检测技术期末复习

《检测技术》期末复习

第一章绪论

思考题与习题（部分）

1、测量过程包含哪三要素？测量方法与测量原理各是什么含义？

答：三要素：测量单位、测量方法、测量工具

测量方法是实现被测量与其测量单位比较所采用的方法；

测量原理指仪表工作所基于的物理效应和化学效应。

2、完整的检测系统包括哪几部分？

答：检测部分、信号变换部分、分析处理显示部分

考试要点

1、测量过程三要素：测量单位、测量方法、测量工具

2、热工测量系统三部分组成：感受件、显示件、传送件

3、绝对误差=测量值一真实值

绝对误差

相对误差=

真实值

绝对误差

引用误差=

量程

4、基本误差：仪表在全量程范围内各点示值误差中绝对值最大的误差；一般可用绝对误差

和引用误差表示。

5、我国工业仪表精度等级：0.1、0.2、0.5、1.0、55、2.5、4

输出

6、灵敏度s=

7、重复性不包括回差，再现性包括重复性和回差。

第二章测量误差分析与处理

思考题与习题（部分）

1、请分别从误差的数值表示方法、出现规律将误差进行分类。

答：按误差的数值表示方法分类：绝对误差、相对误差、引用误差；

按出现规律分类：随机误差、系统误差、粗大误差

2、何谓系统误差？有何特点？

答：系统误差是指在同一条件下多次测量同一量值时，大小和符号保持不变，或按一定的规

律变化的误差，通常这类误差可以预先设法知道。

考试要点

1、测量误差的来源：测量装置的误差、环境误差、方法误差、人员误差

2、测量误差分类：系统误差、随机误差、粗大误差；

随机误差的大小和符号在测量前是不能知道的，但随着测量次数的增多，遵循一定的统

计规律；系统误差是指在同一条件下多次测量同一量值时，大小和符号保持不变，或按

一定的规律变化的误差，通常这类误差可以预先设法知道；粗大误差的发生是由于测量

者的粗心大意，或环境条件的变化而引起的。

第三章接触式温度检测及仪表

思考题与习题（部分）

1、温表的三要素是什么？常用的温标有哪些？他们之间有什么关系？

答：三要素：固定温度点、测温仪器、温标方程

常用的温标：华氏、摄氏、热力学温标

摄氏温标与热力学温标关系：r=7-273.15

2、双金属温度计是怎样工作的？它有什么特点？

答：原理：双金属温度计的感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的；

双金属受热后由于膨胀系数大的主动层的膨胀量大于膨胀系数小的被动层，造成了双金

属向被动曾一侧弯曲；在规定的温度范围内，双金属片的偏转角与温度有关。

特点：结构简单，耐振动，耐冲击，使用方便，维护容易，价格低廉，适用于震动较大

场合的温度测量。

3、热电偶测温原理是什么？热电偶回路产生电势的必要条件是什么？

答：原理：热电效应；条件：不同材料，有温差

4、冷端补偿方法有哪些？

答：①计算法②冰点槽法③补偿导线法④机械仪表零点调整法⑤软件补偿法

5、常用的标准化热电偶有哪些？

答：常用的有箱钱10-箱（S）、粕辕30—钠钱6（B）、镶镉一镶硅（K）、镶镉一铜镶（E）

6、简述热电阻测温原理

答：电阻随温度变化而变化

考试要点

1、各种测量仪表的优缺点

测温仪表的种类优点缺点

玻璃液体温度计结构简单，测量准确，使用方易碎，不能记录与远传

便，价格低廉

双金属温度计结构简单，机械强度大，价格精度低，量程和适用范围均有

低廉限

压力式温度计结构简单，不怕震动，具有防精度低。远距离测量时仪表的

爆性，价格低廉滞后性较大

热电偶温度计测温范围广，精度高，便于远需要进行冷端补偿，在低温段

距离、多点、集中测温测量精确度较低

热电阻温度计测量精度高，便于远距离多不能测量高温，不能测点温，

点、集中测温热惯性较大

辐射式高温计测温元件不破坏被测物体的测量精度不高，环境条件会影

温度场，测温上限高，不受被响测量准确度，对测量值修正

测物体腐蚀和毒化，可测运动后才能获得真实温度

物体的温度

2、温度标尺又称温标，现代（匕温标三要素：固定温度点、测温仪器、温标方程；我国的温

标制度是：1ST—90；

3、在ITS—90中，热力学温度（符号T）单位为开尔文（符号K）,水三相点的热力学温度

定义为273.16K。摄氏温标与热力学温标关系：。=7—273.15,因此水的三相点为0.01℃。

4、热电偶由两根不同的导体或半导体一端焊接或钱接而成，组成热电偶的两根导体或半导

体称为热电极；焊接的一端称为热电偶的热端，与导线连接的一端称为冷端。

5、接触电势的大小与接触点温度高低及导体电子密度有关：温度越高，接触电势越大；两

种导体电子密度的比值越大，接触电势也越大。

6、热电偶回路的总电势与相应热电极材料的性质及两接点温度有关。

7、热电偶基本定律：

①均质导体定律：由一种均质导体材料组成的闭合回路，不论材料上的温度如何分布以

及材料的粗细长短如何，回路中均不产生热电势；②中间导体定律：不同导体组成的热电偶

