检测技术及仪表习题答案 林锦实主编(机械工业出版社).doc 19页

'第一章测量技术及误差理论基础习题答案1.题号1234答案×√××2.题号1234567答案CBCDDAB、A、A3.1、解：mA/kpamA/kpa4．答：由仪表的输入量发生变化，引起输出值的变化，即动态响应。一阶传器的单位阶跃响应 二阶仪表阶跃响应性能指标上升时间、响应时间、峰值时间、超调量5．解：℃允许基本误差是-0.5%≤δ允≤0.5%6．答：区别：引用误差：就是测量仪表在量程范围内某点的示值的绝对误差与其量程的比值百分数。对于一个测量仪表，有无穷多个引用误差。基本误差：在测量仪表量程范围内，输出量和理论值的最大偏差值与量程比值的百分数，称做仪表的基本误差。对于一个测量仪表，只有一个基本误差。联系：引用误差的最大值，就是仪表的基本误差。7．解：℃由题意得：℃℃ 6．解：i.选A、B表的量程都大于被测压力，量程都满足要求ii.A、B表可能产生的最大绝对误差为：PaPa选B表测量精度高第二章习题答案1．水银不易氧化、不沾玻璃、易提纯，能在很大温度范围内（–36～+365℃）保持液态，特别是在200℃以下，它的体膨胀与温度几乎呈线性关系，水银玻璃温度计的刻度是均匀的。因此常以水银作为感温元件。若在毛细管中充以加压的氮气，并采用石英玻璃管，则测温上限可达600℃或更高。2．缓慢提高玻璃管温度计所测量的温度，使感温液断裂部分进入安全包后，再逐渐降温，则感温液逐渐留下来，而气泡留在安全包中，即可消除液柱断裂现象。3．它的感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而成的。双金属受热后，由于两金属的膨胀长度不同而产生弯曲，如图2-3所示。温度越高产生的线膨胀长度差也就越大，因而引起的弯曲角度就越大。增加双金属片的长度，提高灵敏度。4．温差电动势和接触电动势。起主导作用的是温差电动势。5．1）铂铑10—铂热电偶（S型）。这种热电偶在1300℃（有的国家规定为1400℃）以下温度范围可以长期使用。在良好的环境下可短期测量1600℃的高温。在所有标准化热电偶中，S型热电偶准确度等级最高，稳定性最好，且测温区域宽，使用寿命长，可用于精密测量和作为标准热电偶，适用于氧化性和惰性气氛中。但价格昂贵，热电动势小，灵敏度低，热电特性曲线非线性较大，不适于还原性气氛和含有金属或非金属蒸气的气氛中。2）铂铑13—铂热电偶（R型）。R型与S型热电偶相比热电动势稍大（大约15%），但灵敏度仍不高，其他特点相同。3）铂铑30—铂铑6热电偶（B型）。由于B型热电偶的两热电极均为铂铑合金，因此又称为双铂铑热电偶，可长期测量1600℃的高温，短期可测1800℃。它的特点是性能稳定，测量精度高，适于在氧化性和惰性气氛中使用，也适合在真空中短期使用。但B型热电偶在还原性气氛中易被侵蚀，热电动势小，灵敏度比S型热电偶还低，且价格昂贵。由于在低温时热电动势极小，因此冷端温度在50℃以下时不需要对冷端温度进行补偿。4）镍铬—镍硅热电偶（K型）。这是一种在工业中广泛使用的廉金属热电偶，长期使用测温上限可达1000℃，短期测量可达1300℃，适合于氧化性和惰性气氛中使用。其优点是灵敏度高（每变化1℃热电动势变化0.04mV），热电动势是S型的4～5 倍，热电特性接近线性，复现性好，抗氧化性强，受辐射影响较小，故常被用于核工业测温。缺点是准确度低，不适用于还原气氛。5）镍铬硅—镍硅热电偶（N型）。N型热电偶是一种新型镍基合金测温材料，也是国际上近20年来在廉金属热电偶合金材料研究方面取得的惟一重大成果。N型热电偶的测温范围为–200～1300℃，长期使用测温上限为1200℃，短期为1300℃。其优点是：在相同条件下，尤其在1100～1300℃的高温条件下，N型热电偶的高温稳定性及使用寿命较K型热电偶有成倍的提高，且与S型热电偶接近，但其价格仅为S型的1/20；在1300℃以下，高温抗氧化能力强，耐核辐射能力强，耐低温性能也好，可用于其他金属热电偶不能胜任或者过于勉强的场合；在400～1300℃范围内，与K型热电偶相比，N型热电偶的热电特性线性更好。因此，在–200～1300℃整个温度范围内，有全面代替廉金属热电偶和部分取代S型热电偶的趋势。但N型热电偶材料较硬，难于加工，在低温范围内（–200～400℃）的非线性误差较大。6）镍铬—康铜（E型）。这是一种在标准化热电偶中灵敏度最高的热电偶，可测微小温度的变化，是一种较重要的低温热电偶。适宜在–200～+900℃范围内的氧化性和惰性气氛中使用，尤其适宜在0℃以下使用。在湿度较高的情况下，较其他热电偶耐腐蚀，价格较K型热电偶便宜。其缺点是热电均匀性较差，不能用于还原性介质中。7）铁—康铜（J型）。这是工业中应用很普遍的热电偶，它价格低廉，灵敏度较高，测量范围较广，在氧化或还原气氛中均可使用，多用于化工厂的温度检测。J型热电偶的测量上限，在氧化性气氛中为750℃，在还原性气氛中为950℃。但高温条件下，铁热电极的氧化速度加快，因此长期使用温度不宜超过538℃，并且要选用粗线径的热电偶丝。8）铜—康铜（T型）。