热工仪表高级工模拟试题含答案

热工仪表高级工模拟试题含答案一、选择题（每题2分，共40分）（一）单项选择题1.用K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，测得的热电势为29.188mV，则被测温度为（）℃。（已知：E(40,0)=1.611mV，E(t,0)=30.799mV时，t=700℃；E(t,0)=30.473mV时，t=690℃）A.695B.690C.700D.685答案：A解析：根据热电偶中间温度定律，E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)，已知E(t,t0)=29.188mV，t0=40℃，E(40,0)=1.611mV，则E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=29.188+1.611=30.799mV。通过插值法，设被测温度为t，(t690)/(700690)=(30.79930.473)/(30.79930.473)，解得t=695℃。2.下列关于压力变送器的说法中，错误的是（）。A.电容式压力变送器具有测量精度高、稳定性好等优点B.扩散硅压力变送器是基于压阻效应工作的C.压力变送器的输出信号一般为420mA或010VD.压力变送器只能测量表压力答案：D解析：压力变送器不仅能测量表压力，还能测量绝压等，所以D选项错误。A选项，电容式压力变送器确实具有测量精度高、稳定性好等优点；B选项，扩散硅压力变送器基于压阻效应，当压力作用于扩散硅芯片时，芯片的电阻值会发生变化从而产生电信号；C选项，420mA或010V是常见的压力变送器输出信号形式。3.热电阻温度计的测温原理是（）。A.热电效应B.热阻效应C.热膨胀效应D.热辐射效应答案：B解析：热电阻温度计是基于热阻效应，即导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的。热电效应是热电偶的测温原理；热膨胀效应常用于双金属温度计等；热辐射效应是辐射温度计的测温原理。4.以下哪种流量计属于速度式流量计（）。A.椭圆齿轮流量计B.孔板流量计C.涡轮流量计D.容积式流量计答案：C解析：涡轮流量计属于速度式流量计，它通过检测流体流经涡轮时涡轮的转速来反映流量，涡轮的转速与流体流速成正比。椭圆齿轮流量计和容积式流量计属于容积式流量计，是通过测量流体在单位时间内排出的固定容积的次数来计算流量；孔板流量计属于差压式流量计，是利用流体流经节流装置时产生的压力差来测量流量。5.对于调节系统，当被调量与给定值偏差越大时，调节器的输出越大，这种调节规律是（）。A.比例调节B.积分调节C.微分调节D.比例积分调节答案：A解析：比例调节规律是调节器的输出与被调量和给定值的偏差成正比，即偏差越大，调节器输出越大。积分调节是调节器的输出与偏差的积分成正比，主要用于消除静态偏差；微分调节是调节器的输出与偏差的变化速度成正比，能提前反映偏差变化趋势；比例积分调节兼具比例和积分调节的特点。6.某调节系统采用比例积分作用调节器，某人用先比例后加积分的试凑法来整定调节器的参数。若在纯比例作用下，比例度的数值已基本合适，在加入积分作用的过程中，则（）。A.应适当减小比例度B.应适当增加比例度C.无需改变比例度D.与比例度无关答案：B解析：在加入积分作用后，积分作用会使系统的稳定性下降。为了保持系统的稳定性，需要适当增加比例度，以削弱比例作用对系统稳定性的影响，从而使系统重新达到合适的稳定性和调节性能。7.下列关于热电偶补偿导线的说法中，正确的是（）。A.补偿导线可以与热电偶任意连接B.