回路，当接点温度相同时，总热电势为零；③中间温度定律：接点温度为小h的热电偶产

生的热电势等于接点温度分别为小攵和公打的两只同性质热电偶产生的热电势的代数和。

8、常用的热电偶由热电极（热偶丝）、绝缘材料（绝缘管）和保护套管等部分构成。

普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒组成；

铠装热电偶由热电偶丝、绝缘材料和金属保护套三者组合装配而成，具有热容量小、响

应速度快、扰性好、可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合、耐压、耐冲击等特点。

9、标准化热电偶：伯铭10—伯（S）复制性好，测量准确度高

伯铭30—伯馅6（B）

银镉一银硅（K）

银镉一铜银（E）灵敏度最高

热电势：E>K>S>B

10、热电偶冷端处理方法：①计算法②冰点槽法③补偿导线法④机械仪表零点调整法⑤软

件补偿法；计算法只适用于实验室；冰点槽法精度高；机械仪表零点调整法用于对测量准确

度要求不高的场合。

11、补偿导线的使用相当于将热电极延伸至显示仪表的接线端，使回路热电势仅与热端和补

偿导线与仪表接线端（新冷端）温度有关，而与热电偶接线盒处（原冷端）温度无关。补偿

导线分为延伸型（X）补偿导线和补偿型（C）补偿导线，补偿导线所处温度不超过100C。

12、电阻温度计的优点：中、低温时测量精度高，不需要冷端温度补偿，电阻信号便于远传。

缺点：不能测量太高温度，感温部分体积大，热惯性大，不能测取某一点的温度，只能测量

一个区域的平均温度；在使用时需要外供电源，连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量

误差。

13、热电阻测温原理：金属导体或半导体的电阻随温度变化而改变。

14、电阻温度系数a表示电阻与温度之间灵敏度的参数。

15、热电阻的材料应有较高的电阻温度系数，最好电阻温度系数与温度无关，近似为常数；

其次化学物理稳定性好，易于提纯和复制以及价格便宜。工业中常见的热电阻材料是销、

铜，其次是铁、镇。

16、伯电阻特点：稳定性好，准确度高，性能可靠，测温范围宽；但在还原性气氛中易被

还原污染。国产标准化工业的电阻分度号为PtlO和PtlOO,表示其《分别为1（）。及100。，

测温范围为一200~85（TC。

17、铜电阻特点：价格比较便宜，电阻值与温度几乎是线性关系，且电阻温度系数也比较大,

材料容易提纯；但容易氧化，其电阻率p比较小，故体积比较大。铜电阻分度号是Cu50和

CulOO,测温范围一50~150℃。

18、热敏电阻是用金属氧化物半导体材料制成的测温敏感元件，主要使用负温度系数的热敏

电阻，测温范围一50~300℃。

19、热电阻由感温元件（热电阻体）、引出线、保护套、接线盒、绝缘材料等组成。

20、引线要求：电阻率小、电阻温度系数小、与电阻体接点处产生的热电势应尽量小、化学

性质稳定、导热率应尽量低。常用的引线有钳、金、银、和铜丝。采用三线制是为了减小引

线电阻变化引起的附加误差；采用四线制不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连

接导线间接触电阻及阻止变化的影响。四线制多用在标准粕热电阻的引出线上。

21、测温注意事项：①测温位置要有代表性

②测温元件要有一定的插入深度，元件感温点应在管道中心流速最大处

③对于高温管道，在测点引出处要加保温材料隔热

22、壁面温度测量误差：点接触〉分立接触＞面接触＞等温线接触

23、★热辐射误差计算公式：

式中：o-=5.67032xl0-8W/（m2.A：4）

测温管表面发射率，也称黑度

a一放热系数

7；—测温管端部温度

心一管壁的热力学温度

第四章非接触式温度检测及仪表

思考题与习题（部分）

1、辐射测温方法的特点是什么？常用的辐射式测温仪有哪几类？

答：特点：可以测量运动物体温度而不会破坏物体的温度场，测量无上限。

分类：光学辐射式高温计、红外辐射式高温计

考试要点

1、辐射测温的三种方法：①亮度测温：通过测量目标在某一波段的辐射量度来获得温度

②全辐射测温：测量物体发出的全辐射能量来测温的

③比色测温：利用两组（或多组）带宽很窄的不同同单色滤光片,

搜集两个（或多个）相近波段内的辐射能量，转换成电信号后在

电路上进行比较，由此确定目标温度

2、光学高温计原理：在波长一定时，物体的光谱辐射出射度就知是温度的单值函数。

只要能测得物体的光谱辐射出射度Mi,就能得到物体的温度。

3、★亮度温度和真实温度的关系：

T_ci

九4In+C2

2

式中：。2—普朗克第二辐射常数，C2=1.4388xl0-zn./r

7；—亮度温度

2—波长

4—光谱发射率

4、光学高温计中加入红色滤光片的目的：造成单色光（红光）。

5、物体实际温度T和辐射温度Tp之间的关系:

