华北理工自动检测技术习题及解答

《自动检测技术》思考题与习题

第一章

思考题与习题1-1.

什么叫测量?以及测量三要素。解答：测量就是通过实验的方法把被测量与其所采用的同一种类的单位量进行比较，求出其数值的过程。测量过程三要素为：测量单位，测量方法，测量仪器与设备。1-2.简述测量方法的分类。解答：测量方法按测量结果的获取方式来分，可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法；按被测量与测量单位的比较方式来分，测量可分为偏差测量法，微差测量法与零差测量法；按被测量在测量过程中的状态来分，测量又可分为静态测量方法和动态测量方法。1-3.检测系统由哪几部分组成?说明各部分的作用。解答：1、检测系统由：传感器、测量电路、显示记录装置三部分组成。2、传感器部分的作用：是把被测量变换成另一种与之有确定的对应关系，并且便于测量的量的装置。测量电路部分的作用：是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。显示记录装置部分的作用：是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。1-4.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。解答：s=

Δy/Δx=(2.5-3.5)V/(5.0-4.5)mm=-2V/mm1-5.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下:

铂电阻温度传感器:

0.35Ω/℃

电桥:

O.OlV/Ω

放大器:

100(放大倍数)

笔式记录仪:

O.lcm/V求:(1)测温系统的总灵敏度;(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。解答：

(1)、

s1=0.35Ω/℃

s2=

O.OlV/Ω

s3=100

s4=

O.lcm/Vs=s1s2s3s4=0.35Ω/℃×O.OlV/Ω×100×

O.lcm/V

=0.035cm/℃(2)、Δt=x×s=4cm/0.035cm/℃=114.28℃1-6.有三台测温仪表，量程均为0～600℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理?解答：2.5级测温仪表:2.5=(δm/L)100％=(δm/600)100％；δm=15℃

r=δm/500=(15/500)100％=3％2.0级测温仪表:2.0=(δm/L)100％=(δm/600)100％；δm=12℃r=δm/500=(12/500)100％=2.4％1.5级测温仪表:1.5=(δm/L)100％=(δm/600)100％；δm=9℃r=δm/500=(9/500)100％=1.8％选2.0级测温仪表合理1-7.测量仪表的主要性能指标有哪些？传感器的主要特性有哪些？解答：测量仪表的主要性能指标有技术，经济及使用三方面的指标，其中技术方面的有：误差，精度等级，灵敏度，变差，量程，响应时间，漂移等；经济方面的有：使用寿命，功耗，价格等；使用方面的有：操作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。传感器的主要特性有：准确性，稳定性，灵敏性。

1-8.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么?它们各反映何种误差?解答：1）、在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的

规律变化，这种误差称为系统误差。在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。2)、正确度：系统误差的大小表明测量结果的正确度。正确度说明测量结果相对真值有一恒定误差，或者存在着按确定规律变化的误差。系统误差愈小，则测量结果的正确度愈高。精密度：随机误差的大小表明，测量结果重复一致的程度，即测量结果的分散性。通常，用精密度表示随机误差的大小。随机误差大，测量结果分散，精密度低。测量结果的重复性好，精密度高。随机误差大。精确度：是测量的正确度和精密度的综合反映。精确度高意味着系统误差和随机误差都很小。精确度有时简称为精度。1-9.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性?解答：

(1)、对称性：随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。也就是

说f(δ)-δ曲线对称于纵轴。(2)、有界性：在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎不出现。(3)、抵偿性：在相同条件下，当测量次数n→∞时，全体随机误差的代数和等于零，即lim∑δi=0(4)、单峰性：绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前者比后者的概率密度大，在δ=0处随机误差概率密度有最大值。1-10..说明减小误差的方法。解答：减小误差的方法：①系统误差：应尽量减少或消除系统误差的来源。首先检查仪表本身的性能是否符号要求；其次仔细检查仪器是否处于正常工作条件，如环境条件及安装位置等是否符合技术要求，零位是否正确；此外还应检查测量系统和测量方法本身是否正确。②随即误差：由于摩擦，间隙，噪声等都会产生随机误差，因此首先从结构，原理上尽量避免采用存在摩擦的可动部分；采用减小噪声的装置，并采用抗干扰能力强的测量仪器。③对于粗大误差应端正科学研究态度，并认真分析数据，剔除坏值。

