2025年仪器仪表考试试题及答案

2025年仪器仪表考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某应变式压力传感器的弹性元件采用等截面悬臂梁结构，当被测压力作用于梁的自由端时，梁的上表面产生拉应变，下表面产生压应变。若将四个应变片分别粘贴于上下表面对称位置，正确的桥路连接方式应为（）。A.两个拉应变片接相邻桥臂，两个压应变片接另外相邻桥臂B.两个拉应变片接对边桥臂，两个压应变片接另外对边桥臂C.四个应变片全部接相邻桥臂D.两个拉应变片和两个压应变片交替接桥臂答案：B2.某温度测量系统使用K型热电偶（分度号，参考端0℃时热电势E(100℃,0℃)=4.096mV，E(200℃,0℃)=8.137mV），实际测量时参考端温度为30℃，测得热电势为9.0mV，则被测温度约为（）。A.220℃B.235℃C.250℃D.265℃答案：B（计算过程：E(t,30℃)=9.0mV，根据中间温度定律，E(t,0℃)=E(t,30℃)+E(30℃,0℃)。K型热电偶E(30℃,0℃)≈1.203mV，故E(t,0℃)=10.203mV。查分度表，E(250℃,0℃)=10.153mV，E(260℃,0℃)=10.561mV，线性插值得t≈250+(10.203-10.153)/(10.561-10.153)×10≈251.2℃，最接近选项B）3.某智能压力变送器的精度等级为0.5级，量程为0~1.6MPa，则其最大允许绝对误差为（）。A.±0.008MPaB.±0.016MPaC.±0.004MPaD.±0.024MPa答案：A（最大绝对误差=量程×精度等级%=1.6MPa×0.5%=0.008MPa）4.以下关于涡街流量计的描述，错误的是（）。A.输出频率与流体流速成正比B.适用于测量高粘度液体C.对直管段长度有较高要求D.可测量气体、液体和蒸汽答案：B（涡街流量计不适用于高粘度流体，因高粘度会导致漩涡分离不稳定）5.在自动控制系统中，若阶跃输入下系统输出出现超调量过大但调节时间较短的现象，可能的原因是（）。A.比例系数过大，积分时间过长B.比例系数过小，微分时间过短C.比例系数过大，微分时间不足D.积分系数过大，微分时间过长答案：C（比例系数过大会导致系统响应加快但超调增大；微分作用可抑制超调，微分时间不足则超调无法有效抑制）6.某电感式位移传感器采用差动变压器结构，其输出特性曲线在零点附近出现非线性误差的主要原因是（）。A.激励电压幅值不稳定B.两个次级线圈匝数不完全对称C.被测体材料导磁率变化D.环境温度波动答案：B（差动变压器的次级线圈匝数不对称会导致零点附近输出特性偏离线性）7.关于AD转换器的分辨率，以下说法正确的是（）。A.8位AD转换器的分辨率为1/256B.分辨率越高，转换速度一定越快C.分辨率与满量程输入电压无关D.分辨率等于最小可分辨输入电压与满量程电压的比值答案：A（8位AD的分辨率为1/(2^8-1)≈1/255，近似为1/256；B错误，分辨率与速度无必然联系；C错误，分辨率=满量程/(2^n-1)，与满量程有关；D错误，分辨率是最小可分辨电压，而非比值）8.某pH测量系统中，玻璃电极的斜率为58mV/pH（25℃），若实际测得电极电势差为116mV（相对于参比电极），溶液pH为7，则可能的故障是（）。A.玻璃电极老化导致斜率下降B.参比电极液接电位不稳定C.溶液温度偏离25℃D.玻璃电极膜表面污染答案：A（理论电势差应为58mV/pH×(pH-7)=0mV（pH=7时），实际为116mV，说明斜率异常，可能老化导致斜率降低，例如实际斜率为29mV/pH时，(pH-7)×29=116→pH=11，与实际pH=7不符，故斜率下降）9.以下哪种信号调理电路可用于抑制共模干扰？（）A.低通滤波器B.仪表放大器C.电压跟随器D.积分电路答案：B（仪表放大器具有高共模抑制比，专门用于抑制共模干扰）10.某超声波物位计测量储罐内液面高度，当罐内有大量气泡时，测量误差增大的主要原因是（）。A.超声波在气泡中传播速度加快B.气泡对超声波产生散射和吸收C.