式中：£—物体的发射率

6、红外测温仪原理：根据被测目标的红外辐射能量与温度呈一定的函数关系

7、光电效应：指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。

光电传感器的工作原理基于光电效应，分为外光电效应和内光电效应。

外光电效应：在光线的作用下，物体的电子逸出物体表面而向外发射的现象；

内光电效应：当光发射在物体上，使物体电阻率发生变化（光电导效应）或产生电动势

（光生伏特现象）的现象。

光电导效应器件：光敏电阻

光生伏特现象期间：光电阻、光敏二极管、光敏三极管

第五章压力检测及仪表

思考题与习题（部分）

1、试述压力的定义。表压力、绝对压力、负压力（真空度）之间有什么关系？

答：压力：工程上将均匀而垂直作用于物体单位面积上的力称为压力

表压力+大气压力=绝对压力

2、测压仪表有哪几类？

答：弹性式压力计、压力变送器

3、弹簧管压力表的弹簧管截面为什么要做成扁圆形或椭圆形。可以做成圆形截面吗？

答：由于短轴方向的面积较长轴方向大，非圆形截面力图变成圆形，使管子的刚度增加有伸

直的趋势，而使自由端产生位移，故不能做成圆形截面。

4、试述弹簧管压力表的主要组成和测压过程？

答：组成：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘、外壳等几部分

原理：根据胡克定律，利用弹性敏感元件受压后产生的弹性形变.并将形变转换成位移

放大后，用指针指示出被测的压力

考试要点

1、压力的表示方法：大气压力：指地球表面上的空气因自重所产生的压力，用p〃表示

绝对压力：以绝对压力零线（绝对真空）做起点的压力，用p“表示。

它表征某一测定点真正所受到的压力。

表压力：以大气压力Pb为参考零点所表示的压力，用〃表示。

=

三者之间关系：PPa~Pb

2、压力单位lbar=l（）5pa

3、压力检测仪表按被测量的种类分类：表压压力表、绝对压力表和差压计。

4、液体压力计原理：利用一定高度的液注所产生的压力平衡被测压力，采用液注高度差来

测量的。

特点：结构简单、读数直观、测量准确度高、价格便宜；但其测压上限不高,

常用于较小压力、大气压和负压的测量

5、液体压力计的测量误差分析：①毛细现象

②温度变化对测量结果的影响

③重力加速度对测量结果的印象

④读数误差

6、弹性式压力计原理：基于弹性元件受压后产生的弹性变形与压力大小有确定关系的原理

特点：结构简单、坚固耐用、性能可靠、现场使用维修方便、价格便宜、

体积小、指示清楚和测量范围宽。

常见的弹性元件：弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。

7、弹性特性：弹性元件产生的变形（位移或转角）与所加载荷（压力、力或力矩）之间的

关系

8、常见的弹簧管压力表有单圈弹簧管压力表和多圈弹簧管压力表。

单圈弹簧管压力表组成：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘、外壳等几部分

9、电接点压力表：利用电接点压力表可以简便地在压力偏离给定范围时自动发出警报信号。

10、电容式压力（差压）变送器：利用弹性元件受压变形来改变可变电容的电容量；随被测

压力的变化，膜片产生位移，使电容器的可移动极板与固

定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量。

cA

11、电容公式（仅理解）：C=K—（K系数，£介电常数，A面积，％距离）

12、扩散硅压力（差压）变送器：对于半导体压阻片在受压（或拉）后，引起其电阻箱度变

化的主要原因是电阻率的变化

13、★压力表的选择（计算题）：

12

量程：稳定压力：-----

33

脉动压力：-----

32

我国仪表测量范围标准系列值：（1,1.6,2.5,4,6）x10"

安装：压力监测系统由取压口、导压管、压力表和一些附件组成。

取压口位置：取压口开口的轴线应垂直设备的壁面

流体为气体时，取压口在上，流体为蒸汽或液体时，取压口在下

压力表安装必须垂直于水平面安装

第六章流量检测及仪表

思考题与习题（部分）

1、什么是流量和总量？有几种表示方法？

答：人们常说的流量常指瞬时流量，它是在单位时间内流过管道某一截面流体的数量。总量

指在一段时间内流过管道某一截面的流体总量流体。若流体数量以质量表示，称为质量流量;

