过程参数检测与变换试题及参考答案

过程参数检测与转换练习题一、填空1.根据误差本身的性质，可将误差分为_随机误差_、系统误差_、_粗大误差_三类。2.贝塞尔公式是)11())(11(1212∑∑==−=−−=niiniivnxxnσ3.精度为0.5级仪表的最大引用误差不得超过__±_0.5％_______。4.1kgf/cm2=____0.981_____________bar。5.ITS-90国际温标的热力学温度T90与国际实用摄氏温度的t90的关系是___16.2739090−=Tt___。6.热电偶利用热电效应实现温度测量，热电偶的输出热电势是由_温差__电势和__接触___电势两部分组成的。7.应用浮力原理测量物位的方法有__恒浮力法_、__变浮力法_两种。8.应用吹气法测量液位，如图1所示，当P1压力变化不大，P2与P1的关系满足12528.0PP≤_时就可以达到反吹风系统气源流量恒定的要求，从而保证测量精度。9.差压式流量计由节流装置、信号管道、差压计三部分组成。10.DDZ-III型力平衡式差压变送器有三种方法实现量程调整，分别是矢量机构、反馈动圈和调磁分路螺钉。11.为了改善DDZ-III型热电偶温度变送器的非线性特性，其量程单元的反馈电路采用了_线性化_电路。12.用孔板测流量时，孔板两端的差压与管道中的流量是__平方__关系。13.对某一参数进行测量时，一般将3σ（σ为均方根误差）取为极限误差，它的置信概率为_99.73％_。14.一般情况下，半导体热敏电阻有__负温度系数___________特性。15.为了补偿环境温度变化对测量精度的影响，用热电偶测量温度时需对冷端进行__温度补偿__。16.热电偶补偿导线有_补偿型补偿导线（C）_和__延伸型补偿导线（X）_两种。17.应用容积分界法测量流量的基本原理是通过测量元件把流体连续不断地分割成固定体积的单元流体，然后根据测量元件的动作次数给出流体的总量，主要特点是精度高、量程范围宽、对上游流动状态不太敏感。18.常用的自动平衡式显示仪表有自动平衡式电子电位差计和自动平衡电子电桥两种。19.仪表的精确度或精度综合了_精密度_和_准确度_的概念，用最大引用误差100max×Δ=仪表的量程J来描述。20.按测量值获得的方法，可以把测量分为____直接测量_、_间接测量__、_____组合测量______三类。21.测量不确定度是由一些不确定度分量组成的，这些分量可以分为A类和B类测量不确定度，其中由测量列按统计规律计算得到的是____A_____类不确定度，由非统计方法即其他方法估计的不确定度是_____B_____类不确定度。22.在对不确定度进行评估时，在对被测量上、下限没有给出任何信息时，一般估计为__均匀分布__比较合理，这时给出的不确定度最大。23.对于数字显示仪表，其分辨率为δ，按_均匀__分布估计，其标准不确定度为__0.5δ/3T=0.29_δ_。常用的粗大误差的处理方法有__拉依达准则_、_____格鲁布斯准则___。24.常用的电容转换原理有__变极距式_、__变面积式__，差动电容属于__变极距式_，但用电容器原理测物位时，一般是改变_介电常数ε_实现物位测量。25.电感式压力计有_自感式__、_互感式_两种，差动变压器是广泛使用的一种电感式传感器，它属于____互感式_。26.常用的非接触式物位仪表有_辐射式物位计_、_超声波物位计_、_光电式物位计__。27.雷诺数Re是用来描述流体流动状态的参数，其值小于2100时是____层流状态__，大于4000时是__紊流状态_，在2100~4000之间时是__过渡状态__。28.二位式控制的主要特点是____简单____，主要缺点是___精度不高___。二、简答题1．随机误差的分布规律是什么？它具有哪四个特点？随机误差的数值和符号就其个体而言没有规律，以随机方式出现，但就其总体而言是服从分布规律的，对同一被测量进行无限多次重复性测量时，所出现的随机误差极大多数是服从正态分布的。