液面波动导致回波时间测量不准D.温度变化影响声速补偿答案：B（气泡会散射超声波能量，导致回波信号减弱甚至丢失，引起测量误差）11.关于热电阻温度传感器的三线制接法，以下描述正确的是（）。A.三根导线分别连接热电阻的两个引出端和电源正极B.可消除连接导线电阻随温度变化的影响C.比两线制接法多一根屏蔽线用于抗干扰D.适用于长距离传输但需要恒流源供电答案：B（三线制通过电桥平衡原理，将两根导线电阻分别接入相邻桥臂，抵消导线电阻变化的影响）12.某流量控制系统采用PID控制器，当系统存在较大纯滞后时，最有效的改进措施是（）。A.增大比例系数B.引入前馈控制C.增加积分时间D.减小微分时间答案：B（前馈控制可针对已知扰动提前补偿，有效克服纯滞后影响）13.以下关于红外气体分析仪的描述，错误的是（）。A.基于气体对特定波长红外光的吸收原理B.可同时测量多种气体组分C.对非红外吸收气体（如O₂）无响应D.测量精度受环境湿度影响较小答案：D（水蒸气对红外光有吸收，环境湿度变化会影响测量精度）14.某压力仪表的量程为-0.1~0.5MPa，当被测压力为0.3MPa时，其测量上限值为（）。A.0.5MPaB.0.3MPaC.0.6MPaD.0.4MPa答案：A（量程上限指仪表能测量的最高值，本题中为0.5MPa）15.在电磁流量计的安装要求中，错误的是（）。A.传感器必须满管安装B.接地环应与管道绝缘C.上游直管段长度不小于5倍管径D.避免安装在强磁场设备附近答案：B（接地环应与管道良好接触，确保流体与传感器电势基准一致）二、填空题（每空1分，共20分）1.测量误差按性质可分为系统误差、随机误差和______。答案：粗大误差2.热电偶的基本定律包括均质导体定律、中间导体定律、______和中间温度定律。答案：参考电极定律3.压力仪表的精度等级是指在规定条件下，仪表的______与量程之比的百分数。答案：最大引用误差4.涡街流量计的漩涡分离频率与流体______成正比，与漩涡发生体的特征宽度成反比。答案：流速5.智能仪表的核心部件是______，其主要功能包括数据处理、自动校准和通信接口。答案：微处理器（或单片机）6.电感式传感器按转换原理可分为自感式、互感式和______。答案：电涡流式7.AD转换器的转换时间是指从______到输出稳定数字量所需的时间。答案：启动转换信号发出8.pH玻璃电极的响应机理是基于______的离子交换作用。答案：玻璃膜表面9.超声波流量计按测量原理可分为时差法、相位差法和______。答案：频差法10.热电阻传感器常用的材料有铂和______，其中______的温度系数更大。答案：铜；铜11.仪表的可靠性指标通常包括平均无故障时间（MTBF）和______。答案：平均修复时间（MTTR）12.在自动控制系统中，阶跃响应的动态性能指标主要有超调量、______、调节时间和峰值时间。答案：上升时间13.电容式物位计的测量原理是基于被测介质______的变化引起电容值改变。答案：介电常数14.压力变送器的输出信号通常为______或4-20mA标准电流信号。答案：1-5V15.红外测温仪的测量精度主要受被测物体______和环境温度的影响。答案：发射率16.仪表的防爆类型中，“ExdIIBT3”表示______防爆结构，适用于IIB类气体环境，最高表面温度不超过200℃。答案：隔爆型17.节流式流量计的流量系数与雷诺数、______和管道粗糙度有关。答案：节流件开孔与管径比（β值）18.振动传感器按测量参数可分为位移传感器、速度传感器和______。答案：加速度传感器19.仪表的抗干扰措施主要包括屏蔽、接地、______和软件滤波。答案：隔离20.气体检测报警器的检测原理主要有催化燃烧式、电化学式和______。答案：红外吸收式三、简答题（每题6分，共30分）1.简述应变式传感器的工作原理及温度补偿方法。答案：应变式传感器利用金属或半导体材料的应变效应（金属）或压阻效应（半导体），将被测力或压力转换为电阻变化。温度补偿方法：①桥路补偿法（在电桥中接入与工作片同材料、同温度系数的补偿片，置于非被测部位）；②双丝自补偿法（使用两种温度系数相反的电阻丝绕制应变片，抵消温度引起的电阻变化）；③电路补偿法（通过外部电桥调零或软件修正温度误差）。