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第三章 过程检测技术4.DDZ-III 型电动差压变送器是按什么原理工作的？它是由哪几部分组成的？试简述其工作过程。
答：DDZ-III 型电动差压变送器是按力矩平衡原理工作的。
它电磁反馈装置、矢量机构、低频位移检测放大器、输入转换部分等组成。
工作过程：利用输入转换部分将被测压差i p ∆转换成作用于主杠杆下端的输入力i F ，使杠杆以轴封膜片为支点而偏转，并以力1F 沿水平方向推动矢量结构，矢量结构将1F 分解成2F 和3F 。
在力2F 的带动下使副杠杆以支点M 逆时针偏转，从而使衔铁靠近差动变送器，并通过低频位移检测放大器转换放大为直流电流0I ，作为变送器的输出信息；同时该电流通过电磁反馈装置产生反馈力f F 及反馈力矩f M ，当i M 、f M 平衡时，低频位移检测放大器的输出电流0I 便反映了差压i p ∆的大小。
6.试分析电动差压变送器如何实现量程迁移（零点迁移）的。
答：电动差压变送器的零点迁移是通过调整零点迁移弹簧进行的。
当调整零点迁移弹簧时，由主杠杆的力矩平衡，可知在被测差压信号不变的情况下，作用于矢量结构的力F变化，从而改变差压变送器的输出电流的，即1改变了仪表的使用范围，实现了量程迁移（零点迁移）。
11.PID调节器由哪些基本部分组成的？试分析各部分所完成的功能。
答：基本部分及各部分的功能如下：①输入电路——接受来自变送器的电流输出信号；②PID运算电路——根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例、微分和积分的运算；③输出电路——将运算电路的输出信号做最后一次放大，提供调节器的输出信号。
19.气动执行器主要由哪些部分组成的？各部分的作用是什么。
答：气动执行器由气动执行机构和调节机构两部分组成。
执行结构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（20～100kPa）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，其内腔直接与被控介质接触，调节流体的流量。
第三章过程检测技术2．测量仪表的主要性能指标有哪些？传感器的主要特性有哪些？答：测量仪表主要性能指标有：量程：仪表在保证规定精确度的前提下所能测量的被测量的区域称为仪表的量程。
一般，在仪表的工作量程内的相对误差不超过某个设定值。
精度等级：可以用仪表的最大引用误差描述仪表的测量精度。
灵敏度：指仪表或装置在达到稳态后，输入量变化引起的输出量变化的比值。
线性度：用实际标定曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程之比值的百分数来表征线性度。
迟滞误差：在输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得出大小不同的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与仪表的满量程之比值称为迟滞误差。
漂移：指输入量不变时，经过一定时间后输出量产生的变化，有温漂和零漂之分。
漂移是衡量仪表稳定性的重要指标。
重复性：仪表的重复性用全测量范围内的各输入值所测得的最大重复性误差来确定。
传感器的主要特性有：准确性、稳定性、灵敏性、经济性、耐腐蚀和低能耗等。
6. 对某物理量经过20次测量，得到如下数据：324.08 324.03 324.02 324.11 324.14 324.07 324.11 324.14 324.19 324.23 324.18 324.03 324.01 324.12 324.08 324.16 324.12 324.06 324.21 324.14分别用3σ准则和肖维奈准则判断有无粗差，并求该测量列的算术平均值x 、标准差σ和极限误差△，写出测量结果表达式。
解：n=20,平均值为11.32411==∑=ni i x n x剩余误差：xx V i i -=为-0.03,-0.08,-0.09,0.0,0.03,-0.04,0.0,0.03,0.08,0.12,0.07,-0.08,-0.10,0. 01,-0.03,0.05,0.01,-0.05,0.1,0.03。
按贝塞尔方程计算标准差06.01112=-=∑=n i i V n σ (1)按3σ准则表示3σ=0.18 σ312.010max<==V V因而10x 不属于粗差，该数组中无坏值。
自动检测技术第三章复习题（附答案）第三章压力及力检测一、选择题1、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的（C）蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的（D）在电子打火机和煤气灶点火装置中，利用的是压电材料的（C）A.应变效应B.电涡流效应C.压电效应D.逆压电效应2、使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（C）。
