热工仪表参考资料.docx

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热工仪表参考资料

冶金热工仪表试题

一、名词解释（6*3′=18′）

1.线性度：

仪表线性度又称非线性误差，是表示仪表实测输入输出特性曲线与理想线性输入输出特性曲线的偏离程度。

2.测量不确定度：

是表征合理地赋予被测量值的分散性并与测量结果相联系的参数。

3.光谱辐射力：

单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的在包含波长λ在内的单位波长内的能量。

4.流量：

流量是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时流量，通常情况下测定的流量大多是体积流量。

5.显示仪表：

接受检测元件输出信号，通过适当的处理和转换，以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。

6.电涡流效应：

是指当通过金属的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的电涡流。

电涡流的产生必然消耗一部分能量，是励磁线圈阻抗发生变化，称为涡流效应。

二、填空题（20*1′=20′）

1.取压口的位置表征标准孔板的取压方式，一般分为角接取压、法兰取压、径距取压、缩流取压和管接取压五中。

答案：

径距取压、缩流取压

2.热电偶的四大基本定律是:

均质材料定律、中间导体定律、中间温度定律和参考电极定律。

答案：

中间导体定律、中间温度定律

3.霍尔式压力传感器是由_压力-位移_转换部分、__位移-电势__转换部分和稳压电源等三部分组成。

答案：

压力-位移位移-电势

4.数字化设备是完成奖光学成像设备得到的___模拟电信号_转化为__数字信号_的电路元器件。

答案：

模拟电信号；数字信号。

5.检测仪表原则上都具有_传感器_、变送器、__显示仪_及传输通道这几个基本环节，从而实现信号的获取、转换、显示等功能。

答案：

传感器、显示仪

6.热电偶冷端温度处理常用的方法有：

冰点法、___计算法_、_冷端补偿器法__、补偿导线法。

答案：

计算法、冷端补偿器法

7.材料的电阻变化取决于_应变效应_和___压阻效应__，应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感原件。

答案：

应变效应、压阻效应

8.涡街频率检测法较多，主要的方法有电容检测法、_应力检测法__、____热敏检测法_、超声检测法。

答案应力检测法、热敏检测法

9.压力检测的基本方法有___弹性力平衡方法_、重力平衡方法、机械力平衡方法和___物性测量方法_。

答案：

弹性力平衡方法物性测量方法

10.所谓模-数转换（A/D）就是要把连续变化的模拟信号转变为___离散的数字信号_。

从其比较原理上来看，实现A/D的方法有直接比较型、__间接比较型_、复合型。

答案:

离散的数字信号；间接比较型

三、简答题（8*5′=40′）

1.温度计的选择原则？

答案：

（1）满足生产工艺对测温提出的要求；

（2）组成测温系统的各基本环节必须配套；

（3）注意仪表工作的环境；

（4）投资少且管理维护方便。

2.简述色谱仪的基本分析过程？

答案:

色谱仪的基本分析过程分为两步：

1.将混合在待测物质中的各种组分进行分离；2.将已经分离的各单一组分依次进行检测，输出按时间分布的幅值不同的一组峰状信号曲线（或色谱图），据此进行定性和定量分析。

3.数字式显示仪表的特点?

（1）准确度高，可避免视差。

（2）灵敏度高，相应速度快，而且不受输送距离的限制。

（3）量程和极性可以自动转换，因而量程范围宽，能直接读出测量值和累积值

（4）体积小，重量轻，易安装，可以在恶劣环境中工作

（5）其中的智能型数字式显示仪表，还有量程设定、报警参数设定、自动整定PID参数、仪表数据掉电保护、可编程逻辑控制等功能

4.自动平衡电桥与电子电位差计在外形结构上十分相似，许多基本部件完全相同。

但他们终究是不同用途的两种模拟式显示仪表，请问他们的主要区别在哪？

答：

（1）配用的感温元件不同;

（2）作用原理不同；

（3）感温元件与测量桥路的连接方式不同；

（4）电子电位差计的测量桥路具有对热电偶自由端温度进行自动补偿的功能，自动平衡电桥不存在这一问题。

5.常见的流量检测仪表分为哪两类，分别是依照什么计算流量的，并各举3例。

答案：

常见的流量检测仪表分为速度式流量计和容积式流量计；

速度式流量计是以测量流体在管内的流速来计算流量；

容积式流量计是以单位时间内根据所推出流体固定容积数作为测量依据来计算流量；

举例，速度式流量计：

节流式流量计，转子流量计，电磁流量计，涡轮流量计，涡街流量计，超声波流量计，靶式流量计，冲板式流量计，热式流量计

容积式流量计：

转轮式流量计，刮板式流量计，活塞式流量计，湿式气体流量计，皮囊式流量计等

6.测量的数据的处理包括哪几部分？

这几部分分别又包括哪几方面？

答：

测量的数据处理包括误差处理和数据变换两方面。

误差处理按照出现规律包括系统误差，随机误差，粗大误差三大类；

测量的数据的变换包括标度变换，转换，权函数。

7.为什么要对热电偶参比端的温度进行处理,常用的方法有几种?

