自动检测技术及仪表控制系统第三版部分思考题答案
1基本知识引论
课后习题
1.1检测及仪表在控制系统中起什么作用，两者关系如何？
检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。
关系：二者紧密相关，相辅相成，是控制系统的重要基础
1.2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用？
被控——检测单元——变送单元——显示单元——操作人员
对象——执行单元——调节单元—
作用：被控对象：是控制系统的核心
检测单元：是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。
变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。变：将各种参数转变成相应的统一标准信号；送：以供显示或下一步调整控制用。
显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况。分为模拟式，数字式，图形式。
调节单元：将来自变送器的测量信号和给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例积分微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或被控参数的自动调节。
执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行结构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现被控变量的调节作用。1.4 什么是仪表的测量范围，上下限和量程？彼此有什么关系？
测量范围：是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。
上下限：测量范围的最小值和最大值。
量程：用来表示仪表测量范围的大小。
关系：量程=测量上限值-测量下限值
1.6 什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者存在什么关系？
灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度。
分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量，又称仪表灵敏限。
关系：分辨率是灵敏度的一种反应，一般说仪器的灵敏度高，则分辨率同样也高。
4 温度检测
课后习题
4.1国际实用温标的作用是什么？它主要由哪几部分组成？
答：作用：由其来统一各国之间的温度计量。
国际温标由定义固定点、内插标准仪器和内插公式4.2热电偶的测温原理和热电偶测温的基本条件是什么？
答：原理：基于热点效应即将两种不同的导体或半导体练成闭合回路、当两个接点处的温度不同时、
回路中将产生热电势。
基本条件：两种不同的导体材料构成回路、两端接点处的温度不同。
4.3用分度号为S的热电偶测温，其参比端温度为20度，测得热电势E（t，20）=11.30mv，试求被测温度t。答：因为E(t,20)=E(t,0)+E(0,20)
所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0)
因为E(t,20)=11.30mV E(20,0)=0.113mV
所以E(t,0)=11.413mV 即t=115℃
4.4用分度号为K的热电偶测温，一直其参比端温度为25度，热端温度为750度，其产生的热电势是多少？答：据题意所知所求电势E（750,25）=E（750,0）-E(25，0)
查K型热电偶分度表得E(25，0)= 1.0002mv E （750,0）=31.1082mv
所以，E（750,25）=31.1082-1.0002=30.1080mv 4.5在用热电偶测温时为什么要保持参比端温度恒定？一般都采用哪些方法？
答：若参比端温度不能恒定则会给测量带来误差
方法：1.补偿导线法：延长型：化学成分和被补偿的热电偶相同；补偿型：化学成分和被补偿的热电偶不同；参比温度测量计算方法；参比温度恒温法；补偿电桥法4.6在热电偶测温电路中采用补偿导线时，应如何接线？需要注意哪些问题？
答：正接正，负接负。
注意的问题：1.型号和极性不能接反2.补偿导线和热电偶相连的两个接点温度要相同，以免造成不必要的误差 3.补偿导线要引到温度比较恒定的环境（机械零点补偿）4.不要和强电或其他干扰源，平行走线。
4.7以电桥法测定热电阻的电阻值时，为什么常采用三线制接线方法？
答：二线制：传感器电阻变化值和连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误
差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场
合，并且导线的长度不宜过长。而采用三线制会大
大减小引线电阻带来的附加误差，提高精度。
4.8由各种热敏电阻的特性，分析其各适用什么场合？答：正温度系数的热敏电阻：电阻超过一定温度（居里温度）时随温度升高呈阶跃性的增大；适用场合：
负温度系数的热敏电阻：电阻随温度升高哦而减小；
适用场合：可广泛使用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
4.9分析接触测温方法产生测温误差的原因，在实际使用中有哪些措施克服？
答：原因主要包括沿测温元件导热引起的误差和测温元件热辐射所引起的误差等；
为了减少误差 ,应注意材料和结构及安装地点的
选择 ,并尽可能在测温元件外部加同温屏蔽罩，加
强测温传热器和测温物体间的热联系。
4.10辐射测温仪表的基本组成是什么？
答：光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等部分组成。
4.11辐射测温仪表的表观温度和实际温度有什么关系？
答：
4.12某单色辐射温度计的有效波长λe=0.9μm，被测物体发射率ελT=0.6，测得亮度温度T L=1100℃，求被测物体实际温度？
答：已知普朗克第二常数C2=1.4387×10-2m.k, λe=0.9μm,ελT=0.6, T L=1100℃=1373.5K。
1/T L-1/T=（λ/c2）ln(1/ελT)
代入数据得T=1436.55K=1163.05℃
4.13光纤温度传感器有什么特点？它可以使用于哪些特殊的场合？
答：特点：灵敏度高；电绝缘性能好，可适用于强烈电磁干扰、强辐射的恶劣环境；体积小、重量轻、可弯曲；可实现不带电的全光型探头等。
适用场合：可适用于强烈电磁干扰、强辐射的恶劣环境
5、压力检测
课后习题
5-1简述压力的定义，单位及各种表示方法
答：单位面积收到的力；帕斯卡、公斤力、毫米水柱（水头）、毫米汞柱
垂直作用在单位面积上的力，其单位为Pa，（P=F/S）表示方法：绝对压力：被测介质作用在容器表面积上的全部压力
大气压力：由地球表面空气柱重量形成的压力
表压力：通常压力测量仪表是处于大气中，其测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差。
真空度：当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值，其绝对值称为真空度。
差压：设备中两处的压力之差。
5-2
答：101.325-0.05=101.275Mpa 101.325+0.3=101.625Mpa 350kpa
5-3 弹性式压力计的测量原理是什么？常用的弹性原理有哪些？
答：利用弹性元件的弹性变形特性进行测量；膜片、膜盒、波纹管、弹簧管
（1）测压原理：利用弹性元件的形变和压力之间存在着确定的关系而测量压力，即在进行测量时，管内引入被测压力，在压力作用下，弹管使自己内部体积向增大方向形变固使弯曲的管子力趋伸直，结果使弹簧管自由端产生一定大小的位移，这个位移大小和压力有关。（2）弹性元件类型：弹性膜片：这是一种外缘固定的圆形片状弹性元件。膜片的弹性特征一般由中心位移和压力的关系表示。
波纹管：其由整片材料加工而成，是一种壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭的薄闭圆管。
弹簧管：是一根完成圆弧状的具有不等轴截面的金属管。
5-4
答：电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式
5-5
答：相同点：都是压力引起电阻阻值变化；不同点：应变式为金属丝，压阻式为半导体。
5-6
答：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。以测压膜片作为电容器的可动极板。
5-7
答：振频式压原理：利用感压元件本身的谐振频率和压力的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力。优点：体积小、输出频率信号，重复性好、耐振、精确度高、适用于气体测量。
压电式原理：利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号优点：体积小、结构简单、工作可靠、频率响应高、不需外加电源缺点：输出阻抗高，需要特殊信号传输导线、温度效应较大、是动态压力检测中常用的传感器，不适用测量缓慢变化的压力和静态压力。
5-8
答：1、取压点位置和取压口形式 2、引压管路的敷设3、测压表仪表的安装
5.11、简述测压仪表的选择原则
类型：其应满足生产过程的要求（需了解被测介质的情况，现场环境及生产过程对仪表的要求）
量程：为保证测压仪表安全可靠的工作，仪表量程需根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力变化
的情况等条件来选取。
测量精度：生产过程中元件的被测压力的最大绝对
误差应小于仪表的基本误差，可在规定的精度等级中确
定仪表的精度。
测量压差的仪表适应注意工作压力的选择，应使其
和被测对象的工作压力相对应。
5-12
答：由题意可知，测量范围为0.5-1.4Mpa 相对误
差为5%
根据测量范围可得，量程应选0-2.5Mpa
相对误差为5% 假设示值为100 误差为 5 最大引用误差=（5/2.5）%=2%
所以精度为2，参照题中给出的精度，选精度为2.5
级。
6流量检测
6-2以椭圆齿轮式流量计为例，说明容积式流量计的工
作原理。
v dV
q
dt