流体数量以体积表示，称为体积流量。

2、什么是流量检测仪表的量程比？

答：在保证仪表的准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称为量程比。

3、超声波流量计的特点是什么？其测速方法有几种？

答：超声波流量计的优点：非接触测量。但流速分布对其影响较大，也和雷诺数有关，需要

修正。其测速方法有三种：时差法、相位差法或频差法。

4、配对：含杂质的导电液体流量一电磁流量计

流速较低的清洁汽油流量一容积式流量计

微小的气体流量一转子流量计

流量变化不大，雷诺数较大的蒸汽流量一涡街流量计

管道直径为25mm,密度易变的液体质量流量一科里奥利质量流量计

考试要点

1、流量的定义：流过导管某一截面的流体量

分类：瞬时流量：在单位时间内流过管道某一截面流体的数量。流体若流体数量

以质量表示，称为质量流量；流体数量以体积表示，称为体积

流量；

累计流量：总量指在一段时间内流过管道某一截面的流体总量流体；

2、流量范围：流量计在正常使用条件下，测量误差不超过允许值的最大值最小流量范围。

量程比：在保证仪表的准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值。

3、容积式流量计：原理：如果使流体以固定的、已知大小的体积V逐次从流量计中排放刘

出，则计数单位时间内排放次数就可以求得通过仪器的体积流量。

这就是容积法的工作原理。固定容积匕，活动壁转动次数〃，

优点：①测量准确度高；

②安装管道条件对流量计计量精度没有影响；

③测量范围较宽；

④直读式仪表可直接得到流体总量，使用方便；

缺点：①接械结构复杂，体积庞大笨重；

②大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体；

③测量过程中会给流动带来脉动，大口径仪表会产生较大噪声；

④适用范围不够宽

★注：椭圆齿轮流量计转子每转动一周，排出四哥半月形体积的流量！

4、雷诺数Re<2320为层流状态，大于则为紊流（湍流）状态.

