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第3章 检测仪表与传感器
3-1 什么叫测量过程?
解 测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程
3-5 某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为： 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 0 0 200 201 400 402 600 604 700 706 800 805 900 903 1000 1001 (1)求出该温度仪表的最大绝对误差值； (2)确定该温度仪表的精度等级；
(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为?8C，问该温度仪表是否符合要求? 解 (1) 校验数据处理： 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 绝对误差/℃ 0 0 0 200 201 +1 400 402 +2 600 604 +4 700 706 +6 800 805 +5 900 903 +3 1000 1001 +1 由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃； (2)仪表误差：
仪表的精度等级应定为1.0级；
(3)仪表的基本误差：?m=1000?(?1.0%)=?10℃, 该温度仪表不符合工艺上的误差要求。
3-6 如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得出下列数据： 标准表读数/MPa 被校表正行程读数/MPa 被校表反行程读数/MPa 0 0 0 2 1.98 2.02 4 3.96 4.03 6 5.94 6.06 8 7.97 8.03 10 9.99 10.01 ???6?100%??0.600，
(1)求出该压力表的变差； (2)问该压力表是否符合1．0级精度? 解 （1）校验数据处理： 标准表读数/MPa 被校表正行程读数/MPa 被校表反行程读数/MPa 压力表的变差/% 被校表正、行程读数平均值 /MPa 仪表绝对误差/ MPa 0 0 0 0 0 0 2 1.98 2.02 0.4 2.00 0.00 4 3.96 4.03 0.7 3.995 ?0.005 6 5.94 6.06 1.2 6.00 0.00 8 7.97 8.03 0.6 8.00 0.00 10 9.99 10.01 0.2 10.00 0.00 由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%； （2）仪表误差：
但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。 3-7．什么叫压力?表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系? 解 （1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S（压强）。 （2）绝对压力是指物体所受的实际压力；
表压力=绝对压力?大气压力；
负压力（真空度）=大气压力?绝对压力 3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种?
解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。
???0.005?100%??0.5；
3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么?试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p的大小。 （2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。 （3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。
3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么?有何特点?
解 见教材P.54~P?55。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。
其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。
3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少?若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么?
解 压力表允许的最大绝对误差为
?max=1.0MPa?1.0%=0.01MPa
在校验点0.5MPa处，绝对误差为
?=0.5?0.508=?0.008(MPa)
该校验点的测量误差为
??故该校验点不符合1.0级精度。
3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取?选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题?
解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。
（2）由于仪表的基本误差?m由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。
3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求?若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗?试说明其理由。
解 用0~1.6MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?max=1.6MPa?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)
该表不符合工艺上的误差要求。
用0~1.0MPa、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?max=1.0MPa?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)
该表符合工艺上的误差要求。
3-18 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的?5％，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。
解 空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限pmin=1.1MPa，工作压力上限pmax=1.6MPa。设所选压力表量程为p，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有
?0.008?100%??1.57%0.508
pmax?pmin
根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa的电接点压力表。
3p41?p3??p?44pmax??1.6?2.13(MPa)33
p?3pmin?3?1.1?3.3(MPa)根据测量误差要求，测量的最大误差为
?max?1.1?5%=0.055(MPa)
则所选压力表的最大引用误差应满足
?max?要求，故可选精度等级为2.0级（或1.5级）的压力表。
3-19 某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa，要求误差不超过0.4MPa，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。
解 合成塔控制压力14MPa为高压，设所选压力表的量程为p，则
0.055?100%?2.2%2.5?0
p?根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa的电接点压力表。
根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足
5?14?23.3(MPa)3
?max?要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。
3-20 现有一台测量范围为0~1.6MPa，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其结果为： 被校表读数/MPa 标准表上行程读数/MPa 标准表下行程读数/MPa 0．0 0．4 0．8 1．2 1．6 0．000 0．385 0．790 1．210 1．595 0．000 0．405 0．810 1．215 1．595 0.4?100%?1.6%
试问这台表合格否?它能否用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.8~1.0MPa，测量的绝对误差不允许大于0.05MPa）?
解 压力表的校验
表3-1 压力表的校验数据及其数据处理结果 被校表读数/MPa 标准表上行程读数/MPa 标准表下行程读数/MPa 升降变差/MPa 标准表上、下行程读数平均值/MPa 绝对误差?/MPa 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 0.000 0.385 0.790 1.210 1.595 0.000 0.405 0.810 1.215 1.595 0.000 0.020 0.020 0.005 0.000 0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595 0.000 0.005 0.000 -0.013 0.005 最大误差 0.020 -0.013 仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为?m，求仪表的最大引用误差）
?max??所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。
空气贮罐的压力属稳态压力，且Pmax=1.0MPa?1.6?2/3MPa；Pmin=0.8MPa?1.6?1/3MPa；最大误差?max=1.6?1.5%=0.024MPa?0.05MPa。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。
3-24．什么叫节流现象? 流体经节流装置时为什么会产生静压差?
解：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。
流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。
3-28 为什么说转子流量计是定压式流量计?
解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差?p为一常数，即
?m0.020?100%???100%??1.25%PF?S1.6
A=const.（恒量）
3-32 用转子流量计来测气压为0.65MPa、温度为40℃的CO2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s，求CO2的真实流量（已知CO2在标准状态时的密度为1.977kg／m3）。
解 由题知：p0=0.101325MPa，p1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T0=293K， T1=273+40=313（K）；?0=1.293kg/Nm3；?1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。则
?p?p1?p2?V??t??f?gQ1?3-33 用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min，转子用密度为7920kg／m3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg／L苯的流量，问测量范围为多少?若这时转子材料改为由密度为2750kg／m3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少?
解 由题知?t=7920kg／m3，?f=0.831kg／L=831kg／m3，?W=1000／m3，Q0=10 L/min
测苯的流量的修正系数为
?0?p1?T01.293?0.751325?293?Q0??50?105(L/s)?1?p0?T11.977?0.101325?313
KQ???t??w??f??t??f??w?(7920?1000)?831?0.9(7920?831)?1000Qr=Q0/KQ=10/0.9?11.1(L/min)
所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min。
当转子材料改为铝时，?r=2750kg／m3，此时测水的流量的修正系数为
KrQ???t??w????r??w?Qr0=Q0/KrQ=10/2=5(L/min)
所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min
测苯的流量的修正系数为
(7920?1000)?22750?1000
KfQ???r??w??f??r??f??w?(2750?1000)?831?0.87(2750?831)?1000Qrf=Qr0/KfQ=5/0.87=5.75（L/min）
所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min。
3-36 涡轮流量计的工作原理及特点是什么? 解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。
（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。
3-37 电磁流量计的工作原理是什么?它对被测介质有什么要求?
解 电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。
3-46 什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么?
解 （1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差?p≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移，
3-48 测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移?如要迁移，迁移量应如何考虑?