椭圆齿轮流量计的测量本体友一对相互齿合的椭圆齿轮和仪表壳体构成、其工作原理如图、两个椭圆齿轮A/B 在进行出口流体压力差的作用下、交替地相互驱动、并各自绕轴作非角匀速度转动、转动过程中连续不断地将充满在齿轮和壳体之间的固定容积内的流体一份份地排出、齿轮的转数可以通过机械或其它的方式测出、从而可以得知流体总流量
6-3简述几种差压流量计的工作原理。
节流式流量计：节流式流量计测量原理是以能量守恒定律和流动连续性定律为基础
均速管流量计：是基于动压管测速原理发展而成的一种流量计，流体流经均速管产生差压信号，此差压信号于流体流量有确定的关系，经过差压计可测出流体流量。
弯管流量计：当流体通过管道弯头时，受到角加速度的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧于内半径侧之间形成差压，此差压的平方根于流体流量成正比。
6-4节流式流量计的流量系数和哪些因素有关？
答：流量系数和节流件形式、直径比、取压方式、流动雷诺数及管道粗糙度有关
6-5简述标准节流装置的组成环节及其作用。对流量测量系统的安装有哪些要求？为什么要保证测量管路在节流装置前后有一定的直管段长度？（p76）
答：
6-6当被测流体的温度、压力值偏离设计值时，对节流式流量计的测量结果有何影响？
6-7、用标准孔板测量气体流量，给定设计参数p=0.8kPa，t=20，现实际工作参数p?=0.4kpa，t?=30，现场仪表指示为3800/h，求实际流量大小。
6-8、一只用水标定的浮子流量计，其满刻度值为1000d/h，不锈钢浮子密度为7.92g/，现在用来测量密度为0.79g/的乙醇流量，问浮子流量计的测量上限是多少？
6-9、说明涡轮流量计的原理。某一涡轮流量计的仪表常数为K=150.4次/L，当它在测量流量时的输出频率为f=400Hz，其相应的瞬时流量时多少？
6-10、说明电磁流量计的工作原理，这类流量计在使用中有何要求。
答：1）电磁流量计是基于电磁感应原理，导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电动势，感应电动势的大小和流体速度有关，通过测量次电动势可以求得流体流量。
2）电磁流量计对直管段要求不高，直管段长度为5D-10D；安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流強磁场。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表；水平安装时，两个电极要在同一平面上。电磁流量计适用于导电性介质的流量测量。
6-11、涡街流量计的检测原理是什么？常见的漩涡发生体有哪几种？如何实现旋涡频率检测？
答：（1）涡街流量计的检测原理是利用流体振荡的原理进行流量测量、当流体流过非流线型
阻挡体时会产生稳定的旋涡列、旋涡的产生频率和流体留宿有着确定的对应关系、测量频
率的变化。就可得知流体的流量、
（2）常见旋涡发生体的形状有圆柱、三角柱、矩形柱、T型柱以及由以上形状组合而成的组合形状
（3）旋涡频率的检出有多种方式、可分为一体式和分体式两类、一体式的检测元件放在旋涡发生体内、如热丝式分体式检测元件则装在旋涡发生体下游、如、压电式均利用旋涡发生时引起的波动进行测量、旋涡频率采用热敏电阻检测方式、在三角主体的迎面对称嵌入两个热敏电阻、通入恒定电流加热电阻、使其温度稍高于流体、在交替产生旋涡的作用下、两个电阻被周期的冷却、使其阻值改变、阻值的变化有电桥测出、即可测得旋涡产生频率、从而知流量
6-12、说明超声流量计的工作原理，超声流量计的灵敏度和哪些因素有关？
答：1）超声流量计是利用超声波在流中的传播特性实现流量测量。超声波在流体中传播，将受到流体流速的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。
6-13、质量流量测量有哪些方法。
答：直接测量和间接测量
直接式质量流量计：仪表的输出直接和质量流量成正比
推导式质量流量计：通过对体积流量和密度的同时测量，然后把结果送入计算单元，通过运算求出质量流量。
温度，压力补偿式质量流量计：同时测出体积流量，温度和压力，由温度和压力等参数和密度的关系，通过
运算装置算出介质密度，再算出质量流量。
6-14、为什么科氏流量计可以测量质量流量？（p89）6-15、说明标准流量装置的作用，有哪几种主要类型？答：标准容积法、标准质量法、标准流量计法、标准体积管法。
7物位检测
课后习题
7-1常用液位测量方法有哪些？
（1）压力式液位计：根据静止介质的某一点所受压力和此点上方的介质高度成正比，利用压力表来显示其高度。（2）直读式：直接是用和被测容器连通的玻璃管来显示容器内的物位高度，或在容器上开有窗口直接观察物位高度。（3）浮力式：利用漂浮在液面上的浮子的位置随液位的变化来测量定位。（4）电气式：将物位的变化转换为某些电量参数的变化而进行间接测量。（5）声波式：由于物位的变化引起的声波的遮断。（6）光学式：利用物位对光波的遮断和反射原理进行测量。（7）核辐射式：放射性同位素放出的射线被中间介质吸收而减弱。
7-2对于开口容器和密封压力容器用差压式液位计测量时有何不同？影响液位计测量精度的因素有哪些？
对于开口容器，在容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液位静压。对于密封压力容器，可用差压计测量液位。差压式的正压侧和容器底部相通，负压侧连接容器上部的空间。可求液位高度。
因素：液位计本身的精度、以及液位的温度对其密度的影响、物料本身性质如温度、粘度、液面的稳定、料面是否规则。
7-3利用差压变送器测量液位时，为什么要进行零点迁移？如何实现迁移？
（1）进行零点迁移的原因：由于测压仪表的安装位置一般不能和被测容器的最低液位处在同一高度上，因此，在测量液位是，仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。
（2）如何实现：对感压原件预加一个作用力，将仪表的零点迁移到和液位零点相重合，即实现零点迁移。
7-4恒浮力式液位计和变浮力式液位计的测量原理有什么异同点？在选择浮筒式液位计时，如何确定浮筒的尺寸和重量？
恒浮力式液位计和变浮力式液位计都属于浮力式物位检测仪表，都是基于力的平衡原理，利用液体浮力进行液位的测量。恒浮力式是靠浮子随液面升降的位移反映液位变化的；而变浮力式则是靠液面升降对物体浮力改变反映液位的变化。
在选择浮筒式液位计时，要依据其测量原理选择浮筒的尺寸和质量。
设浮筒的重力为G，浮力为W，则悬挂点所受重力F=G-W，又知浮力W为
gH
D
Wρ
π
4
2
=
故：
gH
D
G
W
G
Fρ
π
2
4
-
=
-
=
式中，D为浮筒的直径5；ρ为被测液体的密度；H为浮筒浸入液体部分的高度。因此浮筒所受重力F和液位H呈线性关系，液位越高，力越小。为了提高灵敏度，应使H前的系数尽可能大，所以浮筒的直径D也是越大越有利。而且，为了有较大的量程，浮筒的长度L也要尽可能大。关于浮筒的质量选取依据零点消失原则进行。
7-5物料的料位测量和液位测量有什么不同的特点？
从概念上说，物料的料位是指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度，其是针对固体进行测量；而液位是指设备和容器中液体介质表面的高低，其是针对液体的测量。
由于测量对象性质的不同，在测量方法的选取上也有所不同。一般所有的物质检测方法和物位检测仪表都可以进行液位的测量，而只有机械接触式、电气式、超声式、核辐射式等适用于料位测量。故在测量方法和测量仪表的选取上，料位相对于液位有一定的局限性。
7-6电容式物位计、超声式物位计、核辐射式物位计的工作原理，各有何特点？
（1）电容式：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。（2）超声式：利用回声测距原理，由发射探头发出的超声脉冲，在介质中传到界面反射再返回到操头接受。（3）核辐射式：以核辐射式的穿透性和物质对射线的吸收特点为基础，实验证明，射线等穿透物质后，其强度随物质层的厚度呈现指数规律衰减。
8 机械量检测
机械量包括长度、位移、转角、转速、力、力矩、振动等。其中直线位移是机械量基本的参数。如：表8-1 8.1模拟式位移检测
方法有：电容式位移检测、电感式位移检测、差动变压器位移检测、光纤位移检测、光学数字式位移检测（光栅标尺、CCD图像传感元件）
8.1.1电容式位移检测（
S
C
d
ξ
=）
变极距法（变d）
变面积法（变S）
在两个固定极板之间设置可动极板（变ε）
8.2.1 电感式位移检测方法
电感式位移传感器分自感式和互感式。
电感式位移检测和电容式位移检测都是和被检测对象非机械接触的检测方法。
8.1.3差动变压器位移检查方法（是互感式位移检测方法）P106
8.1.4光纤位移检测方法（利用光纤检测位移的一种方法）
随着被检测物体的位移变化，重叠部分的光强发生变化，根据光强信号检测位移。
8.2光学数字式位移检测—（光栅尺）
数字式位移检测室利用栅格编码器将长度或角度的变化直接转换为脉冲个数或二进制符号的方法，如光栅标尺、容栅标尺等。
8.2.1光栅标尺（P107）
CCD图像传感元件（P109）
8.3转速检测（重要指数：两颗星）
方法：离心力检测法，光电码盘转速检测法，空间滤波器式检测法。
离心力检测法原理：质量m的重物旋转时受到离心力远离主轴，这将克服弹簧力向上拉套筒，套筒升降通过齿轮带动指针转动，从而直接读数。精确度：上下1%
（核心思想：离心力——弹簧力——套筒升降——齿轮带指针转动——读数）
光电码检测法：将对转速的测量转化为脉冲序列，统计单位时间内的脉冲数，通过脉冲个数测量转角即得到转速。
空间滤波器式检测法特点：不需要在旋转物体上或周围做任何记号，多用于检测不规则物体的移动速度。
8.4力检测（重要指数：两颗半星）
本章主要检测方法：金属应变元件，半导体应变元件，压电效应，压敏导电橡胶（1，2相对较重要。）力检测主要原理基础：弹性元件受力作用时将发生弹性形变，弹性体变形导致电阻值变化，电阻通电转化为电压，测电压即可求得对应力的大小。
1 金属应变元件
原理：在拉伸力的作用下，金属丝被拉长，因此截面积缩小，导致电阻率变化。
注：给金属丝通电流，测电压即可测得电阻，对应即可知道应力。
2半导体应变元件
原理：元件受力形变，应变对元件电阻率大幅度变化，从而导致电阻的改变，将元件通电流，测元件两段电压，通过电压的改变即可推断力的大小。
优点：反应灵敏，体积小，广泛用在压力传感上。
缺点：温度依赖性大，需要电路补偿，价格高。
