故障工作时间MTBFW工作半年(4320h)时的可靠度解：由图可知该用联系统的失效率王化祥书p74, t3.4题图 1.7(3.4)123 1.5 10 4/h平均无故障率工作时间MTB助1MTBF 6667h工作半年(t =4320h)

12、后的可靠度为R(t)=R(4320)= e t e 1.5 10 4 4320 0 . 52 3图 1.7 题(3.4)3.5 某厂仪表组负责维修40台变送器、30台调节器、25台记录仪，它们的平 均无故障时间MTB吩别为5000h、3000h、8000h,试估计一年内维修组的工作 任务解：根据MTBF NT公式可求出有故障机器数Nf,设一年工作时间T= 8640h, Nf则维修组工作任务分别计算如下： 变送器：N1 40台，MTB已5000hN1T 於8640行 Nf1 40 69 台MTBF15000调节器：N2 30台，MTB已3000h86台“ 864030 3000记录仪N325 台

13、，MTBQ 8000hNf3 2586竺29台我的计算结果为2780003.6 已知某产品失效率为常数，且要求在使用1000h后的可靠度仍在80%以上，问此产品失效率必须低于多少才能满足要求解：根据可靠度R（t） e t可求出R（1000）=e ?100080 %解出=2.23 10 4/h故失效率 <2.23 10 4/h才可以满足要求。3.7 一个由孔板（=0.75/年）、差压变送器（=1.0/年）、开方器（=0.1/年）和记录仪（=0.1/年）组成的流量测量系统。在以下三种情况下计算经过0.5年后流量测量失效的概率。设系统所有器件开始均校验且工作完好。（1）单个流量测量系统。（2）

14、三个并联的同样流量测量系统。（3）系统有三个 孔板，三个差压变送器和一个选择器（ =0.1/年），其输出经过一个开方器和 记录仪。解：（1）单个系统变送器 开方器 记录仪svst1234 0.75 + 1.0 +0.1 + 0.1 = 1.95/年syst(2)三个系统并联(3)并用联系统三路并联部分12 1.75/年0.5 年其失效概率 F1(1 e 1 75 05)30.1983可靠性 R11 F1 =0.8017其它元件可靠性R0R3R4e t e 0.1 0.5 0.951全系统 Roveraii (0.5) RRR3R40.8017 0.9351 0.6895故系统失效概率 Fove

15、rall (0.5)1 Rove (0.5)0.310(以下习题来自“自动检测技术”第二章)2.1 什么是标准误差它的大小对概率分布函数有何影响答：标准误差不是误差的具体值，而是按一定置信概率( P= 68.3%)给出的随机误差变化范围（置信限）的一个评定参数标准误差的大小不同，概率密度函数形状不同。标准误差作为误差的评价， 表示随机误差不大于标准误差的置信度，其对应的置信区间为,。在此置信度下，高精度的测量得到较小的置信区间；低精度的测量具有较大的置信区间。2.2 有限次测量为什么要用测量平均值估计被测量真值答：因为用测定子样平均值对被测量真值进行估计时，总希望这种估计值具有协 调性、无偏性

16、和有效性。数理统计理论表明：一般情况下，若协调估计值和最有 效估计值存在，则最大似然估计将是协调的和最有效的。 由于测定子样平均值的 数学期望恰好就是被测量的真值，即按无偏性定义，用7估计u具有无偏性。因此测定子样的7是被测量真值u的最 佳估计值。2.3 试述小子样误差分布 t分布与正态分布的差异答：t分布的概率密度函数以t=0为对称，当其自由度（ n 1）趋于无穷大 时，t分布趋于正态分布函数。因此t分布主要用于小子样推断。因为由t分布 曲线可知，当子样容量n很小时，t分布中心值较小，分散度大。这从另一方面 说明，当用正态分布来对小子样进行估计时，往往得到“太乐观”的结果，夸大 了测量结果的

