：业专级年西华大学 2011级 自动检测技术与装置复习
1、 检测及仪表在控制系统中起什么作用？两者的关系如何？（重点）
答：检测单元完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。两者的关系：都是控制系统的重要基础，检测和仪表两部分是紧密相连和相辅相成的。
2、 检测仪表控制系统由那几部分构成，每个部分各起什么作用？画出典型工业检测仪表
控制系统结构图
答：检测仪表控制系统由被控对象、检测单元、变送单元、显示单元、调节单元和执行单元等六个部分组成。其中被控对象是控制系统的核心；检测单元式控制系统实现控制调节作用的基础，完成对所有被控对象的检测；变送单元完成对被测变量信号的转换和传输；显示单元是控制系统的附属单元，将检测单元所获得的参数通过适当的方式显示给操作人员；调节单元完成调节控制规律的运算，将变送器传输来的测量信号与给定值进行比较，并对比较结果进行调节运算，以输出作为控制信号；执行单元式控制系统实施控制策略的执行机构，负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生相应的信号，已驱动执行机构实现对被控变量的调节作用。 典型工业检测仪表控制系统结构图如下图1所示：
3、 检测及控制装置与外界环境之间的三种关系是什么？画出框图,并说明传感器的作用？ 答：有三种情况：获取检测对象所处状态的传感器及控制并调节对象状态的执行器；操作人员与仪器装置之间的界面；控制仪器与其他系统之间的信息往来。框图如下图2所示。 传感器的作用：传感器是所有被测对象信息的输入端口，是信号检测与信号转换的中心组成部分。
4、 举例说明差动检测结构能够消除共模干扰的特点，并说明差动检测结构在提高灵敏度和
改善线性关系方面的作用。
5、 国际实用温标的作用是什么？它主要由哪能几部分组成？
答：根据卡诺循环原理建立热力学温标是一种理想的、科学的温标，但实际上难以实现。世界上实际通用的温标是国际实用温标，由其来统一各国间的温度计量，是一种协议温标。 由定义固定点、内插标准仪器和内插公式组成。
6、 用分度号为S的热电偶测温，其参比端温度为20℃，测温热电势E=(t,20)=11.30mV,
试求被测温度t。
7、 用分度号为K的热电偶测温，其参比端温度为25℃，热端温度为750℃,其产生的热电
势是多少？
8、 试述热电偶测温的基本原理和基本定理？（重点）
答：热电偶测温的基本原理：基于热点效应。将两种不同的导体或半导体连结成闭合回路，当两个连接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这就热电效应。
基本定理：1).均质导体定则：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度以及其温度如何分布，都不能产生热电势；2).中间导体定则：回路中接入中间导体后，只要中间导体的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响；3).中间温度定则：热电偶AB接点温度为T,T0时的热电势等于热电偶在接点温度为T,Tc和Tc,T0的热电势的代数和。 9、 分析接触测温误差的原因？非接触测温提高准确性的措施有那几个方面？（重点）
1
答：接触测温误差的原因：通过温度敏感元件与被测对象接触测温，往往会破坏被测对象的热平衡，存在置入误差，温敏元件的结构和性能也会影响测量结果。 措施：1).合理选择测量距离：距离应满足仪表的距离系数L(测量距离)/d(视场距离)的要求； 2).减小发射率影响：设法提高目标发射率，如改善目标表面粗糙度，目标表面涂耐温的高发射率涂料，目标表面适度氧化等；
3).减少光路传输损失：可以选择特定的工作波长、加装吹净装置货窥视管等； 4).减少背景辐射影响：可以相应地加遮光罩、窥视管或选择特定的工作波长等。 10、简述“压力”的定义、单位及各种表示方法。
答：定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用P表示。单位：帕(Pa)=N/m^2。 表示方法:1).绝对压力(Pi)：被测介质作用在容器表面积上的全部压力称为绝对压力; 2).大气压力(Pd):由地球表面空气气柱重量形成的压力，随纬度、海拔高度及气象条件变化； 3).表压力(Pb):通常压力测量仪表是处于大气之中，测得压力值等于绝对压力与大气压力之差，称为表压力，即Pb=Pi-Pd,常用压力测量仪表测得的压力值均是表压力； 4).真空度(Pz):当绝对压力小于大气压力时，表压力为负，称其绝对值为真空度，Pz=Pd-Pi; 5).差压:设备中两处的压力之差称为差压。
11、 压力检测可以用那些主要方法及每种方法的具体内容？
答：1).重力平衡方法：液柱式压力计-基于液体静力学原理，被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，通过测量液柱高度可测知被测压力，典型仪表为U形管压力计；负荷式压力计-基于重力平衡原理，被测压力与活塞及加在活塞上的砝码重量相平衡，通过测量平衡重物的重量可测知被测压力，典型仪表为活塞式压力计。
