儀器儀表習(xí)題（含參考答案）解析習(xí)題部分一、選擇題1.以下哪種測量方法屬于直接測量法？A.用萬用表測量電阻B.通過測量電壓和電流，利用歐姆定律計算電阻C.用千分尺測量零件的長度D.用溫度計測量溫度答案：ACD解析：直接測量法是指直接從測量儀表的讀數(shù)獲取被測量量值的方法。用萬用表測量電阻、用千分尺測量零件長度、用溫度計測量溫度，都是直接從儀表上讀取被測量的數(shù)值，屬于直接測量法。而通過測量電壓和電流，利用歐姆定律計算電阻，是先測量相關(guān)的其他量，再通過計算得到被測量，屬于間接測量法。2.儀表的精度等級是根據(jù)儀表的（）來劃分的。A.絕對誤差B.相對誤差C.引用誤差D.基本誤差答案：C解析：儀表的精度等級是根據(jù)引用誤差來劃分的。引用誤差是指絕對誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)。它能綜合反映儀表在整個量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確程度，所以用它來劃分精度等級。絕對誤差是測量值與真實值之差；相對誤差是絕對誤差與被測量的真值之比；基本誤差是儀表在規(guī)定的正常工作條件下所具有的誤差。3.某壓力表的量程為0-10MPa，精度等級為1.5級，則該壓力表的最大允許誤差為（）。A.±0.1MPaB.±0.15MPaC.±1MPaD.±1.5MPa答案：B解析：根據(jù)引用誤差公式$\delta_{m}=\frac{\Delta_{m}}{A_{m}}\times100\%$（其中$\delta_{m}$為引用誤差，$\Delta_{m}$為最大允許絕對誤差，$A_{m}$為儀表量程）。已知精度等級為1.5級，即引用誤差為±1.5%，量程$A_{m}=10MPa$，則最大允許絕對誤差$\Delta_{m}=\delta_{m}\timesA_{m}=\pm1.5\%\times10MPa=\pm0.15MPa$。4.熱電偶溫度計是基于（）原理工作的。A.熱電效應(yīng)B.熱阻效應(yīng)C.熱輻射效應(yīng)D.熱膨脹效應(yīng)答案：A解析：熱電偶溫度計是基于熱電效應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，且兩個接點處的溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱阻效應(yīng)是熱電阻溫度計的工作原理；熱輻射效應(yīng)常用于輻射溫度計；熱膨脹效應(yīng)是液體膨脹式溫度計（如玻璃管溫度計）的工作原理。5.以下哪種傳感器可用于測量壓力？A.應(yīng)變式傳感器B.電容式傳感器C.壓電式傳感器D.以上都是答案：D解析：應(yīng)變式傳感器通過測量應(yīng)變片的電阻變化來測量壓力；電容式傳感器利用電容的變化與壓力的關(guān)系來測量壓力；壓電式傳感器基于壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為電荷量或電壓量進(jìn)行測量。所以這三種傳感器都可用于測量壓力。二、填空題1.測量誤差按其性質(zhì)可分為______、______和______三類。答案：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差解析：系統(tǒng)誤差是指在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差，具有一定的規(guī)律性；隨機(jī)誤差是指測量結(jié)果與在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差，它是不可預(yù)測的；粗大誤差是指明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差，通常是由于測量者的疏忽、測量儀器的故障等原因造成的。2.熱電阻溫度計常用的材料有______和______。答案：鉑、銅解析：鉑和銅是熱電阻溫度計常用的材料。鉑具有穩(wěn)定性好、精度高、測量范圍寬等優(yōu)點，常用于高精度的溫度測量；銅的電阻溫度系數(shù)較大、價格便宜，但測量范圍相對較窄，常用于一些對精度要求不太高的場合。3.儀表的靈敏度是指儀表指針的______與引起這個位移的______之比。答案：線位移或角位移、被測量的變化量解析：靈敏度是衡量儀表對被測量變化的敏感程度的指標(biāo)。它反映了儀表輸出變化量與輸入變化量之間的關(guān)系，即儀表指針的線位移或角位移與引起這個位移的被測量的變化量之比。4.壓力測量中，絕對壓力、表壓力和大氣壓力之間的關(guān)系為______。答案：表壓力=絕對壓力-大氣壓力解析：絕對壓力是以絕對真空為基準(zhǔn)來測量的壓力；表壓力是測量系統(tǒng)的壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。?dāng)絕對壓力大于大氣壓力時，表壓力為正值；當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負(fù)值，此時也稱為真空度。