[工学]过程装备控制技术习题及参考答案

[工学]过程装备控制技术习题及参考答案内容摘要：

量的计算平均值 x ，标准差  和极限误差  ，写出测量结果表达式。 解： n=20，平均值 x = 201111 iiiixxn  ， 剩余误差： iiV x x ，即： 0 0 标准差  = 211 0 .0 6 41 n ii Vn    ，标限误差 max  （ 1） 3 准则： 3 =， max 3V  因此该组数中无坏值。 （ 2）肖维耐准则：依表 31可知 n=20时， 0k  =  ， max ，故该组数中无坏值。 极限误差 max  ，测量结果： 0  ， 40%的读数误差小于 ，用线性插值法估计该温度升的标 准差，并计算误差小于 的概率。 解：（ 1） ( ) {| | }z p x z  = 2202 212zzzze d z e d z ， z z 由此推得 ， z 由已知条件知 ( )   ， 查概率积分表得： 22 dz   时 z=，    ，得： 1 （ 2）  ，得：  查表得：  时，  ()z = 2 1= 即误差小于 ，概率为 ， 级和 级的三块仪表，测量范围分别为 0 100 ℃， 50 550 ℃和 100 500 ℃ ，现需测量 500 ℃ 左右的温度，要求测量的相对误差不超过 %，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%== maxS m a x 0 . 0 2 [ 5 5 0 ( 5 0 ) ] 1 2      ℃ m a x 12 0. 02 4 2. 4% 2. 5%500     故 B表合适。 C 表： q=%== maxS m a x 0 . 0 2 5 [ 5 0 0 ( 1 0 0 ) ] 1 5      ℃ m a x 15 0. 03 3% 2. 5%500     故 C 表不合适。 综上所述选用 B表即 ， 量程 的仪表。 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 上行程示值 /mm： 0 下行程示值 /mm： 0 0123450 1 2 3 4 5 6 （ 1）如图所示，上下行程曲线 （ 2） m a xm a x2. 04 0. 71 99 3 0. 01 99 5 10 0% 2%6H LL Y        （ 3） m a xm a x 7 4 %6h HY     11．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。 12热点偶有那些特点。 用普通导线和补偿导线作热电偶的延长线，效果有何不同。 试证明补偿导线的补偿作用。 答：热电偶的特点有：测量精度教高，性能稳定；结构简单，易于制造，产品互换性好；将温度信号转换成电信号，便于信号 远传和象现多点切换测；测量范围广，可达－ 200～ 2020℃，形式多样，适用于各种测量条件。 选用补偿导线要求其在一定温度 范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，型号相配，极性连接正确。 补偿导线的作用证明： 如图所示：回路中电势为： E＝ Eab（ t， t1）＋ Ecd（ t1， t0） 由补偿导线的性质得： Ecd（ t1,t0） =Eab(t1,t0) ∴ E＝ Eab（ t， t1）＋ Eab（ t1， t0）＝ Eab（ t， t0） 补：用普通导线做热电偶得延长线要求引入两端得温度相同热电势不同，故一般接热电偶的冷端，因此冷端温度依然是现场温度。 而用补偿导线却可以将冷端温度现场温度分开，利于测量。 13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） 0220AtC ， 020BtC （ 2） 0200AtC ， 0500BtC 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: (1) ΔE= = 反查 K 热电偶分度号表 : 201℃ 内析求得 : Δt= ℃ (2) ΔE= =℃ 反查 K 分度号表 :℃。 ℃ 内析求得 : Δt= ℃ 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。 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 380 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 由 E(t,t0)=E(t,0)E(t0,0) 即 E(1300,30)＝ E(1300,0)E(30,0) == 查表 , t=1286℃ , 即仪表显示的温度为 1286 ℃。 （ 2）由于补偿电桥是在 20℃ 时平衡的，因此须将仪表的机械零位预先调到 20 处，即可使示值与实际温度相符。 （ 3）若将补偿导线改为铜线，则 , 则 E(1300,80)=E(1300,0)E(80,0)== 查表 t=℃ , 即示值变为 ℃。 