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(cè)量方法屬于直接測(cè)量法？A.用萬(wàn)用表測(cè)量電阻B.通過(guò)測(cè)量電壓和電流，利用歐姆定律計(jì)算電阻C.用千分尺測(cè)量零件的長(zhǎng)度D.用溫度計(jì)測(cè)量溫度答案：ACD解析：直接測(cè)量法是指直接從測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)獲取被測(cè)量量值的方法。用萬(wàn)用表測(cè)量電阻、用千分尺測(cè)量零件長(zhǎng)度、用溫度計(jì)測(cè)量溫度，都是直接從儀表上讀取被測(cè)量的數(shù)值，屬于直接測(cè)量法。而通過(guò)測(cè)量電壓和電流，利用歐姆定律計(jì)算電阻，是先測(cè)量相關(guān)的其他量，再通過(guò)計(jì)算得到被測(cè)量，屬于間接測(cè)量法。2.儀表的精度等級(jí)是根據(jù)儀表的（）來(lái)劃分的。A.絕對(duì)誤差B.相對(duì)誤差C.引用誤差D.基本誤差答案：C解析：儀表的精度等級(jí)是根據(jù)引用誤差來(lái)劃分的。引用誤差是指絕對(duì)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(gè)量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確程度，所以用它來(lái)劃分精度等級(jí)。絕對(duì)誤差是測(cè)量值與真實(shí)值之差；相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與被測(cè)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(jí)為1.5級(jí)，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(duì)誤差，$A_{m}$為儀表量程）。已知精度等級(jí)為1.5級(jí)，即引用誤差為±1.5%，量程$A_{m}=10MPa$，則最大允許絕對(duì)誤差$\Delta_{m}=\delta_{m}\timesA_{m}=\pm1.5\%\times10MPa=\pm0.15MPa$。4.熱電偶溫度計(jì)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(jì)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(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱阻效應(yīng)是熱電阻溫度計(jì)的工作原理；熱輻射效應(yīng)常用于輻射溫度計(jì)；熱膨脹效應(yīng)是液體膨脹式溫度計(jì)（如玻璃管溫度計(jì)）的工作原理。5.以下哪種傳感器可用于測(cè)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(guò)測(cè)量應(yīng)變片的電阻變化來(lái)測(cè)量壓力；電容式傳感器利用電容的變化與壓力的關(guān)系來(lái)測(cè)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(cè)量。所以這三種傳感器都可用于測(cè)量壓力。二、填空題1.測(cè)量誤差按其性質(zhì)可分為_(kāi)_____、______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(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差，具有一定的規(guī)律性；隨機(jī)誤差是指測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值之差，它是不可預(yù)測(cè)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(cè)量者的疏忽、測(cè)量?jī)x器的故障等原因造成的。2.熱電阻溫度計(jì)常用的材料有______和______。答案：鉑、銅解析：鉑和銅是熱電阻溫度計(jì)常用的材料。鉑具有穩(wěn)定性好、精度高、測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，常用于高精度的溫度測(cè)量；銅的電阻溫度系數(shù)較大、價(jià)格便宜，但測(cè)量范圍相對(duì)較窄，常用于一些對(duì)精度要求不太高的場(chǎng)合。3.儀表的靈敏度是指儀表指針的______與引起這個(gè)位移的______之比。答案：線位移或角位移、被測(cè)量的變化量解析：靈敏度是衡量?jī)x表對(duì)被測(cè)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(gè)位移的被測(cè)量的變化量之比。4.壓力測(cè)量中，絕對(duì)壓力、表壓力和大氣壓力之間的關(guān)系為_(kāi)_____。答案：表壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力解析：絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量的壓力；表壓力是測(cè)量系統(tǒng)的壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。?dāng)絕對(duì)壓力大于大氣壓力時(shí)，表壓力為正值；當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值，此時(shí)也稱為真空度。5.流量測(cè)量方法可分為_(kāi)_____和______兩大類。答案：直接測(cè)量法、間接測(cè)量法解析：直接測(cè)量法是直接測(cè)量流體的流量值；間接測(cè)量法是通過(guò)測(cè)量與流量有關(guān)的其他物理量，如流速、差壓等，再經(jīng)過(guò)計(jì)算得到流量值。三、判斷題1.儀表的精度等級(jí)越高，測(cè)量結(jié)果就越準(zhǔn)確。（）答案：錯(cuò)誤解析：儀表的精度等級(jí)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(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性不僅取決于儀表的精度等級(jí)，還與測(cè)量方法、測(cè)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(jí)高，如果測(cè)量方法不當(dāng)或測(cè)量環(huán)境惡劣，也可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。2.熱電偶的熱電勢(shì)只與熱電偶的材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)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(shì)只取決于組成熱電偶的兩種材料以及兩個(gè)接點(diǎn)的溫度差，而與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑等幾何尺寸無(wú)關(guān)。3.測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)將電壓表并聯(lián)在被測(cè)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(cè)電路兩端時(shí)，對(duì)被測(cè)電路的影響很小，能夠準(zhǔn)確測(cè)量出被測(cè)電路兩端的電壓。如果將電壓表串聯(lián)在電路中，會(huì)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(cè)量拉力，不能測(cè)量壓力。（）答案：錯(cuò)誤解析：應(yīng)變式傳感器既可以測(cè)量拉力，也可以測(cè)量壓力。當(dāng)受到拉力或壓力時(shí)，應(yīng)變片會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，從而引起電阻的變化，通過(guò)測(cè)量電阻的變化就可以測(cè)量拉力或壓力的大小。