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

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：传感器电阻变化值与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：可广泛应用于温度测量、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，在实际应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

强测温传热器与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与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？它可以应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与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，这个位移大小与压力有关。（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与压力的关系表示。

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与压力的关系，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