第二章

思考题与习题2-1．概述膨胀式温度计的工作原理与主要特点：解答：膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩的性质来测温的。主要特点：玻璃液体：结构简单，使用方便，测量精度高，价格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传。双金属；结构紧凑，牢固，可靠；测量精度较低，量程和使用范围有限。2-2．简述热电偶测温原理。解答：热电偶测温的基本原理是热电效应。把任意两种不同的导体(或半导体)连接成闭合回路，如果两接点的温度不等，在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。热电偶就是用两种不同的金属材料一端焊接而成。焊接的一端叫做测量端，未焊接的一端叫做参考端。如果参考端温度恒定不变，则热电势的大小和方向只与两种材料的特性和测量端的温度有关，且热电势和温度之间有一固定的函数关系。利用这个关系，只要测量出热电势的大小，即可达到测量温度的目的。2-3．热电偶的热电特性由哪些因素决定？热电偶要产生热电势必须具备什么条件?解答：热电偶的热电特性是由电极材料的化学成分和物理性质决定的。热电势的大小只与热电偶的材料和两端的温度有关，与热电偶丝的粗细和长短无关。热电偶必须具备下面两个条件才能产生热电势：

(1)热电偶必须是由两种性质不同但符合一定要求的导体(或半导体)材料构成。

(2)热电偶测量端和参考端之间必须有温差。2-4．热电偶的中间导体定律的内容是什么?解答：在热电偶回路中插入第三种导体，只要使插入导体的两端温度相等，且插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。2-5．热电偶测温时为什么需要进行冷端补偿？冷端补偿的方法。解答：热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0摄氏度是分度的。在实际应用中，由于热电偶冷端暴露的空间受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0摄氏度不变，也不可能固定在某一温度不变，而热电偶电势既决定于热端温度，也决定冷端温度。所以,如果冷端温度自由变化，必然会引起测量误差。为了消除这种误差，必须进行冷端温文度的补偿。冷端补偿方法：（1）冰点法（实现方便、测量准确；但只局限于实验室，不利于在线测量。）（2）

计算法

(冷端温度校正法)（3）

补偿导线法

补偿导线仅将热电偶冷端延长到温度相对恒定的地方，如果这地方温度不是0℃，尚须继续进行其冷端温度补偿。热电偶正、负极必须与补偿导线正、负极相接，不能错接；两者分度号必须—致。补偿导线应工作在100℃以下，否则其热电特性将不符合热电偶要求。（4）仪表机械零点调整法（5）补偿电桥法（冷端温度补偿器）是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值，从而等效地使冷端温度恒定的一种自动补偿法。2-6．什么叫热电偶的补偿导线?解答：热电偶的补偿导线实际上是一对在规定温度范围(一般为0～100℃)内使用的热电偶丝。采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在规定温度范围内，热电特性与所配接的热电偶相同，且易于获得的价格低廉的金属材料做成。在测温中作为热电偶与二次仪表的连接导线，使用方便，达到测量温度准确的目的。2-7．什么叫热电偶的补偿导线?

使用热电偶补偿导线时应注意什么问题?解答：使用补偿导线时，必须注意以下几点：(1)补偿导线必须与相应型号的热电偶配用。(2)补偿导线在与热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，两对连接点要处于相同温度。(3)补偿导线和热电偶连接点温度不得超过规定使用的范围。(4)要根据所配仪表的不同要求选用补偿导线的线径。2-8．对金属测温电阻的要求解答：（1）电阻温度系数大（2）在测量范围内物理及化学性质稳定（3）有较大的电阻率（4）电阻值与温度的关系近似为线性的，便于分度和读数（5）复现性好，复制性强，容易得到纯净的物质。（6）价格便宜2-9．半导体热电阻的优点？解答：半导体热敏电阻的测温范围：－100到＋300摄氏度，与金属热电阻比优点是：（1）电阻温度系数大，约为－（3～6）％，灵敏度高（2）电阻率很大，可做体积小电阻大的电阻体，这样连接导线电阻的变化影响可忽略（3）结构简单，体积小，可以用来测量点的温度（4）热惯性很小，响应快2-10．光学高温计、辐射温度计及比色高温计的工作原理？解答：（1）光学高温计工作原理：物体在某一波长的光谱辐射出射度与温度有单值函数关系，而且光谱辐射出射度随温度增长的速度非常快。（2）辐射温度计工作原理：辐射温度计是根据全辐射定律制作的温度计。由

