仪器仪表简答题库及答案

仪器仪表简答题库及答案1.什么是仪器仪表？仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。2.仪器仪表有哪些分类？工业自动化仪表：包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表、过程分析仪表等，用于工业生产过程的检测、控制和调节。电工仪器仪表：如电压表、电流表、功率表、电能表等，用于测量电参数。光学仪器：显微镜、望远镜、光谱仪等，利用光学原理进行观察和分析。分析仪器：包括色谱仪、质谱仪、光谱仪等，用于分析物质的成分和结构。试验机：如材料试验机、拉力试验机等，用于测试材料的性能。衡器：各种秤，用于测量物体的质量。3.仪器仪表的基本组成部分有哪些？一般由传感器、变换器、显示器三部分组成。传感器是将被测物理量转换为与之有确定对应关系的电量输出；变换器是对传感器输出的信号进行放大、转换等处理，使其成为适合后续处理或显示的信号；显示器则将处理后的信号以直观的形式显示出来，供操作人员读取和观察。二、传感器相关问题1.什么是传感器？传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。2.传感器有哪些分类方式？按被测量分类：如温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。按工作原理分类：包括电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器等。按输出信号分类：有模拟传感器和数字传感器。3.简述电阻式传感器的工作原理。电阻式传感器是利用导体或半导体的电阻值随其几何形状、物理状态的变化而变化的特性来测量非电量的。例如，应变式电阻传感器是基于金属的应变效应，当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值会发生变化。通过测量电阻值的变化，就可以确定外力的大小。再如，热敏电阻传感器是利用半导体材料的电阻率随温度变化的特性来测量温度，温度变化时，热敏电阻的阻值会相应改变。4.光电式传感器有哪些应用？工业检测：用于零件的尺寸测量、形状检测、表面缺陷检测等。例如，在自动化生产线上，利用光电传感器检测零件是否到位、是否有缺失等。计数和控制：可以对产品进行计数，控制生产线上产品的数量。安全防护：在一些危险区域，如冲压机床、电梯门等地方安装光电传感器，当有人或物体进入危险区域时，传感器会发出信号，使设备停止运行，起到安全防护作用。环境监测：用于检测光照强度、烟雾浓度等环境参数。三、仪器仪表的测量误差问题1.什么是测量误差？测量误差是指测量结果与被测量真值之间的差值。由于测量过程中受到各种因素的影响，如测量仪器的精度、测量方法的不完善、环境条件的变化等，测量结果往往不可能完全准确地反映被测量的真值，从而产生测量误差。2.测量误差有哪些分类？系统误差：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量真值之差。系统误差具有确定性和重复性，它的产生原因通常是测量仪器的不准确、测量方法的不完善、环境因素的影响等。例如，电压表的零点不准，会导致测量的电压值始终存在一个固定的偏差。随机误差：测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。随机误差是由许多微小的、难以控制的因素引起的，其大小和方向是随机变化的，但总体上服从一定的统计规律。例如，在测量过程中，由于外界的轻微振动、电子元件的热噪声等因素会导致测量结果产生随机波动。粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。粗大误差通常是由于测量人员的疏忽、测量仪器的故障等原因造成的。例如，测量时读错数据、仪器突然出现故障等。3.如何减小测量误差？减小系统误差：校准测量仪器：定期对测量仪器进行校准，确保仪器的准确性。改进测量方法：选择更合理、更准确的测量方法，避免因方法不当导致的误差。消除环境影响：尽量控制测量环境的温度、湿度、气压等因素，使其保持稳定。减小随机误差：多次测量取平均值：通过增加测量次数，根据概率论的大数定律，多次测量的平均值会更接近被测量的真值。采用统计方法处理数据：对测量数据进行统计分析，如计算标准差等，以评估测量结果的可靠性。