仪器仪表基础知识

仪器仪表

1 、典型检测仪表控制系统的结构是怎么样的？各单元主要起什么作用？

分为被控对象、检测单元、变送单元、显示单元、调节单元、执行单元、操作人员。

被控（被测）对象：控制系统的核心。

检测单元：控制系统实现控制调节作用的基础。

变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输。

显示单元：将检测单元测量获得的参数显示给操作人员。

调节单元：完成调节控制规律运算，将结果输出作为控制信号。

执行单元：控制系统实施控制策略的执行机构。

2 、什么是仪表的测量范围、上下限和量程？彼此有什么关系？

测量范围是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。仪表的量程用来表示其测量范围的大小，是其测量上限值与下限值的代数差，即量程 = 测量上限值 — 测量下限值，给出仪表的测量范围便知上下限及量程，反之只给出仪表的量程，却无法确定其上下限及测量范围。

3 、如何才能实现仪表的零点迁移和量程迁移？

零点迁移：将线段迁移至零点，量程保持不变 量程迁移：零点不变，改变斜率

4 、参考工业控制系统实例，试说明典型的单回路控制系统中包含了哪几个主要环节，各环 节的主要功能是什么？检测信号在其中的作用是什么？

以加热温度控制系统为例，典型的单回路控制系统包含了输入、输出和控制三个环节。

输入环节：将参数转化为相应的标准统一信号。

输出环节：通过执行控制环节下达的信息试参数与给定值基本一致。

控制环节：与定值相比较控制执行器的动作。

检测信号在其中的作用是帮助控制单元实现控制调节。

5 、电厂汽水系统中需要测量哪些热参数？一般有哪些参数需要自动控制？举例说明。

温度 压力、流量 液位等参数（ 2 ）在热力过程中，温度与压力需要自动控制；在液位传输过程中，流量和液位需自动控制。

热电偶测温 ⒈ 原理：热电效应。

闭合回路中产生的热电势分为：温差电势和接触电势两种。

闭合回路中产生的总热电势为：

结论： ⒈ 热电偶产生热电势的条件是两种不同的导体材料构成，回路端点温度不同； ⒉ 热电势大小只与热电极材料及温度有关； ⒊ 热电极材料确定以后，热电势的大小只与温度有关。

几种常用工业热电偶的主要性能和特点如下：

⑴ 铂铑合金、铂系列的热电偶： B, R, S 型；使用温区宽，特性稳定，用与检测较高温度

⑵ 廉价金属热电偶： K, N, E 型；性能稳定，产生的热电势大，热电特性好，复现性好，抗氧化，抗辐射，使用范围广

⑶ 低温应用热电偶： T, J 型；

热电偶参比端温度的处理

⑴ 补偿导线法； ⑵ 参比端温度测量计算法； ⑶ 参比端恒温法； ⑷ 补偿电桥法

热电阻测温基于导体或半导体的电阻随温度而变化的特性。

热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件，它有正温度系数（ PTC ）、负温度系数（ NTC ）和临界温度（ CTR ）热敏电阻三种。

2 用三线制电桥法测定热电阻的电阻值，能较好的消除引线电阻的影响，提高测量精度。

压力的几种表示方法： ⑴ 绝对压力 ⑵ 大气压力 ⑶ 表压力 ⑷ 真空度 ⑸ 差压

6-1 简述流量测量的特点及流量测量仪表的分类。

流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比，该时间足够短以致可认为在此期间的流动是稳定的。此流量又称瞬时流量。

测量流量的仪表称为流量计，测量流体总量的仪表称为计量表或总量计

体积流量计：容积式流量计，差压式流量计，速度式流量计

质量流量计：推导式质量流量计，直接式质量流量计

6-3 简述击中差压式流量计的工作原理

节流式流量计：节流式流量计测量原理是以能量守恒定律和流动连续性定律为基础

均速管流量计：是基于动压管测速原理发展而成的一种流量计，流体流经均速管产生差压信号，此差压信号于流体流量有确定的关系，经过差压计可测出流体流量。

弯管流量计：当流体通过管道弯头时，受到角加速度的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧于内半径侧之间形成差压，此差压的平方根于流体流量成正比。

6-4 节流式流量计的流量系数与哪些因素有关？

与节流件形式，直径比，取压方式，流动雷诺数 Re 及管道粗糙度等多种因素有关。

6-10 说明电磁流量计的工作原理，这类流量计在使用中有何要求？

电磁流量计基于电磁感应原理，导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求的流体质量。

要求 ：安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。要确保流体，外壳，管道内的良好接地。选择要根据被测流体情况确定合适的内衬和电极材料。其测量准确度受导管的内壁，特别是电极附近结垢的影响，应注意维护清洗。