补偿导线的热电特性应与所配热电偶的热电特性相近C.补偿导线只能在0100℃范围内使用D.补偿导线没有正负极之分答案：B解析：补偿导线的热电特性应与所配热电偶的热电特性相近，这样才能准确地将热电偶冷端的温度延伸到远离热源的地方进行测量和处理。补偿导线有正负极之分，必须与热电偶正确连接；补偿导线的使用温度范围一般不是固定的0100℃，不同的补偿导线有不同的使用温度范围。8.下列仪表中，（）的测量精度最高。A.0.2级B.0.5级C.1.0级D.1.5级答案：A解析：仪表的精度等级数字越小，测量精度越高。0.2级表示仪表的最大引用误差不超过±0.2%，0.5级表示最大引用误差不超过±0.5%，1.0级表示最大引用误差不超过±1.0%，1.5级表示最大引用误差不超过±1.5%，所以0.2级测量精度最高。9.用万用表测量电阻时，以下操作正确的是（）。A.测量前不需要调零B.可以带电测量电阻C.测量时应选择合适的量程，使指针尽可能指在刻度盘的中间位置D.测量完毕后，不需要将转换开关置于交流电压最高档答案：C解析：测量电阻时，测量前需要进行调零；不能带电测量电阻，否则可能损坏万用表或导致测量不准确；测量时选择合适量程，使指针尽可能指在刻度盘中间位置，可提高测量精度；测量完毕后，应将转换开关置于交流电压最高档，以保护万用表。10.以下关于PLC的说法中，错误的是（）。A.PLC是一种可编程逻辑控制器B.PLC具有可靠性高、抗干扰能力强等优点C.PLC只能进行开关量控制D.PLC的编程语言有梯形图、语句表等答案：C解析：PLC不仅能进行开关量控制，还能进行模拟量控制等多种控制功能。A选项，PLC就是可编程逻辑控制器；B选项，其可靠性高、抗干扰能力强，广泛应用于工业控制领域；D选项，梯形图、语句表等是常见的PLC编程语言。（二）多项选择题1.热工仪表的主要组成部分包括（）。A.感受件B.转换件C.显示件D.连接导线答案：ABCD解析：热工仪表一般由感受件（如热电偶的热电极、热电阻的电阻体等，用于感受被测量）、转换件（将感受件的输出信号转换为便于测量和传输的信号，如变送器等）、显示件（如仪表盘上的指针式仪表、数字显示仪表等，用于显示测量结果）以及连接导线（用于连接各部件，传输信号）组成。2.热电偶产生热电势的条件是（）。A.两热电极材料相同B.两热电极材料不同C.两接点温度相同D.两接点温度不同答案：BD解析：热电偶产生热电势的条件是两热电极材料不同且两接点温度不同。如果两热电极材料相同，无论两接点温度如何，都不会产生热电势；如果两接点温度相同，也不会产生热电势。3.以下哪些是流量测量的节流装置（）。A.孔板B.喷嘴C.文丘里管D.转子流量计答案：ABC解析：孔板、喷嘴、文丘里管都是常见的流量测量节流装置，它们通过在管道中形成节流，使流体流经时产生压力差，通过测量压力差来计算流量。转子流量计不属于节流装置，它是基于力平衡原理工作的，流体流动时对转子产生一个向上的力，当这个力与转子的重力等平衡时，转子的位置反映流量大小。4.自动调节系统按调节器具有的调节规律来分，通常有（）。A.比例调节系统B.比例积分调节系统C.比例微分调节系统D.比例积分微分调节系统答案：ABCD解析：自动调节系统按调节器的调节规律可分为比例调节系统、比例积分调节系统、比例微分调节系统以及比例积分微分调节系统。比例调节系统简单快速，但存在静态偏差；比例积分调节系统能消除静态偏差；比例微分调节系统能提前反映偏差变化趋势；比例积分微分调节系统综合了三者的优点，具有较好的调节性能。5.以下关于热工保护的说法正确的是（）。A.热工保护的作用是当设备运行参数超过安全限值时，自动采取保护措施B.热工保护应具有很高的可靠性C.热工保护的动作应迅速、准确D.