17、精密度。2.4 试述非等精度的测量结果真值的估计方法答： 在非等精度测量中，各测量值的精密度不同，可靠程度不同，在求测量值的真值估计值时，显然不应取它们的算术平均值，而应权衡轻重。精密度高的测定值Xi应受重视的程度。Pi成为加权。在非等精度测量中，被测量的真值估计值是测定值的加权平均值。可表示为：2.5 测量不确定度和误差有何区别?答： 测量不确定度和误差它们都是评价测量结果质量高低的重要指标，都可以作为测量结果的精度评定参数，但它们又有明显的区别。其主要区别是误差是以真值和约定真值为中心，而测量不确定度是以被测量的估计值为中心，因此误差是一个理想的概念，一般不能准确知道，难以定量；而测量不确

18、定度是反映人们对测量认识不足的程度，可以定量评定的。在分类上，误差按自身特性和性质可分为随机误差，系统误差和粗大误差，但各类误差之间并不存在绝对界限，故对分类计算和判别时不易准确掌握；测量不确定度不按性质分类，而是按评定方法分类，分为A类评定和B类评定，可按情况加以选择使用。这就无需考虑其影响因素及来源，只考虑影响结果的评定方法，从而简化了分类、便于评定和计算。2.6 在有机分析中，测得某化合物含氢百分比为：2.75， 2.76， 2.79， 2.78 ， 2.76， 2.78 ， 2.74， 2.76 ， 2.74，试给出测量结果的最佳表达式并用t 分布估计精度参数解： 含氢量百分比平均值为

19、测量列精度参数由贝塞尔公式可计算如下 平均值的标准误差故得氢含量百分比的最佳表达式为x?x2.762 0.006 %若按t分布表示，其自由度 n 1当置信概率P= 0.99时查表得tp（） ptp（8） 3.36则氢含量百分比可表示为x tp ?x 2.762 0.020%则为若取P= 0.95时查表得tp(8) 2.31 ,2.762 0.014 %2.7 两实验人员对同一水箱温度进行测量，各自独立地获得一组等精度测量数据如下（单位C）实验者 A: 91.3 , 92.1 , 91.4 , 91.5 , 92.1 , 92.8 , 90.9 , 92.0实验者 B: 90.3 , 91.1

20、, 92.4 , 92.5 , 91.1 , 90.8 , 91.9 , 91.1试求水箱的温度（测量结果的误差采用标准误差）。解：求两列测量结果结果的算术平均值（n = 8）求两列测量结果的标准误差估计值C '18 /、2?xA 18(8 1)i1(xAi xA)0.0418o像应该为?XA.(XAi Xa)20.60.(8 1) i 118B.'8(8 1)i1(xBixB)20.07 为？xBd(sPaXaPbXb1 212(? ) XA ( ? ) XBxAxBPa PbI)2xA(?1)2xB91.67我的计算结果为91.63求两列测量结果的加权平均值求加权算术平均值

21、的标准误差x0.03我的计算结果为0.48水箱温度测量结果为=91.67 0.03 (C)我的计算结果为91.63 0.482.8 在等精度条件下，对管道内压力进行了 8次测量，数据如下(单位 MPa0.665 , 0.666 , 0.678 , 0.698 , 0.600 , 0.661 , 0.672 , 0.664试对其进行必要的分析和处理，并写出用不确定度表示的结果 解：按格拉布斯准则判断测量列中是否存在粗大误差按大小顺序将测量列重新排列如下:0.600 , 0.661 , 0.664 , 0.665 , 0.666 , 0.672 , 0.678 , 0.698计算子样算术平均值X和

22、标准误差估计值？选危险率=5%查格拉布斯准则临界值表得当 n = 8go(n, ) go(8,5%) = 2.03计算测量中最大和最小测定值的残差，并用格拉布斯准则判定v (1) =-0.063 v(8)=0.035因为 |v I g0(8,5%)? = 0.057故x(1)=0.600为在危险率5%时被判定为坏值，应删除。去掉x (1)后再重新计算余下测量值的算术平均值X和标准误差估计值？。此时n = 777 1i1(Xi x)20.016我的计算结果为0.013再次查表按 =5% , n=7 得 g(7,5 %)=1.94余下测量值残余误差v (1) =-0.011 v(8)=0.026而