这种热电偶是几种标准化热电偶中最便宜的一种，适用于在–200～+400℃范围内测温。优点是热电极丝的均匀性好，热电动势较大，线性度好，在低温下具有良好的稳定性，可用于测量–200℃左右的低温，在0～100℃内可作为二等标准仪器。但复制性较差，抗氧化性差，在氧化性气氛中长时间测量不宜超过300℃。6．由热电偶的工作原理可知，对于一定材料的热电偶来说，其热电动势的大小除与测量端温度有关外，还与冷端温度t0有关。因此，只有在冷端温度t0固定时，热电动势才与测量端温度t成单值函数关系。7．补偿导线的作用就是延长热电极，即将热电偶的冷端延伸到温度相对稳定区。各种补偿导线的正极绝缘层均为红色，可以根据负极绝缘层的颜色初步判别补偿导线的类型。8．工业上一般用比较法校验热电偶。即用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者的示值，以确定被校热电偶的基本误差等质量指标。为了通过清洗除去热电极表面污物，有机物和部分氧化物而改善热电性能延长使用寿命。9．热电阻主要是利用金属材料的电阻值随温度升高而增大这一特性来测量温度的。铂电阻Pt100和铜电阻Cu10010．两线制在测量中引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差；三线制可以较好地消除引线电阻的影响，测量准确度高于两线制；四线制总能消除引线电阻的影响，但测量比较麻烦，主要用于高精度温度检测。所以一般测量中，要用三线制，而不用两线制和四线制。 11．热电阻的基本参数有：测量范围、R0及允许误差、W100及允许误差。热电阻的基本特性是电阻随温度升高而增大。热电阻的温度特性有三种：列表法、作图法、数学表示法。12．为了避免电流过高时，热电阻发热，产生自热误差，影响测量精度。13．AD590是二端电流源器件，它的输出电流与器件所处的热力学温度（K）成正比，其温度系数为1μA/K，0℃时该器件的输出电流为273μA，AD590的工作温度为–55～+150℃，外接电源电压在4～30V内任意选定。当所加电压变化时，其输出电流基本不受影响。14．接触方式有四种，按照测量误差由小到大的顺序排列是：等温线接触、片接触、分立接触、点接触。15．主要误差是由于管道内外有温差存在，有热量沿感温元件向外导出（即引热损失），使得感温元件感受到的温度比流体真实温度要低，即产生了导热误差。为减小导热误差，保证测量的准确性，在进行管道中流体温度的测量时，感温元件应遵循如下安装原则：1）应该把感温元件的外露部分用保温材料包起来以提高其温度，减小导热误差。2）感温元件应逆着介质流动方向倾斜安装，至少应正交，切不可顺流安装。3）感温元件应有足够的插入深度。4）感温元件应与被测介质充分接触，以增大放热系数，减小误差。为此，感温元件的感温点应处于管道流速最大的地方（一般在管道中心）。5）为减小向外的热损失，应使测温管或保护管的壁厚和外径尽量小一些。同时要求测温管或保护管材料的导热系数要小一些（但这会增加热阻，使动态测量误差增大）。16．与电源线并排敷设是为了避免电磁干扰的影响。17．光学高温计测得的是亮度温度，总是低于真实温度。全辐射高温计测得的是辐射温度，总是高于真实温度。比色高温计测得的是比色温度，有时高于真实温度、有时低于真实温度、有时还等于真实温度，具体由被测介质决定。18．全辐射高温计是以斯蒂芬—玻尔兹曼定律为基础，采用表面涂黑的热电堆吸收投射到其表面上的全部波长范围的所有辐射能来测量温度的。 补偿光栏的作用是补偿因热电堆冷端温度受环境温度变化的影响而引起的仪表示值误差。使用时，如果被测目标太小或太远，则物体的像不能遮盖热电堆受热面整体，在这种情况下受热面接受的辐射能所相当的温度，一定低于被测物体温度。所以，随着感温器到被测物体的距离L的不同，对被测物体的大小（通常指直径D）有一定的限制值。19．比色高温计的特点：1）比色温度可小于、等于或大于真实温度。当=，即被测物体为灰体时，比色温度就等于被测物体的真实温度，这是比色高温计的最大优点。例如：严重氧化的钢铁表面一般可近似看作灰体，这时仪表的示值即比色温度，可认为近似等于被测物体的真实温度，而不需修正。2）虽然实际物体的ε值和值变化较大，但同一物体的和的比值变化较小。因此，比色温度与真实温度之差要比亮度温度、辐射温度与真实温度之差小得多，测量准确度高。3）光路中的水蒸汽、二氧化碳和尘埃等对波长λ1和λ2下的单色辐射能都有吸收，尽管吸收不一样，但对单色辐射功率的比值（亮度比）影响较小。因此比色高温计可在恶劣环境中使用。前置反射器辐射温度计的特点：前置反射器辐射温度计可基本上消除发射率的影响，只要被测表面的发射率大于0.6（无需知道确切值）就可直接测得真实温度，而不需进行任何修正。20．辐射测温中的主要干扰大致可分为光路中的干扰、外来光干扰以及黑度变化干扰等几类。（1）光路中的干扰为防止光路中的干扰，减小测量误差，使辐射温度计的工作波长都选择在这三个大气窗口的某一波段上，以减少光路中吸收性气体对辐射能的吸收，减少测量误差。（2）外来光干扰为防止外来光干扰，减小测量误差，在可能的条件下，可用改变测量方向的方法来躲过外来光（包括昼光）照射到被测表面上。