東北大學繼續教育學院
熱工儀表及自動化試卷（作業考核線下） b 卷（共 4 頁
一、常用的熱電偶冷端處理方法有哪些，各種方法的主要原理是什麼？ （10分）
（1）補償導線法：在一定溫度範圍內，用與所配熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的廉價金屬導線，即補償導線將冷端延長。根據中間溫度定律可得：。
（2）計算修正法：當熱電偶冷端溫度t0不等於0℃時，需對儀表的示值加以修正，。
（3）冷端恆溫法：冰點槽或恆溫箱，均是提供恆定的冷端溫度。
（4）模擬補償法：補償電橋法等，均是通過搭建模擬電路來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢變化。
（5）數字補償法：採用最小二乘等方法，根據分度表擬合出關係矩陣，只要測得熱電勢和冷端溫度，就可以由計算機自動進行冷端補償和非線性校正，並直接求出被測溫度。
二、影響單圈彈簧管壓力計測量的因素有哪些，其各自的作用關係是什麼？ （9分）
（1）彈簧管的幾何尺寸
增大彈簧管的中心角（即將單圈彈簧管做成多圈彈簧管），或減小彈簧管的短半軸b（即彈簧管做得越扁），均可以增加，提高彈簧管壓力計的靈敏度。
（2）彈簧管的剛度
剛度大的材料在受相同壓力作用時彈性變形小；反之，剛度小彈性變形大。所以根據被測壓力的高低可選擇不同剛度的材料。
（3）彈簧管的管壁厚度
管壁厚，變形小；管壁薄，變形大。
三、簡述亮度溫度計、比色溫度計和全輻射溫度計的優缺點。 （15分）
亮度溫度計特點：
（1）接受的輻射能量較小；
（2）抗環境干擾的能力較強，光路介質吸收及被測物件表面發射率變化對示值影響比一般輻射溫度計小；
（3）所選擇的波長應避開中間介質的吸收帶；
（4）測溫準確度高，可作為基準或測溫標準儀表用。
比色溫度計特點：
（1）顏色溫度接近真實溫度；
（2）抗干擾能力強，發射率誤差和粉塵、煙霧等非選擇性吸收的稀薄介質對測量結果影響小；
（3）輸出訊號可自動記錄、控制、調節和遠傳
（4）結構比較複雜、**比較昂貴；
（5）在輻射通道上若有某種介質對儀表所選用的兩個波長中任一波長有明顯吸收峰，則儀表無法正常工作。
全輻射溫度計特點：
（1）接受輻射能量大，利於提高儀表靈敏度；
（2）缺點是容易受環境的干擾。抗干擾能力差，光路介質吸收及被測物件表面發射率變化對示值有影響；
（3）輻射溫度與真實溫度偏差大。
四、標準節流裝置的工作原理是什麼？為什麼要求在流量計的上下游兩側有一定長度的直管段？ （10分）
標準節流裝置的工作原理是基於節流效應，即在充滿流體的管道內固定放置乙個流通面積小於管道截面積的節流件，則管內流束在通過該節流件時就會造成區域性收縮，在收縮處，流速增加，靜壓力降低，因此，在節流件前後將產生一定的靜壓力差。在標準節流裝置、管道安裝條件、流體引數一定的情況下，節流件前後的靜壓力差（簡稱差壓）與流量之間具有確定的函式關係。因此，可以通過測量節流件前後的差壓來測量流量。
流經節流裝置的流量與壓差的關係，是在特定的流體與流動條件下，以及在節流件上游側 1d 處已形成典型的紊流流速分布並且無旋渦的條件下通過實驗獲得的。若流體及其流動條件改變和靠近節流件上游側有旋渦，則它們間的關係就要發生變化。因此要求在流量計的上下游兩側有一定程度的直管段。
五、簡述測量導電介質液位的電容式液位計的結構和工作原理。（14分）
電容式液位計的結構：
1—內電極；2—絕緣套管（電介層）3—虛假液位；4—容器
工作原理：
（1）當容器內沒有液體時，容器為外電極，此時的電容為：，為電極絕緣層和容器內氣體的等效介電常數。
