自动化仪表与过程控制后
习题答案
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表？
1答:a：是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表.
●ＤDZ－II型与DDZ-IＩＩ型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处?
答：在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDＺ-ＩＩI型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mＡ直流电流作为标准信号．这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活．
●什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分.
答:a．就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b．1有利于识别仪表的断电断线等故障２不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.３上限值较大，有利于抑制干扰4上下限的比值为５：１与气动仪表信号制对应，便于相互折算,产生较大的磁力ｃ.图.
●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？答:模拟式仪表的合理精确度，应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量，这种比值称为相对百分误差，仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(１０0+１00)＝0.５%x=１℃.
●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线?
答:a．当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势，并产生电流．b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜．c.分度号是用
来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列．d．在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度,为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品.
●１-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法?
答:a.在-200到+5０0摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.ｂ．在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接，不影响电桥的平衡，另外两根接到电桥的两臂内，他们随环境温度的变化可以相互抵消.
●１-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移?
答:a．结构:其核心是一个直流低电平电压-电流变换器,大体上都可分为输入电路.放大电路及反馈电路三部分.b.工作原理:应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻,热敏电阻集成温度传感器.半导体温度传感器等,然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号.c.由铜丝绕制的电阻Rｃu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时,利用铜丝电阻随温度变化的特性,向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补
偿.桥路左臂由稳压电压电源Vz(约5v)和高电阻R1(约10Ｋ欧)建立的恒值电流I２流过铜电阻Rcu,在Rcu上产生一个电压,此电压与热电动势Et串联相接.当温度补偿升高时,热电动势Et下降,但由于Rcu增值,在Rｃu两端的电压增加,只要铜电阻的大小选择适当,便可得到满意的补偿.ｄ.当变送器输出信号Ymin下限值(即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移
.
●１-４什么叫共模干扰和差模干扰?为什么工业现场常会出现很强的共模干扰？共模干扰为什么会影响自动化仪表的正常工作?怎样才能抑制其影响？
答:共模干扰：电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄漏,使热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压，这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压称为~.差模干扰:在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰．工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆,形成强大的磁场．造成信号的不稳.共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号,是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位,由两个地之间的电势即共模干扰源产生的.在现场中,被测信号与测量仪器间相距很远.这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏,对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表.共模干扰在导线
与地（机壳)之间传输,属于非对称性干扰,共模干扰幅度大．频率高.还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大.消除共模干扰的方法包括:（1)采用屏蔽双绞线并有效接地(２)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3)布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线(4)不要和电控锁共用同一个电源（5)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于５0mV)．
●1-5力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响?为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？在测量差压时,为什么它的静压误差比较大?答：ａ.被测压力Ｐ经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A 点,使杠杆绕支点O做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流I.此电流通过反馈线圈和变送器的负载,并与永久磁铁作用产生一定的电磁力,使杠杆B点受到反馈力Ff,形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩.由于位移检测放大器极其灵敏,杠杆实际上只要产生极微小的位移,放大器便有足够的输出电流,形成反力矩与作用力矩平衡.b.因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的,当位移检测放大器非常灵敏时,杠杆的位移量非常小,若整个弹性系统的刚度设计的很小,那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重,可以忽略不计.
●1－6试述差动电容式和硅膜片压阻式压力变送器的工作原理,它们与力平衡式压力变送器相比有何优点?
硅:被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上,使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号.差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mＡ电子线路板构成,当进程压力从从测量容室的两侧(或一侧)施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片,在压力的作用下,发生对应的位移,该位移构成差动电容变化,并经历电子线路板的调理．震荡和缩小,转换成４-20mＡ信号输入，输入电流与进程压力成反比.优点:他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题．
●１－7试述节流式．容积式.涡流式.电磁式.漩涡式流量测量仪表的工作原理,精度范围及使用特点．
答：ａ.节流式.工作原理:根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小.差压流量计:根据节流元件前后的压差测流量.精度:正负０.5%到１%．使用特点:保证节流元件前后有足够长直管段.靶式流量计：使用悬在管道中央的靶作为节流元件.精度:2%到３%.使用特点：可用于测量悬浮物,沉淀物的流体流量．转子流
量计:以一个可以转动的转子作为节流元件．使用特点：可从转子的平衡位置高低,直接读出流量数值.ｂ.容积式．工作原理:直接安装固定的容积来计量流体.精度:可达2%较差时亦可保证0.5％~1%．使用特点:适用于高黏度流体的测量.c．涡轮式:工作原理:利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮,并且根据磁阻变化产生脉冲的输出.精度:0.2５%~1％.使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度.由于有转子,易被流体中的颗粒及污物堵住,只能用于清洁流体的流量测量.d.电磁式:工作原理：以电磁感应定律为基础,在管道两侧安放磁铁,以流动的液体当作切割磁力线的导体,由产生的感应电动势测管内液体的流量.精度:0.５％~１％.使用特点：只能测导电液体的流量．ｅ.漩涡式:工作原理:根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量.精度：正负0．２%~正负１%．使用特点:量程比达到３０:１，可测液体和气体.
●1－9试述热导分析仪．红外线分析仪.色谱分析仪及氧化锆氧分析仪的工作原理及用途.答:1热导分析仪的工作原理.热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体,而后与对气体无反应的补偿元件,共同形成电桥电路,也就是热导式气体分析仪的测量回路,对热导系数进行测量．在测量气体组分时,热敏元件吸附被测量气体,其电导率和热导率就会发生变化，
元件的散热状态也就随之改变,当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化，电桥平衡被破坏而输出电压，通过对电压的测定即可得到气体测量结果.用途：热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体．氨气.二氧化碳和二氧化硫等气体的测定,并可作为低浓度可燃性气体的测定工作,另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析.2.红外线气体分析仪的基本原理.其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收.红外线分析仪常用的红外线波长为2~1２μm.简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强度,然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度.用途:使用范围宽,可分析气体，也可分析溶液.色谱分析仪是应用色谱法对物质进行定性．定量分析,及研究物质的物理.化学特性的仪器.工作原理是基于色谱法对样品进行检测,利用检测器对分离出来的色谱柱进行分析,对各成分进行测定.氧化锆氧分析仪工作原理:这是一种利用氧化锆固体电解质特性制成的氧浓差电池传感器，在一片氧化锆固体电解质的两个表面分别烧结一层多孔的铂电极,并将其置于800℃以上的高温中,当上、下两侧的气体中氧浓度不同时,在两极间就会出现电动势Ｅ，称为氧农差电动势．利用此电动势与两侧气体中的氧浓度差的单值关