《化工儀表及自動化》複習指導
第3章習題解
1、某壓力表的測量範圍為0~1mpa，精度等級為1級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？ 若用標準壓力計來校驗改壓力表，在校驗點為0.5 mpa時，標準壓力計上讀數為0.
508 mpa，試問被校驗壓力表在這一點是否符合1.0級準確度？為什麼？
答：允許最大誤差δ允max=±(1-0)×1%=±0.01mpa，在校驗點0.
5mpa時，絕對誤差為δ=0.508-0.5=0.
008mpa，小於允許最大誤差，在這點符合1級精度。
5、現有乙隻測量範圍為0~1.6mpa，精度1.5級的普通彈簧管壓力表，校驗後，其結果為
試問這隻錶和個否？它能否應用於某空氣儲罐的壓力測量？該儲罐工作壓力為0.8~1.0 mpa，測量的絕對誤差不允許大於0.05 mpa。
答：要求最大絕對誤差、最大變差都要符合。表允許誤差±1.
6×1.5%=0.024mpa，而最大絕對誤差1.
215-1.2=0.015mpa，最大變差0.
405-0.385=0.02mpa，符合精度要求，表合格。
又1.6×2/3>1.0mpa，（1.6-0）×1/3<0.8mpa，表誤差符合工藝要求（0.05mpa），表可用。
6、 （書中習題）測量高溫液體……要不要遷移？如要遷移，遷移量應如何考慮？
解：當h=0時，
所以，要負遷移，遷移量為
7、用k熱電偶測某裝置的溫度，測得熱電勢為20mv，冷端為25℃，求裝置溫度？如改用e熱電偶來測溫時，在相同的條件下，測得的熱電勢為多少？
解：已知e（t，t0）=20mv，t0=25℃，查附表e（t0，0）=1mv
e（t，0）=e（t，t0）+e（t0，0）=20+1=21mv
反查附表，得 t=508℃
採用e熱電偶，測得的熱電勢為
e（t，t0）=e（t，0）-e（t0，0）=37.8-1.5=36.3mv
8、現用一支e熱電偶測溫，其冷端溫度為30℃，動圈顯示儀表（機械零位在0℃）指示值為400℃，則認為熱端實際溫度為430℃對不對？為什麼？正確值為多少？
解：已知t0=30℃，動圈式顯示儀表指示值對應的熱電勢實際上為e（t，t0），即
e（t，t0）=e（400，0）=28.943 mv
所以，e（t，0）=e（t，t0）+e（t0，0）=28.943+1.801=30.744 mv
查表得，實際溫度為 t=422℃（在420~430之間線性插值，422.46）
習題二7．彈性壓力表有哪些彈性元件?各有什麼用途?
答彈性壓力表是壓力測量中最廣泛應用的一種儀表，它是根據各種彈性元件在被測介質壓力作用下產生彈性變形的大小來測量壓力的。常用的彈性元件』有下列六種：單圈彈簧管、多圈彈簧管、(以上兩種是測高壓、中壓、低壓用的)、波紋膜片、膜盒、撓性膜片、波紋管(上述四種是測微壓和低壓用的)。
8．試述彈簧管壓力表的基本工作原理。
答彈簧管壓力表是利用彈簧管在正壓或負壓的作用下，自由端產生位移，帶動傳動機構使指標偏轉，從而指示出壓力值的。
15．什麼是節流現象?標準的節流體有哪幾種?應用最廣泛的是哪種?
答流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前後的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節流現象。
標準的節流件有三種：標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管。
應用最廣泛的是標準孔板。它已有100多年的歷史，至今它是世界上應用最廣，最成熟，測量較準確的測量工具。
20．根據工作原理不同，物位測量儀表有哪些主要型別?它們的工作原理各是什麼?
答按其工作原理主要有下列幾種型別。
(1)直讀式物位儀表這類儀表主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等。它們是利用連通器的原理工作的。
(2)差壓式物位儀表這類儀表又可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表。它們是利用液柱或物位堆積對某定點產生壓力的原理而工作的。
(3)浮力式物位儀表這類儀表又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶槓桿的和沉筒式的幾種。它們是利用浮子的高度隨液位變化而改變或液體對浸沉於液體中的浮子(或沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理來工作的。
(4)電磁式物位儀表這類儀表可分為電阻式(即電極式)、電容式和電感式等幾種。它們是把物位的變化轉換為一些電量的變化，通過測出這些電量的變化來測知物位的。另外，還有利用壓磁效應工作的物位儀表。
(5)核輻射式物位儀表這類儀表是利用核輻射透過物料時，其強度隨物質層的厚度而變化的原理而工作的，目前應用較多的是7射線。
(6)聲波式物位儀表這類儀表可以根據它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式幾種。它們的原理是：由於物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些變化就可以測知物位。
(7)光學式物位儀表這類儀表是利用物位對光波的遮斷和反射原理而工作的。它利用的光源可以是普通白熾燈光，也可以是雷射。
21．什麼是液位測量時的零點遷移問題?怎樣進行遷移?其實質是什麼?