3压敏导电橡胶
原理：元件受力变形电阻变化，通电，测电压，即反推得到力的大小。
9成分分析仪表
成分分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。
一、成分分析方法及分类(p117)
成分分析的方法有两种类型：一种是定期取样，
通过实验室测定的实验室分析方法；另一种是利
用可以连续测定被测物质的含量或性质的自动
分析仪表。
目前，按测量原理分类，成分分析仪表有以下几种型式：
1)电化学式：如电导式（EC），电位式，酸
度计，离子浓度计等。
2)热学式：如热导式、热谱式、热化学式等。
3)磁学式：如磁式氧气分析仪、核磁共振分
析仪等。
4)射线式：如X射线分析仪、γ射线分析仪、
同位素分析仪、微波分析仪等。
5)光学式：如红外、紫外等吸收式光学分析
仪，光散射、光干涉式光学分析仪等。（分
光仪、比色仪）
6)电子光学式和离子光学式：如电子探针、
离子探针、质谱仪等。
7)色谱式：如气相色谱仪、液相色谱仪等。
8)物性测量仪表：如水分计、粘度计、密度
计、湿度计、尘量计等。
9)其他：如半导体气敏传感器。
二、自动分析系统（检测器是分析仪表的核心）
1、自动分析系统通常是和试样预处理系统组成一个分析测量系统，以保证其良好偶的环境适应性和高的可靠性以使分析仪表的示值能代表被监测的成分。
2、自动取样装置的作用是从生产设备中自动、快速的提取待分析样品。预处理系统可以采用冷却、加热、气化、减压、过滤等方式。取样和试样的制备必须注意避免液体试样的分馏作用或气体试样中某些组分被吸附的情况。
三、几种工业用成分分析仪表
1、热导式气体分析器：利用不同气体导热特性不同
的原理进行分析。优点有机构简单、工作稳定、
体积小。（热导式气体分析器的核心是测量室）（1）经实验测定，气体中氢和氦的导热能力最强，而二氧化碳和二氧化硫的导热能力较弱。气体的导热率还和气体的温度有关。
（2）热导式气体分析器的核心是测量室，称为热导池。热导池是用导热良好的金属制成的长圆柱形小室，室内装有一根丝的铂或钨电阻丝，电阻丝和腔体有良好的绝缘。
热导池有不同的结构型式，目前常用的是对流扩散式结构型式。热导式分析仪表通常采用桥式测量电路。
四、氧化锆氧分析器
（1）氧化锆氧分析器是属于电化学分析方法，这种分
析器的优点是灵敏度高、稳定性好、相应快、测量范围宽（从10ˉ6到百分含量），而且不需复杂的采样和预处理系统，它的探头可以直接插入烟道中连续地分析烟气中的氧含量。
（2）氧化锆分析器的基本工作原理基于氧浓差电池（原电池）。氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷固体电解质，在高温下有良好的离子导电特性。浓差电池的左侧为被测气体，右侧为参比气体，参比气体一般为空气。
（3）氧化锆分析器正常工作的必要条件：
a、工作温度要恒定，传感器要有温度调节控制的环节，一般工作温度保持在T=850oC，此时灵敏度最高，工作温度变化直接影响氧浓车电势E的大小，传感器还应有温度补偿环节。
b、必须要有参比气体，参比气体的氧含量稳定不变。二者氧含量差越大，仪表灵敏度越高。
C、参比气体和被测气体压力应该相等。
（3）氧化锆分析器的安装方式有直插式和抽吸式。五、半导体气敏传感器
半导体气敏传感器是采用半导体材料为敏感材料制成的一种气敏传感器类型。这类传感器可以通过在半导体材料中添加各种催化剂来改变其主要敏感对象，但却很难消除对其他共存气体的影响,并且它信号线性影响的范围窄，一般只用于定性及半定量范围的气体检测。
半导体气敏传感器按照半导体的物性变化特点，可分为电阻型和非电阻型两类。
气敏传感器一般由气敏元件、加热器和封装体等部分组成。气敏元件从结构型式来分有烧结型、薄膜型和厚膜型三类。
六、工业酸度计
1、工业酸度计属于电化学分析方法。溶液的酸碱性可以用氢离子浓度[]的大小来表示。一般用pH值来表示溶液的酸碱度，定义为：
lg[]
pH H+
=-
和之相应有：pH=7为中性溶液，pH>7为碱性溶液，pH<7为酸性溶液。
（1）pH值得检测采用电位测量法。测量pH值一般使用参比电极和测量电极以及被测溶液共同组成的pH测量电池。参比电极的电位是一个固定的常数。电池的电势为参比电极和测量电极间电极电位的差值。根据能斯特公式有：
式中，E为电极电势，V；R为气体常数，R=8.314J/(mol·K)；T为热力学温度，K；F为法拉第
常数，；pHx为被测溶液的pH值。
（2）工业用参比电极一般为甘汞电极或银–氯化银（Ag/AgCl）电极。(p129)
（3）玻璃电极是使用最为广泛的测量电极。
七、湿度的检测
1、湿度是表示空气中水汽含量的物理量。
（1）湿度可用绝对湿度和相对湿度两种方法表示：绝对湿度是指单位体积湿气体中所含的水汽质量数，单位为；相对湿度是单位体积湿气体中所含的水汽质量和相同条件下饱和水汽质量之比，用百分数表示。
（2）湿度的检测方法有露点法、毛发膨胀法和干湿球湿度测量法。对湿度传感器的要求：工作可靠，使用寿命长，有较快的响应速度，受温度影响小，互换性好，制造简单，价格便宜。
八、干湿球湿度计
干湿球湿度计的使用十分广泛，常用于测量空气的相对湿度。它由两支温度计组成，一支温度计用来直接测量空气的温度，称为干球温度计；另外一支温度计在感温部分包有被水浸湿的棉纱吸水套，并经常保持湿润，称为湿球温度计。
式中，为相对湿度；为干球温度下得饱和水汽压；
为湿球温度下的饱和水汽压；为湿空气的总压；
为干球湿度；为湿球湿度；为仪表常数，它和风速和温度传感器的结构因素有关。
1、陶瓷湿敏传感器
陶瓷材料化学稳定性好，耐高温，便于用加热法去除油污。多孔陶瓷表面积大，易于吸湿和去湿，可以缩短响应时间。陶瓷传感器的感湿机理一般是利用陶瓷烧结体微结晶表面对水分子进行吸湿或脱湿，使电极间的电阻值随相对湿度而变化。这类传感器的制作型式可以为烧结式、膜式及MOS型等。这类元件的特点是体积小，测温范围宽，可用于高温，最高可达600℃，能用电加热反复清洗，响应速度快，长期稳定性好。
课后习题
9-1、在线成分分析系统为什么要有采样和试样预处理装置？采样和试样预处理装置可以保证在成分分析系统良好的环境适应性和高的可靠性，以使分析仪表的视值能代表被监测的部分。采样装置的作用是从生产设备中自动、快速的提取待分析样品；预处理装置可采用多种方式对采集的样品进行适当的处理，为分析仪器提供符合技术要求的试样。
9-2、简述热导式体分析器的工作原理，对测量条件有什么要求？
工作原理：由于气体组份含量的不同，混合气体导热能力将发生变化，利用混合气体导热能力的差异进行含量分析。
要求：实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热率必须近似相等，并和被测组分的导热率有明显的差别，对于不能满足这一要求的气体可采用预处理的方法。
9-3
机理为：红外线气体分析器属于光学分析一表中的一种。它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。一般由红外辐射源、测量气样室、红外探测装置组成。
9-4
氧化锆分析器的基本工作原理基于氧浓差电池。浓差电池内在氧化锆陶瓷体的两侧烧结一层多孔铂电极，当两侧气体的含氧量不同时，在两极间将产生浓差电势。条件要求为：工作温度要恒定，传感器要有温度调节控制的环节；必须要有参比气体，参比气体的氧含量稳定不变；参比气体和被测气体压力应该相等。
9-5
基本环节有分析环节和分离环节。
9-6、半导体气敏传感器有哪几种类型？
半导体气敏传感器的类型按照半导体的物位变化特点，可分为电阻型和非电阻性两类。按照半导体和气体的相互作用是在其表面或内部，又可分为表面控制型和体控制型两种。
9-7
直接电位法测量溶液酸度就是用pH测量电池进行测量，测量电极插入溶液中会和溶液产生电极电势，电池的电势为参比电极和测量电极间电极电位的差值，其大小就代表溶液中氢离子浓度，即溶液酸度。
9-8、简述湿度测量的特点，常用的湿度测量方法有哪些？
湿度测量的方法很多，传统的方法是露点法，毛发膨胀法和干湿球湿度测量法。工业过程的检测和控制对湿敏传感器有一下要求：（1）工作可靠，使用寿命长；（2）在气体环境中特性稳定，不受尘埃、油污附着的影响；（3）满足要求的湿度测量范围有较快的相应速度；（4）能在-30°~100°c的环境温度下使用，受温度影响较小；（5）互换性好，制造简单，价格廉价。
10仪表系统分析
表10-1DDZ-II型和DDZ-III型仪表的比较(p137)
仪表系统数学模型的类型有：
时域模型，频域模型，离散模型。
思考题和习题
1常用仪表是如何进行分类的？各有什么特点？
①按使用性质分为标准表（用于校验非标准仪表使用，经过了计量部门的定期检定并具有合格证书）、实验室用表（用于科学实验研究）、工业用表（长期安装使用在工业生产中）②按测量方式分为直读仪表（可以直接读取被测量值）和比较仪表（采用某种方式通过未知量雨已知量相比较而得出被测量值）③按原理性连接方式分为串联（各功能模块首尾相接前后串联）、反馈（某个功能模块的输出重新输入到自身的输入端或其前的某个功能模块的输入端，从而构成正反馈或负反馈作用）④按信号传输方式分为电动仪表（以电量为传输信号，信号可远传，但无特殊处理措施，会引起活在和爆炸）、气动仪表（使用压缩空气来传输信号，反应动作慢，投资大）⑤按组成方式分为基地仪表（通用性差）、单元组合式仪表（只完成单一功能，但是比较灵活）、组件组装式仪表（可根据需要选择多个插件，常用在计算机控制系统中）⑥按安装使用方法分为现场安装仪表（防爆，防腐，抗震）、盘后架装仪表（无显示功能，无操作需要）、盘装仪表（同时具有显示功能和操作功能）以上三种是常用工业用表、台式仪表（实验环境）、携带式仪表（野外工作环境）⑦按防爆能力分为普通型仪表（用于非危险场所）、隔爆型仪表（可防燃烧、爆炸、防腐、防震等）⑧按运算处理方式分为模拟式仪表（信号为模拟信号）、数字式仪表（信号为数字信号）2．仪表各功能模块的链接方式有哪两种？其主要的区别是什么？
有串联和反馈，区别在于串联是各功能模块首尾相接前后串联，反馈是某个功能模块的输出重新输入到自身的输入端或其前的某个功能模块的输入端，从而构成正反馈或负反馈作用
10-3、DDZ-II型和DDZ-III型电动单元组合仪表的主要外特性是什么？（表10-1）p137[重点题]
