1、檢測與自動化儀表試題答案第一章 緒論1典型檢測儀表控制系統：通常泛指石油、化工、熱工行業生產過程的工業四大參數：溫度、壓力、流量、物位的控制系統（TC、PC、FC、LC）。2無特殊條件要求，常規工業檢測儀表控制系統的結構圖基本相同，而與具體選用的儀表無關！3常規工業檢測儀表控制系統的基本構成包括被控對象、檢測敏感元件-變送器、顯示儀表、調節器、給定器和執行器等。4誤差公理：“一切測量都具有誤差，誤差自始至終存在于所有的科學實驗過程中”；采用何種儀表測得的值都有誤差5絕對誤差=示值-“真值”；絕對誤差必須有±號、數值、單位（量綱）！ 6實際相對誤差：；標稱相對誤差：。7引用誤差又稱作滿

2、度相對誤差：；最大引用誤差最大滿度相對誤差： 8儀表的精度（等級）一般以表示，是最大引用誤差去掉±號和（%）號后的數字，而且必須取相應的標準系列值；校驗儀表時取偏大值，選擇儀表時取偏小值；不同儀表的精度等級的系列標準值是不同的！9已知控制流程圖繪制控制系統結構圖10典型檢測儀表控制系統結構圖如下，簡單說明各個環節的名稱和功能。被控對象：檢測單元“一次儀表”：變送單元：非電量電量；電量“統一信號”顯示、記錄單元“二次儀表”調節、控制單元“三次儀表”執行單元安全柵11用測量范圍為-5015OkPa 的壓力傳感器測量 14OkPa 壓力時 , 傳感器測得值為142kPa, 求該示值的絕對誤

3、差、實際相對誤差、標稱相對誤差和引用誤差。 解：12某測溫儀表的測量范圍為-10070O，校驗該儀表時測得全量程內最大絕對誤差為+5，試確定該儀表的等級精度。解：13某測壓儀表的測量范圍為08MPa，根據工藝要求，測量示值的誤差不允許超過±0。05MPa，試問應如何選擇儀表的精度等級才能滿足工藝要求。解：14某測壓儀表的測量范圍為010MPa，精度等級為1。0級。試問：該儀表允許的最大絕對誤差是多少？若用標準壓力計校驗該壓力表，在校驗點為5MPa時，標準壓力計的讀數為5.08MPa，試問該被校驗儀表在這一點是否符合1.0級精度？為甚麼？解：MPa被校驗儀表在校驗點為5MPa時的引用誤

4、差：被校驗儀表在校驗點為5MPa時的絕對誤差：15.每個用于測量的儀表都用測量范圍，它是該儀表按規定的精度進行測量的被測變量的范圍。測量范圍的最小值和最大值分別為測量的下限值和上限值，簡稱儀表的下限和上限。16.儀表的量程可以用來表示測量范圍的大小，是其測量上限值和下限值的代數差。17.靈敏度是儀表對被測參數變化感知的靈敏程度，常以在被測參數變化時，經過足夠時間待儀表指示值達到穩定后，儀表輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比；例如：。18.儀表的分辨率：它是儀表輸出能夠響應和分辨的最小輸入量。第二章 誤差及測量不確定度1系統誤差：在一定的測量條件下，測量值中含有的固定不變的、或按一定規律變化

5、的誤差2隨機誤差：在同一測量條件下對同一被測量進行多次重復、等精度測量所產生的誤差，它們的絕對值和符號以不可預定方式變化的誤差；隨機誤差就某一單次測量而言是無規律的，但測量次數足夠多時，隨機誤差的總體服從統計規律；3等精度測量的隨機誤差：就某一單次測量而言是無規律的，但測量次數足夠多時，隨機誤差的總體服從統計規律；根據統計學原理，隨機誤差的統計規律：“四特性”有界性：單峰性：對稱性：抵償性： 4置信區間：定義為隨機變量的取值范圍，通常用正態分布的標準誤差的倍數表示，即，其中Z為置信系數。5置信概率：隨機變量在置信區間內取值的概率。6置信水平：表示隨機變量在置信區間以外取值的概率。7不等精度測量

6、的加權及其誤差：使用不同的方法對同一個未知量進行m組等精度測量，得到m組等精度測量數據；各組測量結果及誤差不能同等對待：可靠程度不一樣；用“權”或“權重”區分各組測量結果的可靠性和可信賴程度，以符號“”表示。8粗大誤差的檢驗與剔除：前提是設置一定的置信概率，查看可疑值是否在置信區間內；簡單檢驗法：先將可疑值除外，計算算術平均值、算術平均誤差，計算可疑值的殘余誤差，則這個可疑值應剔除格羅布斯檢驗方法（格羅布斯準則）：準則：肖維勒準則：為肖維勒系數，查表9求測量誤差的絕對值在或然誤差的3.5倍以內的概率。解：10求測量誤差的絕對值在或然誤差的2.5倍以內的概率。解：11求測量誤差的絕對值在或然誤差

