安全检测与监控技术 习题答案 第2章

第2章课后习题参考答案1、简述敏感元件、传感器、变送器、信号转换器之间的异同。2、简述查找并列举当前通用的标准信号。3、简述膨胀式温度计的分类及其优缺点。4、简述热电偶测温与热电阻测温的异同。5、简述压力计的分类及其原理和特点。6、简述节流现象和节流原理。7、简述电磁流量计的工作原理及优缺点。8、简述超声波式流量计的测定原理。9、简述恒浮力法和变浮力法液位测量的原理、特点及适用场合。10、简述超声波式物位计与微波式物位计的异同。1、简述敏感元件、传感器、变送器、信号转换器之间的异同。在安全检测与监测过程中，为了对各种变量进行监测或控制，需要利用敏感元件、传感器、变送器和信号转换器等，把这些变量转换成容易比较且便于传送的信息，其中：（1）敏感元件是能够灵敏地感受被测变量并做出响应的元件；（2）传感器不仅对被测变量敏感，而且具有把对被测变量的响应传送出去的功能。（3）变送器是指输出为规定的标准信号的传感器。（4）输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测和控制功能。2、简述查找并列举当前通用的标准信号。标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。当前通用的标准信号有直流电压0~5V、直流电流4~20mA、空气压力20~100kPa。3、简述膨胀式温度计的分类及其优缺点。膨胀式温度计主要分为液体膨胀式和固体膨胀式两种：（1）液体膨胀式温度计，是一种直读式的、应用最早的温度测量仪表，最常见的是玻璃管式温度计，如体温计等。优点：结构简单，使用方便、价格低廉，缺点：测量上限和准确度受玻璃质量的限制、易碎、不能远传。（2）固体膨胀式温度计，是利用固体膨胀原理做成的温度计，主要有杆式和双金属片式两种。优点：结构紧凑、牢固、可靠、测量准确度低，缺点：量程和使用范围有限。简述热电偶测温与热电阻测温的异同。热电偶测温与热电阻测温均为接触式测温方法，但所利用的测温原理不同。（1）热电偶测温：热电偶温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表，属于接触式测温。它的测温范围很广，可检测生产过程中-200~2000℃范围内液体、蒸气和气体介质以及固体表面的温度。（2）热电阻测温：热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。5、简述压力计的分类及其原理和特点。压力传感器是压力监测及控制中重要的敏感元件，主要有液柱压力检测、弹性压力检测、电气压力检测等多种方法，具体分类和特点如下表所示。方法压力表形式检测原理测压范围(kpa)精度等级输出信号特点液柱式压力检测U形管液体静力学原理（连通器原理）-10~100.2,0.5水柱高度在实验室的低、微压测量补偿式-2.5~2.50.02,0.1旋转刻度用作微压基准校准自动液柱式-102~1020.005,0.01自动计数用光、电信号自动跟踪页面，用作压力基准校准弹性式压力检测弹簧管弹性元件的弹性形变（胡克定律）-102~1060.1~4.0位移，转角或力工业现场测量或校验膜片-102~1021.5~2.5用于腐蚀性、高粘度介质的压力检测膜盒-102~1021.0~2.5多用于烟道等的微压检测波纹管0~1021.5,2.5多用于生产过程的低压检测电气式压力检测电阻式将压力转化为位移量进行电测量，如滑动变阻器测位移，测量电感传感器气隙变化导致的磁阻变化，测量电容传感器极间距变化导致的电容变化等-102~1041.0,1.5电压,电流价格低廉，结构简单，耐震动性能较差电感式0~1050.2~1.5电压,电流使用环境要求低，信号处理较为灵活电容式0~1040.05~0.5电压仅适用于动态压力测量，响应速度较快压阻式压阻效应0~1040.02~0.2电压,电流性能稳定可靠，结构简单压电式压电效应0~1040.1~1.0电压仅适用于动态压力测量，响应速度极快应变式利用应变效应测量位移弹性元件的位移量-102~1040.1~0.5电压使用环境要求低，适用于冲击形式压力测量振频式将压力转换为频率信号，振弦以其谐振频率不停振动，当测量的压力发生变化时，频率会产生变化0~1040.05~0.5频率输出信号便于计数处理霍尔式利用霍尔效应测量位移弹性元件的位移量0~1040.5~1.5电压灵敏度较高，但易受测量环境影响6、简述节流现象和节流原理。节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流原理：流体流经节流装置时，不对外做功，没有外加能量，流体本身也没有温度变化。在管道内流动的流体，对于管道中任意两个截面都符合伯努利（能量）方程，即：动能+重力势能+压力势能=常数。也就是等高流动时，流速大，压力就小。也就是说，流动流体的能量有静压能和动能两种形式。流体具有静压能是因为有压力，具有动能是因为有流动速度，在一定条件下，这两种形式的能量是可以相互转化。根据能量守恒定律，在没有外加能量的前提下，流体所具有的静压能和动能，再加上用以克服流体流动阻力的能量损失，其能量总和是相等的。由于遇到节流装置的阻碍，使靠近管壁处的流体受到节流装置的阻挡作用，使部分动能转化为静压能，使得节流装置入口端面靠近管壁处的流体静压力升高，并且远大于管径中心处的压力，因此节流装置入口端面处产生径向压差。7、简述电磁流量计的工作原理及优缺点。电磁式流量传感器是根据法拉第电磁感应定律测量导电性液体的流量，与金属导体在磁场中的运动一样，在导体流动介质的两端也会产生感应电动势，可由设备在管道上的电极导出。该感应电动势大小与磁感应强度、管径大小和流体流速大小有关。电磁式流量传感器只能测量导电介质的流体流量。适用于测量各种腐蚀性酸、碱、盐溶液，固体颗粒悬浮物，黏性介质(如泥浆、纸浆、化学纤维、矿浆)等溶液，还可用于大型管道自来水和污水处理厂流量测量及脉动流量测量等。8、简述超声波式流量计的测定原理。超声式流量传感器的测定原理是多种多样的，如传输时间差法、传播速度变化法、波速移动法、多普勒效应法和流动听声法等。但目前应用较广的主要是传输时间差法。超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。超声式流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，可测流体种类很多，不论是非导电的流体、高黏度的流体还是浆状流体，只要能传输超声波的流体都可以进行测量。超声波流量计可用来对自来水、工业用水和农业用水等进行测量，还可用于下水道、农业灌溉和河流等流速的测量。简述恒浮力法和变浮力法液位测量的原理、特点及适用场合。恒浮力法是利用浮子高度随液位变化而改变的原理进行液位测量的，如钢带浮子式液位计测液位，通过测量漂浮于被测液面上的浮子(浮标)随着液面的变化而上下移动而产生的位移来检测液位高低，即检测浮子所在位置可知液面高低。变浮力法是利用液体对浸沉于液体中的浮子(或称沉筒)的浮力随液位高度的变化而变化的原理进行液位测量的，如浮筒式液位计，通过测量浸没在液体中的浮筒所受浮力随位移发生变化。此浮力变化再以力或位移变化的形式，带动电动或气动元件发出信号给显示仪表以显示液位。10、简述超声波式物位计与微波式物位计的异同。超声波式物位计与微波式物位计均通过测量波的往返时间来实现物位测量的，即波在发射和波在不同介质分界面反射后接收到的回波之间的时间。不同的是，超声波式物位计发射的声波，波速受温度影响，微波式物位计发送的是电磁波，传播速度相当于光速，不受温度影响。超声式物位传感器利用声波，声波在各种介质传播时都呈现一定的阻抗，声阻抗与介质的密度及弹性有关。声波在作用到两种