《过程控制理及应用》阶段练习题—3

《过程控制原理及应用》阶段练习题—3
第三章 过程检测技术
3.1 检定一只量程为5A 的电流表，结果如下：
（1）试求仪表各示值的绝对误差﹑ 实际相对误差﹑示值相对误差和引用误
差。

（2）确定仪表的精度等级。

解：（1）取ΔI 为绝对误差， δI 为相对误差， δIr 为示值相对误差，q 为引用误
差。

相应各值如下表所示：
（2）由于 q max =q 1=2.0 因此该仪表的精度等级为2。

3.2 某台测温仪表的测温范围为0~500℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±3℃。

试确定该仪表的精度等级。

解：该仪表的最大引用误差为：
国家规定的精度等级中没有0.6级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，故该台仪表的精度等级应为1.0级。

3.3 现有精度等级为1.5级，2.0级各2.5级的三块仪表，测量范围分别为0~ 100 ℃，-50~550 ℃和-100~500 ℃。

现需测量500 ℃左右的温度，要求测量的相对误差不超过2.5%，选用哪块仪表比较合适？
%6.0500
3
%100max max ±=±=⨯∆=
N x δ
解 ： 测量所允许的最大误差为
Δt max =500×2.5%=12.5℃
1.5级仪表测量范围上限只有100 ℃，直接排除之。

2.0级仪表所允许的最大误差为
Δt max,2=（550+50）×2.0%=12℃
2.5级仪表所允许的最大误差为
Δt max,3=（500+100）×2.5%=15℃
故只有2.0级满足Δt max,2＜Δt max 的情况。

因此，测量500℃左右的温度，应选2.0级量程是-50~550 ℃的仪表。

3.4 已知被测压力在范围0.7~1MP 内波动，要求测量的绝对误差不得超过
0.02MPa ，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。

可供选用的压力计量程系列为：0~0.6MPa ；0~1MPa ；0~1.6MPa ； 0~2.5MPa. 解：因为压力有波动，故仪表上限应大于最大工作压力的3/2，即
MPa N 5.1)2/3(1=⨯>
为了满足测量精度的要求，被测压力的最小值不应低于满量程的1/3，即
MPa N 1.237.0=⨯<
故应选择量程范围为0~1.6MPa 的压力表。

工艺允许的引用误差最大值为：
%25.1%1006
.102
.0=⨯=
允δ 故应选择精度等级为1.5级的压力计。

3.5简述弹簧管式压力计的工作原理。

答：弹簧管式压力计主要是由压力感受元件和放大指示机构构成，其中压力感受元件是一根弯曲成约270°圆弧的扁圆形或椭圆形截面的空心金属管；放大指示机构是由拉杆、齿轮以及指针组成。

当通入被测压力后，扁圆或椭圆形截面的弹簧管有变圆的趋势，并迫使弹簧管的自由端发生相应的弹性变形，这个变形借助于拉杆，经齿轮传动机构予以放大，最终由固定于小齿轮上的指针将被测值在刻度盘上指示出来。

在弹性范围内，弹簧管自由端的位移与被测压力近似成线性关系，因此通过测量自由端的位移可直接测得相应的被测压力的大小。

3.6 如何选择压力测量仪表？
答：压力测量仪表的选用主要考虑以下三个方面：仪表类型、仪表量程范围和仪表精度。

仪表类型的选择主要考虑被测介质的性质、现场工作环境以及是否有特殊要求（如是否需要信号远传，自动记录或报警）；仪表量程是根据被测压力的大小来确定；仪表精度根据生产上所允许的最大测量误差来确定。

3.7 热电偶测温仪表是利用什么原理来测温的？热电偶测温为什么要进行冷端温度补偿，冷端温度补偿的方法有几种？
答：热电偶测温仪表是利用热电效应原理来测温的。

由两种不同的导体组成闭合回路时，如果两接触点的温度不同，回路中将产生热电动势，该热电动势与导体材料和两接触点的温度有关。

当两种导体材料固定以后，如果一个接触点的温度为已知，另一接触点的温度即可由热电动势算出。

因此，测出回路的热电动势，即可得到另一接触点的温度，即待测温度。

热电偶测温是将一端温度，即冷端温度作为恒定值。

在实际应用过程中，冷端温度大多是变化的，从而给测量带来误差。

为了保证测量的准确性，就需要对冷端温度进行补偿，使热电偶的冷端温度保持恒定。

常用的冷端温度补偿的方法有恒温法、示值修正法、补偿电桥法等。

3.8 热电阻测温仪表是利用什么原理来测温的？常用的热电阻有哪些？
答：热电阻测温仪表是利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的性质来测量温度的。