5.流量測量方法可分為______和______兩大類。答案：直接測量法、間接測量法解析：直接測量法是直接測量流體的流量值；間接測量法是通過測量與流量有關(guān)的其他物理量，如流速、差壓等，再經(jīng)過計算得到流量值。三、判斷題1.儀表的精度等級越高，測量結(jié)果就越準(zhǔn)確。（）答案：錯誤解析：儀表的精度等級只是反映了儀表在規(guī)定條件下的最大允許誤差范圍，但測量結(jié)果的準(zhǔn)確性不僅取決于儀表的精度等級，還與測量方法、測量環(huán)境、操作人員的技能等因素有關(guān)。即使儀表精度等級高，如果測量方法不當(dāng)或測量環(huán)境惡劣，也可能導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。2.熱電偶的熱電勢只與熱電偶的材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)。（）答案：正確解析：根據(jù)熱電效應(yīng)原理，熱電偶的熱電勢只取決于組成熱電偶的兩種材料以及兩個接點的溫度差，而與熱電偶的長度和直徑等幾何尺寸無關(guān)。3.測量電壓時，應(yīng)將電壓表并聯(lián)在被測電路兩端。（）答案：正確解析：電壓表的內(nèi)阻很大，并聯(lián)在被測電路兩端時，對被測電路的影響很小，能夠準(zhǔn)確測量出被測電路兩端的電壓。如果將電壓表串聯(lián)在電路中，會使電路的總電阻增大，影響電路的正常工作。4.應(yīng)變式傳感器只能測量拉力，不能測量壓力。（）答案：錯誤解析：應(yīng)變式傳感器既可以測量拉力，也可以測量壓力。當(dāng)受到拉力或壓力時，應(yīng)變片會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，從而引起電阻的變化，通過測量電阻的變化就可以測量拉力或壓力的大小。5.渦街流量計是基于卡門渦街原理工作的。（）答案：正確解析：渦街流量計是利用流體在流動過程中遇到非流線型阻擋體時，在阻擋體下游兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦的卡門渦街現(xiàn)象來測量流量的。旋渦的頻率與流體的流速成正比，通過測量旋渦的頻率就可以得到流體的流量。四、簡答題1.簡述系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及消除方法。答案：系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：-測量儀器的誤差：如儀器的零點不準(zhǔn)、刻度不準(zhǔn)確、靈敏度漂移等。-測量方法的誤差：測量方法本身存在缺陷，如采用近似的計算公式等。-環(huán)境因素的影響：測量環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等因素的變化可能會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。-測量人員的習(xí)慣和偏向：測量人員的操作習(xí)慣、讀數(shù)習(xí)慣等可能會導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。消除系統(tǒng)誤差的方法主要有以下幾種：-校準(zhǔn)測量儀器：定期對測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，消除儀器本身的誤差。-改進(jìn)測量方法：采用更準(zhǔn)確的測量方法，避免因方法不當(dāng)產(chǎn)生的誤差。-控制測量環(huán)境：盡量使測量環(huán)境保持穩(wěn)定，減少環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。-采用對稱測量法、交換法等特殊測量方法：通過改變測量條件，使系統(tǒng)誤差在測量結(jié)果中相互抵消。2.說明熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)脑蚝统Ｓ梅椒?。答案：原因：熱電偶的熱電勢與熱端和冷端的溫度差有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度保持恒定（通常為0℃）時，熱電勢才與熱端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。但在實際應(yīng)用中，冷端溫度往往會隨環(huán)境溫度的變化而變化，這會導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，所以需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。