2).机械力平衡方法：将被测压力净变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力可测知被测压力。
3).弹性力平衡方法：被测压力使测压弹性元件产生形变，因弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡，测得弹性元件的形变大小可测知被测压力。
4).物性平衡方法：电测式压力计-利用测压元件的压阻、压电等特性或其他物理特性，将被测压力直接转换为各种电量来测量；其他新型压力计如集成压力计、光纤压力计等。 12、应变式压力传感器和压阻式压力传感器的转换原理有什么异同点？ 13、简述测压仪表的选择原则？
14、 工业系统中设置取压点的选取原则？（重点）
答：1).取压点的位置避免处于管路弯曲、分叉、死角或流动形成涡流的区域。不要靠近有局部阻力或其他干扰的地点，当管路中有突出物体时，取压点应在其前方。需要在阀门前后取压时，应与阀门有必要的距离。
2).取压口开孔的轴线应垂直设备的壁面，其内端面与设备内壁平齐，不应有毛刺或突出物。 3).测量液体介质的压力时，取压口应在管道下部，以避免气体进入引压管；测量气体介质压力时，取压口应在管道上部，以避免液体进入引压管。 15、某容器的顶部压力和底部压力分别为-50KPa和300KPa。若当地的大气压为标准大气压，
试求容器顶部和底部处的绝对压力以及顶部和底部间的压差。
16、 一压力容器在正常工作时压力范围为0.4~0.6MPa， 要求使用弹簧管压力表进行检
测，并使测量误差小于被测压力的5%，试确定该表的量程和精度等级。 17、简述流量测量的特点及流量测量仪表的分类。(0)
18、以椭圆齿轮流量计为例，说明容积式流量计的工作原理。(0) 19、 差压式流量计的工作原理？产生差压的装置有那些？（重点）
答：差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，通过压力差值与流体流量之间的数值关系确定流体流量。
2
产生差压的装置：节流装置:如孔板、喷嘴、文丘利管等以及动压管、均速管、弯管等。还有靶式流量计、浮子流量计等。 20、 质量流量测量有那些检测方法？
答：间接式质量流量计和直接式质量流量计。间接式采用密度或温度、压力补偿的办法，在测量体积流量的同时，测量流体的密度或温度、压力值，再通过运算求得质量流量；直接式则是直接输出与质量流量相对应的信号，反应质量流量的大小。 21、 常用的液位测量方法有那些？（重点）
答：1).直读式仪表检测：采用侧壁开窗或旁通管方式，直接显示液位高度。
2).静压式仪表检测：液面高度与液柱重量所形成的的压力成正比，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测得液位。仪表有压力式、吹气式和差压式等型式。
3).浮力式仪表检测：漂浮于液面的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时浮力会产生相应的变化，从而测得液位。仪表有浮子式、浮筒式液位计等。
4).机械式仪表检测：通过测量物位探头与物料面接触时的机械力测得液位。仪表有重锤式、旋翼式和音叉式等。
5).电气式仪表检测： 将电气式敏感元件置于被测介质中，当物位变化时测其电气参数如电阻、电容等的变化求得液位。
6).其他液位检测方法：如声学式、射线式、光纤式仪表等。
22、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？ 23、 物料的料位测量与液位测量有什么不同的特点？
答：液位测量：1).稳定的液面是一个规则的表面，当有物料流进流出时，会有波浪式液面波动，在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。 2).大型容器中常会有各种液体的温度、密度和黏度等物理量不均匀的现象。 3).容器中液体呈高温、高压或高粘度，或含有大量杂质、悬浮物等。
料位检测：1).物料不规则，存在自然堆积的角度；2).物料排出后存在滞留区； 3).物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储料量的计量。 24、电容式位移检测方法与差动变压器位移检测的区别？ 答：电容式位移检测是通过改变极距或改变面积使电容变化可测得位移量；差动变压器位移检测则是通过变压器的一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感强度随铁芯的位置而发生变化，通过测得电压的变化而测得位移值。 25、常用仪表是如何进行分类的？各有什么特点？
答：1).按使用性质分：标准表、实验室表和工业用表； 2).按测量方式分：直读仪表和比较仪表；
3).按原理性连接方式分：串联式仪表和反馈使仪表； 4).按信号传输方式分：电动仪表和启动仪表；