23、g(7,5%) ? =0.031我的计算结果为0.025显然v(1)和v(7)均小于0.031故不存在坏值。由于 ？ < v(8),说明还有坏值。这样一下结果就有问题。按A类评定方法评定该测量列的不确定度由n = 7时其测量结果的算术平均值其不确定度u ( x )可用贝塞尔公式求标准误差s(X )得到=s ( x )0.016=0.006所以用不确定度表示的测量结果为x u(xi) 0.672 0.006 (MPa2.9 重复多次测量某混合气体中氧含量，得到读数平均值为11.75 %,有68.3 %的测量值的误差在0.5 %以内，若该误差服从正态分布，问测量值在多大的置信区间内，其出现的

24、概率是99.7%解：在x 11.75 %时，当测量误差服从正态分布若其误差在 0.5 %以内时出现的概率为68.3%则该测量列的标准误差0.5%若出现概率为99.7 %,此时属于极限误差范围，其置信区间应为3 = 1.5%故得此时置信区为11.75 %1.5%, 11.75%+1.5 %,即10.25 %, 13.25%有关修改的说明红色字:建议删去的文，绿色字：建议增加的文字黄色字：认为原稿中可能有问题的文字，请仔细考虑灰色字：本人的说明性文字公式和图的带黄色的编号不用管他第四章习题 P1054.1 4.2 4.3 4.9 4.10 4.124.1 什么是压力工程技术中流体压力如何分类压力的

25、法定计量单位是什么答：压力是流体介质垂直均匀地作用在单位面积上的力。工程技术中，按参照点不同，流体压力可分为：差压、绝对压力、表压力、负压力（真空度）及大气压 力。压力的法定计量单位是帕斯卡（简称帕）,符号Pa 1Pa=1N/m24.3 应变式压力变送器测压原理是什么金属应变片和半导体应变片有什么不同 点答：将金属应变片贴在弹性元件上，或在半导体硅片上扩散生成应变电阻。 当被 测压力作用在弹性元件或硅片上时产生弹性变形， 则应变电阻同时产生应变，从 而引起电阻值发生变化，最后通过测量电路将其转换为相应的电压或电流信号。则被测压力与输出电信号成对应关系。金属应变片的原理是应变效应，其应变灵敏度系

26、数为常数，并且灵敏度系数较小， 一股为2左右。半导体应变片的原理是压阻效应，其应变灵敏度系数较大，一般是金属应变片的 50100倍，而且其值随晶向及半导体内杂质不同而变化， 并且灵敏度系数有正、 负之分。4.4 压阻式压力传感器的结构特点是什么需要采取的温补措施有哪些答：压阻式压力传感器由于采用硅片上扩散半导体电阻组成的应变式压力测量系统，因此它的特点是：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。适用于恶劣环境工作。由于是半导体材料，因此温度补偿措施很重要。常采用零点温度补偿和灵敏 度温度补偿两部分措施。4.5 球平面型电容差压变送器结构上有什么特点答：采用球平面式结构

27、除了有较高的灵敏度和得到较大的电容相对变化量外， 其 最大的优点是很容易实现过压保护， 而且保护可靠。当发生过压时，测量膜片与 球面固定电极相贴合，在电极表面涂一层绝缘漆，防止电极短路。4.6振弦式压力变送器有什么特点振弦的固有振动频率与哪些因素有关答：振弦式压力变送器是一个机械与电磁耦合振荡系统， 它输出是频率信号，易 于实现数字化显示。振弦的固有振动频率与弦的有效长度 l ,及弦的张力T、弦 线密度 有关，可表示为fo - I'To2l .4.8简述压力表的选择原则答：根据被测压力大小，确定仪表量程。被测压力稳定时，最大压力值不能超 过满量程的3/4,被测压力波动较大时，最大压力值