常用方法有：-冰浴法：將熱電偶的冷端置于0℃的冰水中，保證冷端溫度恒定為0℃。這種方法精度高，但使用不方便，適用于實驗室等對精度要求較高的場合。-計算修正法：根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系，測量出冷端溫度，然后通過計算對測量結(jié)果進(jìn)行修正。-補(bǔ)償電橋法：利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢變化。-半導(dǎo)體溫度傳感器補(bǔ)償法：利用半導(dǎo)體溫度傳感器測量冷端溫度，并通過電路進(jìn)行補(bǔ)償。3.簡述壓力測量儀表的選用原則。答案：壓力測量儀表的選用原則主要包括以下幾個方面：-測量范圍：根據(jù)被測壓力的大小，選擇合適量程的儀表。一般要求被測壓力的最大值應(yīng)在儀表量程的1/3-2/3范圍內(nèi)，以保證測量的準(zhǔn)確性和儀表的使用壽命。-精度等級：根據(jù)測量要求的精度，選擇合適精度等級的儀表。精度等級越高，測量結(jié)果越準(zhǔn)確，但儀表的價格也越高。-介質(zhì)性質(zhì)：考慮被測介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，如腐蝕性、粘度、溫度等。對于腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選擇耐腐蝕的儀表；對于高溫介質(zhì)，應(yīng)選擇耐高溫的儀表。-現(xiàn)場環(huán)境：考慮測量現(xiàn)場的環(huán)境條件，如溫度、濕度、振動、電磁干擾等。對于有振動的場合，應(yīng)選擇具有抗振性能的儀表；對于有電磁干擾的場合，應(yīng)選擇具有抗干擾能力的儀表。-經(jīng)濟(jì)性：在滿足測量要求的前提下，盡量選擇價格合理、性價比高的儀表。4.說明流量測量的節(jié)流裝置的工作原理。答案：節(jié)流裝置是一種常用的流量測量裝置，其工作原理基于流體的能量守恒定律和流動連續(xù)性方程。當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴等）時，由于節(jié)流裝置的流通截面積突然減小，流體的流速會增大，根據(jù)伯努利方程，流體的壓力會降低，從而在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差。這個壓力差與流體的流量有關(guān)，流量越大，壓力差越大。通過測量節(jié)流裝置前后的壓力差，并結(jié)合節(jié)流裝置的幾何參數(shù)和流體的物性參數(shù)，就可以計算出流體的流量。具體來說，根據(jù)流動連續(xù)性方程$Q=A_1v_1=A_2v_2$（其中$Q$為流量，$A_1$、$A_2$分別為節(jié)流裝置前后的流通截面積，$v_1$、$v_2$分別為節(jié)流裝置前后的流速），以及伯努利方程$p_1+\frac{1}{2}\rhov_1^2=p_2+\frac{1}{2}\rhov_2^2$（其中$p_1$、$p_2$分別為節(jié)流裝置前后的壓力，$\rho$為流體的密度），可以推導(dǎo)出流量與壓力差之間的關(guān)系。五、計算題1.用一臺量程為0-100℃，精度等級為1.0級的溫度計測量某一溫度，儀表的示值為50℃，求該測量結(jié)果的最大可能誤差和相對誤差。解：首先，根據(jù)精度等級和量程計算最大允許絕對誤差。已知精度等級為1.0級，即引用誤差為±1.0%，量程$A_{m}=100℃$。根據(jù)引用誤差公式$\delta_{m}=\frac{\Delta_{m}}{A_{m}}\times100\%$，可得最大允許絕對誤差$\Delta_{m}=\delta_{m}\timesA_{m}=\pm1.0\%\times100℃=\pm1℃$。相對誤差$\delta_{r}=\frac{\Delta_{m}}{x}\times100\%$（其中$x$為測量值），已知測量值$x=50℃$，則相對誤差$\delta_{r}=\frac{\pm1℃}{50℃}\times100\%=\pm2\%$。答：該測量結(jié)果的最大可能誤差為±1℃，相對誤差為±2%。2.已知某節(jié)流裝置的流量系數(shù)$C=0.6$，節(jié)流孔直徑$d=50mm$，管道直徑$D=100mm$，被測流體的密度$\rho=1000kg/m^3$，節(jié)流裝置前后的壓力差$\Deltap=1000Pa$，求通過節(jié)流裝置的體積流量$Q_v$。解：根據(jù)節(jié)流裝置的流量計算公式$Q_v=C\varepsilonA_0\sqrt{\frac{2\Deltap}{\rho}}$（對于不可壓縮流體，膨脹系數(shù)$\varepsilon=1$）。首先計算節(jié)流孔的截面積$A_0=\frac{\pi}{4}d^2=\frac{\pi}{4}\times(0.05m)^2\approx0.00196m^2$。將$C=0.6$，$\var