但对于一些固定的难以避免的外部光源，应设置遮蔽装置。为防止遮蔽装置内表面与被测表面之间发生多次反射，遮蔽装置的内表面应涂黑。遮蔽装置在可能的情况下应尽量靠近被测表面。有时为防止遮蔽装置本身温度过高而成为新的外部光源，需采用空气或水等对其进行冷却，以降低它的辐射。（3）黑度变化的影响为消除或减小由于黑度变化产生的测量误差，可采取以下措施：1）在被测表面上涂已知黑度的涂料。2）人为创造黑体辐射的条件。3）利用前置反射器辐射温度计来测真实温度。4）减小由于黑度变化产生的测量误差。在实际应用中通常利用过去测的平均黑度值进行修正，而对其变化部分并没有给予考虑。为了减小由黑度变化所产生的测量误差，采用工作波长较短的辐射温度计测量效果较好。21．查S型热电偶分度表知E(20,0)=0.133mV，E(30,0)=0.173mV，得E(25,0)=[E(20,0)+E(30,0)]/2=0.153mVE(t,t0)=11.925mV，则E(t,0)=E(t,25)+E(25,0)=(11.925+0.153)mV=12.078mV 据此再查上述分度表知，12.078mV对应的温度为t=1211.65℃。22．查E型热电偶分度表知E(800,0)=61.022mV，E(30,0)=1.801mV，E(t,t0)=E(t,0)-E(t0，0)=61.022-1.801=59.221mV23．不能。实际温度≈指示温度+K*冷端温度。T型热电偶的修正系数K≠1实际温度计算如下：E(20,0)=0.789mV，E(30,0)=1.196mV，E(351,0)=17.876mV得E(25,0)=[E(20,0)+E(30,0)]/2=0.9925mVE(t,25)=17.876mV，（数值等于E(351,0)，但意义不同，不能画等号）E(t,0)=E(t,25)+E(25,0)=(17.876+0.9925)mV=18.8685mVt=367.4℃24．近似计算法：T=1070+0.55*30=1086.5℃。准确计算法：E(30,0)=0.173mV，E(1070,0)=10.4mVE(t,30)=10.4mV，E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=(10.4+0.173)mV=10.573mVt=1084.8℃25．查S型热电偶分度表知E(40,0)=0.235mV，E(50,0)=0.299mV，E(1100,0)=10.745mV得E(44,0)=0.2606mVE(20,0)=0.133mV，E(30,0)=0.173mV，得E(25,0)=[E(20,0)+E(30,0)]/2=0.153mV（1）采用补偿导线连接时：E(1100,25)=E(1100,0)-E(25,0)=10.592mV据此再查上述分度表知，对应的温度为t=1086.4℃。测量误差：△t=1086.4-1100=-13.6℃。（2）采用铜导线连接时：E(1100,44)=E(1100,0)-E(44,0)=10.4844mV据此再查上述分度表知，对应的温度为t=1077.2℃。测量误差：△t=1077.2-1100=-22.8℃。26．a)是；b)是；c)不是；d)不是；e)不是；f)是27．（1）首先查S型热电偶的分度表，E(400,0)=3.26mV，得该标准热电偶的修正值为3.252–3.26=-0.018mV，标准热电偶热电动势修正值：3.24+0.018=3.258mV。相当于399.8℃。从K型热电偶的热电动势平均值为：16.23mV相当于396.1℃，所以此被校热电偶在400℃时的误差为396.1–399.8=-3.7℃。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在–40～1300℃的温度范围内，允许偏差为±0.75%|t|，所以被校热电偶的实际偏差小于允许偏差，即3.7℃<998×0.75%=7.5℃ 。此热电偶在该校验点合格。（2）首先查S型热电偶的分度表，E(600,0)=5.237mV，得该标准热电偶的修正值为5.221–5.237=-0.016mV，标准热电偶热电动势修正值：5.102+0.016=5.118mV。相当于588.2℃。从K型热电偶的热电动势平均值为：24.43mV相当于588.9℃，所以此被校热电偶在400℃时的误差为588.9–588.2=-0.7℃。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在–40～1300℃的温度范围内，允许偏差为±0.75%|t|，所以被校热电偶的实际偏差小于允许偏差，即0.7℃<998×0.75%=7.5℃。此热电偶在该校验点合格。（3）首先查S型热电偶的分度表，E(800,0)=7.345mV，得该标准热电偶的修正值为7.320–7.345=-0.025mV，标准热电偶热电动势修正值：7.336+0.025=7.361mV。相当于801.5℃。从K型热电偶的热电动势平均值为：32.71mV相当于786.2℃，所以此被校热电偶在400℃时的误差为786.2–801.5=-15.3℃。