可知，当知道全辐射体的辐射出射度

后，就可以知道温度T。（3）比色高温计工作原理：比色高温计是根据维恩偏移定律工作的温度计，由维恩偏移定律可知，当温度变化时物体的最大辐射出射度向波长增加或减小的方向移动，使在波长

和

下光谱辐射亮度比发生遍变化，测量光谱辐射亮度比的变化即可测得相应的温度。

第三章

思考题与习题3-1．什么叫压力?表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系?解答：（1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S（压强）。（2）绝对压力是指物体所受的实际压力；表压力=绝对压力-大气压力；

负压力（真空度）=大气压力-绝对压力3-2．简述液柱式压力计的测压原理。解答：流体静力学原理指出：液体内某二点的静压力；由这一点的深度、液体的比重和外加压力决定。液柱式压力计就是根据这一原理测压的。当封液的比重一定，外界压力一定时，被测压力只与封液液柱高度有关，读取液柱高度即可得知被测压力的大小。

3-3．简述活塞式压力计的工作原理。解答：活塞式压力计，是根据流体静力学的力平衡原理和以帕斯卡定理为基础来进行压力测量的。测量时，一种力是由所测压力产生的，另一种力是由放在承重盘上的法码产生的。这两种力相平衡时，根据活塞面积及活塞承重盘和承重盘上专用法码的重量，即可求得被测压力的大小。3-4．弹簧管式压力表的作用原理是什么?解答：弹簧管是一根弯曲成圆弧形、螺旋形或S形等形状的管子，呈扁圆形或椭圆形。截面的短轴方向与管子弯曲的径向方向一致。当通入弹簧管内的压力较管外的压力高时，由于短轴方向的内表面积比长轴方向大，受力也大，使管子截面有变圆的趋势。即短轴要增长，长轴要缩短，产生弹性变形。这样自由端必然要向管子伸直的方向移动。当变形产生的弹性力和压力产生的作用力平衡时，变形停止。自由端产生的位移，通过杠杆带动放大机构，使指针偏转一定角度，借助刻度盘指示出被测压力值的大小3-5.弹簧管压力计的主要组成及测压过程。解答：（1）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。

（2）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。3-6．简述力平衡式压力变送器的工作原理。解答：此压力变送器是按力平衡原理工作的，被测压力通过弹性敏感元件转换成作用力，使平衡杠杆产生偏转，杠杆的偏转由检测放大器转换为O毫安～10毫安的直流电流输出，电流流入处于永久磁场内的反馈动圈中，使之产生与作用力相平衡的电磁反馈力。当作用力与该电磁反馈力达到动平衡时，杠杆系统就停止偏转。此时的电流即为变送器的输出电流，它与被测压力成正比。3-7．电位式压力传感器的工作原理?解答：电位式压力传感器的原理是,把测量弹性元件的输出位移转换成微型电位器滑动触点的位移,从而把被测压力的变化变换成电阻的变化,然后用动圈式仪表或电子自动平衡电桥来测量电阻值的变化.3-8．电感式压力传感器的工作原理?解答：该传感器中,弹性元件受压力作用后产生的位移可改变磁路中空气隙大小或改变铁芯与线圈之间的相对位置,使线圈的电感量发生改变,从而使压力变化的信号转换成线圈电感量变化的信号3-9．电容式压力传感器的工作原理?解答：电容式压力变送器中,以测压弹性膜片为电容器的可动极板,它与固定极板之间形成一可变电容,随着被测压力变化,膜片产生位移,使电容器的可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,这样就完成了压力信号与电容量之间的变换.3-10.电容式压力传感器有何特点?解答：其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。

第四章

思考题与习题4-1．什么是流量？流量可分为几类？解答：单位时间内流过管道截面的流体数量，称为流量。流量分为瞬时流量和累积流量又可分为体积流量和质量流量。流量分为瞬时流量和累积流量；又可分为体积流量和质量流量。4-2．简述差压式流量计的工作原理。解答：差压式流量计是按照流体流动的节流原理来测量流量的。在圆管中与管道轴线垂直方向固定一个中间具有圆孔而孔径比管道直径小的阻挡件，称为节流件。当流体流过节流件时，流速增加，静压减少，在节流件前后产生静压力差。这个静压力差与管内平均流速或流量之间有一定的函数关系。用差压计测出阻挡件前后的压差，即可间接求出流体的流量。4-3.什么叫节流现象?