7、的2.9倍以內的概率。12. 求測量誤差的絕對值在或然誤差的3倍以內的概率。解：13.銅電阻值與溫度的關系為,現在通過直接測量,已知20時的電阻值、電阻溫度系數，求銅電阻在時的電阻值及其標準誤差。置信概率皆為68.28%解： 電阻值 電阻值的標準誤差 各個直接測量量的偏導數 各個直接測量量的標準誤差 測量結果14有一組重復測量數據，用格羅布斯檢驗法剔除壞值。數據：160、171、243、192、153、186、163、189、195、178序號測量值殘差殘差方殘差殘差方1160-23529-16.33266.672171-12144-5.3328.413243603600-419298115.

8、67245.445153-30900-23.23544.296186399.6793.517163-20400-13.33177.69818963612.67160.5391951214418.67348.5710178-5251.672.79重新計算15有一組重復測量數據，用格羅布斯檢驗法剔除壞值。測量序號測量值殘差殘差方殘差殘差方13891-0.71-0.6523927-0.35-0.2933935-0.27-0.2143939-0.23-0.1753944-0.18-0.1263944-0.18-0.1273946-0.16-0.183948-0.14-0.08939680.060.12

9、1039690.070.131139710.090.151239760.140.21339780.160.221439940.320.381540120.500.561640560.94重新計算16對某溫度進行10次等精度測量測量結果：=85.71, 85.63, 85.65, 85.71, 85.69, 85.69, 86.70, 85.68, 85.66, 85.68 ，求測量結果測量序號測量值殘差殘差方殘差殘差方185710030000928563-0。050002538565-0。03000094857100300009585690010000168569001000017857000

10、2000048856800000098566-0。0200004108568000000解：17對某電壓12等精度測量測量結果：測量序號測量值殘差殘差方殘差殘差方12042-0.0193.610.0111.21220430.0298.410.0214.4132040-0.0010.01-0.0090.8142039-0.0111.21-0.0193.61520410.0090.810.0010.0162031-0.09182.81-720420.0193.610.0111.2182039-0.0110.01-0.0193.61920410.0190.010.0010.01102040-0.00

11、18.41-0.0090.81112040-0.0010.01-0.0090.811220430.0290.010.0214.41解：重新計算18某節流元件(孔板)開孔直徑d20的尺寸進行了15 次測量 , 測量數據如下 ( 單位 :mm):120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40試用格拉布斯準則判斷上述數據是否含有粗大誤差 , 并寫出其測量結果。解求算術平均值計算殘余誤差序號測量值Ui /mm11204200162560009

12、08121204300266760019361312040-0。004016-0。0111214120420016256000908151204300266670019361612039-0。014196-0。021441712030-0。10410816812040-0。004016-0。0111219120430026676001936110120410006036-0。0010011112043002667600193611212042001625600090811312039-0。014196-0。0214411412039-0。014196-0。0214411512040-0。004

13、016-0。011121用貝塞爾公式計算標準差的估算值：mm第一次判斷有無粗大誤差格拉布斯準則：計算剔除粗大項后的算術平均值計算殘余誤差 用貝塞爾公式計算標準差的估算值：第二次判斷有無粗大誤差格拉布斯準則：計算算術平均值標準差的估算值：測量結果：18-2對某恒溫箱溫度進行10次測量，求測量結果測量序號測量值殘差殘差方殘差殘差方12006-0。060003622007-0。050002532006-0。060003642008-0。040001652010-0。02000046201200007201400200004820180060003692018006000361020210090008

14、1解：19 對光速進行測量 , 得到如下四組測量結果 :C1=(2.98000 土 0.01000)×108m/s C2=(2.98500 土 0.01000)×108m/s C3=(2.99990 士 0.00200)×108m/s C4=(2.99930 士 0.00100)×108m/s求光速的加權算術平均值及其標準差。解：“權”之比加權算術平均值：加權算術平均值標準差的估算值 測量結果萊以達準則20測量結果應包括比值和測量單位；測量結果僅僅是被測量的最佳估計值；測量結果的可信程度用測量不確定度表示！因此：測量結果的完整表述應包括測量估計值、測量單