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在–40～1300℃的温度范围内，允许偏差为±0.75%|t|，所以被校热电偶的实际偏差小于允许偏差，即15.3℃>998×0.75%=7.5℃。此热电偶在该校验点不合格。（4）首先查S型热电偶的分度表，E(1000,0)=9.585mV，得该标准热电偶的修正值为9.554–9.585=-0.031mV，标准热电偶热电动势修正值：9.538+0.031=9.569mV。相当于998.6℃。从K型热电偶的热电动势平均值为：41.4mV相当于1003.4℃，所以此被校热电偶在400℃时的误差为998.6–1003.4=-4.8℃。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在–40～1300℃的温度范围内，允许偏差为±0.75%|t|，所以被校热电偶的实际偏差小于允许偏差，即4.8℃<998×0.75%=7.5℃。此热电偶在该校验点合格。28．查图2-54得修正值约为15℃t=1000+15=1015℃29．℃或查表2-11得真实温度为1310℃30．表面无氧化层钢板的ε0.66=0.35查图2-54得修正值约为170℃t=1500+170=1670℃1.力（真空度）和绝对压力之间有何关系？第三章压力和差压的测量习题答案1．工程上压力的含义是什么？表压、负压在工程上，压力定义为垂直均匀地作用在单位面积上的力。表压力(p)是以大气压为基准，表示超出当地大气压的压力。负压力是指当绝对压力小于大气压，即表压力为负值时的压力表示，在工程上，经常用真空度(pv)来表示。绝对压力(pa) 是以绝对零压力为基准，表示被测介质作用在物体表面上的全部压力。三者之间的关系用公式表示为：pa=p+p0：绝对压力=表压力+大气压p=pa-p0：表压力=绝对压力-大气压pv=p0-pa：真空度=大气压-绝对压力1.能否用圆形截面的金属管制作弹簧管压力计，原因是什么？答案：不能。弹簧管压力计的工作原理是：当被测压力介质进入并充满弹簧管的内腔时，椭圆形或扁圆形截面在压力作用下将趋向圆形，由于弹簧管长度一定，迫使弹簧管产生向外挺直的扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移。2.什么是金属导体的应变效应？电阻应变片由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答案：金属导体在外力作用下发生机械变形，从而引起电阻值发生变化的现象称为应变效应，该效应主要是由金属导体几何尺寸变化引起的。电阻应变片一般由敏感栅（金属丝或箔）、绝缘基底、覆盖层或保护膜以及引出线等部分组成。3.用柱形弹性元件测某重力F，试说明力的施加方法和应变片的粘贴（注意方向）方法，画出全桥差动测量电路的连接方法，并推导出桥路输出电压与应变间的关系。答案：使用柱形弹性元件，受力方向应为轴向，应变片应纵向或横向粘贴于圆柱面上。示意图为构成全桥差动测量电路的四片应变片的粘贴方法。放大器UooU+_+_abcdR2R3R4R1由于ΔR/R=Kεx，当各桥臂应变片的灵敏度K都相同时有：4.什么是压电效应？试说明压电式压力计有哪些特点？答案：某些电介质物体，对其沿一定方向施加压力或拉力发生机械应变时，会在其相对两面上产生等量异号电荷，若将外力去掉时，电荷随之消失，它们又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。压电式压力传感器具有如下特点：1）体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，工作温度可在250℃以上。 2）灵敏度高，线性度好，常用精度有0.5级和1.0级。3）测量范围宽，可测100Mpa以下的所有压力。4）是一种有源传感器，无须外加电源，可避免电源带来的噪声干扰。6.某台空压机的缓冲器，正常工作压力范围为1.1～1.6Mpa，工艺要求就地指示，测量误差要求不大于被测压力的±5%，试选择合适的压力表（压力表类型、示值范围和精度等级）。答案：由使用条件可知，选用弹簧管压力计即可。设弹簧管压力计的量程为A，则根据最大工作压力有1.6MPa<3/4A则A>2.13MPa根据最小工作压力有1.1MPa>1/3A则A<3.3MPa根据压力计的量程系列，可选量程范围为0～2.5MPa的弹簧管压力计。该压力计的最大允许误差为按照压力计的精度等级，应选用2.5级的压力计。综上，应选精度等级为2.5级，量程为0～2.5MPa的弹簧管压力计。7.已知某被测容器最大压力为0.8MPa，允许的最大绝对误差为0.01MPa。甲同学选择一个测量范围为0～1.6MPa，精度等级为1级的压力表进行测量；乙同学选择一个测量范围为0～1.0MPa，精度等级为1级的压力表进行测量。问哪块压力表符合工艺要求，试说明原因。答案：甲同学：允许的最大绝对误差，测压上限乙同学：允许的最大绝对误差，测压上限综上，甲同学选择的压力表符合工艺要求。