A.人的体重B.车刀的压紧力C.车刀在切削时感受到的切削力的变化量D.自来水管中的水的压力3、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择（ C ）测量转换电路。
A．单臂半桥 B．双臂半桥 C．四臂全桥4、以下几种传感器当中（ C ）属于自发电型传感器。
A、电容式B、电阻式C、压电式D、电感式5、属于四端元件的是( C )。
A、应变片B、压电晶片C、霍尔元件D、热敏电阻6、半导体薄片置于磁场中，当有电流流过是，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为（C）。
A、压电效应B、压磁效应C、霍尔效应D、电涡流效应二、填空题1、由于而引起导电材料变化的现象，叫应变效应。
（变形电阻）2、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。
3、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的 2 倍。
4、在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。
5、压电式传感器的工作原理是以晶体的压电效应为理论依据。
6、电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。
7、霍尔电势与半导体薄片的厚度成反比。
8、在压电晶片的机械轴上施加力，其电荷产生在X面9、霍尔元件采用恒流源激励是克服温漂10、电阻应变片的温度补偿方法通常有和两大类。
（线路补偿法应变片自补偿法）11、按工作原理的不同，电容式传感器可分为、、和三种类型。
第一种常用于测量，第二种常用于测量，第三种常用于测量。
第三章进程检测技术1.简述直接测量法与间接测量法的概念，指出它们的异同及利用处合？答：直接测量法—指被测量与单位能直接比较得出比值，或仪表能直接显示出被测参数值的测量方式；间接测量法—通过测量与被测量有必然函数关系的其他物理量，然后按照函数关系计算出被测量的数值，称为间接测量法。
相同的地方在于都是对工业生产中一些物理量的测量，都包括测量三要素。
不同的地方在于直接测量测量进程简单方便，应用普遍；间接测量进程较复杂，只有在误差较大或缺乏直接测量仪表时才采用。
2.测量仪表的主要性能指标有哪些？传感器的主要特性有哪些？答：测量仪表的主要性能指标有技术，经济及利用三方面的指标，其中技术方面的有：误差，精度品级，灵敏度，变差，量程，响应时间，漂移等；经济方面的有：利用寿命，功耗，价钱等；利用方面的有：操作维修是不是方便，运行是不是靠得住安全，和抗干扰与防护能的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。
传感器的主要特性有：准确性，稳定性，灵敏性。
3.举例说明系统误差，随机误差和粗大误差的含义及减小误差的方式。
答：系统误差是由于测量工具本身的不准确或安装调整得不正确，测试人员的分辨能力或固有的读数习惯，测量方式的理论按照有缺点或采用了近似公式等原因产生的测量值与真值的误差。
系统误差的绝对值和符号或维持不变，或在条件转变时按某一规律转变。
如仪表零位未调整好会引发恒值系统误差。
随即误差是由于测量进程中大量彼此独立的微小因素对被测值的综合影响而产生的测量值与真值的误差，其绝对值和符号以不可预料的方式转变。
如气温的转变。
粗大误差—是由于测量操作者的粗心，不正确地操作，实验条件的突变或实验状况未达到预想的要求而慌忙实验等原因造成的明显地歪曲测量结果的误差。
减小误差的方式：①系统误差：应尽可能减少或消除系统误差的来源。
首先检查仪表本身的性能是不是符号要求；其次仔细检查仪器是不是处于正常工作条件，如环境条件及安装位置等是不是符合技术要求，零位是不是正确；另外还应检查测量系统和测量方式本身是不是正确。
《过程装备控制技术及应用》课程教学大纲课程编号：04021006课程名称：过程装备控制技术及应用英文名称：Control Technique and Application of Process Equipment课程类型：必修课课程性质：专业课总学时：48 讲课学时：42 实验（实践）学时：6学分：3适用对象：过程装备与控制工程专业全日制本科生先修课程：普通物理、电工与电子技术基础、大学计算机基础、化工原理一、编写说明（一）制定大纲的依据依据教育部过程装备与控制工程专业教学指导分委员会制定的过程装备与控制工程专业培养方案，并参照本学科专业人才培养规格与培养模式的要求进行编写。