15、位和測量不確定度（誤差“界線”）。第三章 檢測技術與方法分析1傳感器：國家標準GB766587中的嚴格定義：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”；在某些科學領域，傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉換器等。2在使用儀表或傳感器進行測量時，被測量量直接與同類標準（或基準）量進行比較，不需要經過運算，就能得到測量量的數值，這種測量方法稱為直接測量。3在使用儀表或傳感器進行測量時，首先對與被測量量有確定函數關系的幾個量進行直接測量，然后將直接測量所得的數值代入函數關系式，經過計算得到所需的測量結果，這種測量方法稱為間接測量。第四章 溫度檢測1為了

16、客觀地計量物體的溫度，必須建立一個衡量溫度的標準，簡稱溫標。國際溫標是國家協議性溫標，目前實行的是1990年的國際溫標（ITS-90）；它定義國際熱力學溫度用符號表示，單位為開爾文、符號為；國際攝氏溫度用符號表示，單位為開爾文、符號為。2將兩種不同材料的導體組成一個閉合回路，當兩個觸點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，又稱為貝塞克效應，相應的電動勢稱為熱電勢。這兩種不同材料的導體（或半導體）組和稱為熱電偶。3熱電偶的熱電勢由兩部分組成：溫差電勢和接觸電勢。總熱電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可以忽略不計，則熱電偶的熱電勢可以表示為。4熱電偶的基本定律熱電偶

17、的應用定則：均質導體定律（定則）；中間導體定律（定則）；中間溫度定律（定則）。5國際電工委員會（IEC）向世界各國推薦八種標準化熱電偶作為工業熱電偶在不同場合中使用。所謂標準化熱電偶，就是它們已列入工業標準化文件中，具有統一的分度號、分度表；所以同一型號（分度號）的標準化熱電偶具有良好的互換性。6我國工業上常用的4種標準化熱電偶的材料型號（分度號）是：鉑銠30-鉑銠6（B型）、鉑銠10-鉑（S型）、鎳鉻-鎳硅（K型）和鎳鉻-銅鎳（我國通常稱為鎳鉻-康銅）（E型）。7工業上常用的標準化熱電偶的長度有限，在實際測溫時，熱電偶的冷端一般離熱源較近、冷端溫度波動較大，需要將冷端延伸到溫度變化較小的地方

18、；另外，熱電偶的輸出熱電勢信號也需要傳輸到遠離現場的控制室內的顯示儀表或控制儀表；工程應用中采用的是補償導線！8補償導線通常由兩種不同性質的導線制成，也有正極和負極，而且在0100溫度范圍內，要求補償導線與所配用的熱電偶具有相同的熱電特性。9目前我國規定工業用鉑熱電阻有R0=10W和R0=100W兩種，它們的分度號分別為Pt10和Pt100。（其中以Pt100為常用）。熱電阻不同分度號對應有相應分度表，即Rtt的關系表，這樣在實際測量中，只要測得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對應的溫度值。或相反10目前我國規定工業用銅熱電阻有R0=50W和R0=100W兩種，它們的分度號分別為Cu50和

19、Cu100。 11熱敏電阻是利用半導體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。12熱敏電阻器件按溫度系數可分為：負溫度系數熱敏電阻（NTC）、正溫度系數熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數熱敏電阻（CTR）三大類。溫度檢測用熱敏電阻主要是負溫度系數熱敏電阻。13NTC熱敏電阻以MF為其型號，PTC熱敏電阻以MZ為其型號。14輻射儀表的表觀溫度是指在儀表工作波長范圍內，溫度為T的輻射體的輻射情況與溫度為TA的黑體的輻射情況相等，則TA 即為該輻射體的表觀溫度。由表觀溫度可以求得被測物體的實際溫度。表觀溫度可以是：亮度溫度、輻射溫度、比色溫度15用分度號為S 的標準熱電偶測溫 , 其參比端溫度為 20

20、, 測得的熱電勢=11.3OmV, 試求被測溫度=？解：=11.3OmV查表：=0.113mVmV查表：=11.351 mV查表：=11.471 mV=16用分度號為 K 的熱電偶測溫 , 己知其參比端溫度為 25 , 熱端溫度為 750 , 其產生的熱電勢是多少 ? 解：查表：E（750，0）=31.214mVE（25，0）=0。798+（1。203-0。798）/2=1。0005mVE（750，25）= E（750，0） E（25，0）=30。2135mV17用分度號為 K 的熱電偶測溫 ,在沒有采取冷端溫度補償的情況下，顯示儀表指示為500，而這時冷端溫度為60，試問：時間溫度為多少？如