避免粗大误差：提高测量人员的素质：加强测量人员的培训，使其严格按照操作规程进行测量，避免因疏忽导致的粗大误差。对测量数据进行筛选：在处理测量数据时，采用一定的准则（如拉依达准则）判断是否存在粗大误差，并将含有粗大误差的数据剔除。四、仪器仪表的选型和安装问题1.仪器仪表选型需要考虑哪些因素？测量对象和测量范围：明确要测量的物理量，选择能够准确测量该物理量的仪器仪表。同时，要根据被测量的大小范围，选择合适量程的仪器，以保证测量的准确性和可靠性。例如，测量压力时，如果压力变化范围较大，应选择量程合适的压力传感器，避免量程过小导致仪器损坏，量程过大影响测量精度。测量精度：根据实际应用的要求，选择具有合适精度等级的仪器仪表。精度越高，仪器的价格通常也越高，因此要在满足测量要求的前提下，合理选择精度等级，以降低成本。环境条件：考虑仪器仪表使用的环境，如温度、湿度、气压、振动、电磁干扰等因素。选择能够适应环境条件的仪器，确保其在恶劣环境下也能正常工作。例如，在高温环境下，应选择具有耐高温性能的仪器；在强电磁干扰环境中，要选择具有良好抗干扰能力的仪器。响应速度：对于一些动态测量的场合，需要考虑仪器仪表的响应速度。响应速度快的仪器能够及时准确地反映被测量的变化，适用于快速变化的测量对象。可靠性和维护性：选择可靠性高、维护方便的仪器仪表，以减少故障发生的概率，降低维护成本。例如，选择具有良好质量保证和售后服务的品牌产品。2.仪器仪表安装有哪些注意事项？安装位置：要选择合适的安装位置，避免安装在有强烈振动、高温、潮湿、强电磁干扰等不利于仪器正常工作的地方。同时，要保证仪器的安装位置便于操作和维护。例如，压力传感器应安装在压力稳定、无气泡和杂质的管道部位；温度传感器应安装在能准确反映被测介质温度的位置。安装方式：按照仪器仪表的安装说明书要求进行安装，确保安装牢固、正确。不同类型的仪器仪表有不同的安装方式，如螺纹连接、法兰连接、卡套连接等。在安装过程中，要注意密封和紧固，防止泄漏和松动。电气连接：对于需要进行电气连接的仪器仪表，要确保电气连接正确、可靠。连接导线应符合要求，避免出现短路、断路等故障。同时，要做好接地工作，以防止静电和电磁干扰对仪器造成影响。管道连接：如果仪器仪表与管道连接，要保证管道的清洁和畅通，避免管道内的杂质进入仪器，影响测量精度和仪器寿命。在连接管道时，要注意管道的口径、压力等级等参数与仪器相匹配。五、仪器仪表的维护和校准问题1.仪器仪表为什么需要维护？保证测量精度：随着使用时间的增加，仪器仪表的性能可能会发生变化，如零点漂移、灵敏度下降等。通过定期维护，可以及时发现和调整这些问题，保证仪器的测量精度。延长使用寿命：合理的维护可以减少仪器的磨损和损坏，避免因故障导致仪器过早报废，从而延长仪器的使用寿命。确保安全运行：一些仪器仪表在工业生产中起着重要的安全监测和控制作用，如压力报警器、温度控制器等。定期维护可以确保这些仪器的正常运行，保障生产安全。2.仪器仪表维护包括哪些内容？日常检查：检查仪器的外观是否有损坏、变形，连接部位是否松动，显示是否正常等。例如，每天上班前检查仪器的电源指示灯是否亮起，显示屏是否有显示异常。清洁和润滑：定期对仪器进行清洁，去除灰尘、油污等杂质，保持仪器的清洁。对于一些需要润滑的部件，要按照要求进行润滑，以减少磨损。故障排除：当仪器出现故障时，要及时进行排查和修复。可以根据仪器的故障现象，结合说明书和经验，判断故障原因，并采取相应的措施进行修复。性能测试：定期对仪器的性能进行测试，如测量精度、响应速度等，以确保仪器的性能符合要求。3.什么是仪器仪表的校准？仪器仪表校准是指在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。校准的目的是评估仪器的准确性，确定其示值误差，并对其进行调整或修正，以保证仪器的测量结果可靠。4.仪器仪表校准的周期如何确定？仪器仪表校准周期的确定需要综合考虑多个因素：使用频率：使用频率高的仪器，其性能可能更容易发生变化，校准周期应相对较短。例如，在连续生产线上频繁使用的流量传感器，校准周期可能为36个月；而使用频率较低的实验室仪器，校准周期可以适当延长至12年。环境条件：如果仪器使用环境恶劣，如高温、潮湿、强振动等，会加速仪器的老化和性能变化，校准周期应缩短。相反，在良好环境条件下使用的仪器，校准周期可以适当延长。测量精度要求：对于测量精度要求高的仪器，校准周期应较短，以确保测量结果的准确性。例如，用于精密测量的天平，校准周期可能为13个月；而对测量精度要求相对较低的普通温度计，校准周期可以为612个月。