28、不能超过满量程的2/3。为了保证测量精度，被测压力值不应低于全量程的1/3。根据生产允许的最大测量误差确定仪表精度。在满足测量要求条件下，尽量选 择精度低的价廉耐用仪表。选择时要考虑被测介质特性，如温度、黏度、腐蚀性等。还要考虑现场使用条 件，如高温、潮湿、振动等。以此确定压力仪表的种类及型号。4. 9若被测压力变化范围为 0.51.4MPa,要求测量误差不大于压力示值的5%。可供选择的压力表规格有：量程为01.6MPa, 02.5MPa, 04MPa精度等级为：1.0, 1.5, 2.5级三种。试选择合适量程和精度的压力表解：先考虑量程应选择02.5MPa的压力表，被测压力0.51.4MPa

29、在其合理的 使用范围内。此表精度为1.5级，则可能产生的最大误差为max (2.5 0) 1.5%= 0.0375MPa题意要求测量误差不大于压力示值的 5% ,当于相 (1.4 0.5) 5 %绝对误差为=0.045MPa因为 max ,故选择量程为02.5MPa,精度为1.5级的压力表。4.10 某P-Si的(100)晶面组成的压阻器件膜片上，要求沿001晶向扩散N-Si 压敏电阻，切向电阻、径向电阻各两个组成全桥电路。试求：切向和径向的电 阻相对变化量计算公式(理),，()并设计四个压敏电阻在膜片上的位置。膜R R片泊松比0.35 o解：在(100)晶面上扩散N-Si压敏电阻。如题图4.

30、9 (a)所示两个径向电阻的晶向为001,两个切向电阻的晶向为010近求N-Si压敏电阻l和t值，并 查表001晶向的方 向余弦11 m1 0,n1 1； 010晶向的方向余弦 12 n20, m2 1。故又知圆膜片表面受压力后应力沿半径方向分布公式为径向应力切向应力式中，p被测压力；h膜片厚度；r膜片半径。得径向电阻相对变化量为切向电阻相对变化量为由（二）和（上）t表达式可知： R R当x = 0即膜片中心点位置、电阻相对变化量相等，均有最大绝对值的负数。即查表可知：ii 1200 10 12m2/N,0.35,故当x = r时即膜片边缘处，当（一R）r 0时，x/r =0.538, （）t

31、 0时，x/r =1.34 RR所以N-Si压敏电阻在001%向上电阻相对变化量/ x、 f(-)rR(T)r特性曲线如图4.9（b）所示 现设计全桥电路图，根据图 4.9 (b)曲线，扩散电阻取两组互为差动并且电阻 相对变化量取值要大，确保桥路输出电压足够大。取电阻位置如图4.9 (c) R2和R4在x = 0圆心处，则此时为负值其绝对值为最大。 R另两片Ri、R3取为径向电阻，并满足条件(下),。RR max解方程得学 2(1)0.762r . 5即电阻R1和R3在半径x = 0.762r圆周上，晶向为001。则满足将四个电阻接入图4.9 (d)桥路中组成全桥电路，此种接法即可提高输出信号

32、 电压灵敏度，又可以补偿环境温度变化。C. C.4.11 已知球平面电容差压变送器输出电流ICL CH Ic,其中Ic为恒流源。CL CH如题图4.8 (a)所示。感压膜片电极1的挠度y与差压成正比y K (pH pL),K为比例系数，2、3为球面形固定电极。试证明输出电流I与差压p pH pL 成正比。解：设初始状态pH pL时p 0,有CL CH C0当ph pl时p 0,膜片1靠近球面电极3如图4.8 (b)中虚线所示则此时Cl Ch,并可画出图4.8 (c)所示的等效电路图，其Ca为膜片变形后位置和初始位置之间假设的电容值，可求出将Ch和Cl表达式代入输出电流表达式，化简后可得而电容C