8.试说明差动电容式压力变送器有哪些优点？答案：分辨力高，静态精度和动态特性好，结构简单，适应性强等优点。9.使用活塞式压力计时要注意哪些事项？影响测量精度的因素有哪些？答案：使用注意事项：测量前，要将活塞压力计放置水平；灌入工作液后，要反复旋转手轮排除测量系统内腔的空气；用加压泵加压，检查油路是否畅通，然后装上被校压力表；要将进油口阀门打开，反时针旋转手轮，将油吸入油路；测量时把砝码加到活塞盘上，所加砝码重量加上活塞、托盘的重量应与所校验的压力值相对应，再旋转手轮加压，使活塞盘升起，并与定位指示板刻度线相齐；为了减小活塞与活塞筒之间的摩擦阻力，应使活塞盘以不小于30r/min的角速度向顺时针方向旋转；活塞式压力计的活塞杆、底盘、砝码等必须根据其出厂的编号配套使用，不能互换。 影响测量精度的因素有：重力加速度变化带来的校验误差，重力加速度值与校验地所在的海拔、纬度有关，如海拔越高，重力加速度越小，校验误差会增加。此外，温度变化会影响活塞的有效面积，空气对砝码会有一定的浮力作用，这些都是影响校验精度的一些因素。10.试说明压力计在安装时有哪些注意事项？答案：安装位置应易于检修、观察；尽量避开振源和热源的影响，必要时加装隔热板，减小热辐射；测高温流体或蒸汽压力时应加装回转冷凝管；对于测量波动频繁的压力，如压缩机出口、泵出口等，可增装阻尼装置；测量腐蚀介质时，必须采取保护措施，安装隔离罐。第四章流量的测量参考答案1．不可压缩流体的流量方程为（4-9）α是流量系数，与节流元件形式、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。2．稳定流动的流体沿水平管道流经孔板，在其前后产生压力和速度的变化。流束在孔板前截面1处开始收缩，位于边缘处的流体向中心加速，流束中央的压力开始下降。在截面2处流束达最小收缩截面，此处流速最快，静压最低。之后流束开始扩张，流速逐渐减慢，静压逐渐恢复。但由于流体流经节流元件时会有压力损失，所以静压不能恢复到收缩前的最大压力值。节流元件前后形成的压差的开方与流量成正比。3．被测流体是蒸汽或湿气体时，在导压管内要积存凝结水。为了使前后导压管内液位高度保持不变或相等，常采用冷凝器。冷凝器要安装在垂直导压管的最高处，并具有相同高度。4．差压式流量计由节流装置、导压管和差压计三个部分组成。节流装置的安装：1）节流装置必须安装在直管道上，第一阻力元件与节流元件间应有足够的直管长度。2 ）节流元件的开孔与管道必须同轴，且入口端面与管道轴线垂直，节流元件的方向不得装反。3）节流装置前2D以内的管道内径D20′与管道内径的计算值D20的最大偏差要小于规定限度。4）节流元件在安装之前应保护好开孔边缘的尖锐和表面光洁度，只能用软布擦去表面油污，严禁用砂布或锉刀进行辅助加工。导压管路的安装：1）导压管内径不得小于6mm，长度最好在16m以内，最长不得超过60m，管道弯曲处应有均匀的圆角严防有磕碰或压扁现象。2）导压管应垂直或倾斜敷设，其倾斜度不得小于1:12，倾斜方向视流体而定。3）两导压管应该尽量靠近、平行敷设，保证两导压管中介质温度相同，压力损失相等。4）导压管要采取防烘烤、防冻结等措施。5）全部导压管管路要密封无漏，并装有必要的切断、冲洗、排污等所需的阀门。6）要根据测量条件加装集气器、沉降器、隔离器、冷凝器等装置。差压计的安装：（1）差压计的安装要十分注意安装现场的条件，如环境温度、湿度、尘埃、腐蚀性、震动等，使之符合差压计的工作条件。差压计的安装位置视被测流体状态而定。1）测量液体流量时，差压计最好装在节流装置下部。如果差压计一定要装在上部时，导压管的最高处要安装集气器，最低处要安装沉降器，以便排除管内的气体或沉积物。2）测量气体流量时，差压计最好安装在节流装置上部。如果一定要装在下部时，导压管的最低处要安装沉降器，以便排除冷凝液或污物。3）测量水蒸气流量时，可按照测量液体的做法安装差压计的位置。为了防止差压计受高温蒸汽的影响，在靠近节流装置处安装两个冷凝器，且使两个冷凝器液面高度相同，以防影响差压计的测量精度。（2）差压计之前要装三阀组（或平衡阀），在投入运行或拆修之前，要先打开平衡阀，再打开或关闭截止阀，可以起到单向过载保护作用。在仪表运行过程中，打开平衡阀，可以进行仪表的零点校验。5．转子流量计是一种非通用性仪表，出厂时需单个标定刻度。如果实际测量的介质与标定的介质不同时，要进行刻度换算。测量液体的转子流量计用常温水标定，测量气体的转子流量计用常温常压（20℃，1.01325×105Pa）的空气标定。在实际测量时，如果被测介质不是水或常温常压下的空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，因此要对其进行刻度换算修正。6．解：首先将压力换算成绝对压力，温度换算成开尔文温度：P0=1kgf/cm2p′=(1+1)kgf/cm2=2kgf/cm2T0=20+273.15=293.15KT′=50+273.15=323.15Kqv0=100m3/h此二氧化碳气流量的实际变化范围是48~54m3/h。7．