自控仪表测验题及详细答案

自控仪表测验题及详细答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种温度计适用于测量极低温（如液氦温度）？A.热电偶B.热电阻C.光学高温计D.红外测温仪2.在压力测量中，用于测量绝对压力的仪表通常是？A.活塞式压力计B.弹性式压力计（如波纹管、弹簧管）C.压力传感器（如压阻式、压电式）D.液柱式压力计3.对于测量开口容器液位，且被测液体密度变化对测量精度影响不大的仪表是？A.浮子式液位计B.超声波液位计C.压力式液位计（测静压）D.电磁式液位计4.在自控系统中，4-20mADC信号通常用于？A.数字通信B.开关量控制信号C.模拟量过程信号传输D.设备供电5.HART协议是一种？A.纯粹的数字通信协议B.用于电力线载波的调制解调技术C.基于现场总线的通信协议D.模拟量信号增强技术6.下列哪种仪表的测量精度通常受介质粘度、流态（层流/湍流）影响较大？A.电磁流量计B.涡轮流量计C.超声波流量计D.差压式流量计7.在自控仪表的安装中，对于易受振动影响的仪表，通常需要采取什么措施？A.加装滤波器B.使用隔振装置C.提高供电电压D.减小量程8.仪表的量程范围选择，一般原则是？A.尽可能选择最宽的量程B.使测量值始终处于量程的中间区域附近C.使测量值接近量程上限D.使测量值接近量程下限9.测量温度时，为减少仪表读数受到环境温度变化的影响，常采取的措施是？A.提高仪表精度等级B.对仪表进行环境温度补偿C.在仪表周围加装隔热罩D.选择响应速度更快的仪表10.下列关于压力开关的说法，错误的是？A.通常用于实现压力过高或过低的报警或连锁控制B.本质上是一个带有设定点的压力继电器C.可以直接输出4-20mA模拟信号D.安装时需注意其工作压力范围和方向二、填空题（每空2分，共20分）1.自控仪表按信号形式可分为______仪表和______仪表。2.热电偶测温是基于热电效应，产生的电动势与被测温度成______关系。3.流量测量中，差压式流量计的测量原理是基于______方程。4.模拟量信号转换为数字量信号的过程称为______。5.选择压力表时，必须确保其量程______被测压力，且最高工作压力一般不低于量程的______。6.液位测量中，利用液体静压原理测量液位的仪表，其测量结果与液体的______和______有关。7.HART协议在传统的4-20mA模拟信号上叠加了一个______频率的数字信号进行通信。8.仪表的精度等级通常用______表示，数值越小，表示精度越高。9.在进行仪表校准时，需要使用标准______和标准______。10.为了防止自控仪表被腐蚀或损坏，特别是在腐蚀性介质场合，常选用______材料制造。三、判断题（每题2分，共20分，正确的划“√”，错误的划“×”）1.热电阻温度计的分度号Pt100表示其电阻值在0℃时为100Ω。()2.任何类型的流量计都可以测量气、液、两相流的流量。()3.液柱式压力计的测量精度受重力加速度变化的影响。()4.4-20mADC信号是一种数字信号，抗干扰能力强。()5.安装压力表时，对于负压测量，取压口应高于容器内的介质液位。()6.仪表的量程越宽，其测量精度就越高。()7.现场总线仪表可以实现多个仪表与控制室之间的数字通信，并可传输多个参数。()8.浮子式液位计适用于测量粘度较大的液体液位。()9.仪表的分辨率是指仪表能够检测到的最小被测量变化量。()10.压力开关和压力继电器在功能上没有区别。()四、简答题（每题5分，共20分）1.简述热电偶温度计和热电阻温度计的主要区别。2.简述选择自控仪表时需要考虑的主要因素。3.简述什么是仪表的量程和量程范围，并说明选择合适量程范围的重要性。4.简述HART协议在自控系统中的优势。五、计算题（每题10分，共20分）1.