5).按组成方式分：基地式仪表、单元组合式仪表和组件组装式仪表；
6).按安装使用方法分：现场安装仪表、盘后架装仪表、盘装仪表、台式仪表和携带式仪表； 7).按防爆能力分：普通型仪表、隔爆式仪表和安全火花型仪表； 8).按运算处理方式分：模拟式仪表和数字式仪表。 26、为什么说变送器是工业自动化的重要组成部分？
答：变送单元在控制系统中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。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。 27、 在常用的变送器中常采用哪些基本工作原理？P160
3
答：1).力矩平衡式原理： 2).桥式电路原理： 3).差动方式原理：
28、 电动组合单元组合式仪表所形成的简单控制系统的结构？常规单元组合系统主要由
那些单元组成？（重点） 答：结构图：P146
组成单元：变送单元——差压变速器、温度变速器等；
调节单元——位式调节器、PID调节器、可编程逻辑控制器等； 执行单元——角行程及直行程电动执行器等； 显示单元——指示仪表、记录仪表等；
计算单元——加减器、乘除器、开方器等； 给定单元——恒流给定器、分流器等；
转换单元——频率转换器、气-电转换器等； 辅助单元——操作器、阻尼器等。 29、 显示仪表在过程自动化的作用是什么？
答：在控制系统中显示仪表具有重要的地位，它可将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示并记录下来，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、性能分析及事故评判等工作必不可少的环节。 30、采用开环式和闭环式的显示仪表有什么区别？主要应用范围是什么？
答：开环式仪表主要由测量电路和数据处理两环节组成，测量电路将被测量（如热电势或热电阻值）转换为数据处理环节可以直接接受的过渡量，然后再由数据处理环节将过渡量转换为显示量；闭环式。。
31、常用在显示仪表中的工作原理有哪些？主要应用在什么场合？ 32、 数字式显示仪表的特点是什么？ 答：数字式显示仪表的特点：（1）准确度高。一般数字电压表可达0.05%级，高准确度的数字仪表，准确度可达10ˉ6数量级，而模拟仪表，要达到0.1%的准确度，在制造上要求极高，十分困难。
（2）分辨力高。一般分辨率为10μV或1μV，有的可达0.1μV。
（3）无视差。数字仪表以数码形式显示测量结果，读数清晰明了。而模拟仪表由于操作的主观原因会造成视觉误差。
（4）数码形式输出，便于与计算机联机，可方便地实现数据处理。 （5）测量速度快。仪表的测量速度可达每秒数次直至每秒几十万次。 33、调节器在过程自动化系统中扮演什么样的角色？
答：调节器是构成自动控制系统的核心仪表，将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或被控参数如温度、压力、流量或液位等的自动调节作用。
34、什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们有哪些表示方法和特点？ 35、 为什么说积分控制规律一般不单独使用，而微分控制规律一定不能单独使用？
答：积分调节作用总是滞后于偏差的存在，不能及时和有效地克服扰动的影响，使调节不及时，造成被控变量超调量增加，操作周期和回复时间增长，也使调节过程缓慢，不易稳定，是积分控制规律使用时需考虑的主要问题。所以说积分控制规律一般不单独使用。 微分调节的好处在于偏差尽管不大，但还在偏差开始剧烈变化的时刻，就能立即自动产生一
4
个强大的调节作用，及时抑制偏差的继续增长，固有超前调节的作用。同时，因为微分调节器的输出大小只与偏差变化的速度有关，当偏差固定不变时，无论其数值有多大，微分器都无输出，不能消除偏差，因此不能单独使用。
36、 气动执行器、液动执行器和电动执行器在特性上有什么区别？
答：气动执行器：结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便和防火防爆等优点，应用最为普遍；电动执行器：优点是能源采用方便，信号传输速度快，传输距离远，缺点是结构复杂、推力小、价格贵且只适用于防爆要求不高的场所，工业系统中应用不是那么广泛；液动执行器：最大特点是推力大，但在实际工业系统中应用较少。 37、 执行器有那几个部分组成？各主要功能为何？
答：由执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它可以按照调节器的输出信号量，产生相应的推力和位移，对调节机构产生推动作用；调节机构是调节器的调节装置，最常见的调节机构是调节阀，它受执行机构的操纵，可以改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积，以达到最终调节被控介质的目的。
5
自动检测技术与装置复习1