21、果熱電偶的熱端溫度不變，設法使冷端溫度保持在20，此時顯示儀表指示為？解：查表：E（t，t0）E（500，0）=20.64mV E（t0，0）=E（60，0）=2.436mV E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）=23.076mV 查表：t =557 熱端溫度t =557，冷端溫度保持在20，查表：E（t0，0）=E（20，0）=0.798mV E（t，t0）= E（t，0）E（t0，0）=22.278mV由此電勢，查表：t =538。418用分度號為 K 的熱電偶測某設備的溫度 , 測得到的熱電勢為20mV，己知其參比端溫度（室溫）為 25 ,求設備的溫度？如果改用分度號為 E

22、的熱電偶來測溫, 在相同的條件下，分度號為 E 的熱電偶測得到的熱電勢是多少 ?解：已知：E（t，t0）=20mV查表：E（t0，0）=E（25，0）=1mV E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）=21mV 查表：t =509 改用分度號為 E 的熱電偶來測溫查表：E（t0，0）=E（25，0）=1。5mV E（t，0）=E（509，0）=37。7mV則：E（t，t0）= E（t，0）E（t0，0）=36.2mV19某單色輻射溫度計的有效波長0.9m,被測物體發射率=0.6,測得亮度溫度= 1100 , 求被測物體實際溫度。解：表觀溫度為亮度溫度時20工業熱電阻的引線方式有二線制、

23、三線制和四線制三種。三線制引線方式是在熱電阻的一端引出兩根導線，其中連接電源；熱電阻的另一端引出一根導線；當熱電阻與測量電橋配用時，分別將兩端引線接入相鄰的兩個橋臂。第五章 壓力檢測1國際單位制（代號為SI）：1帕=；1帕表示的壓力很小，工程上常常使用兆帕MPa2壓力的幾種表示方法：絕對壓力、大氣壓力、表壓力、負壓力真空度、差壓壓力差。3選擇壓力測量儀表的量程要留有余地：在測量穩定壓力時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的2/3；在測量脈動壓力時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的1/2；在測量高壓時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的3/5；一般被測壓力的最小值不低于測量儀表上限

24、值的1/3。4常用的壓力校驗儀器有液柱式壓力計、活塞式壓力計，或配有高精度標準壓力表的壓力校驗泵。5用彈簧管壓力計測量蒸汽管道內壓力,儀表低于管道安裝,二者所處標高為1.6m和6m,若儀表指示值為0.7MPa。已知蒸汽冷凝水的密度為 =966kg/m 3，重力加速度 g=9.8m/s2,試求蒸汽管道內的實際壓力值。解：蒸汽冷凝水的附加等效壓力管道內壓力MPa6被測壓力變化范圍為0.51.4Mpa,要求測量誤差不大于壓力示值的±5%,可供選用的壓力表量程規格為01.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa，精度等級有1.0、1.5和2.5三種，試選擇合適的量程和精度的儀表。解：根據：選

25、擇壓力測量儀表的量程要留有余地：在測量穩定壓力時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的2/3；在測量脈動壓力時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的1/2；在測量高壓時，最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的3/5；一般被測壓力的最小值不低于測量儀表上限值的1/3。 量程選擇：最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的2/3選擇壓力表量程規格為02.5Mpa要求測量誤差不大于壓力示值的±5%各種量程在不同精度等級時的最大絕對誤差各種量程、不同精度等級儀表在示值為0.5Mpa時的最大相對誤差為：a SFS0.602.504.0103.258154.87.51225812.520所以，壓

26、力表量程規格為02.5Mpa，應選擇1.0級儀表。7某工藝要求壓力測量范圍為1.2±0.05Mpa, 可供選用的壓力表量程規格為01.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa，精度等級有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五種，試選擇合適的量程和精度的儀表。解：各種量程在不同精度等級時的最大絕對誤差SFS a1.01.52.02.54.01.60.0160.0240.0320.040.642.50.0250.03750.050.06250.1所以，壓力表量程規格為02.5Mpa，應選擇2.0級儀表。或選壓力表量程規格為016Mpa，應選擇2.5級儀表。再具體的選擇要看上述兩款儀表的

27、綜合成本了。8某空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為1.01.6Mpa，工藝要求測量結果的誤差不大于壓力示值的±5%,試選擇合適的量程和精度的儀表。可供選用的壓力表量程規格為01.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa，精度等級有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五種，試選擇合適的量程和精度的儀表。解：量程選擇：最大被測工作壓力不超過測量儀表上限值的2/3選擇壓力表量程規格為02.5Mpa選擇壓力表量程規格為02.5Mpa或所以，壓力表量程規格為02.5Mpa，應選擇2.0級儀表。第六章 流量檢測1用標準孔板測量氣體流量，給定設計參數kPa，=20，現在實際工作壓力kPa，=30，