（1）DDZ-II型电动单元组合仪表的主要外特性：DDZ-II 型系列仪表采用了印制电路等工艺，是以晶体管元件为主体的各单元之间的联络信号约定为0~10mA，电源采用交流220v，各单元的精度为0.5级。由于采用了电流作为仪表间的联络信号，因而信号在传达过程中能保持恒值而不易受到传输电线电阻的变化的影响，且适合于远距离传送。此时变送和计算单元能承受的负载电阻一般为0~1.5千欧，给定和调节单元能承受的负载电阻一般为0~3千欧。电流信号的引入还有利于和磁场作用产生机械力，以便于利用力平衡原理实现各种功能。同时，电流信号有利于多个单元的串接，并能保证各接收信号的一致性。此外电流信号从口开始，便于模拟量的运算。（2）DDZ-III型系列仪表是以线性集成电路为主要元器件。各单元之间的联络信号采用国际统一信号制的4~20mA直流电流进行远传，并保留了室内1~5v电流电压的联络信号，电源采用直流24v单电源供电。DDZ-III 型仪表采用国际统一信号制的4~20mA直流电流进行远传，主要是为了克服其电流制式的缺陷，即无法判断线以及不易避开元件的死区和非线性区。由于III型仪表的输入阻抗较大，因而用过250欧的电阻即可方便的将
信号传递。此外，直流24v供电模式的采用，使单电源集中供电得以实现。同时，正因为采用了直流24v低压供电，并附以安全栅等措施，才使III型仪表具备了安全的防爆能力。
4．对常用仪表的输入输出特性进行线性化处理有哪些方法？
串联式仪表的非线性特征是可以通过多串接一个非线性环节、并适当选择该环节的非线性、使其能够补偿前面个非线性环节所造成的非线性特征、从而是整体仪表线性关系。对于反馈式仪表、当反馈是仪表的环节有足够大的稳态放大倍数时、其输入输出特性主要取决于环节上而和环节1的关系不大、因此可以根据式K=Y/U~~Y/F=1、K1、所描述的倒数关系、对该类仪表进行线性化处理。（具体详见课本138—139）
5.在分析仪表特性时，在什么情况下需要使用离散模型？
在使用数字化离散效果的数字仪表时需要
6.在仪表特性时域分析中的稳态误差是如何定义的？它在特性分析中起何种作用？
当系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。作用，控制系统的输出响应在过渡过程结束后的变化形态称为稳态。稳态误差为期望的稳态输出量和实际的稳态输出量之差。控制系统的稳态误差越小说明控制精度越高。因此稳态误差常作为衡量控制系统性能好坏的一项指标。
7．如何建立由多台仪表组成的混合仪表系统模型？如何进行混合仪表系统的时域和频域分析？
建模时候，思路和单一仪表输入一样，只是输入量变为p维，且状态变量维数由各仪表的传递函数结束所决定，它等于系统中各仪表传递函数的总和。特别地，当所有单一仪表都是0阶系统（比例环节）时，混合仪表系统不包含中间状态变量X时，则10—39展开式可把含X变量的都除去。时域分析，运用阶跃扰动的方法进行分析即通过分别当独对每一输相对于个输入通道的响应特性，再综合分析所有的响应结果，即可得到结果。频域分析，主要采用正弦扰动的方法分析一般混合仪表系统的过渡过程，也可用Bode图方法分析
8用频域方法对仪表进行特性分析时可获得哪些特性？
可获得仪表的稳定性并确定其工作频率范围
9．仪表系统的时域模型、频域模型、离散模型之间存在什么关系？彼此间如何进行转换？
时域是指信号的幅度随时间变化的曲线，横轴是时间，纵轴是信号的幅度，一般的正弦波比如f(t)=sinwt就是时域曲线。
频域曲线是指信号的幅度和频率的关系，函数比较复杂，可能是不连续的。
这两个时间用高等数学中的傅立叶变换进行转化，也就是时域波形函数进行傅立叶变换后就成了该信号的频域函数。
这东西很难用坐标表示，因为之间的关系不是简单的线性函数关系。比如时域中的简单正弦波形，在频域中就是一根垂直于x轴的线（y轴上有幅度，非无限）而已，但如果波形变了，比如方波，那频域上就一是一组复杂的滚降波形了。；离散模型可以看做是对连续的时域或频域模型进行力三处理所得。
关系：（时域模型拉氏变换——→频域模型）进行离散处理——→离散模型
11变送单元
变送单元：是将各种过程参数装换成相应的统一标准信号。
11.1常用变送器工作原理
1、力矩平衡式原理（主要使用在差压变送器）
2、桥式电路原理（以非平衡式电桥为主）
3、差动方式原理
11.4新型变送器
数字式变送器特点：（1）数字式变送器种类多，输入传感器多（2）线性化精度高（3）量程可变[程控]（4）输出[4-20mA]数字输出通道（5）运算速度快
模拟式变送器：（1）输入传感器单一（2）量程不可变
图11-23数字式变送器结构示意
课后习题
11-1为什么说变送器是工业过程自动化的重要组成部分？
变送器是检测单元，感知信号的输入，转换成相应的标准信号；只有获得了精确和可靠地过程参数，才能进行准确度数据处理，进而实现满意的控制效果。
11-6热电偶和热电阻温度变送器在输入电路中采用了什么方法实现线性化？
热电偶：在反馈回路上采用各段斜率不等的线段连成折线构成，利用并联电阻来改变各段斜率，而各段间
的拐点则靠基准电压的数值绝对。
热电阻：由于热电阻的特性曲线常呈现上凸函数关系，即阻值的增加随温度的升高而逐渐减小，电路采用了直接将反馈电压转换成电流，直接注入环节的方法。 11-8一台Ⅲ型温度变送器，量程400-600℃，当温度从500℃变化到550℃时，输出如何变化？
根据量程400-600℃和输出4-20mA 成线性关系，有
4
400(600400)204
I T --=
?--得121216mA I mA I ==和
11-9数字式变送器有什么特点？
特点：（1）数字式变送器种类多，输入传感器多（2）线性化精度高（3）量程可变[程控]（4）输出[4-20mA]数字输出通道（5）运算速度快
12显示单元
12.1.2电位差计式自动平衡原理
（1）自动电位差计适合对直流电压或由直流电流转换成的电压进行自动测量的处理；
（2）自动电位差计是利用电动势平衡的原理实现显示和记录功能的。
图12-3自动点位差计原理图P163 课后习题
12-1显示仪表在过程自动化的作用是什么？
将重要参数、数据显示输出、记录，供操作人员及时了解控制系统的变化情况，掌握被控对象的状态。 12-2.采用开环式和闭环式的显示仪表有什么区别？主要使用范围是什么？
开环式模式的显示仪表由测量电路和数据处理 两部分环节组成、数据处理环节一动圈式指示为代表、一般是通过机械机构达到平衡状态的、闭环式模式的显示仪表可以保持显示的精确可靠以及仪表的响应特性、可以实现测量和显示自动完成、同时能够自动跟踪测量过程中平衡状态的变迁
使用范围：开环以动圈式仪表为代表、闭环主要使用在带自动平衡的显示仪表中。
12-3常用在显示仪表中的工作原理有哪些？
电位差计式自动平衡原理：利用电动势平衡的原理实现显示和记录功能。适合对直流电压或直流电流转换成电压进行自动测量的处理。图12-3
电桥式自动平衡原理:常用于敏感电阻做传感器对被测参数的测量。原理图12-4
差动变压器式自动平衡原理：主要和差动变压器式测量机构配套使用。原理图12-5
12-6数字式显示仪表的特点是什么？
显示精度高，显示方式多元化，记录无纸化，记录传输方便。
12-7模拟显示仪表是如何发展变换成数字式显示仪表
的？
数字技术的进步计算机技术及其使用的发展
13调节控制单元
13.1常规控制规律 v s ε=-
图13-1典型控制系统回路结构图
正作用调节器：
负作用调节器：
13.1.2基本控制规律 （1）位控[双位控制]
00{
p p
y εε>-≤=
控制简单，精度不高，控制速度快，控制信号始终等幅震荡
比例（P ）控制规律（最基本）
输出信号的变化量 和偏差信号 之间存在比例
关系： 比例度（比例带）：
100%e
y
δ?=
??输入量程输出量程
δ↓↑比例度，调节
当输入量程量纲和输出量程量纲一致时：
1(=)k p e y k δδ=
=p
1对于单元仪表 缺点：误差不能为零。 积分（I ）控制规律 输出信号的变化量 和偏差信号 （误差变化率）之间存在比例关系：
用途：改善小倍的静态误差，对动态有影响，一般不能单独使用，能消除或减小误差 微分（D ）控制规律 输出信号的变化量 和偏差信号 （误差变化率） 之间存在比例关系：
0,0y ε>?>0,0y ε
T ε=?
y εD
d y T dt
ε=
用途：改善系统的动态指标，当噪声高时不适应 图13-4 （a ）完全微分 （b ）不完全微分 I ，D 不能单独使用 微分方程表示法 ? 比例积分（PI ）控制规律 ? 比例微分（PD ）控制规律 ? 理想比例积分微分（PID ）控制规律
13.1.3常规控制规律
比例积分（PI ）控制规律 比例微分（PD ）控制规律 理想比例积分微分（PID ）控制规律 比例（P ） 使用PID 控制规律的构成 图13-8 由P 、I 、D 串并联混合构成的PID 运算电路 图13-9 图13-10 13.3DDZ-Ⅲ型调节器基本电路分析
图
13-16
正/反作用开关:保证控制行路始终为负反馈 主要性能：
输入测量信号：1~5V DC 内给定信号：1~5V DC 外给定信号：4~20mA DC
输入阻抗影响：<=满刻度的0.1% 输出信号：4~20mA DC 负载电阻：250~750Ω 比例度：P=2%~500% 积分时间：0.01~25min 微分时间：0.04~10min 调节精度：0.5级
正反作用开关：保证控制行路始终为负反馈
数字式调节器基本电路分析 图13-17 优点：结构为硬件
+软件，使
用范围广，可代替模拟输
入输出多，可代替多个模拟式调节器2、有运算程序，可进行多种运算3、具有通讯功能4、PID 运算课进行改进操作 思考题 13-1调节器的角色： 是构成自动控制系统的核心仪表，是将变送器的测
量信号和给定信号相比，并对偏差进行比较，输出给执行器。
13-2.什么是比例控制规律，积分控制规律和微分控制规律？它们各有哪些表示方法和特点？[重点]
比例控制规律：输出信号的变化量
和偏差信号 之间存在比例关系：
图示法表示如图13-2、特点（1）能及时和迅速的客服振动的影响（2）存在一定的残余偏差
积分控制规律：输出信号的变化量 和偏差信号 （误差变化率）之间存在比例关系：
（1）积分作用滞后偏
差存在、不能单独使用
（2）y ?大小和ε大小
有关、还和偏差存在时间有关（3）消除残余偏差（4)只要有偏差、调节器输出就不断变化存在时间越长、输出信号的变化量也越大、直到调节器输入达到极限。
微分控制规律：输出信号的变化量
和偏差信号 （误差变化率） 之间存在比例关系：
特点：有超前调节作用、不能单独使用 13-3.为什么说积分控制规律一般不能单独使用。而微分控制规律一定不能单独使用？
（1）在阶跃输入的瞬间调节器吴输入、而随着时间的延续其输出增益增大、由此可见、积分调节作用总是滞后于偏差的存在、不能及时和有效的客服扰动的影响、使调节不及时
01
()p I y K dt T εε=+?