仪器的稳定性：稳定性好的仪器，其性能在较长时间内变化较小，校准周期可以相对长一些；而稳定性较差的仪器，校准周期则应短一些。一般来说，仪器制造商会在说明书中提供建议的校准周期，用户可以以此为参考，并结合实际使用情况进行调整。六、工业自动化仪表相关问题1.什么是工业自动化仪表控制系统？工业自动化仪表控制系统是指利用各种仪器仪表对工业生产过程中的参数进行检测、显示、控制和调节，以实现生产过程的自动化运行。它通常由检测仪表、控制仪表、执行器和被控对象等组成。检测仪表用于测量生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等；控制仪表根据检测到的参数与设定值进行比较和运算，输出控制信号；执行器根据控制信号对生产过程进行调节，如调节阀门的开度、电机的转速等；被控对象是指需要进行控制的生产设备或过程。2.简述PID控制器的工作原理。PID控制器是一种常见的控制算法，由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成。比例环节：根据偏差的大小成比例地输出控制信号，偏差越大，控制信号越强。比例作用可以快速响应偏差，但可能会产生稳态误差。积分环节：对偏差进行积分运算，其输出与偏差的积分成正比。积分作用可以消除稳态误差，使系统的输出逐渐接近设定值，但积分作用可能会导致系统响应变慢，甚至产生积分饱和现象。微分环节：根据偏差的变化率输出控制信号，其作用是预测偏差的变化趋势，提前进行控制，以改善系统的动态性能，减少超调量。PID控制器通过将比例、积分、微分三个环节的输出进行加权求和，得到最终的控制信号，对被控对象进行控制。3.工业自动化仪表中调节阀有哪些类型？直通单座调节阀：结构简单，泄漏量小，适用于要求泄漏量小、压差较小的场合。但由于其阀芯受不平衡力较大，所以口径一般不宜过大。直通双座调节阀：阀芯上有两个阀芯和阀座，流体对两个阀芯的作用力方向相反，不平衡力较小，适用于压差较大的场合。但泄漏量相对较大。套筒调节阀：阀芯采用套筒结构，具有稳定性好、噪声低、不平衡力小等优点，适用于高压差、高黏度、含颗粒介质等场合。蝶阀：结构简单、体积小、重量轻，流阻小，适用于大口径、大流量、低压差的场合。但调节精度相对较低。球阀：具有开关迅速、密封性能好、流阻小等优点，适用于两位式控制和要求快速切断的场合。4.工业自动化仪表系统如何进行抗干扰？屏蔽：对仪器仪表的信号线和电源线采用屏蔽电缆，将屏蔽层可靠接地，以防止外界电磁干扰信号进入系统。同时，对仪器设备的外壳也可以进行屏蔽处理，减少电磁辐射对内部电路的影响。接地：建立良好的接地系统，将仪器仪表的电气设备外壳、屏蔽层、信号地等可靠接地。接地可以有效地将静电和电磁干扰引入大地，保护设备和人员安全，提高系统的抗干扰能力。隔离：采用隔离变压器、光电隔离器等隔离装置，将输入和输出信号进行隔离，切断干扰信号的传播途径。例如，在信号传输过程中，使用光电隔离器可以将输入信号和输出信号在电气上完全隔离，防止干扰信号通过电气连接进入系统。滤波：在电源和信号线上安装滤波器，对高频干扰信号进行滤波处理，使进入系统的信号更加纯净。例如，在电源输入端安装电源滤波器，可以有效抑制电源线上的高频噪声和浪涌电压。合理布线：在布线过程中，要将信号线和电源线分开敷设，避免平行敷设，以减少电磁耦合。同时，要尽量缩短信号线的长度，减少信号传输过程中的干扰。七、电工仪器仪表相关问题1.万用表可以测量哪些参数？万用表是一种多功能、多量程的测量仪表，一般可以测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻等参数。有些万用表还可以测量电容、电感、二极管的导通压降、三极管的放大倍数等。2.简述电能表的工作原理。电能表是用来测量电能的仪表，常见的感应式电能表工作原理如下：当电能表接入电路后，电压线圈和电流线圈分别产生交变磁场。交变磁场在铝盘上产生感应电流，感应电流与交变磁场相互作用，产生转动力矩，使铝盘转动。铝盘的转速与电路中的功率成正比，通过计数器记录铝盘的转数，就可以测量出电路中消耗的电能。电子式电能表则是利用电子电路对电压和电流信号进行采样、计算，通过微处理器计算出电能消耗值，并显示在显示屏上。3.如何正确使用兆欧表测量绝缘电阻？选择合适的兆欧表：根据被测对象的电压等级和绝缘要求，选择合适电压等级和量程的兆欧表。一般来说，测量额定电压在500V以下的设备，可选用500V或1000V的兆欧表；测量额定电压在500V以上的设备，应选用1000V或2500V的兆欧表。