靶式流量计的标定方法有两种，一种是干式标定法，又称为“干校” ；另一种是用实际的介质通过标准流量计进行标定，又称为“湿校”。（1）.干式标定法靶式流量计干式标定法，就是采用砝码挂重的方法代替靶上所受作用力，用来校验靶上受力与仪表输出信号之间的对应关系，并可调整仪表的零点和满量程。干式标定法的实质是对靶式流量计测力装置的标定。（2）.湿校靶式流量计主要是用来测量液体流量的，而液体介质的种类很多，制造厂不可能用各种介质进行标定，只能采用统一的有代表性的液体进行校验，这个介质就是水。所以，湿校也叫水校。8．它是利用流体振荡的原理进行流量测量。当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡列，旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测量频率的变化，就可以得知流体的流量。旋涡发生体的形状有圆柱、三角形、矩形柱、形柱以及由以上简单柱形组合而成的组合柱形。旋涡频率的检出有多种方式，可以分为一体式和分体式两类。一体式的检测元件放在旋涡发生体内，如热丝式，膜片式，热敏电阻式；分体式检测元件则装在旋涡发生体下游，如压电式，摆旗式，超声式。9．对。椭圆齿轮流量计的主要误差是齿轮之间、齿轮与外壳之间的泄露量。被测介质的黏度越大，泄露量越小，测量精度越高。因此椭圆齿轮流量计适用于高黏度液体的测量。10．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得流体流量。电磁流量计的测量对象必须是导电介质。对直管段要求不高，前直管段长度为5D～10D。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、管道间的良好接地。采用交变磁场，不仅消除了介质电解极化所造成的影响，而且也便于输出信号的放大。11．超声流量计利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量。超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。超声流量计的测量准确度受下列诸因素的影响：流量计壳体几何尺寸和超声传感器位置参数的准确性；流量计所采用的积分技术；速度分布剖面的质量、气流的脉动程度和气体的均匀性；传播时间测量的准确度。传播时间测量的准确度又取决于电子时钟的稳定性、对声脉冲波参考位置检测的一致性及对电子元件和传感器信号滞后的适当补偿。(注该题改为：超声波流量计的准确度与哪些因素有关？)12．科里奥利质量流量计简称科氏力流量计，它是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。传感器的安装：传感器应确保安装在管道中充满被测流体的位置上，并应尽量消除或减少流体中的固体颗粒在测量管内壁沉积，否则仪表的测量性能将下降。科氏力质量流量计的原理和结构都决定了外界振动对它会造成影响，因此流量传感器的安装场所应尽量远离大功率泵、电机等振动干扰源。1）传感器的支撑。传感器的安装应采用坚固的支架。在相连接的管道振动无法避免时，传感器与管道之间应采用挠性连接或通过膨胀节减小振动。2）科氏力质量流量计的使用必须满足背压要求。3 ）零点调整。仪表零点应在初次安装或安装有所改变后进行调整，有些仪表的零点要在工作温度、压力和实际介质密度条件下调整。13．直接式质量流量的测量方法和间接式质量流量的测量方法14．流量校验装置的作用主要有：①进行仪表特性试验。研究仪表在实验室条件下和现场条件下静态和动态特性、确定仪表精度、测量范围、适应的工作状态、仪表稳定性及可靠性等技术指标，使仪表可定型生产。②对仪表在现场使用中由于介质性质及流动特性不同而引起的特性变化进行研究，找出修正方法。③作为流量单位量值统一与传递的标准设备，使各个部门的量值保持精确与统一。流量校验装置按试验介质种类分为水流量标准装置和气体流量标准装置。第五章物位的测量参考答案1．钢丝绳式和杠杆浮球式液位计各有什么特点？当液体密度有变化时，对它们各有什么影响?答：钢丝绳式浮子液位计特点：可用于拱顶罐、球罐、浮顶罐等的液位测量，它的测量范围宽，可达0~25m；精度高，用于液位测量的，可达±5mm，用于计量的，可达±2mm。钢丝绳式浮子液位计的精度受多种因素的影响，如测量过程中，钢丝绳长度变化引起重量变化，致使浮子浸入液体深度改变；温度变化致使钢丝绳热胀冷缩，引起长度变化；温度变化时，液体密度随之变化，引起测量误差；罐内储量增多时，罐的应力变形引起计量误差等。其中，以钢丝绳热胀冷缩造成的影响最大，例如，10m长的钢丝绳，温度变化30℃时，长度变化4.8mm，温度变化100℃时，长度变化16mm。杠杆浮球式液位计特点：变化灵活，容易适应介质的温度、压力、粘度等条件。但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。当液体密度变大时，它们的灵敏度降低。2．浮筒式液位计与浮子式液位计在工作原理上有什么异同点?答：共同点：它们都属于浮力式液位计。