28、現場儀表指示為3800m3/h，求實際流量。解：對于氣體，一般計算在標準狀態下的體積“標準立方米”標準孔板流量計標定時流量m3/h實際流量：2用轉子流量計測量MPa，=27的空氣流量，現場儀表指示為38Nm3/h，求實際流量。解：轉子流量計測量氣體流量時，制造廠是在工業基準狀態（293K，0.10133Mpa）下用空氣進行標定的，實際應用時，要換算！3水進行標定的浮子流量計，其滿刻度值為1000dm3/h不銹鋼浮子密度為7。92g/cm3，現在用來測量密度為0.79g/cm3的乙醇流量, 浮子流量計的測量上限值是多少 ?解 :4某渦輪流量計的儀表系（常）數=150.4次/L

29、，當它測量流量時的輸出頻率為=400Hz時，其相應的瞬時流量是多少？L/s。5檢驗一臺渦輪流量計，流過16。05m3流體時，測得頻率為=41701Hz，則儀表系（常）數=？次/升5質量流量測量儀表通常可以分為兩大類：間接式質量流量計和直接式質量流量計。6用標準孔板節流裝置配DDZ-型電動差壓變送器（不帶開方器）測量某管道流量，差壓變送器最大的差壓對應的流量為32m3/h，試求當變送器輸出電流為16mA時，實際流過管道的流量。解：標準孔板節流裝置配DDZ-型電動差壓變送器（不帶開方器）測量流量：7標準孔板節流裝置配DDZ-型電動差壓變送器測量某管道流量，差壓變送器的量程為16kPa，對應的流量為

30、050t/h，工藝要求在40t/h時報警，試問：差壓變送器不帶開方器時，報警值設定在多少毫安處？差壓變送器帶開方器時，報警值設定在多少毫安處？解：差壓變送器不帶開方器時差壓變送器帶開方器時8節流現象：流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前、后的管臂處，流體的靜壓力產生差異的現象9節流式流量計的特點是結構簡單，節流裝置已有標準化型式。其主要缺點是安裝要求嚴格；流量計的前后要求較長的直管段；對于較小直徑（D50mm）的管道測量比較困難。10節流式流量計的三種標準化節流件是：標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管。11節流式流量計的測量直管段通常取節流件前10D，節流件后5D的長度，以保證節流件的正

31、確安裝和使用。12浮子流量計也是利用節流原理測量流體的流量，但是它的差壓值基本保持不變：是通過節流面積的變化反映流量的大小；故又稱為恒壓降變面積流量計，也有稱作轉子流量計。13浮子流量計是一種非標準化儀表，儀表出廠前需要在工業基準狀態（20，010133Mpa）下用水或空氣標定。氣體流量計量時，一般用標準立方米計量，而不是實際工作狀態下的容積數。第七章 物位檢測1在使用差壓（或液位）變送器測量液位時，一般說來要求差壓值與液位高度應該有直接正比關系，即：！但是，在實際應用時，由于使用的具體設施、安裝條件等等的影響，使得，則有=0時0！這樣就要進行變送器的零點遷移，使得=0時=0。=0時0時，進行

32、零點正遷移，=0時0時，進行零點負遷移；遷移量為=0時的值。2一臺差壓變送器測量某儲罐的液位，差壓變送器安裝如圖所示。已知被測液位的變化量為03m，被測介質的密度kg/m3，隔離罐內的隔離液的密度kg/m3，變送器的安裝尺寸=1m，=4m，求：要求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當變送器的安裝位置升高或降低對測量有無影響？解：要求變送器的測量范圍kPa負遷移遷移量kPa3一臺雙法蘭液位變送器測量某儲罐的液位，變送器安裝如圖所示。已知被測液位的變化量為03m，被測介質的密度kg/m3，毛細管內的工作液的密度kg/m3，變送器的安裝尺寸=1m，=4m，求：要求變送器的測量范圍，并

33、判斷零點遷移方向，計算遷移量。當變送器的安裝位置升高或降低對測量有無影響？解：要求變送器的測量范圍kPa負遷移；遷移量kPa4一臺雙法蘭液位變送器測量某儲罐的液位，變送器安裝如圖所示。已知被測液位的變化量為04m，被測介質的密度kg/m3，毛細管內的工作液的密度kg/m3，變送器的安裝尺寸=1m，=3m，求：要求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當變送器的安裝位置升高或降低對測量有無影響？解：要求變送器的測量范圍kPa負遷移遷移量kPa5一臺雙法蘭液位變送器測量某儲罐的液位，變送器安裝如圖所示。已知被測液位的變化量為03m，被測介質的密度kg/m3，毛細管內的工作液的密度kg/