测量前的准备：将被测设备停电，并进行充分放电，以确保安全。同时，清洁被测设备的表面，去除污垢和水分，以免影响测量结果。接线：兆欧表有三个接线端，分别是L（线路端）、E（接地端）和G（屏蔽端）。测量一般设备的绝缘电阻时，将L端接被测设备的导体部分，E端接设备的外壳或接地部分。如果被测设备表面有泄漏电流，可将G端接在设备的绝缘层上，以消除表面泄漏电流对测量结果的影响。测量：摇动兆欧表的手柄，使转速达到规定的转速（一般为120r/min），待指针稳定后读取绝缘电阻值。测量过程中，要保持兆欧表的转速稳定，避免手柄转速忽快忽慢。测量后的处理：测量完毕后，先将L端从被测设备上断开，再停止摇动兆欧表的手柄。然后对被测设备进行放电，以防止残留电荷对人员造成伤害。八、光学仪器相关问题1.显微镜的放大倍数是如何计算的？显微镜的放大倍数等于目镜的放大倍数乘以物镜的放大倍数。例如，目镜的放大倍数为10倍，物镜的放大倍数为40倍，则显微镜的总放大倍数为10×40=400倍。2.望远镜的主要性能指标有哪些？放大倍数：表示望远镜将物体视角放大的倍数，放大倍数越大，观察到的物体越清晰、越大，但视野会相应变窄。物镜口径：物镜口径越大，进入望远镜的光线越多，成像越明亮、清晰，同时分辨率也越高。分辨率：指望远镜能够分辨出两个靠近物体的最小角度，分辨率越高，越能看清物体的细节。视场：望远镜所能观察到的空间范围，通常用角度表示。视场越大，观察到的范围越广。出瞳直径：望远镜目镜后形成的圆形亮斑的直径，出瞳直径越大，眼睛能看到的视野越明亮、舒适。3.光谱仪的工作原理是什么？光谱仪是利用色散元件将复色光分解成一系列单色光，并测量各单色光的波长和强度的仪器。其工作原理基于光的色散现象，当复色光通过色散元件（如棱镜或光栅）时，不同波长的光会发生不同程度的折射或衍射，从而被分开形成光谱。探测器接收这些分开的单色光，并将其光信号转换为电信号，通过对电信号的处理和分析，就可以得到光谱的波长和强度信息，进而分析物质的成分和结构。九、分析仪器相关问题1.色谱仪有哪些类型？气相色谱仪：以气体为流动相，适用于分析易挥发、热稳定性好的有机化合物。它具有分离效率高、分析速度快、灵敏度高等优点，广泛应用于石油化工、环境监测、食品分析等领域。液相色谱仪：以液体为流动相，适用于分析高沸点、大分子、强极性和热稳定性差的化合物。液相色谱仪可以分为高效液相色谱仪、超高效液相色谱仪等，在医药、生物、化学等领域有重要应用。离子色谱仪：主要用于分析阴、阳离子，通过离子交换树脂分离不同离子，然后用检测器检测离子的浓度。离子色谱仪在环境监测、水质分析、食品检测等方面有广泛应用。2.质谱仪的主要组成部分有哪些？质谱仪主要由进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统等组成。进样系统：将样品引入质谱仪，使样品能够以合适的方式进入离子源。进样方式有直接进样、气相色谱质谱联用进样、液相色谱质谱联用进样等。离子源：将样品分子离子化，使其成为带电离子。常见的离子源有电子轰击离子源、化学电离离子源、电喷雾离子源等。质量分析器：根据离子的质荷比（m/z）对离子进行分离和分析。常见的质量分析器有磁偏转质量分析器、四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器等。检测器：检测分离后的离子，并将离子信号转换为电信号，以便进行数据处理和分析。真空系统：为质谱仪提供高真空环境，以保证离子在飞行过程中不受气体分子的碰撞和干扰，提高仪器的灵敏度和分辨率。3.简述原子吸收光谱仪的工作原理。原子吸收光谱仪是基于原子对特定波长光的吸收特性来进行元素分析的仪器。其工作原理如下：光源（通常是空心阴极灯）发出含有被测元素特征谱线的光，通过原子化器将样品中的被测元素转化为基态原子蒸气。当光源发出的光通过原子蒸气时，基态原子会吸收特定波长的光，使光的强度减弱。通过测量光强度的减弱程度，就可以确定样品中被测元素的含量。具体来说，根据朗伯比尔定律，吸光度与样品中被测元素的浓度成正比，通过测量吸光度并与标准曲线进行比较，就可以计算出样品中被测元素的浓度。十、试验机相关问题1.材料试验机可以进行哪些试验？拉伸试验：对材料施加轴向拉力，测定材料在拉伸过程中的力学性能，如屈服强度、抗拉强度、伸长率等。拉伸试验是材料力学性能测试中最基本、最重要的试验之一。压缩试验：对材料施加轴向压力，测定材料在压缩过程中的力学性能，如抗压强度、压缩模量等。压缩试验适用于各种建筑材料、金属材料