它具有的四个特点：对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概率相同有界性：绝对值很大的误差出现的概率接近于零，即误差的绝对值有一定的实际界限单峰性：绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值大的误差出现的概率小抵偿性：由于随机误差具有对称性，在叠加时有正负抵消的作用2．什么是霍尔效应？如图2所示霍尔式压力传感器是如何工作的？一个半导体薄片，若使控制电流I通过它的两个相对侧面，在与电流垂直的另外两个相对侧面施加磁感应强度为B的磁场，那么在半导体薄片与电流和磁场均垂直的另外两个侧面将产生电势信号HU，这一现象称为霍尔效应。当无压力时，霍尔片处于两对极靴之间的对称位置时，对于霍尔片两侧所通过的磁通大小相等、方向相反，故由两个相反方向磁场作用而产生的霍尔电势大小相等、极性相反，此时霍尔片两端输出的总电势HU为零。当传感器通入被测压力P后，弹性元件的位移带动霍尔片做偏离其平衡位置的移动，这时霍尔片两端所产生的两个极性相反的电势之和就不再为零，由于霍尔片位移方向磁感应强度的分布呈均匀梯度状态，故霍尔片两端输出的霍尔电势与弹性元件的位移成线性关系，从而实现了压力-位移-霍尔电势的转换。3．什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用的压电材料有哪些？压电效应：当某些晶体沿着某一个方向受压或受拉发生机械变形（压缩或伸长）时，在其相对的两个表面上会产生异性电荷。逆压电效应：当晶体受到外电场影响时会产生形变常用的压电材料：压电晶体、压电陶瓷4．如图4所示，简述转子流量计的工作过程。当流体自下而上地流经锥形管时，如果忽略流体的静压对浮子的作用，则作用在浮子上有3个力：即浮子本身垂直向下的重力1F；流体作用在浮子上的浮力2F；流体作用在浮子上的动压力3F。当浮子处于平衡位置时1F-2F-3F=0，由此可以求得流体通过环形面积的流速。P1335．涡轮式流量计在结构上如何实现流体对叶轮的反推力补偿？从涡轮轴体的几何形状可以看出，当流体流过K-K截面时，流速变大而静压力下降，以后随着流通面积的逐渐扩大而静压力逐渐上升，因而在收缩截面K-K与''KK−之间产生了不等静压场，此不等静压场所造成的压差作用在涡轮的轴向分力（与流体的轴向推力反向）可以抵消流体的轴向推力，减小轴承的轴向负荷6．利用热电阻测量温度时，为什么常采用三线制接线方法?为减小导线电阻变化产生的测量误差7．图5为动圈式显示仪表测量机构的线路图，说明各电阻的作用。为了使统一的表头组件适用于不同的量程，串R提高了仪表的输入阻抗，从而使信号源内阻的变化对测量精度的影响小并R：提高仪表阻尼能力，8．XCZ配热电偶和热电阻的动圈表，外电阻和引线电阻分别是多少？Ω=++++=15调铜补桥热外RRRRRR引线电阻15Ω9．何谓量程调整、零点调整、零点迁移？量程调整：使变送器输出信号上限值maxy（即统一标准信号上限值）与测量范围上限值maxX相对应，相当于改变输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号Y与被测变量X之间的比例系数。零点调整和零点迁移：目的都是使变送器输出信号的下限值maxy（即统一标准信号上限值）与测量范围下限值minx相对应。在minx=0时，为零点调整；在minx≠0时为零点迁移。10．弹簧管压力表的工作原理是什么？当弹簧管压力表固定端通入被测压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下将趋向圆形，其自由端就由B移到B’，弹簧管的中心角随即减小γΔ，根据弹性变形原理可知中心角相对变化值与压力p的关系。11.热电偶冷端为什么要温度补偿？常用的冷端温度处理方法有哪些？各种热电偶的分度表均是在参考端即冷端温度（0t）为0℃的条件下，得到的热电势与温度之间的关系，即E(t，0)与t之间的对应关系。要求热电偶测温时，冷端温度必须保持在0℃，否则将产生误差。常用的冷端温度处理方法：补偿导线延伸法，冰点法、计算修正法、仪表零点校正法、补偿电桥法12.什么是温差电势?什么是接触电势?热电偶的热电势主要是温差电势还是接触电势?