答:

根据热电偶的测温原理，Eab（T，T0）=f（T）-f（T0）的关系式可看出，只有当参比端温度t0稳定不变且已知时，才能得到热电势E和被测温度t的单值函数关系。

此外，实际使用的热电偶分度表中热电势和温度的对应值是以t0=0℃为基础的，但在实际测温中由于环境和现场条件等原因，参比端温度t0往往不稳定，也不一定恰好等于0℃，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。

常用的方法有:

冰点法,计算法,冷端补偿器法,补偿导线法.

8.请简述什么是软仪表，软仪表的设计方法，并列举五种常用的软测量建模方法。

答：

以软测量技术为基础，实现软测量功能的实体称为软仪表，其设计方法有一下几个步骤：

辅助变量选择；测量数据的处理；软测量模型的建立；软测量模型的校正与维护。

常用的软测量建模方法有：

工艺机理分析、回归分析、状态估计、系统辨识、模式识别、人工神经网络、模糊数学、过程层析成像、相关分析、现代非线性信息处理（任选五个）。

四、计算题（6+8+8=22′）

1.现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为-100―500℃、－50―550℃、0―1000℃，现要测量500℃的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？

解绝对误差：

500×2.5%=12.5;

分别求的各个测温仪表的绝对误差：

对2.5级：

600×2.5%=15∴不合格

对2.0级:

600×2.0%=12∴合格

对1.5级：

1000×1.5%=15∴不合格

所以选2.0级的测温仪表。

2.一支镍铬—镍硅热电偶，在冷端温度为室温25℃时，测得热电势E（t,25）=17.537mv,试求热电偶所测得实际温度t为多少？

（已知E（20,0）=0.798mv,E（30,0）=1.203mv,E（40,0）=1.612mv;E（440,0）=18.091mv,E（450,0）=18.516mv,E（460,0）=18.941mv）

解：

由线性关系得：

E（25,0）=[E（30,0）−E（20，0）]÷10×5+0.798=1.0005mv

则由计算法中间温度定律得：

E（t，0）=E（t，25）+E（25,0）=18.538mv

再由线性关系得：

[E（450,0）+E（460,0）−E（450,0）]÷（460−450）=（18.941−18.516）÷10=0.0425mv/℃

E（t，0）−E（450,0）=18.538−18.516=0.022mv∴t=450℃+0.022÷0.0425=450.5℃

∴热电偶所测得实际温度t为450.5℃

3.如果某反映器最大压力为0.6Mpa，允许最大绝对误差为±0.02Mpa，现有一台测量范围为0~1.6Mpa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？

若采用一台测量范围为0~1.0Mpa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？

试说明其理由。

解：

（1）该压力表所允许的最大绝对误差为：

△max=±1.6*1.5%Mpa=±0.024Mpa

因为0.024>0.02

所以这台压力表不能符合工艺上的误差要求

（2）△max=±1.0*1.5%Mpa=±0.015Mpa

因为0.015<0.02

所以该压力表能符合误差要求

4.某贮罐内的压力变化范围为12—15Mpa，要求远传输显示，试选择一台DDZ-Ⅱ型压力变送器（包括准确度等级和量程），如果压力由12Mpa变化到15Mpa，问这时压力变送器的输出变化了多少？

如果附加迁移机构，问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度？

试举例说明之。

已知某厂生产的DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有：

0-10、16、25、60、100（Mpa）

精度等级均为0.5级，输出信号范围为0-10mA

解：

（1）根据仪表量程的选择原则：

压力仪表的上限值为：

15*3/2Mpa=22.5Mpa

初取0-25Mpa的压力仪表

又因为25*1/3=8.3Mpa<12Mpa

满足仪表量程的1/3大于被测压力的最小值

故选用精度等级为0.5级，测量氛围为0-25Mpa的压力仪表

（2）仪表的测量范围为0-25Mpa，输出信号范围为0-10mA

则：

（10-0）/（25-0）=0.4mA/Mpa

根据线性关系得：

（15-12）*0.4mA=1.2mA

故压力变送器的输出信号变化了1.2mA

（3）现在选用的是0-25Mpa的压力表

例如：

迁移7，则仪表量程变为7-32Mpa

0-16Mpa的仪表量程变为7-23Mpa，符合测量要求，所以进行正迁移后，仪表的量程变小，精度等级不变，可提高仪表的准确度和灵敏度

5.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液体，如图所示，已知被测液体的变化范围为0-3m,被测介质密度ρ=900kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3.变送器的安装尺寸为h1=1m,h2=4m,求变送器的测量范围，并判断零点迁移方向，计算迁移量，当法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时，问对测量有何影响？

