检测技术及仪表习题答案 林锦实主编机械工业出版社.docx

1、检测技术及仪表习题答案 林锦实主编机械工业出版社第一章 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/kpa mA/kpa 4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%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

2、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： 8 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，

3、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。51）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，

4、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

5、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45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2001300，长期使用测温上限为1200，短期为1300。其优点是：在

6、相同条件下，尤其在11001300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4001300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2001300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（200400）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

7、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

8、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0100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

9、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

10、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。13AD590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1A/K，0时该器件的输出电流为273A，AD590的工作温度为55+150，外接电源电压在430V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

11、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。

12、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（

13、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1和2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

14、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。

15、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

16、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=59.221 mV23不能。实际温度指示温度+ K*冷端温度。T型热电偶的修正系

17、数K1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=18.8685 mVt=367.424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

18、(30,0)=(10.4+0.173)mV=10.573mVt=1084.825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)=0.2606 mVE(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

19、：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。26a) 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)=3.26 mV，得该标准热电偶的修正值为3.2523.26= -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：16.23 mV相当于396.1，所以此被校热电偶在400时的误差为396.1399.8=

20、 -3.7。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在401300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3.79980.75%=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5.2215.237= -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：24.43 mV相当于588.9，所以此被校热电偶在400时的误差为588.9588.2= -0.7。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在401300

21、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0.79980.75%=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9.5549.585= -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：41.4 mV相当于1003.4，所以此被校热电偶在400时的误差为998.61003.4= -4.8。根据表2-3可以看出，被校K型热电偶在401300的温度范围内，允许偏差为0.75%|t|，所以被校热电偶

22、的实际偏差小于允许偏差，即4.89980.75%=7.5。此热电偶在该校验点合格。28查图2-54得修正值约为15t=1000+15=101529或查表2-11得真实温度为131030表面无氧化层钢板的0.66=0.35查图2-54得修正值约为170t=1500+170=16701. 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

23、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2. 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。3. 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

24、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。4. 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R/R=Kx，当各桥臂应变片的灵敏度K都相同时有：5. 什么是压电效应？试说

25、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1.11.6Mpa，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

26、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1.6 MPa2.13 MPa根据最小工作压力有 1.1MPa1/3A 则A3.3 MPa根据压力计的量程系列，可选量程范围为02.5 MPa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02.5 MPa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01.6MPa，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01.

27、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，

28、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

29、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） 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