温差电势（汤姆逊电势）：在同一导体材料的两端因其温度不同而产生的一种热电势接触电势（珀尔贴电势）：两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势热电偶的热电势主要是接触电势13.热电偶的四大基本定律是什么？中间导体定律：回路中总的热电势与引入第三种导体无关均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如何，均不产生热电势。中间温度定律：如果连接点的温度为0t，连接导体A'或者B’的热电特性相同，则总的热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和，），（），（，，0n''n0''tttt)tt(BAABnAABBEEtE+=标准电极定律：如果导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，它们的测量端温度均为t，参考端温度均为0t,产生的热电势分别为）（0,ttEAC和），（0ttBCE，则由导体A、B组成的热电偶产生的热电势为),(),(),(),(),(00000ttEttEttEttEttECBACBCACAB+=−=14.说出8种标准热电偶的名称和分度号。铂铑10-铂热电偶（分度号为S）、铂铑13-铂热电偶（分度号为R）、铂铑30-铂铑6热电偶（分度号为B）镍铬-镍硅热电偶（分度号为K）、镍铬-康铜热电偶（分度号为E）、铜-康铜热电偶（分度号为T）铁-康铜热电偶（分度号为J）、镍铬硅-镍硅热电偶（分度号为N）15.由式AAdLLddRRd−+ρρ=说明什么是应变效应？什么是压阻效应？应变效应：金属材料电阻率的变化率ρρ/d很小，可以忽略不计，由于材料几何尺寸变化引起的电阻变化现象压阻效应：半导体材料几何尺寸对电阻的变化率影响很小，AALLd-d可以忽略不计，半导体电阻的变化率主要由ρρ/d引起16.用电容式液位计测定液位时，导电物质与非导电物质所用的电极有什么不一样？非导电介质用光电极作为内电极，金属圆筒为外电极；导电介质，内电极用绝缘材料覆盖三、线路分析题1．见图6，分析差动变压器的工作原理，说明输出U0与铁芯b位移之间的关系。两个次级线圈反相串联，当初级线圈通以适当频率的激励电压时，两个次级线圈产生的感应电压分别为U1和U2，它们的大小取决于铁心的位置，输出电压为U0=U1-U2。当铁心处于两次级线圈的中间位置时，U1=U2，U0=0；当铁芯偏离中间位置向上(或向下)移动时，互感M1(或M2)增大，输出电压U0≠0，但向上和向下移动时的输出电压相位相差180°。2．见图7，为一线性化电路，简述工作原理，定性画出其特性（Va与Vf）曲线。注：参数见教材。基准电压的数值和稳压管击穿电压决定折线拐点，并联电阻的大小决定于对折线段斜率的要求要求后一段斜率大于前一段斜率，即r2大于r1，在120R上并电阻，负反馈减小，输出aU增大；要求后一段斜率小于前一段斜率，即r3小于r2，在aR上并联一个电阻，输出aU减小。3．见图8，分析变隙式自感压力计的工作过程。当压力进入波纹管时，波纹管的顶端在压力p的作用下产生与压力p大小成正比的位移。于是衔铁也发生位移，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流的大小反映了被测压力的大小。四、画图题1.图9所示，裸金属电极式电容液位计，画出其原理等效电路，并说明测量液位的工作原理。当被测液位H=0时，电容器内外电极之间气体的介电常数为0ε，电容器的电容量为rRln200LCπε=当液位为某一高度H时，电容器可以视为两部分电容的并联组合rRHLRHCln)(2rln20xx−+=πεπε当液位变化时，引起电容的变化量为0CCCX−=Δ,HCXrRln)(20εεπ−=ΔCΔ与被测液位H成正比，测得电容的变化量就可以得到被测液位的高度2.画出管道中流体流过标准孔板时流体压力、流体流速的变化曲线。陈忧先图5-3。3.画出DDZ-Ⅲ型温度变送器的组成框图。刘希民图3-194.分别画出流体流过圆管道时层流状态和紊流状态下流速分布示意图。五、计算题1.对某量等精度测量5次，得39.21，39.23，39.27，39.24，39.26，求平均值X、均方差σ