5、速度式流量计：

①涡街流量计：原理：卡门涡街现象：把一个非流线型阻流体垂直插入管道中，流体以

一定的速度在管道中流动。当流体绕过阻流体流动时，产生附面

层分离现象，在非线性阻流体的后侧形成有规则的漩涡列，左右

两侧涡街的旋转方向相反，这种漩涡称卡门涡街。只有形成相互

交替的内旋的两排涡街列，且涡街两列漩涡的宽度与单列两涡之

II

间的距离之比满足y=0.281时所产生的涡街列才是稳定的。

特点：输出是与流量成正比的脉冲信号，抗干扰性能好，便于远距离传

输，适用于流体总量的测量；测量精度高；压力损失小，量程比

宽；结构简单牢固，安装费用较低；适用于液体、气体、蒸汽的

流量测量。不足之处是该流量计要配置足够长的管段，才能保证

测量精确度，不适用于低雷诺数的流体测量；

结构：传感器和转换器

②涡轮流量计：原理：利用安装在管道中可以自由转动的涡轮感受流体速度的变化，从

而测定管道内流体流量

特点：精度高；量程比可达10：1,刻度线性；动态特性好；线性好；

抗干扰能力强，易于累计，便于与计算机相连进行数据处理。

结构：壳体、导流体、支承、涡轮和磁电转换器

③超声波流量计：原理：超声波在流动的流体中传播时，可以载上流体信息。在流体中

超声波向上游和向下游的传播速度由于叠加了流体的流速而不

相同，因此，可以根据超声波向上、下游传播时间之差测的流

体流速，进而得到流量。

结构：超声波换能器、电子线路及流量显示和积算系统

特点：非接触测量：不接触被测介质，不破坏流体的流场，没有压力

损失；测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度

等参数的影响；量程比一般为20:1；不仅可以测液体、气体的

流量，而且对两相的流体流量也可测量；但流速分布对其影响

较大，也和雷诺数有关，需要修正。

超声波测速三种方法；①时差法：Ar=---------L=当（声速受温度影响较

c-vc+Vc-vC

大；时差加数量级很小）

②相位差法：兀于2=也坐上（声速受温度影响较大）

C

③频差法：-（消除了声速的影响）

LLL

7、差压式流量计：原理：伯努利定律：即通过测量流体流动过程中产生的压差来测量流速

或流量

类型：毕托管、均速管、节流变压降流量计

8、毕托管：原理：全压与静压之差（毕托管头部迎流方向开孔称为全压孔，头部下游某处

开的若干小孔，称为静压孔。毕托管所测得的流苏是毕托管头部顶端所

对的那一点流速）

计算：不可压缩流体：v=

可压缩流体："（I—

9、均速管：起因：①毕托管的问题：用实验法求平均流速，计算繁琐，测试时间长，且只

应用于稳定工况及大口径流量计。②均速管（阿纽巴）可自动平均个测

点得到得差压，求取截面的平均流速和体积流量。

结构：均速管的迎流面上有四个取压孔，测取此四点的全压，取平均后被引出；

另一压力由均速管背流面的管道中心处取得

特点：结构简单，容易价格，成本低廉，不可恢复压力损失小，性能稳定

10、质量流量计：分类：直接式质量流量计［科里奥利质量流量计、热式质量流量计、对冲

式流量计］和间接式［推导式）质量流量计［组合式质量流量计、补

偿式质量流量计］•（直接式质量流量计直接输出与质量流量相对应

的信号，反映质量流量的大小。间接式质量流量计采用密度或温度、

压力补偿的方法，即在测量体积流量的同时，测量流体的密度，或

者测量流体的温度、压力值，按一定的数学模型自动换算出相应的

密度值，再将密度值与体积流量值相乘可求得质量流量。）

11、科里奥利质量流量计：原理：利用流体在振动管中流动时能产生与流体质量流量成正比

的科里奥利力这个原理制成的一种直接式质量流量仪表。

特点：科氏质量流量计适用于密度较大或粘度较高的各种流体，

含有固体物的浆液和含有微量气体的液体，以及有足够密

度的高压气体（否则不够灵敏）。

12、热式质量流量计：原理：热交换原理；利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造

成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。

13、对冲式流量计：用于测量自由下落固体粉粒的质量流量

14、组合式质量流量计：①检测P%2的流量计（通常采用差压式流量计）和密度计的组合

（pq/-pfJo?%，2）

②检测处的流量计（如容积式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、

超声波流量计等）和密度计的组合（如一夕―「外）

③检测pq；的流量计和检测qv的流量计组合

Qv

15、转子流量计：原理：转子流量计两端用法兰或螺纹连接的方式垂直地安装在测量管路上。

当被测流体自下而上流过流量计时，流体作用于浮子，使浮子受到向

上的作用力，作用力大小与浮子上下游两侧的压力差及有效面积有

关。再有浮子受到重力作用，其方向是向下的，同时在流体中浮子又

收到向上的浮力作用，因此当一定流量的流体流入转子流量计时，浮

子会延锥形管上下浮动。当父子移动到适当的位置时候，作用在浮子

上的上树力相互平衡，浮子就稳定地悬浮在某一高度上。由于测量过

程中，浮子的重力和流体对浮子的浮力是不变的，故稳定时浮子受到

的差压也始终是恒定的。流体增大时，差压增加，浮子上升，浮子与

管壁之间环形流通面积增大，差压又减小。直至浮子上下的差压恢复

到原来大小。通过差压测量能计算出流量大小。

16、电磁流量计：原理：利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体体积流量。法拉第电磁感

应定律：导体在磁场中切割磁力线运动时产生感应电动势：

E=BDv^q=-KD2v=—E

xx"44Bx

特点：管道内无可动部件或突出于管道内部的部件，压力损失极小；只要

是导电的介质都可测量；流量计的输出与体积流量成线性关系，且

不受液体的温度、压力、密度、黏度等参数的影响；量程比一般为

10:1,测量口径范围大；反应迅速，可测脉动流量；缺点是被测流

体必须导电；使用温度0~20℃；压力为2.5MPa。

17、各类流量仪表的性能比较

对比项目理论公式检测原理输出信号与流直管段要求可移动部件

量关系

椭圆齿轮流量通过流量计算成比例无有

q=Kn

计标准容积的数

量

涡轮流量计涡轮转速成比例有有

q=门G

涡街流量计漩涡数成比例有无

q-K/f

超声波流量计超声波顺流和成比例有无

q=KM

逆流的频率差

内锥流量计椎体前后差压成开方有无

q=

转子流量计转子的高度成比例无有

q=KH

电磁流量计TIDe感应电动势e成比例有无

q=----x—

4B

靶式流量计靶上作用力F成开方有无

q=K5

科氏质量流量U形馆扭转角成比例无有

q“,=k。

计6

第七章节流式流量计

思考题与习题（部分）

1、为什么标准节流装置的量程比只能是1：3~1：4?