（二）课程简介本课程主要讲授过程装备控制系统组成、结构、分类及性能指标；被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；传感器、过程控制变送器、调节器、执行器；计算机控制系统，先进控制系统；典型过程控制系统应用方案；培养“过程—装备—控制”一体化的复合型专业技术人才。
（三）课程的地位与作用本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程之一，可以使本专业的学生将过程工艺、过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起；培养具有多学科知识与技能的复合型人才；本课程与其他专业课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械）互相联系，构成过程装备与控制工程的主干专业课程体系。
（四）课程性质、目的和任务课程性质：过程装备与控制工程专业（本科）的主干专业课程。
课程目的：通过教学过程使学生掌握过程控制的基本理论、过程检测技术方法及检测仪表、过程控制装置组成、工作原理及技术性能、化工过程典型控制系统应用方案。
课程任务：培养学生对过程装备进行控制方案分析、控制系统设计及先进控制技术的应用和开发能力。
（五）与其他课程的联系本课程学习需具备微机原理及电子技术基础知识，与其他课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械等）互相联系、渗透，相辅相承，构成专业课程体系。
《过程装备控制技术及应用》（本）课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。
2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。
3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。
二、判断题1、系统的过渡时间短，则调节系统能及时克服干扰作用，调节质量就越高。
（）2、余差是指调节过程结束后，被调参数稳定值与测量值之差。
（）三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。
A．20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。
A．被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下，自控系统的过渡过程有哪些基本形式？其主要品质指标有哪些？2、化工自动化主要包括哪些容？3、自动控制系统主要由哪些环节组成？4、图1-1为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16，图1-17]5、在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
⑴指出每种过程曲线的名称。
⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。
⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。
⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时，调节通道放大倍数越大，则克服干扰能力就越。
第三章过程检测技术1.简述直接测量法与间接测量法的定义，指出它们的异同及使用场合？答：直接测量法—指被测量与单位能直接比较得出比值，或者仪表能直接显示出被测参数值的测量方法；间接测量法—通过测量与被测量有一定函数关系的其他物理量，然后根据函数关系计算出被测量的数值，称为间接测量法。
相同之处在于都是对工业生产中一些物理量的测量，都包含测量三要素。
不同之处在于直接测量测量过程简单方便，应用广泛；间接测量过程较复杂，只有在误差较大或缺乏直接测量仪表时才采用。
2.测量仪表的主要性能指标有哪些？传感器的主要特性有哪些？答：测量仪表的主要性能指标有技术，经济及使用三方面的指标，其中技术方面的有：误差，精度等级，灵敏度，变差，量程，响应时间，漂移等；经济方面的有：使用寿命，功耗，价格等；使用方面的有：操作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。
传感器的主要特性有：准确性，稳定性，灵敏性。
3.举例说明系统误差，随机误差和粗大误差的含义及减小误差的方法。
答：系统误差是由于测量工具本身的不准确或安装调整得不正确，测试人员的分辨能力或固有的读数习惯，测量方法的理论根据有缺陷或采用了近似公式等原因产生的测量值与真值的偏差。
系统误差的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。
如仪表零位未调整好会引起恒值系统误差。
随即误差是由于测量过程中大量彼此独立的微小因素对被测值的综合影响而产生的测量值与真值的偏差，其绝对值和符号以不可预料的方式变化。