5.渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理工作的。（）答案：正確解析：渦街流量計(jì)是利用流體在流動(dòng)過(guò)程中遇到非流線型阻擋體時(shí)，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(lái)測(cè)量流量的。旋渦的頻率與流體的流速成正比，通過(guò)測(cè)量旋渦的頻率就可以得到流體的流量。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)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(gè)方面：-測(cè)量?jī)x器的誤差：如儀器的零點(diǎn)不準(zhǔn)、刻度不準(zhǔn)確、靈敏度漂移等。-測(cè)量方法的誤差：測(cè)量方法本身存在缺陷，如采用近似的計(jì)算公式等。-環(huán)境因素的影響：測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等因素的變化可能會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。-測(cè)量人員的習(xí)慣和偏向：測(cè)量人員的操作習(xí)慣、讀數(shù)習(xí)慣等可能會(huì)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(cè)量?jī)x器：定期對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)，消除儀器本身的誤差。-改進(jìn)測(cè)量方法：采用更準(zhǔn)確的測(cè)量方法，避免因方法不當(dāng)產(chǎn)生的誤差。-控制測(cè)量環(huán)境：盡量使測(cè)量環(huán)境保持穩(wěn)定，減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。-采用對(duì)稱測(cè)量法、交換法等特殊測(cè)量方法：通過(guò)改變測(cè)量條件，使系統(tǒng)誤差在測(cè)量結(jié)果中相互抵消。2.說(shuō)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?shì)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(shí)，熱電勢(shì)才與熱端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。但在實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫度往往會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而變化，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)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(shí)驗(yàn)室等對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合。-計(jì)算修正法：根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系，測(cè)量出冷端溫度，然后通過(guò)計(jì)算對(duì)測(cè)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(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)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(cè)量冷端溫度，并通過(guò)電路進(jìn)行補(bǔ)償。3.簡(jiǎn)述壓力測(cè)量?jī)x表的選用原則。答案：壓力測(cè)量?jī)x表的選用原則主要包括以下幾個(gè)方面：-測(cè)量范圍：根據(jù)被測(cè)壓力的大小，選擇合適量程的儀表。一般要求被測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確性和儀表的使用壽命。-精度等級(jí)：根據(jù)測(cè)量要求的精度，選擇合適精度等級(jí)的儀表。精度等級(jí)越高，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，但儀表的價(jià)格也越高。-介質(zhì)性質(zhì)：考慮被測(cè)介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，如腐蝕性、粘度、溫度等。對(duì)于腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選擇耐腐蝕的儀表；對(duì)于高溫介質(zhì)，應(yīng)選擇耐高溫的儀表。-現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：考慮測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，如溫度、濕度、振動(dòng)、電磁干擾等。對(duì)于有振動(dòng)的場(chǎng)合，應(yīng)選擇具有抗振性能的儀表；對(duì)于有電磁干擾的場(chǎng)合，應(yīng)選擇具有抗干擾能力的儀表。-經(jīng)濟(jì)性：在滿足測(cè)量要求的前提下，盡量選擇價(jià)格合理、性價(jià)比高的儀表。4.說(shuō)明流量測(cè)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(cè)量裝置，其工作原理基于流體的能量守恒定律和流動(dòng)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(shí)，由于節(jié)流裝置的流通截面積突然減小，流體的流速會(huì)增大，根據(jù)伯努利方程，流體的壓力會(huì)降低，從而在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差。這個(gè)壓力差與流體的流量有關(guān)，流量越大，壓力差越大。通過(guò)測(cè)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(jì)算出流體的流量。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)流動(dòng)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(jì)算題1.用一臺(tái)量程為0-100℃，精度等級(jí)為1.0級(jí)的溫度計(jì)測(cè)量某一溫度，儀表的示值為50℃，求該測(cè)量結(jié)果的最大可能誤差和相對(duì)誤差。解：首先，根據(jù)精度等級(jí)和量程計(jì)算最大允許絕對(duì)誤差。已知精度等級(jí)為1.0級(jí)，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(duì)誤差$\Delta_{m}=\delta_{m}\timesA_{m}=\pm1.0\%\times100℃=\pm1℃$。相對(duì)誤差$\delta_{r}=\frac{\Delta_{m}}{x}\times100\%$（其中$x$為測(cè)量值），已知測(cè)量值$x=50℃$，則相對(duì)誤差$\delta_{r}=\frac{\pm1℃}{50℃}\times100\%=\pm2\%$。答：該測(cè)量結(jié)果的最大可能誤差為±1℃，相對(duì)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(cè)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(guò)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(jì)算公式$Q_v=C\varepsilonA_0\sqrt{\frac{2\Deltap}{\rho}}$（對(duì)于不可壓縮流體，膨脹系數(shù)$\varepsilon=1$）。首先計(jì)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