答：差压和流量平方成比例，当流量低于30%时精度不能保证，流体雷诺数会低于测量范

围，a不是常数。

考试要点

1、节流式流量计：原理：在管道中设置节流件，流体流经节流原件时由于流通面积的变化,

发生节流现象，在节流件的前后两侧产生压力差（差压）。

★标准节流件：标准孔板、标准喷嘴、文丘里管

2、流量系数：表示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般通过实验确定。

3、流量公式：不可压缩：q,“=a4j2夕下（a流量系数，人面积，p介质密度，Ap差

压）

可压缩：q,"=agA0yl2P〜（£•压缩系数）

，实际密度，「测量密度）

P'

P

4、取压方式：理论取压法、D—D/2取压法、角接取压法和法兰取压法。

第八章液位检测及仪表

思考题与习题（部分）

1、何谓汽包的重量水位？

答：所谓重量水位是对运行中锅炉汽包内汽水状态的一种假设，即运行中的某一瞬时，汽包

的全部出口、入口封闭，水侧中的汽回到汽侧，汽侧中的水回到水侧，而且平静下来，此时

汽包内的汽水界面称为重量水位。

2、云母水位计和电接点水位计为什么测不到重量水位？

答：这是因为就地云母水位计是根据连通管原理直接与汽包连通，它不需要媒介和传递，直

观而可靠地指示汽包水位。电接点水位计是根据汽和水的导电率不同的原理测量水位，指示

值不受汽包压力变化影响。

3、常用的锅炉汽包水位测量方法有几种？测量原理是什么？

答：①云母水位计：利用连通器的原理进行工作的②双色水位计：改进了云母水位计的结构,

辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两

色的分界面，显示清晰，并有利于电视远传。③差压式水位计：通过把液位高度的变化转换

成差压信号来实现水位测量的④电接点水位计：利用汽包内汽、水介质的电阻率相差极大的

性质来测量汽包水位。

4、差压水位计产生测量误差的因素有哪些？如何减小测量误差？

答：产生误差的因素：①温度影响：环境温度越低，冷凝水密度增大，读数比真实值小；解

决方法：改进平衡容器结构；②汽包压力变化的影响：饱和水密度和饱和蒸汽密度受汽包压

力变化很大，低水位比高水位误差大；解决方法：进一步改进平衡容器结构，或采用汽包压

力补偿措施；

5、超声波液位计的工作原理是什么？影响超声波液位计测量精确度的因素有哪些？

答：原理：超声波在介质中传播时，被吸收而减弱。声波的频率越高，方向性越强，则介质

中衰减越大。声波遇到不同的分界面时会产生反射、折射等现象。超声波液位计是利用回声

测距离原理进行工作的。

因素：温度，介质

考试要点

1、液位测量的特点：①稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波

浪使液面波动。在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液

面变得模糊；

②大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度等物理量分布不均

匀的现象；

③容器中的液面呈高温、高压、高粘度或含有大量杂质、悬浮物等；

2、汽包水位特点：①汽包内水汽无明显分界面；

②汽包内水位忽上忽下剧烈周期波动；

③炉水中含有盐碱，受汽水冲击形成泡沫；

④汽包水位横切面的特点是中间凸起，水位在汽包壁呈带状升高，并超

过中间部位；

⑤虚假水位的存在

3、汽包水位分类：①实际水位：即真实水位，定义为汽包内每根垂线上取出汽水混合物湿

度的最大变化率这个点，然后由无数这样的点所连成的液面；

②重量水位:所谓重量水位是对运行中锅炉汽包内汽水状态的一种假设,

即运行中的某一瞬时，汽包的全部出口、入口封闭，水侧中的汽回到汽

侧，汽侧中的水回到水侧，而且平静下来，此时汽包内的汽水界面称为

重量水位；

③指示水位：水位计所能测出的汽包水位值

4、云母水位计：原理：利用连通器的原理进行工作的

特点：可以直接反映汽包水位，直观、可靠，但只能就地监视，并且液位

显示不够清晰。

5、双色水位计：原理：改进了云母水位计的结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽

或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示清

晰，并有利于电视远传；

6、电接点水位计：原理：利用连通器的原理将水位反映到测量筒内，由于汽包内饱和蒸汽

及凝结水介质的电阻率相差较大，安装在测量筒壁上的电极若被水浸没,

该电极在所接入的电路中处于低电阻状态（相当于开关闭合），若被汽浸

没则电极所在电路中处于高电阻状态（相当于开关打开）。由被水接通的

电接点位置可以表示水位，再利用灯光或数字就可显示水位。

特点：指示受容器内压力的影响较小，在锅炉启停等变参数工况下，仪

表在控制室内能准确指示水位；测量延时小，投运速度快；结构简单，

造价低，运行可靠，调校方便。

7、差压式水位计：原理：通过把液位高度的变化转换成差压信号来实现水位的测量

组成：水位一差压转换装置、压力信号管路和差压计等组成

8、液位迁移：负迁移：py=p'+pgH+pg

P2=P'gfh+Pg

3=P\-Pi=夕g"一P'g（饱一%）

迁移量:Q,g（饱一4）

正迁移：Pi=pg（H+h）+P8

Pi=Pg

5=P「Pz=PSh

迁移量：pgh

迁移量

迁移量的相对值：d=xlOO%

测量范围

迁移量只是同时改变量程的上下限，不改变量程。

9、浮力式液位计：①恒浮力式液位计：在测量过程中浮力不变，浮子永远漂浮在液面上，

浮子的位置随着液面高低而变化，检测浮子的位移量，便可以知道液位

的高低

②变浮力式液位计：浮力式变化的，浮筒浸没在液体里，由于浮筒被浸