热工保护可以防止设备损坏和事故扩大答案：ABCD解析：热工保护的作用就是在设备运行参数（如温度、压力、液位等）超过安全限值时，自动采取保护措施（如跳闸、报警等），以防止设备损坏和事故扩大。为了实现其功能，热工保护必须具有很高的可靠性，确保在需要动作时准确动作，同时动作应迅速、准确，避免延误或误动作。6.以下属于智能仪表特点的是（）。A.具有数据处理能力B.可进行自诊断C.通信功能强D.精度较低答案：ABC解析：智能仪表具有数据处理能力，可对测量数据进行计算、存储等处理；可进行自诊断，能自动检测自身工作状态是否正常；通信功能强，可与其他设备进行数据通信。智能仪表通常具有较高的精度，而不是精度较低。7.以下关于PID调节的说法正确的是（）。A.P调节能快速响应偏差B.I调节能消除静态偏差C.D调节能预测偏差变化趋势D.PID调节是比例、积分、微分调节的组合答案：ABCD解析：P调节（比例调节）能快速响应偏差，偏差越大，调节作用越强；I调节（积分调节）能消除静态偏差，随着时间推移，积分作用不断累积，直到偏差为零；D调节（微分调节）能预测偏差变化趋势，根据偏差的变化速度提前调整调节作用；PID调节就是将比例、积分、微分调节组合起来，综合了它们的优点，可获得较好的调节性能。8.热工仪表校验的主要项目包括（）。A.外观检查B.绝缘电阻测量C.基本误差校验D.变差校验答案：ABCD解析：热工仪表校验时，首先要进行外观检查，查看仪表外观是否有损坏等；然后测量绝缘电阻，确保仪表电气绝缘性能良好；基本误差校验是检查仪表测量值与真实值之间的误差是否在允许范围内；变差校验是检查仪表在正行程和反行程时测量值的差异是否符合要求。9.以下哪些是工业自动化控制系统的组成部分（）。A.控制器B.执行器C.检测仪表D.被控对象答案：ABCD解析：工业自动化控制系统一般由控制器（如PLC、DCS中的控制器等，用于实现控制算法，发出控制指令）、执行器（如调节阀、电动执行机构等，用于执行控制器的指令，改变被控对象的状态）、检测仪表（如热工仪表等，用于检测被控对象的参数）以及被控对象（如工业生产中的各种设备、管道等，是控制的对象）组成。10.以下关于DCS的说法正确的是（）。A.DCS是分布式控制系统B.DCS具有分散控制、集中管理的特点C.DCS由过程控制单元、操作站、通信网络等组成D.DCS适用于大规模工业生产过程控制答案：ABCD解析：DCS即分布式控制系统，具有分散控制（将控制功能分散到各个现场控制站）、集中管理（通过操作站对整个系统进行集中监控和管理）的特点。它一般由过程控制单元（负责现场数据采集和控制运算）、操作站（供操作人员进行操作和监控）、通信网络（用于各单元之间的数据传输和通信）等组成，适用于大规模工业生产过程控制，如火力发电厂的生产过程控制等。二、判断题（每题2分，共20分）1.热电阻的三线制接法可以减小引线电阻的影响。（）答案：√解析：热电阻三线制接法是在热电阻的一端连接一根导线，另一端连接两根导线。在测量时，其中一根导线与测量电路中的电源回路相连，另外两根导线分别与测量电桥的两个相邻桥臂相连，这样可以将引线电阻分别分配到电桥的两个桥臂上，从而减小引线电阻对测量结果的影响。2.热电偶的补偿导线可以任意延长热电偶的冷端，且不会影响测量精度。（）答案：×解析：热电偶的补偿导线只有在规定的温度范围内（一般为0100℃左右），其热电特性与所配热电偶相近，才能起到补偿作用。如果超出规定温度范围，会影响测量精度。而且补偿导线的材质和连接方式等也必须正确，否则也会对测量产生影响。3.孔板流量计的孔板安装方向可以任意，不影响流量测量。（）答案：×解析：孔板流量计的孔板安装方向有明确要求，孔板的锐边应迎着流体流动方向，否则会使测量产生较大误差，影响流量测量的准确性。