常用的热电阻主要有铂热电阻、铜热电阻和镍热电阻。

3.9 试比较节流装置与转子流量计在工作原理上的异同点。

答：转子流量计和节流装置都是利用管道面积变化从而产生压差的原理来测量流量的。

但转子流量计是依据恒压降变节流面积来测量流量的，而节流装置则是依据恒节流面积﹑变压降来测量流量的。

3.10 压差式流量计由哪几部分组成？它利用什么原理来测量流量？
答：压差式流量计由节流装置、引压导管、压差变送器和二次仪表组成。

压差式流量计是利用节流原理来测量流量的。

当流体在管道中流动，经过节流装置时，由于截面积突然缩小，因而流速增加，静压减小，在节流装置的前后
就产生了一定的压差。

压差的大小与流量有关，测量这个压差的大小即可以得到流量的大小。

第四章过程控制装置
4.1简述变送器在控制系统中的作用。

答：用于将被测参数如压力、温度、流量、液位等物理量变换为统一标准信号（如4～20 mA直流电流），并将此信号送给显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。

4.2 DDZ－Ⅲ型差压变送器主要由哪几部分组成？简述其工作过程。

答：主要由测量部分(即输入转换部分)、放大器和反馈部分组成。

其工作过程如下：被测差压信号p1、p2被送入测量膜片3两侧的正、负压室，作用于测量膜片上，两者之差即为被测差压Δp i，测量膜片将其转换成作用于主杠杆5下端的输入力F i，使主杠杆以轴封膜片4为支点而偏转，并以力F1沿水平方向推动矢量机构8。

矢量机构8将推力F1分解成F2和F3。

F2使矢量机构的推板向上偏转，并通过连接簧片带动副杠杆14以支点M逆时针偏转，使固定在副杠杆上的差动变压器13的衔铁12（位移检测片）靠近差动变压器13，产生位移变化。

差动变压器的两点之间距离的变化量再通过低频位移检测放大器15转换并放大为4～20 mA直流电流I0，作为变送器的输出信号；同时该电流又流过电磁反馈装置的反馈动16，产生电磁反馈力F f，使副杠杆顺时针偏转。

当输入力与反馈力对杠杆系统所产生的力矩M i、M f达到平衡时，变送器便达到一个新的稳定状态。

此时低频位移检测放大器的输出电流I0便反映了所测差压Δp i的大小。

4.3 DDZ-Ⅲ型温度变送器为什么线性化措施？热电偶温度变送器是怎样实现
线性化的？
答：由于热电偶是非线性的，而温度变送器放大回路是线性的，若将热电偶的热电势直接接到变送器的放大回路，则温度t与变送器的输出电压V0之间是非线性的，为了使两者之间保持线性关系，以便显示及控制，特别是便于和计算机控制配合，因此DDZ-Ⅲ型温度变送器要采用线性化措施。

热电偶温度变送器是由热电偶输入回路和放大回路两部分组成，为了得到线
性关系，必须使放大回路具有非线性，这一般是采用反馈电路非线性实现的。

由温度变送器的传递函数W （s ）=W 1(s)W 2(s)，其中因变送器放大回路放大器的放大系数K 很大，故放大回路的传递函数可以认为等于反馈电路的传递函数W f （S ）的倒数，即W （s ）≈)
()(1s W s W f 。

上式说明，欲使热电偶输入的温度变送器保持线性，
就要使反馈电路的特性曲线与热电偶的特性曲线相同，即热电偶温度变送器是通过使变送器放大回路的反馈电路输入与输出特性模拟成热电偶的非线性特性关系，从而实现线性化的。