没的程度不同，浮筒所受的浮力也不同，检测出浮筒所受的浮力变化，

便可以知道液位的高低。

10、电容式液位计：原理：将被测介质液位的变化转换成液位计电容的变化

特点：结构简单，无可动部件，动态响应快，基本上不需要专门维护，

应用范围较广；

组成：传感器及其配套显示仪器

11、超声波液位计：原理：超声波在介质中传播时，被吸收而减弱。声波的频率越高，方向

性越强，则介质中衰减越大。声波遇到不同的分界面时会产生反射、折

射等现象。超声波液位计是利用回声测距离原理进行工作的。

特点：无机械可动部分，安装维护方便；探头不与被测介质接触，可

实现非接触测量，超声波探头寿命长；缺点是声速易受介质的温度和压

力影响。

第九章成分分析仪表

思考题与习题（部分）

1、在线成分分析系统为什么要有采样和预处理装置？

答：采样是从生产设备中自动、快速地提取有代表性的待分析样品，送到预处理系统；而预

处理系统的任务是将取出的待分析样品加以处理，以满足传感器对待分析样品的要求。

2、氧化错氧分析仪的探头测量含氧量应满足什么条件？

答：要有浓度差（不确定）

考试要点

1、成分检测概念：分析各组分的含量或某一组分的含量

2、热导式气体分析仪：原理：在热传导过程中，不同的气体，由于热导率的差异使其热传

导的速率也不相同。多组分混合气体的热导率X可近似为各

组分热导率的算术平均值：a=‘4q，待测组分浓度6,

热导率4；混合气体其他组分热导率差别不大“4,则

3、热磁式气体分析仪：原理：热磁式氧量计利用烟气组分中氧气的磁化率特别高这一物理

特性来测定烟气中含氧量。工作原理是氧流经一个有加热元

件的气室，并且位于磁场中。当加热元件附近的氧被加热时,

氧气的顺磁性变小，使较冷的氧被强烈地吸入磁场中，将热

氧置换出来，形成连续的气流，称“磁风”。在一定的气样压

力、温度和流量下，通过测量磁风大小就可测得气样中氧气

含量。

4、红外线成分分析仪：原理：红外线是一种电磁波，0.76~1000^o利用气体对红外线的

波长有选择的可吸收性和热效应，不同气体具有不同的红外

吸收光谱图。(/=/。屋")；单原子分子和无极性的双原子

气体不吸收红外线；水蒸气几乎全波段吸收

5、氧化精氧量计：原理：当两表面有氧的浓度差异时，会因氧离子空穴的移动产生电动势，

该电动势称为浓差电势。

计算：★★E=91n丝

"F9、

式中：R=8314J/(mol*K)

了一浓度电池温度

n-4

F=96487C/mol

5,(p2一待测气体和参比气体氧浓度

注意事项：①氧化错传感器需要恒温或在计算电路中采取补偿措施，以消

除传感器温度对测量的影响；

②氧化错传感器要在一定高温下工作，以保证有足够高的灵敏

度；

③保持参比气样的压力与待测气样的压力一样，以保证两种气

体的氧分压之比能代表氧含量比

④保持参比气样和待测气样有一定的流速，以保证测量的准确

性；

安装方式：抽出式、直插式

1、检测的概念是什么？

“检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测

试系统对被测对象进行在线、连续的测量。

2、检测系统的静态特性和动态特性分别是什么？

检测系统在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称

为静态特性；检测系统的动态特性是指在动态测量时，输出量与随时间变化的输

入量之间的关系。

3、什么是线性度？列出线性拟合常用的方法。

在规定的条件下，系统校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百

分比称为线性度。端基法、最小二乘法。

4、测量仪表的范围及量程有何区别？

每个用于测量的检测仪器都有规定的测量范围，它是该仪表按规定精度对被

测变量进行测量的允许范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测

量上限，简称下限和上限。

量程L=|测量上限-测量下限|

5、仪表的相对误差与引用误差的定义是什么？

示值相对误差r（简称相对误差）是检测装置示值绝对误差与真值X。之比值。

检测仪表示值绝对误差b与仪表量程L的比值，称之为仪表示值的引用误差q。

6、如何根据相对误差合理选择仪表？

7、如何确定仪表的精度等级？

在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校

验时所得到的最大引用误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的

允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。

8、迟滞是什么？与仪表的精度关系如何？

迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一

输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差。其数值用最大偏差或最大偏差

的一半与满量程输出值的百分比表示。

其值越小，仪表的重复性和稳定性越好

9、什么是仪表的灵敏度、灵敏限以及分辨率？

灵敏度是指检测系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极

限值，即

K=lim

Ax->0

灵敏阈又叫失灵区、死区、钝感区、阈值等。它指检测系统在量程零点（或

起始点）处能引起输出量发生可视性变化的最小输入量。

分辨率：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量。

10、一阶检测系统的动态特性如何表达?