不同点：浮筒式液位计的检测元件是浸没于液体中的浮筒。浮筒所受浮力随位移发生变化。浮子式液位计的浮子由于受到液体浮力作用而漂浮于液面上，并随液位的变化而升降，即浮子的位移正确地跟随液位而变化，浮子所受浮力是恒定不变的。 3．利用差压式液位计测量液位时为什么有时要进行正迁移或负迁移的校正?答：无论是压力检测法还是差压检测法都要求取压口（零液位）与压力（差压）检测仪表的入口在同一水平高度上，否则就会产生附加静压误差。但是，在实际安装时不一定能满足这个要求。如地下储槽，为了读数和维护的方便，压力检测仪表不能安装在所谓零液位的地方；采用法兰式差压变送器时，由于从膜盒至变送器的细毛管充有硅油，无论差压变送器在什么高度，一般均会产生附加静压。在这种情况下，可通过计算进行校正，更多的是对压力（差压）变送器进行零点调整，使它在只受附加静压（静压差）时输出为“0”。4．用电容式物位计测量导电和非导电液体液位时，为什么前者因虚假液位而造成的影响较大，而后者却可以忽略不计?答：在测量黏性导电介质时，由于介质沾染电极相当于增加了液位的高度（因为介质是作为电容的一个极板）。这个增加高度是一个虚假液位，它大大影响了仪表的精度，甚至使仪表不能工作。若被测介质是粘性非导电液体，其测量结果也会受到虚假液位的影响，但一般很小，可以忽略。5．连续测量的超声波物位计的工作原理是什么?答：连续测量的超声波物位计的工作原理是利用回声测距测量物位。6．用超声波物位计测量物位，为什么常常要设置校正具?答：只要知道超声波在媒质中的传播速度，便可以根据传播时间来确定液位。但是声速还与媒质中的成分、温度和压力等因素有关。因此，很难将声速看成是一个不变的恒量。一般要用设置校正具的方法对声速进行校正。7．核辐射物位测量仪表的基本原理是什么?它有什么主要特点?答：核辐射物位计是以射线和物质的相互作用为基础的，同位素放射源所产生的射线能够穿透物质层，当射线在穿过物质时，会被物质的原子散射和吸收而损失掉一部分能量。8．某厂用一个量程为0~800mm的气动浮筒式液位计来测量某储槽的液位，已知浮筒外径为20mm，自重为3.68N，介质密度为0.8g/cm3，若用挂重法进行校验，问当被校点为全量程的25％和75％时，应分别挂重多少?答：当液位为25％时，浮筒所受浮力F25为当液位为75％时，浮筒所受浮力F75为9．现用水校法来校验一台浮筒式液位计，其浮筒长度为500mm，被测介质密度为0.85g/cm3，输出信号为0~10mA，试计算当输出为20％、40％、60％、80％和100％时，浮筒应被水淹没的高度（ρ水以1g/cm3计）。答：用水代校时，浮筒应被水浸没的最大长度为： 输出为20％时，浮筒应被水淹没的高度输出为40％时，浮筒应被水淹没的高度输出为60％时，浮筒应被水淹没的高度输出为80％时，浮筒应被水淹没的高度输出为100％时，浮筒应被水淹没的高度10．现用水校法来校验一台用于测量界面的气动式浮筒液位计，被测介质的密度分别为ρx1＝1.2g/cm3，ρx2＝0.8g/cm3，量程为0~800mm，试求出当输出为0％、50％和100％时，浮筒应被水浸没的高度。答：最高界位，即浮筒全部被重组分液体所浸没时：在最低界位，即浮筒全部被重组分液体所浸没时：由此，便可知道用水代校时界位的变化范围为：Δl水＝960－640＝320mm，可将零位降到800－320=480mm，使水位在480mm~800mm范围时，与全量程输出信号成线性关系。再通过零点迁移使640mm水位对应输出信号的下限值。计算略。11．已知用静压法测量一高位储槽液位的压力计的示值为7.84×104Pa，介质密度为1.2g/cm3，取压口与仪表的高度差为5m，试问高位储槽中的液面距取压口有多少米？答：p＝ρgH=1.2×103×9.8H=7.84×104H=6.67m高位储槽中的液面距取压口h=H－5=1.67m12．采用差压式仪表进行液位和界面位置测量时，应如何选型?答：腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体，宜选用平法兰式差压式液位计。高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体，宜选用法兰插入式差压式液位计。对于在环境温度下，气相可能冷凝，液相可能汽化，或气相有液体分离的对象，在难于使用法兰式差压式液位计而使用普通差压式液位计进行测量时，应视具体情况分别设置隔离器、分离器、汽化器、平衡容器等部件，或对测量管线保温、伴热。用差压式液位计测量锅炉汽包液面时，所采用的双室平衡容器应为温度补偿性。13．使用工业核仪表时应注意哪些问题?答：在使用工业核仪表时，应该注意以下几点：1）接收器一般在50℃~60℃就不能正常工作，因此在高温环境下，必须进行冷却；2）对放射源必须采取严格的防护措施，遵守安全操作规程，确保人身安全。如图5-35 所示，为一种带有防护结构的放射源。