有一只测温热电阻Pt100，在某一时刻的电阻值为110Ω，已知其电阻温度系数α=0.00385/℃，请计算此时热电阻所处的温度。（结果保留一位小数）2.有一台差压式流量计，其量程范围为0-1000kPa，当测量管内流体密度为850kg/m³时，测得的差压为80kPa。请计算此时流体的流量。（提示：流量Q=√(ΔP/ρ)，结果保留整数）试卷答案一、选择题1.C解析：光学高温计和红外测温仪适用于测量极高或极低的温度，其中红外测温仪可测量液氦等极低温。热电偶和热电阻有更低的测量下限。2.B解析：弹性式压力计（如波纹管、弹簧管）通过弹性元件受压变形来测量压力，可以通过调零或选择不同弹性元件来测量绝对压力、表压或差压。活塞式压力计主要用于校准。压力传感器种类多，可测多种压力。液柱式压力计用于测量压差。3.B解析：超声波液位计通过测量超声波脉冲在空气和液体界面之间往返的时间来计算液位，其测量主要依赖于声波传播时间，受液体密度变化影响较小。浮子式受浮力影响，密度变化会改变读数。压力式测静压，密度变化会直接影响静压值。电磁式原理复杂，密度影响通常需要考虑。4.C解析：4-20mADC是国际通用的工业过程控制领域的标准模拟量信号，用于传输连续变化的模拟量过程参数（如温度、压力、流量等）。5.D解析：HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）协议是一种在4-20mA模拟信号基础上叠加数字信号（频率调制）的通信协议，属于模拟数字混合通信方式。6.B解析：涡轮流量计的工作原理基于流体冲击涡轮产生旋转，其转速与流量成比例。但它的测量精度受流体粘度、密度以及流体的流态（层流或湍流）影响显著。电磁、超声波、差压式流量计的原理不同，受这些因素影响相对较小。7.B解析：对于易受振动影响的仪表，为保护内部精密元件并确保测量稳定，常需要在其安装位置或仪表本体上采取隔振措施，如使用减震器、隔振支架等。8.B解析：选择仪表量程时，应使正常工作时的测量值（被测量）处于仪表量程的1/3至2/3之间。这既能保证测量精度，又能充分利用仪表量程，并留有足够的余量应对异常工况。9.B解析：仪表读数受环境温度影响，可以通过内置或外置的温度传感器检测环境温度，并在仪表内部进行补偿计算，从而修正环境温度对测量结果的影响。10.C解析：压力开关是用于切换的开关量输出设备，当输入压力达到预设值时，输出开关信号（如接点闭合/断开）。它通常输出数字信号，而非模拟量的4-20mA信号。A、B、D描述均正确。二、填空题1.模拟；数字解析：自控系统中仪表按信号形式可分为传输模拟量信息的模拟仪表和传输数字量信息的数字仪表。2.线性解析：在一定的温度范围内，热电偶产生的热电动势与其热端（测量端）温度近似成线性关系，这是其广泛应用的基础。3.伯努利解析：差压式流量计（如孔板、喷嘴、文丘里管）的测量原理基于流体流经节流装置时产生的节流前后的压力差（ΔP），该压力差与流量平方（Q²）成正比，依据伯努利方程推导。4.信号转换（或A/D转换）解析：将连续变化的模拟量（如电压、电流、温度）转换为离散的数字量（二进制代码）的过程，是数字控制、数字通信的基础。5.大于；1.5~2倍解析：选择压力表量程必须大于实际可能出现的最大压力，以保证仪表安全和测量准确性。最高工作压力通常选择量程的1.5到2倍，以留有足够的安全裕量。6.密度；液位高度（或垂直距离）解析：对于利用静压原理测量液位的仪表（如压力式液位计、U形管液位计），其测量的压力值与液体的密度（ρ）和液位高度（h）成正比（P=ρgh）。7.调制（或载波）解析：HART协议在4-20mA模拟信号的基础上，叠加一个频率调制（通常在1200Hz±200Hz范围内）的数字信号，这个频率信号就是叠加的“载波”信号。8.