34、m3，變送器的安裝尺寸=1m，=4m，求：要求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當變送器的安裝位置升高或降低對測量有無影響？解：要求變送器的測量范圍kPa負遷移遷移量kPa6一臺雙法蘭液位變送器測量閉口容器的液位，被測介質的密度g/cm3，毛細管內的工作液硅油的密度g/cm3，變送器安裝如圖所示。變送器的安裝尺寸=50cm，Hmax=2m，=40cm，=10cm，求：要求變送器的測量范圍，并判斷零點遷移方向，計算遷移量。當變送器的安裝位置升高或降低對測量有無影響？解：kPa負遷移；遷移量kPa7浮子式液位計是一種恒浮力式液位計。 第九章 機械量檢測1基于平行平面型電容式傳感器基

35、本公式：，因此電容傳感器的工作方式有：變極距式、變面積式、變介質型三種。2以差動方式工作的微位移傳感器，其前提是必須由兩個完全對稱且性能相同的敏感元件組成。當被測參數對象引起位移時，一個敏感元件的特性增加，另一個敏感元件的特性減小，且特性增加的量與減小的量相同、而方向相反。差動方式工作的傳感器可以提供線性特性的輸入輸出關系，提高傳感器的靈敏度。3電感式傳感器種類很多，主要有自感式、互感式和電渦流式三種。自感式電感傳感器又稱作變磁阻式傳感器，差動變壓器位移傳感器是互感式位移傳感器。4電阻應變片的粘貼方法：一般使用兩組受拉伸力和壓縮力電阻應變片，將其接入電橋的四個橋臂，以提高測量的靈密度和穩定性，

36、以及適當的溫度補償。5電阻應變片的靈密度系數為2。1，電阻為120，在發生應變為150×10-6時，求電阻的變化量。解：6莫爾條紋標尺：兩塊柵距相等的光柵疊合在一起，并使它們的刻線之間的夾角為q 時，這時光柵上就會出現若干條明暗相間的條紋，這就是莫爾條紋。動光柵移動一個柵距時，莫爾條紋上下移動一個條紋間距。莫爾條紋間距與光柵的柵距之間的關系為。q =1°時，=57，q =0.1°時，=573，7半導體材料的，式中為材料的縱向壓阻系數，為作用應力，E為半導體材料的彈性模量。由此可知，應力值s正比于應變e，而試件應變e正比于電阻值的變化，

37、所以應力s正比于電阻值的變化，這就是利用半導體應變片測量應變的基本原理。第十章 儀表系統及其理論分析1將測量、顯示、記錄和調節（控制）組合在一起（同一個機殼內）的儀表，稱為基地式儀表。2單元組合儀表：儀表以功能劃分，形成相對獨立的、能完成一定職能的標準單元，各單元之間以規定的標準、統一信號聯系。根據實際工作的需要，選擇相應的某些單元儀表，積木式地組合起來，構成各種復雜程度不同的自動化儀表控制系統。3DDZ-型電動單元組合儀表是以線性集成電路為主要元器件，各單元之間采用國際統一信號制的420mA直流電流進行遠傳，并保留了室內15V直流電壓的聯絡信號，電源采用直流24V單電源供電。4DDZ-型電動

38、單元組合儀表采用國際統一信號制的420mA直流電流進行遠傳，通過250的電阻即可將420mA直流電流轉換為15V的直流電壓，以實現室內各單元之間的并聯方式的信號傳遞。5DDZ-型電動單元組合儀表采用直流24V供電模式，使得單電源集中供電得以實現。同時，正因為儀采用直流24V低電壓供電，并輔以安全柵等措施，才使DDZ-型電動單元組合儀表具備了“安全火花”防爆能力。第十一章 變送單元1一臺DDZ-型電動單元組合儀表的溫度變送器，量程為400600，當溫度從500變化到550時，輸出將如何變化？解：變化率：mA/500時輸出mA，550時輸出mA，第十二章 顯示單元1顯示儀表主要工作在開環或閉環兩種

39、模式下。在傳統的常規顯示儀表中，前者以動圈式指示儀表為代表，后者主要應用于電子自動平衡顯示儀表中。2我國統一設計的XW系列自動電子電位差計的測量橋路如下圖所示。測量橋路由高穩定度、精密度的1V直流電源E供電；測量橋路的上支路電流為=4mA，測量橋路的上支路電流為=2mA。測量橋路中各個電阻的作用、功能：或標注為，它是用銅絲繞制的，裝在儀表的接線板上，以使其和熱電偶處于同一溫度；配置得當，可以起到熱電偶自由（冷）端溫度自動補償作用。在25時的電阻值：熱電偶鎳鉻鎳硅鎳鉻考銅鉑銠30鉑的阻值533892074：滑線電阻，約為180，兩端設定不能工作的死區，占滑線電阻總長度的比值=0.30.5,：工藝