辐射源密封于铅罐中，仅在发射一侧圆柱形铅封头上有一个偏心孔，使用时用手把转动铅封头让射线经偏心孔透过铝板射出，不用时转动偏心孔封住辐放射源；3）仪表到货后应单独妥善保管，不得与易燃、易爆、腐蚀性等物品放在一起；4）安装地点除从工艺核仪表要求考虑外，尽量置于其他人员很少接近的地方，并设置有关标志，安装地点应远离人行过道；5）安装时，应先安装有关机械部件和探测器并初步调校正常，然后再安装放射源，安装时应将放射源容器关闭，使用时再打开；6）检修时应关闭放射源容器，需要带源检修时，应事先制定操作步骤，动作准确迅速，尽量缩短时间，防止不必要的照射；7）放射源半衰期以后，需要更换，否则会影响测量精度，更换放射源时，一般请仪表制造厂家或专业单位进行，有条件的单位也可自行更换；8）废旧放射源的处置，应与当地卫生防护部门联系，交由专门的放射性废物处理单位处理，用户不得将其作一般废旧物资处理，更不能随意乱丢。14．怎样选择物位仪表?一般需要考虑哪些因素?答：物位包括液位、料位和界面位置。选用液位和界面位置测量仪表时，通常要考虑下列因素：1．液面范围和精度要求，仪表的显示方式以及调节功能；2．流体特性，包括温度、压力、密度、流体是否脏污，是否含固体，是否汽化，是否有腐蚀性、结胶及粘附等；3．在测量区域内，流体是否有扰动；4．仪表的安装场所，包括仪表的安装高度、防爆要求等。对于大多数工艺对象的液面和界面测量，选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表便可满足要求。如果不满足时，则可选用电容式、电阻式、核辐射式、超声波式等液位仪表。选用料位测量仪表时，则要考虑物料的粒度、物料的滞留区、物料的导电性能、料仓的结构形式及测量要求等。通常测量料位的仪表有电容式、核辐射式、阻旋式、超声波式、音叉式、重锤式等。15．除了本章介绍过的物位计以外，你还知道哪些物位计?说出它们的工作原理及应用场合。答：略。第六章机械量的测量参考答案1．差动式自感传感器与简单自感传感器相比有哪些优缺点？答：与简单自感传感器相比，差动自感传感器对于干扰、电磁吸力有一定的补偿作用，它的灵敏度比简单自感传感器的灵敏度大一倍，而且能改善特性曲线的非线性。2．差动变压器的测量电路中相敏整流器的作用是什么？答：相敏整流器的作用：1）消除零点残余电压；2）使差动变压器的输出特性曲线能反映位移的方向。 3．霍尔传感器测量位移的原理是什么？霍尔传感器在应用时有哪些优缺点？答：利用霍尔元件可以测量微小位移。若I恒定，将霍尔片放在一个磁感应强度B在磁极间呈线性分布的非均匀磁场中移动，因B与位移呈线性关系，所以UH随位移的不同呈线性变化，由此可测量微小位移量以及与位移量有关的其他参量。4．试分析莫尔条纹放大作用的原理，并讨论数量关系。答：莫尔条纹具有位移的放大作用，当主光栅沿着与刻线垂直方向移动一个栅距莫尔条纹移动一个条纹间距B。当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一个栅距W,莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大系数，可由下式确定：5．测速发电机的工作原理是什么，应用上有什么特点？答：测速发电机是根据电磁感应原理做成的专门测速的微型发电机，输出电压正比于输入轴上的转速，即U0＝Bl·v=Bl·rω=2πBlr·n/60测速发电机的优点是线性好，灵敏度高和输出信号大。6．反射式光电式转速传感器的结构和工作原理是什么？答：如图所示为反射式光电转速传感器的结构及工作原理图。在被测装置的轴7上，用金属箔或反射纸带沿圆周方向贴上均匀分布的黑白相间的条纹。测量时，将传感器对准反射面，从光源1来的光线经透镜2形成平行光束照射到半透明膜片3上，部分光线经反射并经过聚焦透镜4聚焦后照射在转轴黑白相间的条纹上。当转轴旋转时，具有反射能力的白条纹将光线反射回来，经透镜4变成平行光，透过膜片3由透镜5聚焦到光电元件6上，形成电脉冲。此电脉冲与转速成正比，用数字测量电路就可以记录这个电脉冲。图6-23反射式光电转速传感器1－光源2、4、5－聚焦透镜3－半透明膜片6－光电元件7－被测轴13245677．电子吊车秤、电子料斗秤、电子平台秤和电子皮带秤分别可以应用于哪些不同场合？答：1）电子吊车秤：将荷重传感器直接安装在吊车的吊钩或行车的小车上，在吊运过程中，可直接秤量出物体的重量，并通过传输线送到显示仪表显示出来。这种秤广泛应用于工厂、仓库、港口等，是应用较多的一种电子秤。2）电子料斗秤：是冶金、化工生产中用来配料的称重装置。当物料从料仓注入称量斗后，荷重传感器将料斗的重量转换为电信号，送到二次仪表显示出来。3 ）电子平台秤和轨道秤：主要用于载重汽车、卡车等重量的称量。轨道秤（轨道衡）是列车在一定速度行进状态下，能连续自动地对各节货车进行称重的大型设备，主要用于车站货场、码头仓库以及进料场等。4）电子皮带秤：是在皮带传送装置中安装的自动称量装置，它不但能称出来某一瞬间传送带所输送的物料的重量，而且可以称出来某段时间内输送物料的总和，广泛应用于矿山、矿井、码头及料场等。8．从测量原理分析，有哪些传感器可以用于测量加速度？答：凡是能够测量位移和速度的检测原理都可以用于加速度的测量。9．除了本章介绍的几种厚度传感器以外，还有哪些传感器可以用于测量厚度，试分析它们的工作原理？答：略。'