33、a与膜片挠度y成反比，可写为K .Ca AKa为比例系数y由I和Ca二式及挠度表达式y K (PhPl)可推导出令K C2KL为常数 Ka故证明IK(Ph Pl) K p,即I与p成正比。第五章 温度习题 P158 5.2 、5.3、5.5、5.6、5.12、5.145.1 温标的三要素是什么常用的温标有哪些它们之间有什么关系答：温标的三要素是：可实现的固定定义点温度。表示固定点之间温度的标准仪器。确定相邻固定点温度的内插公式，即温标方程。常用温标有摄氏(C)、华氏(°F)、热力学温标(K)及国际实用温标(ITS-90)华氏温标与摄氏温标换算公式为tc 5(tF 32)；9热力学温标

34、与摄氏温标换算公式为tc Tk 273.155.2 热电偶测温原理是什么热电偶回路产生热电势的必要条件是什么答：热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。把两种导体或半导体材料A和B组成闭合回路，将它们的两个接点分别置于不同温度的热源中，则回路内将产生热电势EAB (T,T0)。热电偶回路产生热电势的必要条件是：必须是两种不同材料组成的回路，其电子密度Na Nbo两端接点温度不同，即T T0 o5.3 热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿冷端温度补偿的方法有哪些答： 热电偶测温时，用补偿导线将冷端延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度并不是0，而工业上常用的各种热电偶的温度与热电势关系曲线

35、是在冷端为0时得到的，与它配套的显示仪表也是根据这一关系曲线刻度的，而操作室温度一般高于0，而且不恒定，此时产生的热电势必然偏小，且随环境温度变化而变化，使测温结果产生误差。因此需对冷端温度进行补偿。冷端温度补偿常采用的方法有：恒温法使冷端保持0C;计算修正法；桥路自动补偿法；补偿热电偶法等。5.4 试述热电阻测温原理常用热电阻的种类及R0各为多少答： 热电阻是利用金属导体的电阻值随温度而变化的特性来进行温度测量的，即电阻R与环境温度t有一定的函数关系。常用热电阻有：柏电阻：分度号 Pt100和分度号Pt10 , t=0C式的电阻值分 另I为 R0 = 100Q和 R0 = 10Q;铜电阻：分

36、度号Cui。和分度号Cu50, t=0C式的电阻值分别为R° = 100Q 和 R° = 50Q。5.5 热敏电阻测温有什么特点热敏电阻可分为几种类型答：热敏电阻可用来测量-100+300C的温度，与金属热电阻相比，它具有如下 特点：电阻温度系数大，灵敏度高；电阻率大，可做成体积小而阻值大的电 阻体，连接导线电阻变化影响可以忽略；结构简单，体积小，可测微小空间及 点温度；热惯性小，适于快速测量。按温度系数分类热电阻可分为：正温度系数、负温度系数和临界温度系数三类热敏电阻。用于温度测量的常采用负温度系数热敏电阻。5.6 辐射测温方法的特点是什么常用的辐射式测温仪有几种答： 辐

37、射测温方法是利用物体辐射能与本身温度有一定函数关系的原理进行测量的， 这种测温方法的热交换以辐射方式进行。它是一种非接触式测温方式，不会干扰被测对象的温度场，测温上限高，动态性能好，灵敏度高，可测运动状态对象的温度。常用的辐射测温仪可分为三大类：光学式高温计、全辐射高温计和比色高温计。5.7 什么是光学高温计的亮度温度它与实际被测温度有什么关系答： 光学高温计的亮度温度是指在波长为的单色辐射中，若物体在温度T 时的 亮度与绝对黑体在温度Ts时亮度相等，则把绝对黑体的温度 Ts称为被测体在波长 时的亮度温度。亮度温度Ts与实际温度T之间的关系式为式中：C2为常数；为物体在该波长下黑度系数。由于&

38、lt;1,所以Ts<T。5.8 如题图 5.11 所示热电偶回路，只将电极B 一根丝插入冷筒中作为冷端，t为待测温度，问C 这段导线应采用哪种导线(是A、 B 还是铜线)说明原因。对 t1 和 t 2有什么要求为什么解：C这段导线应用A导线代替，并且要求ti=t2。因为这相当于由于A和8 两种材料组成的热电回路，t 为热端，0是冷端，加入第三根导线是铜线在分开点处温度L = t2时测量回路电势不变，仍为EAB(t,0C)。这就是热电偶的中 间导体定律。8.9 一支分度号为Cuw的热电阻，在130c时它白电阻R是什么要求精确计算 和估算。解 ：精确计算如下。应根据铜电阻体电阻温度特性公式，