40、電阻，與并聯后，應有：=/=90±0.1：量程調節電阻，它與=/再并聯后為，最終決定了儀表的量程 ：量程電阻：儀表下限（起始）值電阻：下支路電流限流電阻：上支路電流限流電阻3XW系列自動電子電位差計的測量橋路如下圖所示，其中測量橋路的計算公式量程：設定或根據工藝要求設計、查分度表量程電阻：量程調節電阻：熱電偶自由（冷）端溫度自動補償的熱電勢：，查表或估算，注意：是負值儀表下限（起始）值電阻：下支路電流限流電阻：上支路電流限流電阻：4圖示為自動電子電位差計的測量橋路，為溫度補償電阻，在25時的電阻值為5。假定熱電偶的熱電勢為每100是4mV，并設溫度與熱電勢是線性關系，求：室溫在25時

41、橋路中各個電阻的阻值。取！儀表量程為0600。 解： 解：mV4-1圖示為一臺配鎳鉻-康銅熱電偶的自動電子電位差計。設V，=4mA、=2mA，大滑線、，為溫度補償電阻，測量范圍為0300，計算橋路中各個電阻的阻值。 解：鎳鉻-康銅熱電偶E（300，0）=21。036mV；E（25，0）=1。5mV；4-2圖示為一臺配鎳鉻-康銅熱電偶的自動電子電位差計。設V，=4mA、=2mA，大滑線、，為溫度補償電阻，測量范圍為0600，計算橋路中各個電阻的阻值。 解：鎳鉻-康銅熱電偶E（600，0）=45。093mV；E（25，0）=1。5mV；第十三章 調節控制單元1工業自動化儀表的調節器規定：偏差=被控

42、變量的測量值系統給定值。調節器的正作用：偏差0、調節器輸出為正值，測量值增大、調節器輸出y隨之增大；調節器的反作用：偏差0、調節器輸出為正值，測量值增大、調節器輸出y隨之減小！2比例控制的放大倍數（或比例增益）是一個重要參數；在實際應用的工業調節器的比例控制器中，使用比例度而不用放大倍數（或比例增益）！比例度的定義式：3比例控制規律：調節器的輸出與輸入偏差信號始終保持比例關系，系統穩定后，被控變量的測量值不能等于統給定值，必然存在一定的殘余偏差殘差！4積分控制規律：只要有偏差存在，調節器的輸出就不斷的變化，偏差存在時間越長，輸出信號變化量也越大，直到調節器的輸出達到極限值為止；只有在偏差信號等

43、于零時，輸出信號才能相對穩定，且可以穩定在某一個確定數值上！因此，希望消除殘差和最終消除殘差是積分調節作用的重要特性。5理想微分作用：在階躍輸入偏差信號出現瞬時，理論上偏差信號的變化速度為無窮大、因而理論上調節器的輸出也達到無窮大；之后，輸入信號變化等于零，于是微分作用的輸出即刻回到零！實際上，這種理想微分作用是無法實現的、而且不可能獲得好的調節效果。6實際理想微分控制規律：當階躍輸入偏差信號出現瞬時，輸出突然跳躍到一個較大的有限值，然后按照某一個時間常數的指數函數曲線衰減直至到零！跳躍值越大或衰減得越慢，表示微分作用越強。單位階躍輸入時，實際理想微分控制規律輸出增量：7某臺DDZ-型調節器，

44、其比例度=50%，積分時間=0.2min，微分時間=2min，微分放大倍數=10。假定輸出初始值為4mA。在時施加0.5mA的階躍輸入信號，試分別寫出在該階躍輸入信號作用下比例、積分、微分的輸出表達式，并計算=12s時該調節器輸出信號值。解：8某臺DDZ-型調節器，其比例度=80%，積分時間=0.4min，微分時間=2.4min，微分放大倍數=10。假定輸出初始值為6mA。在時施加0.4mA的階躍輸入信號，試分別寫出在該階躍輸入信號作用下比例、積分、微分的輸出表達式，并計算=24s時該調節器輸出信號值。解： 解：9某臺DDZ-型溫度比例控制調節器，測溫范圍為2001200，當溫度從800變化到