答在使用差壓變送器測量液位時，一般壓差與液位高度h之間的關係為： = 。這就是一般的「無遷移」的情況。當h＝o時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。
實際應用中，有時為防止容器內液體和氣體進入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，並保持負壓室的液柱高度恆定，在變送器正、負壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，並充以隔離液。如圖2—1所示。
設被測介質密度為，隔離液密度為：(通常)，此時正、負壓室的壓力分別為：
正負壓室間的壓差為：
當h=0時，，此為「有遷移」情況。
若採用的是ddz—ⅲ型差壓變送器，其輸出範圍為4～20ma的電流訊號。「無遷移」時，
h＝0，＝0，變送器輸出＝4ma；。「有遷移」時，h＝0，為了使液位的零值與滿量程能與變送器輸出的上、下限值相對應，即在「有遷移」情況下，使得當h＝0時，。可調節儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差的作用，此為「零點遷移」方法。
這裡遷移彈簧的作用，其實質就是改變測量範圍的上、下限，相當於測量範圍的平移，它不改變量程的大小。
22.試述溫度測量儀表的種類。各使用在什麼場合？
答按照測量方式的不同，溫度測量儀表可以分為接觸式與非接觸式兩類。前者測溫元件直接與被測介質接觸，這樣可以使被測介質與測溫元件進行充分的熱交換而達到測溫目的。後者測溫元件與被測介質不相接觸，通過輻射或對流實現熱交換來達到測溫的目的。
接觸法測溫時，直接測得被測物體的溫度，因而簡單、可靠、測量精度高。但由於測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換，因而產生了測溫的滯後現象，對運動狀態的固體測溫困難較大。另外，測溫元件容易破壞被測物件溫度場，且有可能與被測介質產生化學反應。
由於受到耐高溫材料的限制，也不能應用於很高的溫度測量。
非接觸法只能測得被測物體的表觀溫度（亮度溫度、輻射溫度、比色溫度等），一般情況下，要通過對被測物體表面發射率修正後才能得到真實溫度。而且，這種方法受到被測物體到儀表之間的距離以及輻射通道上的水氣、煙霧、塵埃等其它介質的影響，因此測量精度較低。非接觸法測量在原理上不受溫度上限的限制，因而測量範圍很廣，由於它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快，可以用來測量運動物體的表面溫度。
23．熱電偶溫度計為什麼可以用來測量溫度?它由哪幾部分組成?各部分有何作用?
答熱電偶溫度計是根據熱電效應這一原理來測量溫度的。
熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶、測量儀表、連線熱電偶和測量儀表的導線。熱電偶是系統中的測溫元件，測量儀表是用來檢測熱電偶產生的熱電勢訊號的，可以
採用動圈式儀表或電位差計，導線用來連線熱電偶與測量儀表。為了提高測量精度，一般都要採用補償導線和考慮冷端溫度補償。
24．常用的熱電偶有哪幾種?所配用的補償導線是什麼?為什麼要使用補償導線?並說明使用補償導線時要注意哪幾點?
答工業上常用的熱電偶有如下幾種：鉑銠—鉑銠—熱電偶(也稱雙鉑銠熱電偶)；鉑銠—鉑熱電偶；鎳鉻—鎳矽(鎳鉻—鎳鋁)熱電偶；鎳鉻—康銅(鎳鉻—銅鎳)熱電偶。
由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函式。在實際應用中，由於熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恆定。當然也可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，但是這樣做會多消耗許多貴重金屬材料。
解決這一問題的方法是採用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用導線稱為「補償導線」。
在使用熱電偶補償導線時，要注意型號相配，極性不能接錯，熱電偶與補償導線連線端所處的溫度不應超過100℃。
25．用熱電偶測溫時，為什麼要進行冷端溫度補償?其冷端溫度補償的方法有哪幾種?
答採用補償導線後，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩定的地方，延伸到溫度較低和比較穩定的操作室內，但冷端溫度還不是o℃。而工業上常用的各種熱電偶的溫度—熱電勢關係曲線是在冷端溫度保持為o℃的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據這一關係曲線進行刻度的，由於操作室的溫度往往高於o℃，而且是不恆定的，這時，熱電偶所產生的熱電勢必然偏小，且測量值也隨冷端溫度變化而變化，這樣測量結果就會產生誤差。因此，在應用熱電偶測溫時，又有將冷端溫度保持為o℃，或者進行一定的修正才能得到準確的測量結果。
這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。
冷端溫度補償的方法有以下幾種：(1)冷端溫度保持為o℃的方法，(2)冷端溫度修正方法；(3)校正儀表零點法；(4)補償電橋法；(5)補償熱電偶法。
26．試述熱電阻測溫原理?常用熱電阻的種類?各為多少?
答熱電阻溫度計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的，其電阻值與溫度關係如下：
可見，由於溫度的變化，導致了金屬導體電阻的變化，只要設法測出電阻值的變化，就可達到溫度測量的目的。
工業上常用的熱電阻有以下幾種：鉑電阻（wzp為新型號，wzb為舊型號）；銅電阻（wzc為新型號wzg為舊型號）。
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