化工仪表与自动化第五版第三章作业及答案

第三章1．什么是真值？什么是约定真值？相对真值？答：真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。

所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。

约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。

实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。

相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3~1/20时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。

2．什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差?有何区别?答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。

仪表在制造厂出厂前，都要在规定的条件下进行校验。

规定条件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等。

仪表的基本误差是仪表本身所固有的，它与仪表的结构原理，元器件质量和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。

使用仪表测量参数时，测量的结果不可能绝对准确。

这不仅因为仪表本身有基本误差，而且还因为从开始测量到最后读数，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差。

所以在很多情况下，仪表的显示数值与标准值(真实值)之间存在着一个差值，这个差值称为测量误差。

通常情况下，仪表的测量误差大于基本误差，因为测量过程还产生-二些附加误差。

附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。

如电源波动附加误差，温度附加误差等。

3．什么是仪表的反应时间?用什么方法表示?答：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。

反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质指标。

反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。

反应时间的表示方法有两种。

(1)当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值。

仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间，即为反应时间。

(2)用变化到新稳态值的95％所用的时间来表示反应时间。

4．什么是压力?它的法定计量单位是什么?答：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力。

它的法定计量单位是帕斯卡(简称帕)，符号为P a 。

1Pa 就是1牛顿(N)的力作用在1平方米(2m )面积上所产生的压力，即 1pa=1222211sm kg m s m kg m N ⋅=⋅⋅=- 1Mpa=1000kpa=610pa5．写出其他压力单位与法定压力单位Pa(帕斯卡)之间的换算关系。

答：1毫米水柱(mm O H 2)一9．806375Pa ≈9．81Pa1工程大气压(kgf ／2cm )一9．80665×410Pa ≈9．81×410Pa1物理大气压(atm)一101325Pa ≈1．0133×510Pa1巴(bar)=1000mbar=510Pa6．什么叫绝对压力、表压及真空度?它们的相互关系是怎样的?答：绝对压力 绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

表压力 当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。

真空度当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图3—1所示。

7．弹性压力表有哪些弹性元件?各有什么用途?答：弹性压力表是压力测量中最广泛应用的一种仪表，它是根据各种弹性元件在被测介质压力作用下产生弹性变形的大小来测量压力的。

常用的弹性元件’有下列六种：单圈弹簧管、多圈弹簧管、(以上两种是测高压、中压、低压用的)、波纹膜片、膜盒、挠性膜片、波纹管(上述四种是测微压和低压用的)。

8．试述弹簧管压力表的基本工作原理。

答：弹簧管压力表是利用弹簧管在正压或负压的作用下，自由端产生位移，带动传动机构使指针偏转，从而指示出压力值的。

9．霍尔压力传感器是怎样工作的?它为什么能将压力的变化线性地转换成霍尔电势?答：霍尔压力传感器是利用弹性元件的变形位移，然后再利用固接在弹性元件位移部分的霍尔片在磁场中移动，使通过霍尔片的磁感应强度发生变化，从而引起霍尔电势的变化而工作的。

它之所以能将压力的变化线性地转换成霍尔电势，是因为它将霍尔片放置在如图3—2所示的线性非均匀磁场中，霍尔片处于线性非均匀磁场的中间位置时，霍尔片左右两半所通过的磁通方向相反，大小相等，故在霍尔片左右两半产生的霍尔电势也是大小相等方向相反的，故导出端的总电势为零。

当霍尔片随弹性元件的变形位移而发生位移后，霍尔片左右两部分所通过的磁通不仅方向不同，且大小也不相等，故其电势导出端的总电势不再为零，其大小与霍尔片位移有线性关系(因该磁场采用了特殊形状的极靴，使磁感应强度的分布呈线性规律)。

这就是霍尔压力传感器能将压力的变化线性地转换成霍尔电势的原因。

10．什么叫应变片?如何用它来测量压力?答：应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘的基片上构成。

上面贴有覆盖片(即保护片)，电阻丝两端焊有较粗的铜丝作引线，以便与测量电路连接。

如图3—3所示。

应用时，先将应变片牢固地粘贴在试件表面，使其组合成一体，这样当试件受力产生变形时，应变片随同试件表面一起变形，．从而引起电阻变化，变化值和应变片粘贴的构件表面的应变成正比，最后通过测量电路和转换电路，输出相应的电压和电流。

