16年6月考试《热工仪表及自动化》考核答案

东北大学继续教育学院

热工仪表及自动化试卷（作业考核线下） B 卷

（共 4 页）

总分题号一二三四五六七八九十得分

一、常用的热电偶冷端处理方法有哪些，各种方法的主要原理是什

么？（10分）

（1）补偿导线法：在一定温度范围内，用与所配热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉价金属导线，即补偿导线将冷端延长。根据中间温度定律可得：。

（2）计算修正法：当热电偶冷端温度T0不等于0℃时，需对仪表的示值加以修正，

。

（3）冷端恒温法：冰点槽或恒温箱，均是提供恒定的冷端温度。

（4）模拟补偿法：补偿电桥法等，均是通过搭建模拟电路来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化。

（5）数字补偿法：采用最小二乘等方法，根据分度表拟合出关系矩阵，只要测得热电势和冷端温度，就可以由计算机自动进行冷端补偿和非线性校正，并直接求出被测温度。

二、影响单圈弹簧管压力计测量的因素有哪些，其各自的作用关系是什

么？（9分）

（1）弹簧管的几何尺寸

增大弹簧管的中心角

（即将单圈弹簧管做成多圈弹簧管），或减小弹簧管的短半轴b（即弹簧管做得越扁），均可以增加

，提高弹簧管压力计的灵敏度。

（2）弹簧管的刚度

刚度大的材料在受相同压力作用时弹性变形小；反之，刚度小弹性变形大。所以根据被测压力的高低可选择不同刚度的材料。

（3）弹簧管的管壁厚度

管壁厚，变形小；管壁薄，变形大。

三、简述亮度温度计、比色温度计和全辐射温度计的优缺点。（15分）

亮度温度计特点：

（1）接受的辐射能量较小；

（2）抗环境干扰的能力较强，光路介质吸收及被测对象表面发射率变化对示值影响比一般辐射温度计小；

（3）所选择的波长应避开中间介质的吸收带；

（4）测温准确度高，可作为基准或测温标准仪表用。

比色温度计特点：

（1）颜色温度接近真实温度；

（2）抗干扰能力强，发射率误差和粉尘、烟雾等非选择性吸收的稀薄介质对测量结果影响小；

（3）输出信号可自动记录、控制、调节和远传

（4）结构比较复杂、价格比较昂贵；

（5）在辐射通道上若有某种介质对仪表所选用的两个波长中任一波长有明显吸收峰，则仪表无法正常工作。

全辐射温度计特点：

（1）接受辐射能量大，利于提高仪表灵敏度；

（2）缺点是容易受环境的干扰。抗干扰能力差，光路介质吸收及被测对象表面发射率变化对示值有影响；

（3）辐射温度与真实温度偏差大。

四、标准节流装置的工作原理是什么？为什么要求在流量计的上下游两侧有一定长度的直管段？（10分）

标准节流装置的工作原理是基于节流效应，即在充满流体的管道内固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件，则管内流束在通过该节流件时就会造成局部收缩，在收缩处，流速增加，静压力降低，因此，在节流件前后将产生一定的静压力差。在标准节流装置、管道安装条件、流体参数一定的情况下，节流件前后的

静压力差（简称差压）与流量之间具有确定的函数关系。因此，可以通过测量节流件前后的差压来测量流量。

流经节流装置的流量与压差的关系，是在特定的流体与流动条件下，以及在节流件上游侧 1D 处已形成典型的紊流流速分布并且无旋涡的条件下通过实验获得的。若流体及其流动条件改变和靠近节流件上游侧有旋涡，则它们间的关系就要发生变化。因此要求在流量计的上下游两侧有一定程度的直管段。

五、简述测量导电介质液位的电容式液位计的结构和工作原理。（14分）

电容式液位计的结构：

1—内电极；2—绝缘套管（电介层）3—虚假液位；4—容器

工作原理：

（1）当容器内没有液体时，容器为外电极，此时的电容为：

，

为电极绝缘层和容器内气体的等效介电常数。

（2）当容器内有高度为H的导电液体时，总电容由以下两个电容并联组成：在有液体的高度H范围内，导电液体作为电容器外电极；无液体部分的电容与空容器的类似，整个电容量为：

。式中，

为绝缘层（绝缘塑料套管或搪瓷）的介电常数。

（3）液位为H时电容的变化量为：

六、计算题

1. 欲测量绝对压力为350 kPa、温度为303.16 K的氢气流量，最大流量为2 m3/h，问应选用多大量程的气体浮子流量计？（6分）

已知空气、氢气在标定状态下的密度分为1.205 kg/m3和0.084

kg/m3。

解

2. 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0~100℃和100~300℃，校验表时得到它们的最大绝对误差均为2℃，试确定这两台仪表的准确度等级。（6分）

解：这两台仪表的最大引用误差分别为

一台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。

七、举一定值控制系统实例，画出该系统方框图，并给出被控变量和控制变量的具体所指。（10分）

举例略（锅炉汽包水位控制系统就是一个定值控制系统）。

方框图形式如下，但要具体指明4个环节都是什么。

八、判断题（正确：T，错误：F）（20

分）

（1）标准型节流装置只要按照标准文件进行设计和制造，就无需实流校准和单独标定即可确定输出信号（差压）与流量的关系。（ F ）

（2）涡轮流量计是基于流体动量矩守恒原理工作的，其测量准确度很高，可与容积式流量计并列。（T ）

（3）浮力式物位测量仪表均可用于测量液位和液―液相界面。（F ）

（4）对压力计式物位计，当压力表比容器底（零物位）高h，应进行“正量程迁移”。（T ）

（5）控制系统的稳定性是指系统在受到外来作用时，虽然会有一个过渡过程，但经过一定的时间后，过渡过程会结束，最终恢复到稳定工作状况。

（T ）

（6）衰减比越小，过渡过程的衰减程度越小，意味着控制系统的振荡程度越加剧烈，稳定性也就越低。（T ）

（7）误差可表示被测量值不能确定的范围，可写成±2的形式。（ F ）

（8）准确度反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合影响程度，误差大，则准确度低；误差小，则准确度高。（T ）

（9）—般来讲，灵敏度越高，测量范围越小，稳定性也越高。（ F ）

（10）双金属温度计是利用感温元件和外套的膨胀系数不同，当温度变化时，产生相对运动工作的。（ F）

（11）同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高，但在中、低温区稳定性好、准确度高。（T ）

（12）金属热电阻温度计，无论是三线制还是四线制，引线都必须从从热电阻的接线端子上引出。（ F）

（13）半导体热敏电阻的引线电阻几乎对测温没有影响，所以根本不必采用三线制或四线制引线方式。（T ）

（14）差动式电容传感器的优点是提高电容式位移变换器的灵敏度和减小非线性。（T ）

（15）标准节流装置的设计、加工、安装和使用已标准化，无需标定就可在已知不确定度范围内进行流量测量。（ F）

（16）标准节流件可分为标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、文丘里管等。（ F ）

（17）涡轮是涡轮流量计的核心测量元件，其作用是把流体的动能转换成电能。（ F ）

（18）无论是压力计式物位计还是差压式液位计都要求取压口（零物位）与压力（或差压）测量仪表的入口在同一水平高度，否则会产生附加静压误差。（ T）

（19）开环控制系统不是反馈控制系统，闭环控制系统是反馈控制系统。（T ）

（20）从对过程控制系统的基本性能要求综合考虑(稳定、迅速)，衰减比n 在4~10之间为宜。（T ）