精度等级（或等级指数）解析：仪表的精度等级用数字表示，如0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等，数值越小，表示允许的绝对误差或相对误差越小，仪表精度越高。9.标准仪表；标准量（或标准器）解析：仪表校准是使用已知精度更高的标准仪表（标准器）与被校仪表进行对比测量，以确定被校仪表的误差。10.不锈钢（或耐腐蚀材料，如特定合金）解析：在腐蚀性介质场合，为防止仪表被腐蚀损坏，需要选用耐腐蚀的材料制造仪表的接触介质部分，如不锈钢、钛合金、哈氏合金等。三、判断题1.√解析：Pt100是热电阻的一种分度号，其中“100”表示该型号热电阻在0℃时的阻值为100欧姆。2.×解析：并非所有流量计都适用于测量所有流体。例如，电磁流量计只能测导电液体，超声波流量计原理复杂，涡轮流量计不适用于粘稠或含固体颗粒的流体。3.√解析：液柱式压力计（如U形管）的测量原理是液体自身重力产生的压力，公式为P=ρgh。当地重力加速度g发生变化时，测量结果会受到影响。4.×解析：4-20mADC是一种电流回路传输的模拟量信号。虽然电流信号在长距离传输时抗干扰能力比电压信号强，但其本质仍然是模拟量，不是数字量。5.√解析：测量负压时，取压口需要设置在容器内部介质液位以下，以测量介质上方真空或负压值。如果取压口高于液位，测量的将是介质静压加上上方空间的压力。6.×解析：量程宽的仪表不一定精度高。仪表的精度是相对的，与量程无关。合适的量程范围才能保证测量精度。7.√解析：现场总线（如Profibus,Modbus,HART等）允许将多个分布式仪表（如传感器、执行器）连接到同一总线上，实现与控制站之间的数字通信，并可传输多个参数（过程值、状态、诊断信息等）。8.√解析：浮子式液位计的浮子随液位升降，通过浮力驱动机构带动指针或输出信号。其结构相对简单，对于粘度较大、流动性较差的液体，其浮力驱动效果更稳定可靠。9.√解析：分辨率是指仪表能够区分或显示出的最小被测量变化量。它决定了仪表显示结果的精细程度。10.×解析：压力开关是用于实现压力达到设定值时输出开关信号的设备，通常用于报警或连锁控制。压力继电器是其另一种称呼。而压力表是用于指示压力值的测量仪器，不能直接输出开关信号。四、简答题1.答：热电偶温度计基于热电效应，通过测量热电偶两端产生的热电动势来推算温度，无需外部电源，可测量较宽温度范围，尤其适用于高温测量。热电阻温度计基于金属导体或半导体电阻值随温度变化的原理，通过测量电阻值来推算温度，需要外部电源供电，精度通常高于热电偶，适用于中低温测量，且可测量低温。2.答：选择自控仪表时需要考虑：①测量目的和被测参数；②被测参数的范围和特性（如温度、压力、流量、液位、成分等）；③精度要求；④环境条件（温度、湿度、压力、振动、腐蚀性等）；⑤信号制式和接口类型（模拟量、数字量、4-20mA、HART、Modbus等）；⑥安装条件和空间限制；⑦成本预算；⑧维护方便性及可靠性要求。3.答：仪表的量程是指仪表可以测量的最小值到最大值的范围。量程范围=量程上限-量程下限。选择合适量程范围的重要性在于：①保证测量精度，正常测量值应落在量程的中间区域（如1/3至2/3范围），避免因接近量程上限或下限而引入较大相对误差；②保证仪表安全，选定的量程上限必须高于可能出现的最大被测量，防止过载损坏仪表；③提高分辨率和灵敏度，在中间区域测量，仪表的相对分辨率和灵敏度较高。4.答：HART协议在自控系统中的优势：①兼容性，可以在不改变现有4-20mA模拟信号回路的基础上，增加数字通信功能，实现模拟和数字系统的共存与互操作；②功能增强，支持在一个现场设备上传输多个参数（过程值、状态、诊断信息、设定值等），并提供丰富的诊断功能；③双向通信，允许控制室对现场设备进行远程设定、参数修改和故障查询；④成本相对较低，利用现有模拟线