4.积分调节可以消除静态偏差，所以在调节系统中积分作用越强越好。（）答案：×解析：积分调节虽然能消除静态偏差，但积分作用过强会使系统稳定性下降，调节过程容易产生振荡，甚至导致系统不稳定。在实际应用中，需要根据具体的调节对象和要求，合理调整积分作用的强弱。5.智能仪表只能进行数字量的测量和控制。（）答案：×解析：智能仪表不仅能进行数字量的测量和控制，还能进行模拟量的测量和控制，同时具有数据处理、通信等多种功能，其应用范围较为广泛。6.PLC的输入输出模块只能与外部设备进行开关量信号的连接。（）答案：×解析：PLC的输入输出模块不仅能与外部设备进行开关量信号的连接，还能进行模拟量信号的连接（如模拟量输入模块可接收420mA等模拟量信号，模拟量输出模块可输出420mA等模拟量信号），以满足不同的控制需求。7.热工保护系统的动作应优先于调节系统。（）答案：√解析：热工保护系统的主要作用是在设备出现危险情况时迅速采取保护措施，防止设备损坏和事故扩大，其动作应具有优先性，以确保设备和人员的安全，所以热工保护系统的动作应优先于调节系统。8.工业自动化控制系统中，检测仪表的精度越高，系统的控制精度就越高。（）答案：×解析：检测仪表的精度只是影响系统控制精度的一个因素，系统的控制精度还与控制器的性能、执行器的精度、系统的干扰情况以及控制算法等多种因素有关。即使检测仪表精度很高，如果其他环节存在较大误差或问题，系统的控制精度也不一定高。9.对于DCS系统，只要操作站正常，过程控制单元出现故障也不会影响系统正常运行。（）答案：×解析：过程控制单元是DCS系统中负责现场数据采集和控制运算的重要部分，如果过程控制单元出现故障，会影响现场数据的采集和控制指令的执行，从而可能导致系统无法正常运行，即使操作站正常也无济于事。10.万用表可以用来测量交直流电压、电流以及电阻等，不能测量电容。（）答案：×解析：一些多功能万用表是可以测量电容的，通过特定的测量档位和操作方法，能够对电容的容量等参数进行测量。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述热电偶的工作原理及冷端温度补偿的方法有哪些？答：热电偶的工作原理是基于热电效应。当两种不同的导体A和B组成一个闭合回路，且两接点温度不同时，回路中就会产生热电势。这是因为在不同温度下，两种导体中的自由电子密度不同，在接点处会发生电子扩散，从而形成电位差，即热电势。冷端温度补偿的方法主要有以下几种：（1）冰浴法：将热电偶的冷端置于0℃的冰水混合物中，使冷端温度保持在0℃，这是一种比较准确的方法，但在实际工业应用中不太方便。（2）计算修正法：根据热电偶的中间温度定律，通过测量冷端温度，查热电偶分度表得到相应的热电势，然后对测量得到的热电势进行修正计算，得到实际被测温度对应的热电势。（3）补偿导线法：选用与热电偶热电特性相近的补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度相对稳定的地方，如控制室，以减小冷端温度变化的影响。但要注意补偿导线的使用温度范围和正确连接。（4）补偿电桥法：在热电偶回路中串联一个补偿电桥，电桥的输出电压随冷端温度变化而变化，通过调整电桥参数，使其输出电压能够补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化。（5）自动补偿法：利用温度传感器实时测量冷端温度，通过电子电路或计算机系统自动对测量结果进行冷端温度补偿，这种方法在现代智能仪表中应用广泛。2.简述压力变送器的校验步骤。答：压力变送器的校验步骤如下：（1）准备工作：检查校验设备（如标准压力源、标准电流表等）是否正常，连接好校验线路，将压力变送器与标准压力源、标准电流表等正确连接。