39、计算如下式中Ro为Cui。铜电阻在0c时阻值，R°=100 ; A、B、C为分度系数，具体值 如下：A= 4.289 10 3 1/C; B= 2.133 10 7/( C)2; C= 1.233 10 9/( C)3。则Rt =100 (1+ 4.289 10 3 130 2.133 10 7 1302 + 1.233 10 9 1303)= 155.667若近似计算可根据RtR0 (1t) ，式中0.00425，得另一种近似计算法可以根据 Rioo/Ro 1.4280计算1一)公式，代入已知条件T08.10 已知某负温度系数热敏电阻，在温度为 298K时阻值RT1 3144 ；当

40、温度 为303K时阻值Rt2 2772 0试求该热敏电阻的材料常数 Bn和298K时的电阻 温度系数tn是多少 解：根据负温度系数电阻温度特性 Rt Rt0 ex) Bn ,T1 298 K, RT13144, T2 303 K, Rt22772,解出:材料常数Bnln RTIn RT1 AT1T2In 3144 In 277211298 3032274K温度系数tn 工阻 与，与T2成反比，在T= 298K时,RT dT T2tn227529822.56 %/K8.11 用分度号为K的锲铭-锲硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为 500C,而这时冷端温度为 60

41、Co试问：实际温度应为多少如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20 C,此时显示仪表的指示值应为多少 解：显示仪表指示值为 500c时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为 20.64mV,由于这个电势是由热电偶产生的，即Et,t° =20.644mV同样，查表可得:E t0,0E(60,0) 2.436 mV则 E t,0 = E t,b + E t0,0= 20.64 +2.436 =23.076mV由23.076mV查表可得：t = 557C。即实际温度为 557C。当热端为557C ,冷端为20c时，由于E (20, 0) = 0.798mM故有：E t,0 = E t,t

42、0 - E t0,0= 23.0760.798 =22.278mV由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4 。8.12 现用一支镍铬-镍硅热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为30，而显示仪表机械零位为0，这时指示值为400，若认为换热器内的温度为430，对不对为什么正确值为多少解 ：不对。因为仪表机械零位在0与冷端30温度不一致，而仪表刻度是以冷端为0刻度的，故此时指示值不是换热器真实温度t 。必须经过计算、查表、修正方可得到真实温度t 值。由题意首先查热电势表，得E(400,0) 16.397 mV， E(30,0) 1.203 mV实际热电势为实际温度tc与冷端30c产生的热电势，即

43、E t,30 = E(400,0) 16.397 mV而 Et,0 = E t,30 + E(30,0) 16.397 1.203 = 17.600mV查热电势表得t =428.4 C。由以上结果说明，不能用指示温度与冷端温度之和表示实际温度。而是采用热电势之和计算，查表得到的真实温度。8.13 用套管式温度计测量管道内蒸汽温度，已知套管壁厚为1.5mm长度为50mm套管导热系数40W/ms,蒸汽与套管间对流系数100W/rnC,并忽略辐射换热。当温度计读数为160C,管壁温度为40c时，求：蒸汽实际温度是多少如果要求测量误差小于0.5%,温度计插入管道的最小深度是多少I解：首先计算温度系统的

44、数群m J:f其中：套管导热系数40W/ms；蒸汽与导管之间对流系数100W/ms；套管周长U d;套管的横截面积f d , 为壁厚1.5mm将以上各值代 入m计算如下100 d40 d 1.5 1040.82 (1/m)2.041当插入长度 l =50mnW, ml 40.82 50 10ml的双曲余弦为由误差表达式其中：t测160 C,卜40 c代入上式计算解出t实 203.4 C要求误差0.5 %一 1即1 0.005 cosh(ml)可算出ml = 6所以得温度计才S入最小深度l -6- 0.147 m40.826.1 什么是流量和总量有哪几种表示方法相互之间的关系是什么答：流量是指单

