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1ni i S S ==∏，相对误差1nii δδ==∑。

请考虑图1—4所示闭环结构仪表的灵敏度1fS 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。

第二章练习与思考1．什么叫温标？什么叫国际实用温标？请简要说明ITS-90的主要内容。

2．试比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同（可以从原理、系统组成和应用场合三方面来考虑）？3．用测温件热电偶或热电阻构成测温仪表（系统）测量温度时，应各自注意哪些问题？4．如图2—11，已知热电偶的分度号为K型，在工作时，自由端温度030ot C，今测得热电势为38．560mV，求工作端的温度是多少？5．简要说明选择压力检测仪表主要应考虑哪些问题？6．某台空压机的缓冲器，其正常工作压力范围为1．1~1．6MPa，工艺要求就地指示压力，并要求测量误差不大于被测压力的±5％，试选择一块合适的压力表（类型、示值范围、精度等级），并说明理由。

7.简述下图所示的弹簧管压力计的工作原理？8．一台电子自动测温计，精度等级为0.5级，测量范围为0～300℃，经校验发现最大绝对误差为4℃，问该表合格吗？若不合格，应定为几级？9．某空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为1.2~1.5MPa，工艺要求就地观察罐内压力，且测量误差不得大于罐内压力的0.5%±，试选用一个合格的压力表（指明类型，量程，精度等级）。

10.测温计的精度等级为2.5级，测量范围为0～600℃，经校验发现最大绝对误差为8℃，问该表合格吗？若不合格，应定为几级？11.用400Kpa 标准压力表来检验250Kpa 的1.5级压力表，问标准压力表应该选何级精度？12.用600Kpa 标准压力表来检验150Kpa 的0.5级压力表，标准压力表应该如何确定精度？13.某空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为1.0~1.5MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，且测量误差不得大于罐内压力的0.5%±，试选用一个合格的压力表。

14．在下述检测液位的仪表中，受被测液位密度影响的有哪几种？并说明原因： （1）玻璃液位计； （2）浮力式液位计； （3）差压式液位计； （4）电容式液位计； （5）超声波液位计； （6）射线式液位计。

15．如图2－101所示是用双法兰式差压变送器测量密闭容器中有结晶性液体的液位。

已知被测液位的密度31200kg m ρ=，液位变化范围H=0~950mm ，变送器的正负压法兰中心线距离01800H mm =，变送器毛细管硅油密度31950kg m ρ=，试确定变送器的量程和迁移量。

17．当实际流量小于仪表量程比规定的最小流量时，会产生什么情况？请举例说明。

18．试设计计算采用角接取压的标准孔扳，并配用电动差压变送器，已知条件如下：（1）被测介质为空气； （2）最大流量322000v q m h =； （3）工作压力p=0.5Mpa （表压）； （4）工作温度100o t C =； （5）相对湿度0ϕ=；（6）管道直径20D =350mm ，材料为20号钢管； （7）压力损失及敷设条件无要求。

19．在你学习到的各种流量检测方法中，请指出那些测量结果受被测流体的密度影响？为什么？20．有一台用来测量液体流量的转子流量计，其转子材料是耐酸不锈钢（密度37900f kg m ρ=），用于测量密度为3750kg m 的介质，当仪表读数为35.0m h 时，被测介质的实际流量为多少？21．有一台电动差压变送器配标准孔板测量流量，差压变送器的量程为16kPa ，输出为4~20mA ，对应的流量为0~50t h 。

工艺要求在40t h 时报警。

问： （1）差压变送器不带开方器时，报警值设定在多少mA ？ （2）带开方器时，报警值又设定在多少mA ？22.如图所示的液位系统，当用差压法测量时，其量程和迁移量是多少？应如何迁移？实际可测量范围是多少？已知：31231200/, 1.5,0.5, 1.2, 3.4kg m H m h m h m h m ρ=====24.根据下图所示的流量系数 与雷诺数Re的关系，分析为什么由标准节流件构成的流量计的量程比通常为3:1？25．简述热磁式气体分析仪的组成及各组成部分的功能？26. 简述热导式气体分析仪的组成及各组成部分的功能？27.请比较热导式气体分析仪和热磁式气体分析仪在检测原理上的异同点。

28．什么叫干扰组分？29．使用热导式气体分析仪、热磁式气体分析仪和红外线气体分析仪时应如何克服或减小干扰组分的影响？30．氧化锆氧量分析仪在实际使用一段时间后发现指示值始终指示在最大位置（21%），你认为可能是什么原因引起的？31．用色谱仪分析双组分混合物，测得甲、乙两组分色谱峰（对称峰）数据及灵敏度值如下表，求各组分含量及两个谱峰的分辩力为多少（设走纸速度为1cm s）32.有一台电压表，其量程范围为0－100V，当采用该台仪表及标准表同时进行电压检测时，测得的数据如下：试确定该台电压表的精度等级。

第三章练习与思考1．举例说明信号变换有哪几种基本形式？2．差动式变换和参比式变换各有什么特点？3．为什么闭环结构的平衡式仪表较开环结构的简单直接变换式仪表反应速度快、线性好、精度高；但稳定性较差，灵敏度降低，结构复杂，试从理论上分析之。

4．有差随动式变换仪表与无差随动式变换仪表在结构形式和特性方面有何不同？5．在不平衡电桥设计时要注意哪些问题？6．请设计一个单臂工作的电桥，其中敏感元件的电阻变化范围为100~142 电阻的允许耗散功率为 3.6mW。

要求电桥的输出电压与电阻的变化量之间的非线性误差小于10％，同时使电桥的输出电压尽可能高。

求桥臂上各电阻值、电源电压，并给出电桥的输出电压范围。

7．在6题中，若要求电桥有最大的输出自压，则又如何设计该电桥，并求出相应的电桥输出电压。

8．信号变换是过程检测系统中的一个重要环节。

（1）试从结构形式和变换特点上简要说明信号的差动式变换与参比式变换的工作原理；（2）在某过程检测系统中，如果要求同时减小环境等因素对转换元件和敏感元件的干扰，改善系统的非线性，应该怎样设计该系统的信号变换部分。

9．在力矩平衡式差压变送器中，采用负反馈形式来降低整个仪表的非线性程度；而在氧化锆氧量变送器中应用反对数放大器使变送器的输出与被测气体的氧含量成线性关系。

你认为还有别的减小或消除仪表或检测系统的非线性影的N方法吗？10.简述如图所示的无差随动式温度检测仪表的工作原理？11．设计一个流量检测系统，要求信号变换采用平衡式变换。

（1）简述设计原理，并绘出原理框图；（2）绘制出检测系统的示意图（简图），指出所选用的敏感元件、转换元件、转换电路和显示仪表等，并进行简要分析。

12．差压变送器是流量检测系统中进行信号变换的常用装置，下图是它的结构图。

差压变送器的结构图（1膜片，2簧片，3杠杆，4检测片，5检测线圈，6反馈线圈，7放大器）1）简述该差压变送器如何实现有差随动变换？2）设计一个流量检测系统，要求：给出系统构成的示意图（简图）且标出各个环节所用的元件名称，并对系统的工作过程进行简要分析。

13．结合图，简述节流式流量检测的原理？试设计一个节流式流量检测系统，要求：给出系统构成的示意图（简图）且标出各个环节所用的元件名称，并对系统的工作过程进行简要分析。

流体流经节流件时压力和流速的变化情况图。