45、850時，其輸出由12mA變化到16mA。試求該調節器的比例度和放大系數。該放大器是屬于正作用還是反作用？解：9-1某比例積分控制器輸入、輸出范圍都是420mA，若將比例度設為100%、積分時間設為2min、穩態輸出調為5mA，某時刻，輸入階躍增加0。2mA，經過5min鐘后，輸出將由5mA變化到多少？解：10某臺DDZ-型液位比例控制調節器，測量液位范圍為0.51.2m，比例度=40%.當液位為0.9m時,調節器輸出為5mA,問 ：當液位變化到1.0m時，調節器輸出為多少？解：11調節器的軟手動：控制器的輸出是隨時間按一定的速度增加或減小的；調節器的硬手動：控制器的輸出的數值完全是

46、由硬手動操作桿的位置決定的階躍信號！12某臺DDZ-型比例積分控制調節器，其比例度=80%。積分時間=1.0min。穩態時調節器輸出為6mA。問 ：當某瞬時輸入突然增加了0.3mA，比例輸出為多少？經過3min調節器的輸出為多少？解：13模擬PID調節器的數字PLD 控制算法：模擬PID調節器的傳遞函數：模擬PID調節器的時域函數表達式：數字PLD 控制算法：增量式：位置式：14微分控制規律的特點：在偏差開始劇烈變化的時刻，就能立即自動產生一個強大的調節作用，及時抑制偏差的繼續增長，故有超前調節的作用。但是，因為微分控制規律的輸出的大小只與偏差變化的速度有關，當偏差固定不變時，微分控

47、制規律的輸出為零不能消除偏差！因此微分控制規律不能單獨使用！第十四章 執行單元1執行單元的作用是根據控制器送來的控制信號直接控制被控參數（例如溫度）所對應的某些物理量（例如電加熱的電壓、蒸汽加熱的蒸汽量或冷卻水量）的大小，將被控參數維持在所要求的數值上。2氣動調節閥是由氣動執行機構和調節機構（閥門）兩部分組成；一般還配備輔助裝置，如電氣轉換器、閥門定位器（或電氣閥門定位器）。3氣動執行機構有正作用和反作用兩種形式：當輸入氣壓信號增加時閥桿向下移動時稱正作用；當輸入氣壓信號增加時閥桿向上移動時稱反作用。在工業生產中口徑較大的調節閥通常采用正作用方式。 4調節閥的結構及分類：調節閥的品種很多，有普

48、通型、散熱型、長頸型、紋波管密封型；直通雙座、直通單座，角型閥，隔膜閥；高壓閥，蝶閥，球閥，三通閥，；小流量調節閥。直通雙座、直通單座：有正作用（正裝）與反作用（反裝）兩種：正作用：閥桿向下移動時，閥芯與閥座之間的流通面積減小反作用：閥桿向下移動時，閥芯與閥座之間的流通面積增大5流量特性的定義：流過閥門的相對流量與閥門相對開度的關系調節閥的流量特性不僅與閥門的結構和開度有關，還與閥前后的壓差有關，必須分開討論。6調節閥的固有（理想）流量特性：在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。四種典型的理想流量特性：直線特性、等百分比特性、快開特性、拋物線特性7可調比R

49、為調節閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。R = Qmax / Qmin ，其中Qmin不是指閥門全關時的泄漏量，而是閥門能平穩控制的最小流量，約為最大流量的24%一般閥門的可調比R=30。8調節閥的工作流量特性：實際使用時，調節閥裝在具有阻力的管道系統中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性不同于理想流量特性而會發生畸變。9調節閥的流通能力用流量系數C值表示。流量系數C的定義：在閥兩端壓差100kPa（0.1MPa），流體為水（103Kgm31g/cm3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調節閥的流體流量（m3 /h或t/h）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為10

50、0kPa時，流經閥的水流量為20 m3 /h，則該調節閥的流量系數為：C=20；某一閥門全開、閥兩端壓差為0.1MPa時，流經閥的水流量為40 m3 /h，則該調節閥的流量系數為：C=40在調節閥技術手冊上，給出了各種閥門的口徑和流通能力 C ，供用戶查閱。實際應用中閥門兩端壓差不一定是100kPa，流經閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。10電/氣轉換器：為了使氣動調節閥能夠接收電動調節器的輸出信號，必須把標準電流信號轉換為標準氣壓信號。11氣動調節閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個體差異較大，這會影響輸入信號P的執行精度。解決措施：在調節閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。實際應用中，常把電/氣轉換器和閥門定位器結合成一體，組成電/氣閥門定位器。12薄膜式執行機構它由膜片、閥桿和平衡彈簧等組成，是執行器的推動裝置。它接受氣動調節器或電/氣轉換器輸出的氣壓信號，經膜片轉換成推力并克服彈簧力后，使閥桿產生位移，帶動閥芯動作。副文：加深理解、奠定基礎、拓展思維、實踐創新綜合練習題1簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動