45、位时间内流过某一截面的流体数量， 即瞬时流量。总量也称累计 流量，是指在一段时间内流过管道的流体流量总和。流量可分为体积流量qv和质量流量qm ,可表示为qv 彳，qm他们之间的关系为：qm qv (为流体密度)。总量有体积总量和质量总量两种，他们与瞬时流量之间的关系为t2t2体积总重vqvdt ,质重总重 m qmdt。6.2 浮子流量计与差压流量计测量原理有何异同答：浮子流量计与差压流量计均为节流式测量仪表， 它们的体积流量方程式均可表示为qvSd 2，式中：为流速膨胀系数；为流量系数；Sd为节流面积；p为节流件前后差压；为被测介质密度。不同点是浮子式流量计的节流体为浮子，它是恒差压P ,

46、变面积Sd ,输出信号是用浮子高度表示qv；而差压式流量计的节流件是孔板，它是包节流面积Sd ,变差压p,用差压的变化表示被测流量qv o6.3 简述涡轮流量计组成及测量原理答：涡轮流量计是由涡轮流量传感器和流量显示仪表组成，可以实现瞬时体积流量和累积流量的计量。其原理是通过安装在被测管道上的涡轮流量传感器，将流体的流速转换为安 装在管内的涡轮转速，然后通过磁电感应转换器将其转换成与转速成正比的频率 电信号。测出频率表示相应流量值，即 qv f/K, K为涡轮流量计系数。6.4 超声流量计的特点是什么其测速方法有几种答：超声流量计主要特点是：适用于大管径、大流量及各类明渠、暗渠流量测量；对介质

47、无特殊要求，不仅可以测气体、液体，甚至对双相流介质流体流量 也可以测量；是一种非接触式测量仪表，所以不破坏流体的流场，无压力损失, 并可以测强腐蚀性、非导电性、放射性流体流量；它的测量准确度受流体温度、 压力、黏度、密度影响极小；测量范围度宽，一般可达20:1。超声测速方法常用有：传播速度差法、频差法及多普勒法。6.5 采用标准节流装置测流量时，流体应满足的测量条件是什么答： 流体应满足的条件有流体在管道内应是满管流状态，被测介质全部充满管道， 并且是连续流动；流体在管内处于湍流状态，并且是单相流，定常流状态；节流装置前后设有直管段，一般前面为10D,后面为5D (D为管内径)，直管段部分内不

48、应有凸出物。6.6 简述相关法测量气液两相流的原理答：其原理是在测量管段取两个控制截面 A与B,两者相距一段较小的距离L, 在这段距离之中认为流体各相成分含量是不变的。如在截面A处布置一台探测器 测定两相中一相的含量随时间变化曲线x(t) ，在截面B 处布置另一台探测器测定同一相的含量随时间变化曲线Y(t) 。 然后比较曲线x(t) 和 Y(t) 找出形状相同峰值之间的相距时间t应代表该相流体从A截面流到B截面的时间。由于已知A 和B相距的距离为L,则可计算出两相流体的体积流量 qv为式中：A为管道横截面积；K为速度偏差系数。6.7 简述电容层析成像技术是如何完成被测介质图像重建的答： 电容层

49、析成像(PT 系统)主要由阵列式电容传感器、电容数据采集系统和图像重建计算机三部分组成的。传感器将两相流体的分布转化为电容信号输出；数据采集系统则将这些电容信号转化为数字量并传给计算机；计算机则依据一定的图像重建算法完成图像重建工作。6.8 椭圆齿轮流量计的半月形空腔体积为0.5L,今要求机械齿轮每转一周跳一个字代表100L,试想传动系统的减速比应为多少解：椭圆齿轮流量计的体积流量qv为qv =4nv式中：n为椭圆齿轮转速（r/s ）； v为半月形腔体积（L）。因为v = 0.5L, qv = 100L。由上式可求出n值n4v黑 50 (r/s) 总之，机械齿轮转一周跳一个字，代表100L时，