如气温的变化。
粗大误差—是由于测量操作者的粗心，不正确地操作，实验条件的突变或实验状况未达到预想的要求而匆忙实验等原因造成的明显地歪曲测量结果的误差。
减小误差的方法：①系统误差：应尽量减少或消除系统误差的来源。
首先检查仪表本身的性能是否符号要求；其次仔细检查仪器是否处于正常工作条件，如环境条件及安装位置等是否符合技术要求，零位是否正确；此外还应检查测量系统和测量方法本身是否正确。
②随即误差：由于摩擦，间隙，噪声等都会产生随机误差，因此首先从结构，原理上尽量避免采用存在摩擦的可动部分；采用减小噪声的装置，并采用抗干扰能力强的测量仪器。
③对于粗大误差应端正科学研究态度，并认真分析数据，剔除坏值。
4.试述绝对误差，相对误差及引用误差的定义，举例说明各自的用途。
答：绝对误差—仪表指示值与被测变量的真值之间的代数差，即x x A ∆=- ，可表示仪表基本误差限： a ∆=±。
相对误差—测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比，即用100%6%xδ∆=±⨯=±，可表示仪表的基本误差限与绝对误差相比较，相对误差更能说明测量结果的精确程度，如温度升测量显示值为57℃，时间温度为60℃ ，则：∆=57-60=-3,3100% 5.0%60δ=-⨯=-， 若实际为30℃，测量显示值为27℃ ，则 ：∆=-3℃，3100%10.0%30δ=-⨯=-，显然此时的相对误差比前者大。
引用误差—绝对误差与仪表的量程之比，用引用误差表示的仪表基本误差限为：100%%q d s∆=±⨯=±， 如温度计的量程为100℃，则其引用误差3100%3%100q =-⨯=-， 根据允许引用误差值的大小可划分仪表的精度等级。
5.检定一只量程为5A 的电流表，结果如下：（1） 试求仪表各示值的绝对误差，实际相对误差，示值相对误差和引用误差。
（2） 确定仪表的精度等级。
解： 1-1.10 2-1.98 3-3.01 4.-4.08 5-5.02 绝对误差：0x x A ∆=- ；相对误差：0xA δ∆=， 示值相对误差：'x x δ∆=，引用误差：xq S ∆=所以数值计算列表如下：仪表的精度等级 max 2%q =Q ，故该仪表的精度等级为2。
6.对某物理量经过20次测量，得到如下数据：分别用3 σ准则和肖维耐准则判断有无粗差，并求该测量的计算平均值 x ，标准差 σ和极限误差∆ ，写出测量结果表达式。
解：n=20，平均值x =201111324.1120n i i i i x x n ====∑∑， 剩余误差：i i V x x =- ，即： 标准差σ 0.064=，标限误差max 0.12∆=（1）3σ准则：3σ=0.192，max 0.123V σ=< 因此该组数中无坏值。
（2）肖维耐准则：依表3-1可知n=20时，0k εσ==2.24 0.14336k σ∴=，max 0.12V k σ=<，故该组数中无坏值。
极限误差max 0.12∆=，测量结果：0324.11x x ==7.用一温度计测量某介质温度，40%的读数误差小于0.5 ，用线性插值法估计该温度升的标准差，并计算误差小于0.75 的概率。
解：（1）(){||}z p x z φσ=∆≤Q222221z z zz edz edz ---∞=-⎰⎰，0.520.6985 z = 0.530.7019z = 由此推得0.7时，0.5205 z =由已知条件知()0.4z φ=， 查概率积分表得：220.7z edz ∞--∞=⎰时z=0.5205，∴0.50.5205z σσ==⨯，得：0.961σ≈≈（2）0.75z σ=，得：0.781z = 查表得：0.78z =时，∴()z φ=20.78231⨯-=0.5646即误差小于0.75，概率为0.56468.现有精度等级为1.5A 级，2.0B 级和2.5C 级的三块仪表，测量范围分别为0100:℃，50550-:℃和100500-:℃ ，现需测量500 ℃左右的温度，要求测量的相对误差不超过2.5%，选用哪块表合适？ 解：根据测量范围，选择B ，C 两块表，A 表排除。
B 表：q=2%=0.02=maxS∆ max 0.02[550(50)]12∴∆=⨯--=℃ max 120.024 2.4% 2.5%500δ∴===< 故B 表合适。
C 表：q=2.5%=0.025=maxS∆ max 0.025[500(100)]15∴∆=⨯--=℃max 150.033% 2.5%500δ∴===> 故C 表不合适。
综上所述选用B 表即2.0级，量程 的仪表。