2.说明电磁流量计的测量原理及适用条件。答案：原理：基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中流动切割磁感线，产生感应电势E=KBdv（K为常数，B为磁感应强度，d为管道内径，v为平均流速）。适用条件：①被测介质必须为导电液体（电导率>5μS/cm）；②必须满管测量；③不适用于气体、蒸汽或高粘度非导电液体；④管道需良好接地，避免电磁干扰。3.比较热电偶与热电阻温度传感器的优缺点。答案：热电偶优点：测量范围宽（-200℃~2000℃）、响应快、结构简单、可远程测量；缺点：需要参考端补偿，低温段精度较低，输出信号小需放大。热电阻优点：精度高（尤其低温段）、线性好、输出信号大；缺点：测量范围较窄（-200℃~850℃）、需要恒流源供电，易受导线电阻影响（需三线/四线制）。4.简述PID控制器中比例（P）、积分（I）、微分（D）环节的作用。答案：比例环节：输出与误差成正比，加快响应速度，减小稳态误差，但过大会导致超调；积分环节：消除稳态误差（通过累积误差），但会延长调节时间，过强会引起震荡；微分环节：预测误差变化趋势（基于误差变化率），抑制超调，改善动态性能，过强会放大噪声。5.说明智能仪表相对于传统仪表的主要技术优势。答案：①数据处理能力：内置微处理器可实现线性化、误差补偿、自校准；②通信功能：支持RS485、HART、Modbus等协议，便于系统集成；③智能化功能：故障自诊断、量程自动切换、数据存储；④高精度：通过软件修正硬件误差，提高测量精度；⑤灵活性：参数可通过软件配置，适应不同应用场景。四、计算题（每题8分，共32分）1.某压力仪表的量程为0~10MPa，精度等级1.0级，现用其测量6MPa的压力，求：（1）最大允许绝对误差；（2）测量6MPa时的示值相对误差最大值。答案：（1）最大绝对误差=量程×精度等级%=10MPa×1.0%=±0.1MPa；（2）示值相对误差=（最大绝对误差/测量值）×100%=（0.1/6）×100%≈±1.67%。2.某温度测量系统使用Pt100热电阻（0℃时电阻100Ω，温度系数α=0.00385Ω/Ω·℃），采用三线制接法，电桥供电电压5V，桥臂电阻R1=R2=100Ω，R3为可调电阻。当温度为100℃时，热电阻电阻Rt=138.5Ω，求此时电桥输出电压（忽略导线电阻影响）。答案：三线制热电阻接入电桥的一臂，电桥输出电压Uo=U×(Rt/(Rt+R3)-R1/(R1+R2))。假设R3=100Ω（平衡时调零），则Uo=5×(138.5/(138.5+100)-100/(100+100))=5×(138.5/238.5-0.5)=5×(0.581-0.5)=5×0.081=0.405V。3.某AD转换器输入电压范围0~5V，要求分辨率不低于0.01V，至少需要多少位？若实际采用12位AD，其分辨率是多少？答案：分辨率=满量程/(2^n-1)≤0.01V→2^n≥5/0.01+1=501→n≥9（2^9=512）。12位AD分辨率=5/(2^12-1)=5/4095≈0.00122V。4.某液体密度为800kg/m³，用差压式流量计测量流量，节流装置产生的差压为20kPa，流量系数α=0.65，管道内径D=100mm，节流孔直径d=50mm（β=d/D=0.5），求体积流量（保留两位小数，流量公式：q=α×ε×(πd²/4)×√(2Δp/ρ)，ε=1）。答案：q=0.65×1×(π×0.05²/4)×√(2×20000/800)=0.65×(0.0007854)×√(50)=0.65×0.0007854×7.071≈0.65×0.00555≈0.00361m³/s=12.996m³/h≈13.00m³/h。五、综合分析题（每题9分，共18分）1.某化工厂需设计一个蒸汽管道的温度测量系统，要求测量范围0~300℃，精度±1℃，需远传至控制室显示，并具备超温报警功能。请选择合适的温度传感器、变送器及显示仪表，并说明选型依据及系统组成。答案：传感器选