()p D d y K T dt
εε=+01()p D I d y K dt T T dt
ε
εε=++?
y εp y K ε
=y ε
D
d y T dt
ε=
造成被空变量超调量增加、操作周期和回复时间增长、也使调节过程缓慢、不以稳定、是积分控制规律使用时需考虑的主要问题所以积分控制规律一般不单独使用
（2）因为微分调节器的输出大小只和偏差变化速度有关、当偏差固定不变时、无论其数值多大微分器都无输出、不能消除偏差、因此不能单独使用 13-4
正反馈：输入正输出正 负反馈;输入正输出负 正反作用开关，反向器
13-5.实用PID 调节控制规律有哪些？
由反馈回路PID 环节构成的PID 运算电路、由PD 和PI 串联构成的PID 运算电路、由P/I 和D 并联构成的运算电路、由PI 和D 串联混合构成的PID 运算电路。
13-6.完全微分型PID 控制规律和不完全有什么区别？那个控制更普遍？
完全微分型算法()其中、对位阀位置、故障沉余差、加保持器、理想PID 控制规律中微分作用只能在一个采样周期中有效、且调整作用很强、这样微分调节作用发挥不理想、因而在实际使用中常在完全微分型算式的基础上做必要的修正、从而产生了不完全微分型算式,因此不完全微分型PID 调节控制规律更为普遍.如图：图13-4
14执行单元
执行单元是构成控制系统不可缺少的组成部分，执行单元的作用就是根据调节器的输出，直接控制被控变量所对应的物理量，从而实现被控对象的控制。
气动
执行机构 电动 输入信号转换为位移
液动 执行单元
调节机构 输入位移转换为介质流量
14.1.1执行器分类和比较 表14-1
气动执行器是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器。气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便和防火防爆等优点，在工业控制系统中使用最为普遍。
电动执行器是以电动执行机构进行操作的。信号传输速度快，使用广，安全性低，易燃易爆场所不适用。
液动执行器的最大特点是推力大 14.2.气动执行器
原理：输入信号转换为位移
A F p A E x x p E
==?=
气动执行器标准信号：2
0.2~1.0/p kgf cm =
14.2.2阀门定位器
原理：电信号转换为压力
主要用来克服流过调节阀的流体作用力，保证阀门定位在调节器输出信号要求的位置上。
电气转换器+阀门定位器形成电气阀门定位器 14.4.2调节阀结构及分类 1、直通单座调节阀
简单，成本低，便于调节，泄漏量小，适用于低压场合 不适用于高压
2、直通双座调节阀 适用于高压
缺点：对介质要求高不适用于高粘度介质 3、隔膜阀
防腐蚀，流体要求低。 4、蝶阀
价格便宜，流阻小，适用于低压差和大流量，不适于高压。 5、球阀
承受压力高，大口径成本高，重量大 14.4.3调节阀的流量特性
调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系；
MAX Q l
f Q L
= 调节阀典型理想流量特性曲线
相对行程l/L 14.4.4调节阀的流量系数
流量系数C 是直接反映流体流过调节器的控制能力，一定条件下，每小时流过调节阀的流量值： 思考题
14-1.气动执行器、液动、电动在特性上有什么区别？p197
气动是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器、它接受调节器的输出控制信号直接调节被控介质的流量、实现生产过程的自动化、结构简单、工作可靠。价格便宜、维护方便防火防爆
电动是以电动机构进行操作的、将电流信号转换为相应轴角位移或直线位移、去控制调节机构以实现自动调节、信号传输速度快、传输距离远、但其结构复杂、推力小等缺点、大大限制了其使用。
液动执行器最大的特点是推动力大，但在实际工业中的
使用较少。
14-2执行器组成部分及功能
气动
执行机构电动输入信号转换为位移
液动
执行单元
调节机构输入位移转换为介质流量
14-3气动执行器工作原理
气压和弹性元件作用力平衡，基本结构图14-5
14-7调节阀有哪几种形式？各有什么特点？p202-203
1、直通单座调节阀
简单，成本低，便于调节，泄漏量小，适用于低压场合
不适用于高压
2、直通双座调节阀
适用于高压
缺点：对介质要求高不适用于高粘度介质
14-8.什么是调节流量特性？常用的有哪几种？
调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系即：Q/Qmax=f(l/L)
式中、Q/Qmax为相对流量l/L为相对行程
直线特性：其流量和阀芯位移成直线关系
对数特性：其阀芯位移和流量间存在对数关系
抛物线特性：其流量和相对行程间存在抛物线关系
（快开特性：在开度较小时流量变化比较大随着开度增大流量很快达到最大值、它没有一定的数学
表达式）
14-9如何选用调节阀？选用调节阀应考虑因素？
1、运用场合调节阀类型（气动、电动、液动）
2、安装管路流量特性
3、调节阀结构单座（低压、泄漏小），双座（高压）
复习重点[仅供参考]
主要为测量仪器原理及特点，四大参数测量方法
1、四大参数（温度、压力、流量、物
位），温度更重要
2、PID控制规律及调节
3、变送器、调节控制单元
4、气敏元件，节流元件
5、调节器（数字式和普通调节器的区
别）
6、PH及湿度测量方法
《自动检测技术及仪表控制系统》期末试卷
《自动检测技术及仪表控制系统》 A卷闭卷 一、填空：（每空1分） 1．显示仪表能够监测到被测量的能力称分辨力。 2．热电偶是用组成而成。当两个结点处于，回路中便产生。 4、节流式流量计的测量原理是以定律和定律为基础的。5．把两块的光栅叠在一起，让他们的刻线之间有，这时光栅上会出现若干条明暗相间带状条纹案，称为。 6、热导式气体分析器是利用混合气体中不同的原理进行分析的。 7、仪表系统模型一般分为、、。 8、集散控制系统的核心思想是、。 9、LonWorks 与其它现场总线相连接而构成的典型现场总线中，其中符合LonWorks 自身规范的现场总线仪表单元通过连接到LonWorks总线网络上，而其他现场总线通过连接到LonWorks总线网络上。 二、选择题：（每题2分） 1、用万用表交流电压档（频率上限仅为5KHZ）测量频率高达500KHZ、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于。 A、系统误差 B、粗大误差 C、随机误差 D、动态误差 2、用仪表对三个电压进行测量，分别测得1000V、100V、10V，发现三个电压均存在1V的误差，那么，我们认为10V电压的测量结果较好。在以上这个例子中，有这个结论的依据是。 A、绝对误差 B、示值相对误差 C、满度相对误差 D、精度等级 3、正常人的体温为37℃，则此时的华氏温度约为，热力学温度约为。 A、32F，100K B、98.6F，236.15K C、98.6F，310.15K D、37F，236.15K 4、节流装置中有一种由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分和与之相接的圆筒形喉部组成，这种节流件是。 A、孔板 B、喷嘴 C、文丘里管 5、浮子流量计的安装方式：。 A、水平，自上而下 B、垂直，自下而上 C、水平，自上而下 D、垂直，自上而下 6、光栅传感器是利用莫尔条纹来达到。
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单选题 1．下列情况中(B )属于疏忽误差。 A.算错数造成的误差； B.记录错误造成的误差； C.安装错误造成的误差； D.看错刻度造成的误差2．仪表的精度级别是指仪表的(E )。 A．误差；B.基本误差；C．最大误差；D．允许误差；E．基本误差和最大允许值 3．仪表的精度与(B )有关。 A．相对误差；B．绝对误差；C．测量范围；D基本误差 4. 我们无法控制的误差是(D )。 A．疏忽误差；D，缓变误差；C．随机误差；D系统误差 5．由仪表内部元件老化过程所引起的误差称为( B )。 A．疏忽误差；B．缓变误差；C．随机误差；D．系统误差 6．可编程序控制器的简称是( D )。 A．DCS；B．BMS；C．CRT； D. PLC 7．压力表在现场的安装需( A )。 A．垂直；B.倾斜；C．水平；D．任意角度 8．测4~20mA电流信号时用以下哪些工具：（B） A．螺丝刀B．万用表C．校验仪（气压）D．试电笔 9．220V AC电压可用以下工具测量其电压值：（C） A．24V直流电源B．电笔C．万用表AC~档D．校验仪（气压） 10.测量仪表按测量方式分类：（A） A．直接测量B．接触式测量C．非接触式测量 11．1~5VDC用以下供电。（C） A．24V直流电源B．万用表C．1~24V直流电源D．24V交流电源 12．直流电与交流电说的是：（C） A．24V 电B．220V电C．经过整流滤波后的交流电为直流电 13．温度测量仪表中，红外线测温仪属于（Ｄ） A．热电偶温度计B．热电阻温度计C．光学高温计D．辐射高温计 14．仪表量程为8 MPa，当变送器显示50%时，测量输出值应为；（D） A．1MPa B．2MPa C．3MPa D．4MPa 15．压力的单位是（C）。 A．N牛顿B．Kg公斤C．Pa帕斯卡D．千克 16．密度的基本单位（A） A．Kg/m3 B．N/cm3 C．Kg/m2 D．P/m2 17．压力表的使用范围一般在它量程的１／３－２／３处，如果低于１／３则（C ） A．精度等级下降B．因压力过低而没指示C．相对误差增加。D．相对误差减小。 18．我们常提到的PLC是（ B ）。 A．可编程序调节器B．可编程序控制器C．集散控制系统 19．调节系统在受干扰作用后，在调节器的控制下被调参数随时间而变化。这个过程（D ） A．逐渐增大B．逐渐减小C．不变化D．衰减振荡 20、指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，测量的是（C ） A．压力B．温度C．流量D．液位 多选题 1.按误差数值表示的方法，误差可以分为（A、B、C） A.绝对误差 B.相对误差 C.引用误差 D.系统误差
自动检测技术及仪表试卷A标准答案
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<检测技术及仪表>题库 一、填空与选择 1、差压式流量计，流量Q与成正比，转子流量计，流量Q与成 正比。 2、转子流量计在出厂时必须用介质标定，测量液体用标定，测量气体用标定。 3、铂铑一铂材料所组成的热电偶，其分度号为；镍铬一镍硅材料组成的热电偶，其分度号为。 4、铂电阻温度计，其分度号为P t100，是指在温度为时，其电阻值为。 5、差压式液位计因安装位置及介质情况不同，在液位H=0时会出现差压△P 、△P 和△P 三种情况，我们分别称差压式液位计、、。 6、电子自动电位差计的工作原理是采用工作的，是根据已知来读 取。 7、动圈显示仪表与温度传感器配接使用时应相互，XCZ-101型是与配接 使用，XCZ-102型是与配接使用。 8、差压式流量计是一种截面、压降流量计。 转子式流量计是一种截面、压降流量计。 9、热电偶温度计是以为基础的测温仪表，分度号为K是指电极材料 为、热电阻温度计是利用金属导体的随温度变化而变化的特性来测温、分度号为Pt100是指温度为时，电阻值为。 10、使用热电偶温度计测温需考虑冷端温度补偿问题，常用的四种补偿方法为、、和。 11、电位差计是根据原理工作的，是将被测电势与相比较，当平衡后由读取。 12、自动电子电位差计与热电偶配套测温冷端温度补偿是利用桥路电阻实现的，它是一个随温度变化的。 13、绝对误差在理论上是指仪表和被测量的之间的差值。工业 上经常将绝对误差折合到仪表测量范围的表示，称为。 14、测量物位仪表的种类按其工作原理主要有下列几类、、 、、、、和。 15、热电偶测量元件是由两种不同的材料焊接而成，感受到被测温度一端 称。 16、检测仪表的组成基本上是由、、三部分组成。 17、在国际单位制中，压力的单位为，记作，称为符 号以表示，简称为。 18、在压力测量中，常有、、之分。 19、工业上所用的压力仪表指示值多数为，即和
自动检测技术及仪表控制系统第三版部分思考题答案