k:静态灵敏度

T时间常数嘲+而"⑺

压力测量

1、压力的定义及表示方法？表压力、真空度、大气压力之间有什么关系？

流体介质垂直作用于单位面积上的力称为压强，在工程上称为压力。表压力,

该绝对压力与当地大气压之差。真空度，当绝对压力小于大气压时，大气压与该

绝对压力之差。大气压，是地球表面上的空气质量所产生的压力。

2、弹性式压力计的测压原理以及常用的弹性元件有哪些?

测压原理：用弹性元件作为压力敏感元件，把压力转换成弹性元件位移。常

用的弹性元件，弹簧管、膜片、波纹管。

3、保证弹性式压力计测压精度的条件是什么？

弹性元件承受压力的有效面积A不变，形变量X较小

弹簧管：2〜3mm,膜片：0.2~0.3mm

复杂结构，尽量采用闭环负反馈,且放大倍数足够大。

4、弹簧管压力计的测压原理？

当在管内通入压力时，则椭圆形截面在压力的作用下趋向圆形，使弧形弯管

产生挺直的变形，其自由端产生向外的位移。

5、什么是霍尔效应、应变效应、压阻效应、压电效应。

霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B

的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I,则会

在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH,此电位差称为霍尔电势。

导体在产生机械变形时，电阻要发生变化，即当它拉伸时，电阻值要增大；

受到压缩时，电阻值减小。这种现象就是所谓的应变效应。

单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压

阻效应。

某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形（压缩或伸长）时，其内部将

发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到

不带电的状态，此现象称为“压电效应”。

6、应变效应与压阻效应的相同点与不同点是什么？

相同点：当受到外力作用，电阻均发生明显变化。

不同点：应变效应是指导体产生机械形变，压阻效应是单晶硅材料电阻率发

生变化.

7、应变筒式压力计为什么要接成电桥的形式？

有温度补偿效果，提高灵敏度。

8、压力表的选用原则及选用步骤分别是什么？

压力仪表的选用要在满足工艺要求的前提下，本着节约的原则进行合理选

用。

包括三个步骤：a仪表的量程选择；b仪表的精度选择；c仪表类型选

择。

温度测量

1、温标是什么？其发展经历了几个阶段？其中国际实用温标规定了哪些内

容？

为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺

度，即温标。发展阶段：经验温标，热力学温标，绝对气体温标，国际实用温标

和国际温林。

2、热电效应的定义。回路中的热电势由哪两部分组成?

两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B

的连接处温度不同（设T>TO）,则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回

路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。

两种导体的接触电势和单一导体的温差电势

3、热电偶测温回路定律及证明、应用。

均质导体定律、中间温度定律、中间导体定律、标准电极定律

4、常用的标准化热电偶的名称、分度号以及主要特点？

分度号特点

销铭10—伯热电偶S精度高，物理化学性能稳定，测

温上限局

的钱30—柏镂6热电偶B测量精度高，适于在氧化或中性

气氛中使用

银铭一锲硅热电偶K价格低廉，灵敏度高，复现性好，

高温下抗氧化能力强

银倍一康铜热电偶E价格低廉，灵敏度高

・铜一康铜热电偶T精度高，稳定性好价格低廉

铁一康铜热电偶J灵敏度高，线性度好，价格低廉

5、热电偶冷端温度处理的方法有哪几种？

冰点槽法、计算修正法、校正仪表零点法、冷端补偿器法、软件处理法

6、热电偶串联及并联的连线方法及各自特点是什么？

热电偶并联：用几只同型号的热电偶并联接在一起。

热电偶串联：将几个具有相同热点特性的热电偶串联相接。

特点：使用热电偶并联测多点的平均温度，其优点是仪表的分度依旧和单独

配用一个热电偶时一样，缺点是当有一支热电偶烧断时不能及时察觉出来；串联

时当有一支热电偶烧断时，总电势消失，可以立即知道有热电偶烧断。

7、热电阻的测温原理是什么？

根据金属导体或半导体电阻值与温度呈一定函数关系的原理实现温度测量

的。

8、常用的金属热电阻有哪几种？分度号有什么？

粕热电阻，分度号PtlOO和PtlO；铜热电阻，分度号CulOO和Cu50。

9、热电阻为什么要采用三线制的连线方法？

在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线，此种引线形

式称为三线制。用它构成测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于

两线制。

10、辐射式温度计测温的理论依据是什么？

利用物体辐射能与其温度有关的原理进行测温的

11、光学高温计是如何进行工作的？

红色单色光，0.66±0.01gm的单一波长物体光谱辐