（2）當容器內有高度為h的導電液體時，總電容由以下兩個電容併聯組成：在有液體的高度h範圍內，導電液體作為電容器外電極；無液體部分的電容與空容器的類似，整個電容量為：。式中，為絕緣層（絕緣塑料套管或搪瓷）的介電常數。
（3）液位為h時電容的變化量為：
六、計算題
1. 欲測量絕對壓力為350 kpa、溫度為303.16 k的氫氣流量，最大流量為2 m3/h，問應選用多大量程的氣體浮子流量計？（6分）
已知空氣、氫氣在標定狀態下的密度分為1.205 kg/m3和0.084 kg/m3
解2. 有兩台測溫儀表，它們的測溫範圍分別為0~100℃和100~300℃，校驗表時得到它們的最大絕對誤差均為2℃，試確定這兩台儀表的準確度等級。 （6分）
解：這兩台儀表的最大引用誤差分別為
一台儀表的精度等級為2.5級，而另一台儀表的精度等級為1級。
七、舉一定值控制系統例項，畫出該系統方框圖，並給出被控變數和控制變數的具體所指10分）
舉例略（鍋爐汽包水位控制系統就是乙個定值控制系統）。
方框圖形式如下，但要具體指明4個環節都是什麼。
八、判斷題（正確：t，錯誤：f） （20分
（1） 標準型節流裝置只要按照標準檔案進行設計和製造，就無需實流校準和單獨標定即可確定輸出訊號（差壓）與流量的關係。（ f ）
（2） 渦輪流量計是基於流體動量矩守恆原理工作的，其測量準確度很高，可與容積式流量計並列。（ t ）
（3） 浮力式物位測量儀表均可用於測量液位和液―液相介面。（f ）
（4） 對壓力計式物位計，當壓力表比容器底（零物位）高h，應進行「正量程遷移」。（ t ）
（5） 控制系統的穩定性是指系統在受到外來作用時，雖然會有乙個過渡過程，但經過一定的時間後，過渡過程會結束，最終恢復到穩定工作狀況。（ t ）
（6） 衰減比越小，過渡過程的衰減程度越小，意味著控制系統的振盪程度越加劇烈，穩定性也就越低。（ t ）
（7） 誤差可表示被測量值不能確定的範圍，可寫成±2的形式。（ f ）
（8） 準確度反映了測量結果中系統誤差和隨機誤差的綜合影響程度，誤差大，則準確度低；誤差小，則準確度高。（ t ）
（9） —般來講，靈敏度越高，測量範圍越小，穩定性也越高。（ f ）
（10） 雙金屬溫度計是利用感溫元件和外套的膨脹係數不同，當溫度變化時，產生相對運動工作的。（ f）
（11） 同類材料製成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高，但在中、低溫區穩定性好、準確度高。（ t ）
（12） 金屬熱電阻溫度計，無論是三線制還是四線制，引線都必須從從熱電阻的接線端子上引出。（ f）
（13） 半導體熱敏電阻的引線電阻幾乎對測溫沒有影響，所以根本不必採用三線制或四線制引線方式。（ t ）
（14） 差動式電容感測器的優點是提高電容式位移變換器的靈敏度和減小非線性。（t ）
（15） 標準節流裝置的設計、加工、安裝和使用已標準化，無需標定就可在已知不確定度範圍內進行流量測量。（ f）
（16） 標準節流件可分為標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、文丘里管等。（ f ）
（17） 渦輪是渦輪流量計的核心測量元件，其作用是把流體的動能轉換成電能。（ f ）
（18） 無論是壓力計式物位計還是差壓式液位計都要求取壓口（零物位）與壓力（或差壓）測量儀表的入口在同一水平高度，否則會產生附加靜壓誤差。（ t）
（19） 開環控制系統不是反饋控制系統，閉環控制系統是反饋控制系統。（ t ）
（20） 從對過程控制系統的基本效能要求綜合考慮(穩定、迅速)，衰減比n在4~10之間為宜。（ t ）
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