应变片是一种重要的测量敏感元件，它有很多品种系列。

长的有几百毫米，短的只有0.2mm，有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案，可以用在高温、低温和其他各种场合，其用途主要在实验应力分析中测量应力，但也可以做成各种类型的传感器，如压力传感器、加速度计、线位移传感器等。

11．简述压阻式压力传感器的工作原理及特点。

答：压阻式压力传感器是基于单晶硅的压阻效应而工作的。

当压力变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。

它的特点是精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等。

更可适应于恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。

12．什么是两线制?两线制有什么优点?答：两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线即是电源线，又是信号线。

与四线制(两根电源线，两根信号线)相比，两线制的优点是：(1)可节省大量电缆线和安装费用；(2)有利于安全防爆。

13．什么叫智能检测仪表?它有什么特点?答：智能检测仪表就是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的仪 表。

例如，用带有温度补偿的电容传感器与微 处理器相结合，构成精度为0．1级的压力或差 压变送器，其量程范围为100 :1，时间常数在 0~36s 间可调，通过手持通信器，可对1500m 之内的现场变送器进行工作参数的设定、量程 调整以及向变送器加入信息数据。

智能型变送器的特点是：(1)可进行远程通信，利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择与标定，(2)精确度高，使用与维修方便I(3)通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能，因而提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程；(4)使变送器与计算机、控制系统直接对话I(5)长期稳定工作能力强，每五年才需校验一次。

14．什么叫流量和总量?有哪几种表示方法?互相之间的关系是什么?答：流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量，即瞬时流量。

总量是在一段时间内流过管道的流体流量的总和。

流量分体积流量、质量流量。

单位时间内流过的流体以体积表示的，称为体积流量，常以Q 表示。

单位时间内流过的流体以质量表示的，称为质量流量，常以M 表示。

它们之间的关系是：ρρMQ Q M ==或式中ρ——流体的密度。

15．什么是节流现象?标准的节流体有哪几种?应用最广泛的是哪种?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处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。

标准的节流件有三种：标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。

应用最广泛的是标准孔板。

它已有100多年的历史，至今它是世界上应用最广，最成熟，测量较准确的测量工具。

16．试简述涡轮流量计的测量过程及其特点。

答：涡轮流量计是先将流体的流速(流量)转换为安装在管道内的涡轮的转速，然后通过磁电感应转换器将其转换为相应电信号的频率来进行测量的。

涡轮流量计的特点是安装方便、测量精度高、可耐高压、响应快、可浈IJ 脉动信号、输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。

涡轮流量计的涡轮易磨损，因此一般应加过滤器。

为使流向比较平稳，其前后应保证有一定的直管段。

17．试简述电磁流量计的工作原理及其特点。

答：电磁流量计是基于电磁感应定律工作的。

它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的。

电磁流量计的特点有：（1)电磁流量计由于没有可动部件和插入管道的阻力件，没有使流体收缩和改变流体的流柬，所以压力损失小，也很少堵塞，对测量导电性液体是较为适用的。

另外，由于电磁流量计的衬里和电极是防腐的，所以也用来测量腐蚀性介质的流量。

(2)电磁流量计流速测量范围很宽(0.5～10m／s)，口径从1mm到2m以上，反应快、惰性小。

可用于测量脉动流体、双相流体以及灰浆等含固体颗粒的液体流量。

18．什么是漩涡流量计?简述其工作原理?答：漩涡流量计又称涡街流量计也叫卡曼涡街流量计。

它是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。

当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列，转向相反的涡列。

涡列的个数，即涡街频率，和流体的速度成正比。

因而通过测旋涡频率，就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。

19．试述物位测量的意义及目的。

答：通过物位的测量，可以正确获知容器设备中所储物料的体积或重量；监视或控制容器内的介质物位，使它保持在一定的工艺要求的高度，或对它的上、下限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料的平衡。

所以，一般测量物位有两种目的：一种是对物位测量的绝对值要求非常准确，借以确定容器或储存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量；另一种是对物位测量的相对值要求非常准确，要能迅速正确反映某一特定水准面上的物料相对变化，用以连续控制生产工艺过程，即利用物位仪表进行监视和控制。

20．根据工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型?它们的工作原理各是什么?答：按其工作原理主要有下列几种类型。

(1)直读式物位仪表这类仪表主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。

它们是利用连通器的原理工作的。

(2)差压式物位仪表这类仪表又可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。