若用一只测量水流量的浮子式流量计，用于测量空气流量，会出现什么情况？有流量指示吗？

答：可能会出现浮子密度大，空气流无法使浮子上浮而无流指示。也可能浮子上又流量指示，但不正确。

7-1 常用液位测量方法有哪些？

静压式液位检测仪表，静压式检测方法的测量原理是将液位的检测转换为静压力测量

静压式 ，差压式，吹气式

7-2 对于开口容器和密封压力容器用差压式液位计测量时有何不同？影响液位计测量精度的因素有哪些？

对于开口容器，在容器底部或侧面液位零点处引出压力信号，仪表指示的表压力即反映相应的液位静压。对于密封压力容器，可用差压计测量液位。差压式的正压侧与容器底部相通，负压侧连接容器上部的空间。可求液位高度。 因素：液位测量精确度取决于测压仪表的精度以及液体的温度。

7-3 利用差压变送器测量液位时，为什么要进行零点迁移？如何实现迁移？

由于测压仪表的安装位置一般不能和被测容器的最低液位处在同一高度，由于安装高度所产生的静压使得液位计的输出不与零液位相对应。因此在测量液位时，仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。

可以对感应元件预加一个作用力，将仪表的零点迁移到与液位零点相重合。

差压法测量液位采用三组阀，其中平衡阀的作用是什么？若无平衡阀，则会出现什么情况？

作用是保证差压计不单相受压，招受损坏！

无平衡阀将使差压计两端压力不平衡，

超声波测量方法可否用于气相侧来测量液位？能否用于测量固体物位？

超声波测量是利用超声波发射和接收的时间间隔与分界面位置有关的比例关系测量物位。即在气体、液体或固体中的衰减、穿透能力和声阻抗不同的性质来测量两种介质的界面

所以可用气相侧来测量液位。能用于测量固体物位。

1. 简述热导式体分析器的工作原理，对测量条件有什么要求？

热导式气体分析器是使用最早的一种物理式气体分析器，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。

在实际测量中，要求混合气体中背景组分的热导率必须近似相等，并与被测组分的热导率有明显差别。对于不能满足这个条件的多组分组合气体，可以采取预处理的方法。

2. 简述红外线气体分析的测量机理，红外线气体分析器的基本组成环节。

它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。

红外线气体分析器一般由红外辐射源、测量气样室、红外探测装置等组成。

3. 简述湿度测量的特点，常用的湿度测量方法有哪些？

特点：工作可靠，使用寿命长；满足要求的湿度测量范围，有较快的响应速度；在各种气体环境中特性稳定，不受尘埃、油污附着的影响；能在 -30~100 ℃的环境温度下使用，受温度影响小；互换性好、制造简单、价格便宜。

湿度的检测方法很多，传统的方法是露点法、毛发膨胀法和干湿球温度测量法。

1. 为什么说变送器是工业过程自动化的重要组成部分？

变送单元在控制系统中起着重要的作用，它将各种过程参数如温度、压力、流量、液位等转换成相应的统一标准信号，以供系统显示或进行下一步的调整控制所用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，因为只有获得了精确和可靠的过程参数，才能进行准确的数据处理，进而才能实现满意的控制效果。

2. Ⅲ型差压变送器由哪几部分组成？其工作原理和结构框图如何？

Ⅲ 型差压变送器是基于力矩平衡原理工作的，主要由机械部件和振荡放大电路两部分组成。

3. 变送器的量程是否固定？为什么？若可调节，那么通过什么环节来实现？举例说明。

不固定。例如 Ⅲ 型差压变送器的比例系数 K △ p=Adtan θ l1l3/l2lfKf ，改变 tan θ或 Kf 可以调整变送器的量程。

4. 国际标准信号制： I=4-20mA ， U=1-5V ，下限为什么不为零？主要出于何种原因？

如果下限为零就无法判断变送器是否坏了。

数字显示表的基本结构包含了哪几个环节？ A/D 转换的精度如何选取？若测量范围 0-200C, 要求最小显示单位 0.2C ，则应选取几位的 A/D 转换器？应选用几位的显示器？

采样开关、模数转换、微机单元、显示及键盘单元、打印机单元。 ② 与系统中所测量控制的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位。 ③ 应选取 10 位的 A/D 转换器。 ④ 应选取 3 位半的显示器。

2 、数字显示表的哪个环节用来实现数字滤波？数字滤波的主要功能是什么？若无数字滤波， 可能会出现什么情况？

① 微机单元环节。 ② 避免偶然干扰带来的数据偏差，保证数据的可靠性。 ③ 数据严重偏差，影响最终的数据记录监控。

3 、数字显示表的显示驱动电路中限流电阻的主要作用是什么？若不用限流电阻，则会出现 什么？

① 保护后一级器件不过载。 ② LED 数码管可能会过流损坏。

4 、显示仪表在过程自动化的作用是什么？

它可将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况，掌握被控对象的状态，是进行系统控制、工况监视、性能分析以及事故评判等工作所必不可少的环节。

5 、数字式显示仪表的特点是什么？

它是通过打印被测参数的数据来完成对被测参数的记录的，因而它可以具有较高的记录精度。但因为该种记录仪采用的是打印方式，因而限制了数据的连续记录；同时运行人员很难从这些断续的记录数据中得到被测参数变化过程的全面而完整的直观感受，并且必须进行相应的处理方可获得参数变化趋势、稳定程度和波动频率等信息。

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