1基本知识引论 课后习题 1.1检测及仪表在控制系统中起什么作用，两者关系如何？ 检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。 关系：二者紧密相关，相辅相成，是控制系统的重要基础 1.2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用？ 被控——检测单元——变送单元——显示单元——操作人员 对象——执行单元——调节单元— 作用：被控对象：是控制系统的核心 检测单元：是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。 变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。变：将各种参数转变成相应的统一标准信号；送：以供显示或下一步调整控制用。 显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况。分为模拟式，数字式，图形式。 调节单元：将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例积分微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或被控参数的自动调节。 执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行结构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现被控变量的调节作用。 1.4 什么是仪表的测量范围，上下限和量程？彼此有什么关系？ 测量范围：是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。 上下限：测量范围的最小值和最大值。 量程：用来表示仪表测量范围的大小。 关系：量程=测量上限值-测量下限值 1.6 什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者存在什么关系？ 灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度。 分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量，又称仪表灵敏限。 关系：分辨率是灵敏度的一种反应，一般说仪器的灵敏度高，则分辨率同样也高。 4 温度检测 课后习题 4.1国际实用温标的作用是什么？它主要由哪几部分组成？ 答：作用：由其来统一各国之间的温度计量。 国际温标由定义固定点、内插标准仪器和内插公式4.2热电偶的测温原理和热电偶测温的基本条件是什么？ 答：原理：基于热点效应即将两种不同的导体或半导体练成闭合回路、当两个接点处的温度不同时、 回路中将产生热电势。 基本条件：两种不同的导体材料构成回路、两端接点处的温度不同。 4.3用分度号为S的热电偶测温，其参比端温度为20度，测得热电势E（t，20）=11.30mv，试求被测温度t。答：因为E(t,20)=E(t,0)+E(0,20) 所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0) 因为E(t,20)=11.30mV E(20,0)=0.113mV 所以E(t,0)=11.413mV 即t=115℃ 4.4用分度号为K的热电偶测温，一直其参比端温度为25度，热端温度为750度，其产生的热电势是多少？答：据题意所知所求电势E（750,25）=E（750,0）-E(25，0) 查K型热电偶分度表得E(25，0)= 1.0002mv E （750,0）=31.1082mv 所以，E（750,25）=31.1082-1.0002=30.1080mv 4.5在用热电偶测温时为什么要保持参比端温度恒定？一般都采用哪些方法？ 答：若参比端温度不能恒定则会给测量带来误差 方法：1.补偿导线法：延长型：化学成分与被补偿的热电偶相同；补偿型：化学成分与被补偿的热电偶不同；参比温度测量计算方法；参比温度恒温法；补偿电桥法4.6在热电偶测温电路中采用补偿导线时，应如何接线？需要注意哪些问题？ 答：正接正，负接负。 注意的问题：1.型号与极性不能接反2.补偿导线和热电偶相连的两个接点温度要相同，以免造成不必要的误差 3.补偿导线要引到温度比较恒定的环境（机械零点补偿）4.不要和强电或其他干扰源，平
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自动化仪表试题 一、填空题 1、按误差数值表示的方法，误差可分为（）（）（）误差。 2、弹性式压力计是根据弹性零件的（）与所受压力成比例的原理来工作的。当作用于弹性元件上的被测压力越大时，则弹性元件的（）越大。 3、电容式压力器可分为（）、（）、（）三种形式。 4、流量有（）和（）两种表示方法，其间关系为（）。 5、当充满管道的液体通过节流装置时流速将在（）处发生（），从而使（）增加，而（）降低。 6、管道凸出物和弯道的局部阻力对液体流动稳定性影响很大，所以，在流量计节流孔板前后必须留有适当长度（）。 7、热电偶产生热电势的条件是（）、（）。 8、对热阻与桥路的连接要优先采用（）接法，这样可以在很大程度上减小连接导线（）变化带来的工作误差。 9、液体的密度与（）和（）有关系，其中气体的密度随（）的升高而减小，随（）的增大而增大，液体的密度则主要随（）的升高而减小，而与（）的变化关系不大。 10、一般简单的调节系统有（）单元、（）单元、（）单元、（）单元、（）单元。 11、在分辨铂铑热电偶的正负极时，是根据偶丝的软硬程度来判断的，较硬的偶丝为（）极。 12、温度越高，铂、镍、铜等测温材料的电阻越（），在热电阻温度计中，R0表示（）时的电阻值，R100表示（）时的电阻值。 二、选择题 1、工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 A、动压 B、全压C静压D绝压 2、在管道上安装孔板时，如果将方向装反将会造成（）。 A差压计倒指示B差压计指示变小C差压计指示变大D对差压计指示无影响 3、用分度号为K的热电偶和与其匹配的补偿导线测量温度，但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表指示为（）。 A偏大B偏小C不变D可能大也可能小 4、用电子电位差计测热电偶温度，如果热端温度升高20℃，室温冷端下降20℃则仪表的指示（） A升高20℃B下降20℃C不变 5、现有一台精度等级为0.5级的测量仪表，量程为0－10000℃，在正常情况下进行校验，最大绝对误差为60℃，求该仪表的最大引用误差为（）。 A、0.6% B、0.6 C、±0.5% 6、现有两台压力变送器第一台为1级0－600KPa，第二台为1级250－500KPa，
自动检测技术及仪表试卷A标准答案
1、差压式流量计，流量Q与差压平方根成正比，转子流量计，流量Q与成 正比。 2、转子流量计在出厂时必须用介质标定，测量液体用标定，测量气体用 标定。 3、铂铑一铂材料所组成的热电偶，其分度号为；镍铬一镍硅材料组成的热电偶，其分 度号为。 4、铂电阻温度计，其分度号为P t100，是指在温度为时，其电阻值为。 5、差压式液位计因安装位置及介质情况不同，在液位H=0时会出现差压△P 、△P 和△P 三种情况，我们分别称差压式液位计、、。 6、电子自动电位差计的工作原理是采用工作的，是根据已知来读 取。 7、动圈显示仪表与温度传感器配接使用时应相互，XCZ-101型是与配接使用， XCZ-102型是与配接使用。 8差压式流量计是一种截面、压降流量计。转子式流量计是一种截面、压降流量计。 9、热电偶温度计是以为基础的测温仪表，分度号为K是指电极材料为、 热电阻温度计是利用金属导体的随温度变化而变化的特性来测温、分度号为Pt100是指温度为时，电阻值为。 10、使用热电偶温度计测温需考虑冷端温度补偿问题，常用的四种补偿方法 为、、和。 11、电位差计是根据原理工作的，是将被测电势与相比较，当 平衡后由读取。 12、自动电子电位差计与热电偶配套测温冷端温度补偿是利用桥路电阻实现的，它是一个 随温度变化的。 13、绝对误差在理论上是指仪表和被测量的之间的差值。工业上经常 将绝对误差折合到仪表测量范围的表示，称为。 14、测量物位仪表的种类按其工作原理主要有下列几类、、 、、、、和
。 15、热电偶测量元件是由两种不同的材料焊接而成，感受到被测温度一端 称。 16、检测仪表的组成基本上是由、、三部分组成。 17、在国际单位制中，压力的单位为，记作，称为符号 以表示，简称为。 18、在压力测量中，常有、、之分。 19、工业上所用的压力仪表指示值多数为，即和之差。 20、应用液柱测量压力的方法是以液体原理为基础的。一般是采用充有水或水 银等液体的、、进行压力测量的。 21、应用弹性变形测量压力常用的弹性元件有、、等。 当弹性元件在受到作用力作用时，会产生或 位移。 22、应用电测法测量压力是通过压力传感器直接将被测压力变换成、、 、等形式的信号来进行压力测量的。其主要类别有、 、、、、等。 23、霍尔式压力传感器是基于原理，利用霍尔元件将被测压力转换成为输出 的一种传感器，应用这种原理还可以制成检测其物理量，如、、、等传感器。 24、浮力式液位计是应用原理测量液位的。它是利用漂浮于液面上的反映 液位的变化；或利用浮子浮力随而变化。前者称为法，后者称为法。 25、电磁流量计是采用原理工作，其特点是能够测量、 、以及含有或的流量。 测量导管由制成。一般为、或某些具有高电阻率的。 26、温度测量范围甚广，测温仪表的种类也很多。按工作原理分有、、 以及等；按测量方式分有和两类。 自动检测技术及仪表学生姓名：学号： 1.仪表的检定方法可归纳成：示值比较法和标准物质法两种。 2.温标是一个量度温度的标尺；它规定了温度读数的起点（零点）和测温基本单位。 3.压力检测主要方法有：液柱式压力检测、弹性式压力检测、负荷式压力检测、电气 式压力检测。 4.当测量稳定压力时，最高压力不应超过量程上限的3/4 ；当测量脉动压力时，最高压力不应 超过量程上限的2/3 ；当测量高压压力时，最高压力不应超过量程上限的3/5 ；为了保证
自动检测技术及其应用期末考试试题(梁森等版本)
《自动检测技术》课程期末考试试题A 一、填空（本题共39分，每空1.5分） 1、传感器由 敏感元件 、 传感元件 、 测量转换电路 三部分组成。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 1.5 倍左右为宜。 3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为 +-1 ℃ ，当测量100℃ 时的示值相对误差为 +-1% 。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 NTC突变型 型热敏电阻。 X面 5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于 测量。 8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是 。 9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件 起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件 起来。 10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而 这一特性来测量温度的。 11、自动检测系统中常用的抗电磁干扰技术有 、 、 、 、 等。 12、金属电阻的 是金属电阻应变片工作的物理基础。 13、电磁干扰的形成必须同时具备的三项因素是 、 、 。 14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC 组成的电阻补偿网络，其目的是为了 。 1、在以二、选择题（本题共30分，每题2分） 下几种传感器当中 C 属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 2、 D 的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热电极的电导率 C、热端和冷端的温度 D、热端和冷端的温差 3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 B 。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 4、在仿式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用了 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 型机床当中利用电感 B 测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 B A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响 兼容性 6、C、减小非线性误差 D、提高电磁汽车衡所用的测力弹性敏感元件是 A 。 A、实心轴 B、弹簧管 C、悬臂梁 D、圆环 7、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 C 。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 D、提高灵敏度 8、考核C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 计算机的电磁兼容是否达标是指 C 。 A、计算机能在规定的电磁干扰环境中正常工作的能力 规定数值的电磁干扰 B、该计算机不产生超出 C、两者必须同时具备