（2）外观检查：查看压力变送器外观是否有损坏、接线是否牢固等。（3）绝缘电阻测量：用绝缘电阻表测量压力变送器各端子与外壳之间的绝缘电阻，应符合规定要求。（4）零点校验：在无压力输入的情况下，调整压力变送器的零点调整装置（如零点调节电位器等），使变送器的输出电流为4mA（对于420mA输出的变送器）。（5）量程校验：缓慢地向压力变送器输入满量程压力，调整量程调整装置（如量程调节电位器等），使变送器的输出电流为20mA。（6）基本误差校验：在量程范围内均匀选取57个校验点（包括零点和满量程点），依次输入各校验点的压力值，读取并记录变送器的输出电流值。将测量值与理论值进行比较，计算基本误差，基本误差应在变送器的精度允许范围内。（7）变差校验：在上述校验点上，分别进行正行程（压力逐渐升高）和反行程（压力逐渐降低）校验，记录各校验点在正、反行程时的输出电流值。计算各校验点正、反行程输出值的差值，即变差，变差也应符合规定要求。（8）回程误差校验：同变差校验过程，检查压力变送器在正、反行程时输出的一致性。（9）稳定性校验：在满量程压力下，保持一定时间（如1530分钟），观察变送器的输出是否稳定，输出变化应在规定范围内。（10）校验记录与记录校验过程中的各项数据，填写校验报告，对校验结果进行分析和判断，若校验不合格，应进行调整或维修，直至合格。3.简述自动调节系统的组成及各部分的作用。答：自动调节系统一般由以下几个部分组成：（1）被控对象：是指需要进行控制的生产设备或过程，如锅炉的汽包水位、加热炉的炉温等，它是调节系统的控制对象。（2）检测仪表：用于检测被控对象的参数，如温度、压力、流量、液位等，并将其转换为便于测量和传输的信号，如热电偶、热电阻、压力变送器、流量变送器等。其作用是为调节系统提供被控对象的实时信息。（3）调节器：是调节系统的核心部分，它根据检测仪表送来的测量信号与给定值进行比较，得到偏差信号，然后按照一定的调节规律（如比例、积分、微分等）进行运算，输出控制信号。调节器的作用是根据偏差信号产生合适的控制指令，以调节被控对象的状态。（4）执行器：如调节阀、电动执行机构等，它接受调节器的输出信号，通过改变自身的开度或位置等，来调节流入或流出被控对象的物料或能量等，从而实现对被控对象的控制。执行器的作用是将调节器的控制指令转化为实际的控制动作。（5）给定装置：用于设定被控量的给定值，如仪表盘上的给定电位器等。它为调节系统提供控制目标。这些部分相互配合，形成一个闭环系统，检测仪表实时检测被控对象的参数，调节器根据偏差进行运算并输出控制信号，执行器按照控制信号对被控对象进行调节，给定装置设定控制目标，共同实现对被控对象的自动调节，使被控量保持在给定值附近。四、计算题（每题10分，共20分）1.已知某热电阻的电阻温度特性为Rt=R0(1+αt)，其中R0=100Ω，α=0.0039/℃。现测得热电阻的阻值为120Ω，求此时的温度。解：根据Rt=R0(1+αt)，将Rt=120Ω，R0=100Ω，α=0.0039/℃代入可得：120=100(1+0.0039t)120/100=1+0.0039t1.2=1+0.0039t0.0039t=1.210.0039t=0.2t=0.2/0.0039≈51.28℃2.某孔板流量计，已知孔板的孔径d=50mm，管道内径D=100mm，流量系数C=0.6，流体密度ρ=1000kg/m³，差压变送器测得的差压ΔP=40000Pa，求通过孔板的流量Q。解：根据孔板流量计的流量公式Q=C×A0×√(2ΔP/ρ)，其中A0为孔板的开孔面积，A0=πd²/4。