解：

当不考虑迁移量时，变送器的测量范围应该根据液位的最大变化范围来计算，液位为3m时，其压差为：

△Pmax=Hρg=3*900*9.81=26487（pa）=26.487Kpa

经圆整后，测量范围可选0-30Kpa

根据图示，当液体高度为H时，差压变送器正压差所受的压力为P1为：

P1=P0+Hρg-h1ρ0g

负压差所受的压力P2为

P2=P0+（h2-h1）ρ0g

因此差压变送器所受的差压为：

△P=P1-P2=Hρg-h2ρ0g

由此可知，该差压变送器应进行负迁移其迁移量为h2ρ0g。

当差压变送器安装的高度改变时只要两个取压法兰间h2不变，其迁移量是不变的。

补题

一

1.亮度温度：

仪表按黑体的温度刻度，用这种刻度的亮度温度计去测量实际物体的温度时，所得到的温度示值叫做被测物体的“亮度温度”。

34页

2.热电现象：

两种不同的导体或半导体材料A和B组成，如果两个结合点处的温度T>T0,则回路中就会有电流产生，即回路中会有电动势存在，这种现象叫做热电效应。

17页

3.压阻效应：

当单晶半导体受到应力作用，其载流子迁移率发生变化，由于电阻率的变化而电阻也发生变化，这种现象即为压阻效应

55页

4.霍尔效应：

一块尺寸为L*b*d的半导体，在外加磁场B作用下，当有电流I流过时，运动电子受洛伦兹力的作用而偏向一侧，使该侧形成电子的积累，它对立的侧面由于电子浓度下降，出现正电荷。

这样，在两侧间面就行成了一个电场，产生的电场力将阻碍电子的继续偏移。

运动电子在受洛伦兹力的同时，又受电场力的作用，最后当这两个力作用相等时，电子的积累达到动态平衡，这时两侧之间建立电场，称霍尔电场，相应的电压称霍尔电势，该半导体器件称为霍尔片，上述这种现象称霍尔效应。

51页

5.涡街：

流体在流动过程中，遇到障碍物必然产生回流而形成漩涡。

在流体中垂直插入一根圆柱体（或三角柱体、立方体等）作为漩涡发生体，流体流过柱体，当流体速度高于一定值时，在柱体两侧就会产生两排交替出现的漩涡列，称为卡门涡街，简称涡街。

100页

6.干湿球温差效应：

在潮湿物体表面的水分蒸发而冷却的效应，冷却的程度取决于周围空气的相对湿度、大气压力以及风速。

如果大气压力和风速保持不变，相对湿度越高，潮湿物体表面的水分蒸发强度越小，潮湿物体表面温度与周围环境温度差就越小；反之，相对湿度低，水分蒸发强度就越大，干、湿球温差就越大。

165页

7.零点迁移：

调整差压变送器内部设置的零点迁移弹簧，改变弹簧的张力来抵消零点迁移量的作用力，称为零点迁移P112

二.

1.检测仪表的主要性能指标：

测量范围与量程、准确度与准确度等级、线性度、变差、重复性、分变率。

第3页

2.误差的分类：

系统误差、随机误差、粗大误差

3.热电阻的结构：

电阻体、绝缘套管、保护套管和接线盒组成P29

4.辐射温度计是根据原理，由组成。

5.霍尔式压力传感器组成：

压力—位移转换部分、位移—电势转换部分和稳压电源等三部分组成

6.质量流量计分类：

1 推导式质量流量计2直接式质量流量计3补偿式质量流量计P93

7.涡街频率检测方法：

1.电容检测法2.压力检测法3.热敏检测法4.超声检测法101页

8.微波物位计有哪些脉冲微波物位计、调频微波物位计、导波式微波物位计P119

9.转矩测量分类1.扭应力氏（包括电阻应变式、磁弹性式等）2.扭转角位移式（包括相位差式、振弦式等）两类P138

10工业酸度计组成

三.简答

1.红外线气体分析仪的组成及各部分的作用

组成是1光源2切光片与同步电机3滤光部分4测量室和参比室5检测室6危机系统

光源的作用是产生两束能量相等而又稳定的平行红外光速；

切光片在电动机带动下对光源发出的光辐射信号做周期性切割，将连续信号调成一定频率（一般为2-25Hz）的交变信号（一般为脉冲信号），以避免检测信号发生时间漂移；

滤光部分：

吸收或滤去干扰气体所对吸收峰的红外辐射能，去除干扰气体对测量的影响；

参比室内封入不吸收红外辐射的惰性气体，测量室则通入流动的被测气体

检测室的作用是用来接收从红外光源辐射出的红外线，并转化成电信号

危机系统的任务是将红外探测器的输出信号进行放大转成统一的直流电信号，并对信号进行分析处理，将分析结果显示出来，还可根据需要输出浓度极值和故障状态报警信号。

2.标度分类3种

3.仪表量程的选择：

为了保证压力仪表在安全的范围内可靠地工作，必须考虑可能发生的异常超压情况，仪表的量程由生产过程所需要测量的最大压力来决定。

1）.在被测压力比较平稳的情况下，压力仪表上限值应为被测最大压力的4/32）.在压力波动较大的测量场合，压力仪表上限值应为被测压力最大值的3/23）.为了保证测量准确度，被测压力的最小值应不低于仪表量程的1/34）有先满足最大压力工作条件5）目前我国出厂的压力（压差）仪表的量程系列：

（1.0、1.6、2.5、4.0、6.0）*10nPaP59

4.为什么要进行零点迁移？

四、四大定律证明。