50、椭圆齿轮要转50周，因此减速 比为1/50 。6.9 检定一台涡轮流量计，当流过16.05m3流体时，测得输出脉冲为41701个, 求其仪表流量系数K值。解：根据涡轮流量计仪表系数定义可知 由题意已知f =41701 1/s , qv= 16.05 m3/s ,代入上式计算得K 黑 2598(m3)6.10 用差压变送器与标准节流装置配套测介质流量。若差压变送器量程是0104Pa,对应输出电信号是 010mADC相应被测流量为0320m3/h。求:差压变送器输出信号为6mA寸，对应的差压值及流量值各为多少 解：因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比。故有解得 p 6000 Pa为对应6

51、mA电流时的输入差压因为流量与差压平方根成正比，故可得到 解得qv 248 m3/h为对应6mA电流时的被测流量。6.11 某转子流量计用标准状态下的水进行标定，量程范围为1001000L/h ,转子材质为不锈钢（密度为 7.90g/cm3）,现用来测量密度为0.791g/cm3的甲醇， 问（1）体积流量密度校正系数Ko是多少（2）流量计测甲醇的量程范围是多少解：（1）因甲醇的粘度与水的粘度相差不大，因此可以用下式计算密度校正系数Ko :式中f、测、水分别为转子密度、被测液体密度和标定液体密度。（2）量程范围用下式计算：Q测K0Q水Q测 min 1.14 100= 114 L/hQ测 max

52、1.14 100= 1140 L/h所以，量程范围为1141140L/h甲醇。6.12 用电磁流量计测某导电介质流量，已知测量管直径又240mm容积流量qv 450 m3/h,磁极的磁感应强度B= 0.01T ,求：检测电极上产生的电动势是 多少解：由电磁感应定律可知感应电动势 而介质的平均流速U用-D2 D24由以上两式可得4qvB4 450 0.013,e - 6.635 10 VD 0.24 36006.13 用孔板测气体介质流量，给定设计参数为p 0.8kPa, t 20 C,而实际工 作参数p1 0.5kPa, t1 40 C。现场仪表指示为3800m3/h,求实际流量解：由气体状态

53、方程可推导出如下结果，即所以流量qv qwTpTi把qw 3800 m3/h , p1 0.5KPq Ti 313K,p 0.8 KPa, T= 293K代入上式计算得7.1 按工作原理不同物位测量仪表有哪些类型答：按其工作原理主要有下列几种类型：直读式物位仪表。它们是利用连通器原理，这类仪表有玻璃管液位计等。差压式物位仪表。它们是利用液柱或物位堆积对某点产生压力的原理。如压力 式物位仪、差压式物位仪等。浮力式物位仪表。它们是利用浮子高度随液位变化而改变液体对浸入液体中浮 子的浮力随液位高度而变的原理。如浮子带钢丝纯、浮球带杠杆和沉筒式液位计电气式物位仪表。它们把物位的变化转换成电阻、电感或电

54、容的变化，再通过 测量电路转换为电压或电流信号进行物位测量。如电容式物位计等。核辐射式物位计。是利用核辐射透过物料时，其强度随物层的厚度而变化的原理。应用较多的是射线物位计。声波式物位计。它们是利用物位的变化引起声阻抗的变化，声波反射距离的变化等测知物位。如超声波物位计等。光学式物位计。利用物位对光波的遮断及反射的原理而工作的。光源可以是白炽灯光或激光。如光纤物位计等。7.2 简述电容式物位计测导电及非导电介质物位时，其测量原理有什么不同答： 电容式物位计测导电介质物位时，是改变电容电极覆盖面积的方式，它属于变面积型。当测非导电介质物位时，相当于电容极板间介质的介电常数发生变化，它属于变介质型电容传感器。7.3 超声物位计的测量原理是什么超声探头是根据什么原理构成的影响超声物位计测量精度因素是什么答： 超声物位