先计算A0：A0=π×(0.05)²/4=0.0019635m²将C=0.6，A0=0.0019635m²，ΔP=40000Pa，ρ=1000kg/m³代入流量公式可得：Q=0.6×0.0019635×√(2×40000/1000)Q=0.6×0.0019635×√80Q=0.6×0.0019635×8.944Q≈0.0105m³/s五、综合分析题（每题20分，共40分）1.某火力发电厂的主蒸汽温度调节系统，在运行过程中发现主蒸汽温度波动较大，调节效果不理想。请分析可能的原因并提出相应的解决措施。答：可能的原因及解决措施如下：（1）检测仪表方面热电偶或热电阻故障：如热电极断路、短路、绝缘下降等，会导致温度测量不准确，调节器无法得到正确的反馈信号，从而使调节效果变差。解决措施是检查热电偶或热电阻的接线是否牢固，用万用表等工具测量其电阻值或热电势，判断是否正常，如有故障，及时更换。温度变送器故障：变送器的零点漂移、量程变化、线性度不好等问题，会使输出信号与实际温度不对应。解决措施是对温度变送器进行校验，调整零点和量程，检查线性度，必要时进行维修或更换。测量元件安装位置不当：如果热电偶或热电阻安装在蒸汽流速不稳定或有涡流的地方，会使测量值不能真实反映主蒸汽温度。解决措施是重新选择合适的安装位置，应选择在蒸汽流速稳定、能代表主蒸汽温度的地方安装测量元件。（2）调节器方面调节参数设置不合理：比例度、积分时间、微分时间等参数设置不当，会导致调节过程不稳定或调节速度过慢、过快。例如，比例度过小，调节作用弱，系统响应慢；比例度过大，容易引起振荡。解决措施是通过试验和分析，重新调整调节器的参数，可采用临界比例度法、响应曲线法等方法进行参数整定。调节器故障：如电子元件损坏、软件故障等，会导致调节器不能正常工作。解决措施是检查调节器的电源、电路板等硬件部分，看是否有元件损坏，如有则更换；对于软件故障，可进行重启、恢复出厂设置或重新下载程序等操作，必要时联系厂家技术人员进行维修。（3）执行器方面调节阀故障：调节阀的阀芯磨损、卡涩、泄漏等问题，会影响蒸汽流量的调节，导致主蒸汽温度波动。例如，阀芯磨损会使调节阀的流量特性改变，泄漏会使调节阀不能完全关断或开大。解决措施是检查调节阀的阀芯和阀座，如有磨损或损坏，及时更换；检查调节阀的执行机构，看是否有卡涩现象，进行润滑或维修；对于泄漏问题，检查密封件，如有损坏，更换密封件。调节阀的控制信号传输问题：如控制电缆断路、短路、接触不良等，会使调节器的控制信号不能准确传达到调节阀。解决措施是检查控制电缆的连接情况，用万用表测量电缆的通断和绝缘情况，如有问题，修复或更换电缆。（4）其他方面主蒸汽系统的扰动：如锅炉负荷变化过快、燃烧不稳定、蒸汽流量波动等，会对主蒸汽温度产生较大扰动，使调节系统难以迅速响应。解决措施是优化锅炉的运行操作，稳定燃烧，合理控制负荷变化速度，减少对主蒸汽温度的扰动。管道散热变化：如保温层损坏、环境温度变化等，会使主蒸汽在管道中的散热情况发生变化，影响温度测量和调节。解决措施是检查管道的保温层，如有损坏及时修复；对于环境温度变化的影响，可考虑采取一些补偿措施，如在调节器中加入温度补偿环节。2.某化工生产过程中的液位调节系统采用了PLC控制，近期系统出现液位控制不准确，经常超出设定范围的情况。请分析可能的原因并说明如何进行故障排查和处理。答：可能的原因及故障排查和处理方法如下：（1）检测仪表方面液位变送器故障：液位变送器可能出现零点漂移、量程变化、输出信号不稳定等问题，导致PLC接收到的液位信号不准确。故障排查方法是使用标准信号源对液位变送器进行校验，检查其输出是否正常，可测量变送器的输出电流或电压值，与实际液位进行对比。如果发现零点漂移或量程不准确，调整变送器的零点和量程。若变送器损坏，及时更换。液位测量