流体经节流装置时为什么会产生静压差?解答：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，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。4-4．标准节流装置的节流件是什么？它的适用范围?解答：标准节流装置的节流件是孔板和喷嘴；

标准节流装置只适用于：①测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；②在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；③流速小于音速，流动属于非脉动流；④流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。4-5．转子流量计的测量原理？解答：流体由下向上流动时在转子上产生压力差，当压力差产生的力大于转子的重力和浮力之差时，转子上升。转子上升时，锥形管与转子之间的环形截面积增大，则流体作用在转子的压力差减小，当作用在转子上的压力差所产生的力与转子的重力和浮力相平衡时，转子便停留在某一位置。若流体流量减少，则作用在转子上的压力差减小，转子下降，使锥形管与转子之间的环形截面积减小，则流体作用在转子上的压力差加大，直到压力差所产生的力与转子重力和浮力相平衡时，转子便停留在某一位置，因此转子在锥形管中位置（即高度）与被测流量有关。4-6.为什么说转子流量计是定压式流量计?解答：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差Dp为一常数，即=const.（恒量）4-7.涡轮流量计的工作原理及特点是什么?解答：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。

（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。4-8．电磁流量计的测量原理？解答：电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电势，其值和被测流体的流速成比例。因此测量感应电势就可以测出被测导电液体的流量。4-9.依据电磁流量计的工作原理，分析它对被测介质有什么要求?解答：电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。4-10．超声波流量计的测量原理？解答：超声波在流体中传播时，其传播速度或相位受流体流速的影响，将穿过流体的超声波信号进行适当处理，就可检测出流体的流速，从而得知流体的流量。

第五章

思考题与习题5-1．差压式液位计如何测量液位?

当差压变送器高于或低于最低液位时，应如何处理？解答：差压式液位计是采用压差计测量气、液两相的压差，压差大小通过气动或电动差压变送器传送，并转化位电信号，最终显示处液位的大小及其变化。当差压变送器高于或低于最低液位时，可对差压变送器进行零点迁移，由正迁移和负迁移（低于最低液位时，采用正迁移，高于最低液位时，采用负迁移。）5-2．用电容式液位计测定液位时，导电物质与非导电物质所用的电极为什么不一样？解答：如上左图，是测量导电介质液位计原理图，直径为d的紫铜或不锈钢电极1，外套聚四氯乙烯塑料套管或涂以陶瓷作为电介质和绝缘层2，直径为D0的容器4是金属制作的。如上右图，是测量非导电介质液位原理图，它由内电极和与之相互绝缘的同轴金属套筒制成的外电极组成，外电极上开有许多个孔，于是被测介质流入两个电极之间，这样就在被测液位高度内形成一个一被测介质为中间绝缘物质的同轴套筒型的电容器。导电介电质液位计的电极的绝缘层和非导电物质的绝缘层不一样，且非导电物质电极可裸露，根据各自电容公式可知，极板间距离与物质不同导致电极不同。5-3．超声波物位计的工作原理？超声波液位计适用于什么场合？解答：利用声速特性，是采用超声波测速的原理制成超声波流量计的方法对液位进行连续测量。置于容器底部的超声探头即可以发出超声波又可接受超声波，当超声探头发出的超声波到达液体与气体的分界面，由于两种介质的密度相差悬殊声波几乎全部被反射，如果已知超声探头从发射到超声波所经过的时间和超声波在介质中传播速度，就可得出液面的距离。超声波液位计适用于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测40．5-4.

非接触式物位仪表有哪些？有什么特点？解答：

(1)超声波式物位计需要使用校正具，适用于有毒、有腐蚀性液位的测量，不适合含有气泡、悬浮物的液位测量和被测液面含有很大波浪。(2)微波式物位计特点：无盲区，非接触测量、不受被测介质物理特性变化影响等。(3)激光式物位计特点：非接触测量，亮度高，单色性好。(4)核辐射式物位计可以对容器、罐等密封装置的外部以非接触的方式进行测量，对高温高压容器内的介质，对高温熔融液态金属，对剧毒、腐蚀、爆炸性和粘滞性都强的介质的物位均可测量；不受温度、压力、粘度、流速等被测介质性质和状态的影响；不仅能测液体，也可测量粉粒体和块状等介质的物位；可以测量比重差很小的两层介质的相介面位置；在应用中必须对射线进行防护，注意安全