9.检定一台测量范围为0~6mm 的位移测量仪表，结果如下： （1）试画出上下行程的输入输出特性曲线；（2）求该仪表的线性度（以上行曲线为例）； (3) 确定该表的回差（迟滞误差） 解：已知数据：位移/mm 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0上行程示值/mm ： 0 0.34 0.69 1.06 1.41 1.77 2.04 2.45 2.81 3.20 3.67 4.07 4.37下行程示值/mm ： 0 0.40 0.77 1.14 1.52 1.90 2.27 2.65 3.02 3.38 3.72 4.06 4.37（1）如图所示，上下行程曲线 （2）max max 2.040.719930.01995100%2%6H L L Y ∆-⨯===-⨯≈- （3）max max 2.27 2.043.8%6h H Y δ∆-=== 10用U 型管压力计（封液为水银）测温度管道中水的压力。
压力计在管道下面1.5M （至肘管端口）处，压力计同大气一侧肘管内水银面距口80mm ，两管水银面高度h=140mm ，求水的表压力（Pa) 解：如图所示：1－1截面压力相等，即：123P g()h h h ρ+++水水= a P ρ+3水银gh∴表压()()31233313.6109.80.141109.8 1.50.080.141803.2a P P P gh g h h h Paρρ=-=-++=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+=表水水银水11.液体式压力计有哪些主要类型？试分析其误差答：液柱式压力计主要有：U 型管压力计，单管压力计和微压力计。
以U 型管压力计：误差产生主要有以下几方面：a 读数误差，消除视察。
b 温度变化产生液体ρ变化，产生测量误差，故须修正。
c 安装误差：当U 型管安装不直时会产生安装误差。
d 毛细现象，修正 12试述弹簧管压力计弹簧管结构特点与测压原理。
答：弹簧管压力计由弹簧管压力感应元件和放大指示机构两部分组成，前者是弯成圆弧状的空心管子，一端固定（作为压力输入端）；另一端自由，作为位移输出端，接放大指示机构。
其它是由拉杆，齿轮及指针组成。
测压原理：在弹性范围内，弹簧管自由端的位移与被测压力之间近似线性关系，即通过测量自由端的位移，可直接测得相应的被测压力大小。
13. 已知被测压力在范围0.7~1MPa 内波动，要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa ，试选定弹簧管压力的量程和精度等级。
可供选用的压力计量程系列为：0～0.6MPa; 0～1.0MPa; 0～1.6MPa; 0~2.5MPa.故选用0～1.6MPa 精度等级： min max 1323s M M s ≤≤10.73213s s ≤≥ 2.11.5s MPa s MPa≤≥max 0.02100% 1.251.6δ=⨯=故选用精度等级为1级的量程为0~1.6MPa 的仪表。
14．概述膨胀式温度计的工作原理与主要特点：答：膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩的性质来测温的。
主要特点：玻璃液体：结构简单，使用方便，测量精度高，价格低廉；测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能远传。
双金属；结构紧凑，牢固，可靠；测量精度较低，量程和使用范围有限。
15. 1618.用两只分度号为K 的热电偶测量A 区与B 区的温差，连接方法如图3－79所示。
若（1） 0220A t C = ， 020B t C = （2）0200A t C =， 0500B t C =试分别求两种情况下的示值误差,并解释为何与实际温差不同. 解:查热电偶分度号表:K 型热电偶:20℃ 200℃ 220℃ 500 E: 0.798mv 8.137mv 8.937mv 20.640mv (1) ΔE=8.938-0.798=8.140mv反查K 热电偶分度号表: 201℃-----8.177mv 内析求得: Δt=200.075℃ (2) ΔE=20.640-8.137=12.503℃反查K 分度号表:307----12.498℃; 308----12.539℃ 内析求得: Δt=307.12℃分析原因:低温度下热电势与温度线性关系较好,高温时误差较大。
19.用分度号为S 的热电偶与动圈仪表构成的测温系统,冷端补偿器的平衡点温度在20℃ .图3-80中,t=1300℃, t1=80℃ ,t2=25℃,t0=30℃；动圈仪表的机械零位为0℃,试求： (1)仪表的示值温度是多少;(2)如何处理可使示值与实际温度相符; (3)把补偿导线改为铜线时,示值变为多少?解:如图所示:(1)查S 型热电偶的分度号表: t/℃ 1300 30 25 E/mv 13.155 0.173 0.142 由E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)即 E(1300,30)＝E(1300,0)-E(30,0) =13.155-0.173=12.982mv查表,12.982mv 时对应的温度为t=1286℃, 即仪表显示的温度为1286 ℃ 。