自动检测技术与仪表_复习题
关于计算的部分复习题 1、用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为0.2级，量程为0～25Mpa的标准来检验一台精度等级为1.5级，量程为0～2.5Mpa的压力表？为什么？ 答：选用标准压力表来校准工业压力表时，首先两者的量程要相近，并且标准表的精度等级要高于被校准表的精度等级，至少要高一个等级。题中的标准表精度等级为0.2级，量程为0～25Mpa，则该标准表可能产生的最大绝对误差为 Δmax1=(25-0)×0.2%=0.05(Mpa) 被校准表的精度等级为1.5等级，量程为0～2.5Mpa，其可能产生的最大绝对误差为 Δmax2=(2.5-0)×1.2%=0.0375(Mpa) 显然，Δmax1＞Δmax2,这种选择是错误的，因为虽然标准表精度等级较高，但是它的量程太大，故不符合选择的原则。 2、有一块压力表，其正向可测到0.6MPa，负向可测到-0.1MPa。现只校验正向部分，其最大误差发生在0.3MPa处，即上行和下行时，标准压力表的指示值分别为0.305MPa和0.295MPa。问该压力表是否符合准确度等级为1.5级的要求？ 答：该压力表的量程为 0.6-（-0.1）=0.7（MPa） 测量误差为Δ上=0.305-0.3=0.005（MPa），Δ下=0.3-0.295=0.005（MPa）
压力表的基本误差为0.005MPa ，满刻度相对误差为 %5.1%714.0%1007 .0005 .0max ?=?= δ 3、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻 应变片R 1、R 2、R 3、R 4贴在等截面轴上。已知R 1、R 2、R 3、 R 4的标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V ，重物质量为m ， 其引起R 1、R 2变化增量为1.2Ω。 （1）画出应变片组成的电桥电路。 （2）计算测得的输出电压和电桥输出灵敏度。 （3）说明R 3、R 4起到的作用。 答：（1）应变片组成如右图所示的半桥电路。 V V R R E R R R R R R R R R E U o 01.01202.1222)()()(223341111=Ω Ω?=?=? ??????++-+?+?+= （2）12 /==?= E R R U K o U （3）R 3、R 4可以进行温度补偿。 4、铜电阻的电阻值R 与温度t 之间的关系为)1(0t R R t α+=，在不同温度下，测得铜电阻的电阻值（如下表）。请用最小二乘法求0℃时的铜电阻的电阻值0R 和铜电阻的电阻温度系数α。
自动检测技术及仪表试卷(5)
检测技术及仪表大学试卷 院系：专业：级：2006 学年学期 一、填空题（20%；每题2分。) 1.按误差数值表示的方法，误差可分为绝对误差、相对误差、引用误 差。 2.温标的三要素是指基准温度点、基准仪器、和插补公式。 3.单管压力计与U形管压力计相比，其读数误差可减小一半，其原因 是它只进行一次读数。 4.当测量稳定压力时，最高压力不应超过量程上限的3/4；当测量脉动压力 时，最高压力不应超过量程上限的2/3；当测量高压压力时，最高压力不应超过量程上限的3/5。 5.静压式液位计是根据流体的静压平衡原理工作的，它可分为压力 式和差压式两大类。 6.热电偶产生热电势的充要条件是：两种不同的电极材料和、两接点温度不 同。 7.当充满管道的流体流经节流装置时，流束将在缩口处发生足部收缩，从而 使流速增加，而静压力降低。 8.绝对零度是—273.16oC；水的三相点是273.16K或0.01oC； 水的冰点是273.15K或0oC；水的沸点是373.15K或100oC。 9.热导式气体分析仪测某气体浓度时，应满足的条件是：背景气体的导热系数要 基本相同和待测气体的导热系数和背景气体的导热系数有较大的差别。10.热磁式氧分析器是利用氧气是一种强顺磁性气体，以及氧气的磁化率与 温度平方成反比这一特性进行测量的。 二、判断题（(10%；每题1分；对的在括号内打，错的在括号内打╳。) 1.测量值小数点后的位数愈多，测量愈精确。(╳) 2.红外气体成分分析仪可测混合气体中任何组分的含量。() 3.当被测压力高于大气压时，被测压力引至单管压力计的盅形容器中去。(√)
4.用椭圆齿轮流量计测流量的过程中，同流体的流动形态即雷诺数有关。( ╳) 5.用电容式液位计测导电液的液位时，介电常数是不变的。液位变化，相当于电 极面积在变化。(√) 6.辐射式温度计测量值需经修正后才能得到实际温度。(√) 7.热电偶冷端温度补偿法中的计算修正法是根据中间导体定律来进行计算修正 的。（╳） 8.安装标准节流装置时其前后需有足够长的直管段。（√） 9.液位变化时，浮球式液位计浮球位置变化，因而可测出液位高低。（√） 10.选用仪表时得到某仪表的精度为1.33%，则应选仪表的精度等级为1.0级。（√） 三、选择题（10%；每题2分；把正确答案填在括号内。) 1.仪表的精度级别指的是仪表的：( C ) A.基本误差； B.最大误差； C.基本误差的最大允许误差。 2.转子流量计中的流体流动方向是：( B ) A.自上而下； B.自下而上； C.自上而下或自下而上都可以。 3.补偿导线的正确敷设，应从热电偶起敷到（C）为止。 A.就地接线盒； B.仪表盘端子板； C.与冷端温度补偿装置同温的地方。 4．用压力法测量开口容器液位时，液位高低取决于：（B） A、取压点位置和容器横截面； B、取压点位置和介质密度； C、介质密度和容器横截面。 5．用热电偶与带冷端温度补偿的仪表配套测温度时，如果热端温度升高2℃，室温（冷端温度）下降2℃，则仪表的指示（A ）。 A.升高2℃； B.升高4℃； C.保持不变。 四、简答题（24%；每题6分。）
检测技术及仪表课程设计报告
检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法
和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
自动检测技术与装置复习资料
自动检测技术与装置复习大纲 一、检测技术的基本知识 检测仪表的基本组成；仪表的检测范围、量程及误差；检测仪表的基本性能（精度、变差、灵敏度及线性度） 检测仪表的组成：传感器+变送放大机构+显示器 仪表的工作条件： 参比工作条件：仪表校验、标定的环境条件 附加误差 A 、绝对误差：△X=X －X 0 （ X ：仪表示值 X0：标准值） B 、相对误差： C 、相对百分误差： 例子：某温度计检测范围是0~200℃，测100 ℃时显示是110 ℃ ，测10 ℃时显示是20 ℃ 。 △X 1=10 ℃ △X 2=10 ℃ Δ引=±5% δ1=10% δ2=100% 检测仪表的性能指标 1、精度：反映仪表检测精密和准确程度的指标。 表示方法：根据仪表的相对百分误差，去掉“±”号与“%”号后的数值。（规范化：形成精度等级） 我国仪表常用的精度等级 ： 0.005 0.01 0.02 0.04 0.05 0.1 0.25 0.35 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0 5.0 一级标准精度 二级标准精度 工业用表精度 a 、仪表精度的确定： （例1） 结论：将计算结果往大近靠。 例1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。 解:该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测 %1000??=X X δ%100min max max ?-?±=X X X 引δ%8.0%100200-7004δ+=×+=
化工仪表与自动化考试试题汇总及答案
《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通道 的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用 什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号范围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号范围是0~10mA。 二、综合题（54分） 1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统 中如何选择执行器类型？举例说明。 答：
在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ ?冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 ?计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） ?仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 ?补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。 ?补偿热电偶：用与测量热电偶同型号的热电偶进行补偿，用于多支热电偶。 3、（10分）控制器输入偏差是阶跃信号（见下图），请根据已知参数， 画出P、PI的输出响应曲线。 （1）P输出，已知：比例度δ=50% （2）PI输出，已知：比例度δ=100% 积分时间Ti=1分 答：
《现代检测技术及仪表》第2版习题解答(孙传友编)