Cu50的热电阻 测得某介质的温度为 84℃ ，但经检定，该电阻 R0=, 电阻温度系数 α= 103/℃ .试求介质的实际温度。 解： ∵ 在 50℃～ 150℃ 的范围内，铜电阻与温度是线性关系 ：  0 1t t oR R t t   查得他 t＝ 84℃时 R＝ 即：  306 7 . 9 7 5 0 . 4 1 4 . 2 8 1 0 08 1 . 5ttC     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 （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： 1 2 3P g ( )h h h  水 水 = aP  3水 银 gh 00 1 80t t C∴表压   3 1 2 3331 3 .6 1 0 9 .8 0 .1 4 1 1 0 9 .8 1 .5 0 .0 8 0 .1 41 8 0 3 .2aP P P g h g h h hPa              表 水 水 银 水 17．四个应变片 R1， R2（在上面）， R3,R4（在下面）如图 3－ 81所示贴于梯形片簧，片簧以悬臂形式固定。 （ 1）画出应变片接成直流气桥形式的电路图； （ 2）当片簧受力 P的作用时，贴片处产生 350με的应变，供桥电压 10V， 1 2 3 4R R R R R   ，应变片灵敏系数为 2，求电桥输出。 参考：化工测量及仪表 范玉文主编 P31 图 3－ 81 输出电压：31 2 1 2 40 21 2 1 2 4 3()()RR R R R RuuR R R R R R      1 2 3 4R R R R R    2 1 2 4 30 2 ()4 R R R RRuuRR       1 2 4 3()4 R R R Ru R      。 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 19．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。 20．已知被测压力在范围 ~1MPa内波动，要求测量的绝对误差不得超过 ，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~. 故选用 0～ 精度等级： 故选用精度等级为 1级的量程为 0~ 的仪表。 21．转 子流量计显示流量的形式有几种，是如何分度的。 minmax1323sMMs1 32 13ss MPas MPam a x 100 %    答：转子流量计显示流量的形式有 3种，一种是玻璃转子流量计，其锥型管是电玻璃制成，并在管壁标有流量刻度，直接根据转子的高度进行读数；另一类为电运转转子流量计，即将转子的位移信号转变为电信号；另一种为气动运转式转子流量，将转子的位移信号变为压力信号，进行远距离传送。 22．标准节流装置有哪几部分组成，对各部分有哪些要求。 答：标准节流装置有：节流元件，取压装置和前、后管道三部分组成。 标准节流装置的设计、加工、安装和使用都有规定的技术要求，规定和数据，可参见 GB/T 2624 23．试比较节流装置与转子流量计在工作原理与使用特点上的异同点。 答： 工作原理 使用特点 节流装置 利用节流元件前后的差压与流速之间的关系，获得被测流量的大小 使用已标准化、系列化，使用范围：管径为 50～ 1000mm，测量范围~100000m3/h，但使用产生的压力损失大，精度177。 1～ 2% 转子流量计 基于力平衡原理，利用锥形管内的转子把流体的流速转换成转子的位移，进而获得被测流量的大小。 使用已系列化，测量时若介质变化，应修正，可测小流量，结 相同点：都是测流速然后得流量。 构 简单，维修方便，压力损失小。 缺点：机械传逆信号，仪表性能和准确度难以提高，转子易卡死，测量管径范围 4~150mm,测量范围：~3000m3/h, 精度177。 1~% 24．从涡轮流量计得基本原理分析其结构特点，输出信号方法和使用要求。 答：涡轮流量计得基本原理：流体对置于管内涡轮得作用力，使涡轮转动，其转动速度在一定流速范围内与管内流体得流速成正比。 其结构主要由：涡轮、导流器、磁电转换装置，外壳以及信号放大电路等部分组成。 输出信号方法：将叶轮转动时得转速转换成脉动电信号输出，经进一步放大整形 后获得分拨信号，对其进行脉冲计数和单位换算可得到积累流量；通过频率 —— 电流转换单元可得到瞬时流量。 使用要求：①仅适用洁净得被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置；②流量计前后需由一定的直管段长度，③流量计的转换系数 231。 一般在常温下用水标定的，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿。 25．已知：流体为过热蒸汽，工作压力 P＝ 14MPa，工作温度 t＝550℃；管道 D20＝ 221mm, 材料 X20CrMoV21无缝管，节流装置为角接标准喷嘴，材料为。