严正声明：孙传友是高等教育出版社出版的《现代检测技术及仪表》第1版和第2版教材及其习题解答的唯一著作权人。该教材的习题解答仅供读者和网友下载阅读。任何其他人将该习题解答的内容冠以其他文档名称以自的己名义在任何网站发布，都侵犯了作者的著作权，如不自行删除，必将承担侵权的后果和法律责任。 《现代检测技术及仪表》第2版习题解答 孙传友编 第1章 1-1答： 钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。如果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。仪器工业是信息工业的重要组成部分。 1-2答： 同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性： 1、便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。 2、电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。 3、把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。 4、把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。 1-3答： 各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。尽管各种仪器仪表的型号、原理和用途不同，但都由三大必要的部分组成：信息获取部分、信息处理部分、信息显示部分。从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产物。 1-4答： “能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”叫做传感器。能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)的装置或器件，叫做敏感器。如果把传感器称为变换器，那么敏感器则可称作预变换器。敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而不是象传感器那样把非电量转换成电量。 1-5答：
过程检测技术及仪表习题
绪言 练习与思考 1．简述过程检测技术发展的起源？ 2．过程检测技术当前的主流技术和主要应用场合？ 3．请谈谈过程检测技术的发展方向是什么？ 4．谈谈你所知道的检测仪表？ 5．你认为过程检测技术及仪表与传感技术的关系是怎么样的？ 第一章 练习与思考 1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？ 2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？ 3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？ 4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？ 5．开环结构设表的灵敏度1 n i i S S ==∏，相对误差1 n i i δ δ==∑。请考虑图1—4所示闭环 结构仪表的灵敏度1 f S S （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ- （f δ为反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。 提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。 6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况： （1）各环节精度相差不多； （2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。 问该检测系统总误差如何计算？ 7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？ 8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精度？ 9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下：
试求检测过程中可能出现的最大误差？ 10．求用下列手动平衡电桥测量热电阻x R 的绝对误差和相对误差。设电源E 和检流计D 引起的误差可忽略不计。已知：10x R =Ω，2100R =Ω，100N R =Ω， 31000R =Ω，各桥臂电阻可能误差为20.1R ?=Ω，0.01N R ?=Ω，31R ?=Ω（如图 1— 23所示）。 11．某测量仪表中的分压器有五挡。总电阻R 要求能精确地保持11111Ω，且其相对误差小于0.01％，问各电阻的误差如何分配？图中各电阻值如下： 110000R =Ω，21000R =Ω，3100R =Ω，410R =Ω，51R =Ω（如图 1—24所示）。 12．贮罐内液体质量的检测，常采用测量贮罐内液面高度h ，然后乘以贮罐截面积A ，再乘以液体密度ρ，就可求得贮罐内液体质量储量，即M hA ρ=。但采用该法测量M 时，随着环境温度的变化，液体密度ρ也将随着变化，这就需要不断校正，否则将产生系统误差。试设计一种检测方法，可自动消除（补偿）该系统误差。
自控仪表试题与答案
自控仪表 重点复习题及参考答案 一、填空题 1.成品油管道常用的压力仪表有(压力开关) (压力变送器) (差压变送器) (压力表) (差压表) 2.从大的方面来看，成品油管道常有的阀门执行机构有 (电动执行机构 ) (电液执行机 构) 3.压力变送器是将压力信号转换为标准 ( 电流信号)或(电压信号)的仪表。 4.压力或差压变送器既具有就地显示功能也有远传功能,从压力传感器将压力转换成电量 的途径来看,主要有电容式、电感式、电阻式等。在长输管道中应用较为广泛的是(电容式）压力传感器。 5.压力开关是一种借助弹性元件受压后产生（位移）以驱使微动开关工作的压力控制仪表。 6.双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的（测温元件） 7.热电偶温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为（热电势）进行温度测量的测温仪 表。 8.热电阻是利用导体在温度变化时本身（电阻）也随着发生相应变化的特性来测量温度的。 9.涡轮式流量计是一种（速度）式流量计。 10.管道凸出物和弯道的局部阻力对液体流动稳定性影响很大，所以，在流量计节流孔板前 后必须留有适当长度（直管段） 11.转子流量计是属于（恒压）降流量计。 12.在使用过程中，当DBB阀门出现过扭矩时作为输油站的操作人员处理的基本方法是：(进 行排污处理)。 13.开关型球阀在使用时，要么（全开），要么（全关），不能打在（中间位），否则会损坏球 面，造成阀体内漏。 14.使用压力开关的目的主要是为了进行实现（联锁报警） 15.流量计的种类很多，有容积式流量计、节流式流量计、动压式流量计、变面积式流量计、 （叶轮式流量计）、（振动式流量计）、（电磁流量计）、（超声波流量计）、（量热式流量计）、（质量流量计）等。 16.密度计的测量原理多种多样，其中智能化程度较高、测量精度较高、测量方式较先进、 运行较稳定的密度计主要有：(在线同位素密度计)、(振动式密度计)等。 17.为了保证仪表的安全运行和仪表精度，仪表系统的接地电阻必须小于( 4 )欧姆。 18.在自控系统中，仪表位号首位为F代表(流量)，D代表 (密度) 19.磁致伸缩液位计要调试的主要参数有：(量程上线)、(量程下线)、(偏差值)。 20.超声波液位计检测时存在500mm左右的死区，调试超声波液位计时，必须把量程上限设 定值比被测罐或池的高度少500 mm，这样才能准确的检测液位。 21.超声波流量计油一对或多对传感器，为了能够准确的测试流量，每一个传感器的发射部 位需要加上（偶合剂）。 22.涡轮流量变送器应（水平）安装。 23.超声波流量计的检测精度与介质的（粘度）有关。 24.按照工作原理压力开关可分为（位移式）（力平衡式） 25.管道上常用的液位计有（差压式液位计）、（伺服液位计）、（磁致伸缩液位计）、（超声波 液位计） 26.利用超声波测量流量计的原理主要有（时差法）、（多普勒法）。
自动检测技术及仪表控制系统课后习题及复习资料 (2)
=+平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间 1基本知识引论 1、测量范围、测量上、下限及量程 测量范围：仪器按照规定的精度进行测量的被测变量的范围 测量下限：测量范围的最小值 测量上限：测量范围的最大值 量程:量程=测量上限值—测量下限值 1.２．３灵敏度：被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比 灵敏度Y U ?= ? 1。2.4误差 绝对误差：?max δ 绝对误差 = 示值-约定真值 相对误差:δ 相对误差(％)= 绝对误差/约定真值 引用误差:max δ 引用误差（％)= 绝对误差/量程 最大引用误差: 最大引用误差（％) = 最大绝对误差/量程 允许误差: 最大引用误差≤允许误差 1.2。5精确度 仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量。精确度划分为若干等级，简称精度等级，精度等级的数字越小,精度越高 1。2。8可靠度： 衡量仪表能够正常工作并发挥其同能的程度 课后习题 1.１检测及仪表在控制系统中起什么作用,两者关系如何? 检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件,它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。 关系:二者紧密相关，相辅相成,是控制系统的重要基础 １。2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用? 被控——检测单元—-变送单元——显示单元——操作人员 对象——执行单元-—调节单元—
作用:被控对象：是控制系统的核心 检测单元:是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。 变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。变：将各种参数转变成相应的统一标准信号;送:以供显示或下一步调整控制用。 显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来,供操作人员及时了解控制系统的变化情况。分为模拟式，数字式，图形式。 调节单元：将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例积分微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作,以实现对不同被测或被控参数的自动调节。执行单元:是控制系统实施控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行结构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现被控变量的调节作用。 1。4 什么是仪表的测量范围,上下限和量程?彼此有什么关系? 测量范围:是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围. 上下限:测量范围的最小值和最大值． 量程:用来表示仪表测量范围的大小。 关系：量程=测量上限值—测量下限值 1。６什么是仪表的灵敏度和分辨率?两者存在什么关系? 灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度。 分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量,又称仪表灵敏限. 关系:分辨率是灵敏度的一种反应,一般说仪器的灵敏度高，则分辨率同样也高。 ４温度检测 ４．1 测温方法及温标 4.1．1测温原理及方法 原理：通过温度敏感元件与被测对象的热交换,测量相关的物理量,即可确定被测对象的温度。 方法:接触式测温：传热和对流需要较好的热接触由于测量环境特点，对温度敏感元件的结构和性能要求高 非接触式测温：热辐射特点:测温响应快,对被测对象干扰小,可测量高温、运动的被测对象。 4.１。2 温标 9 tF=32+tC 5 表4-1 ℃ t()=T-273.15 k 国际温标由定义固定点、内插标准仪器和内插公式三部分组成。 ４.２接触式测温 4.２.1 热电偶测温 1.特点:测温范围宽，性能稳定，有足够的的测量精度,结构简单,动态效应好,输出为电信号,可远传,便于集中监测和自动控制。 2．原理:基于热电效应，即将两种不同的导体或半导体练成闭合回路,当两个接点处
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