儀表高級理論模擬練習(xí)題(含參考答案解析)一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某熱電偶測量回路中，參考端溫度為30℃，測得熱電勢為36.5mV，已知該熱電偶在1000℃時的熱電勢為41.3mV，30℃時為1.2mV，40℃時為1.6mV，則被測溫度約為（）A.950℃B.980℃C.1020℃D.1050℃答案：B解析：根據(jù)中間溫度定律，實際熱電勢E(t,t0)=E(t,tref)+E(tref,t0)。已知t0=30℃，E(t,t0)=36.5mV，E(tref=0℃,t0=30℃)=1.2mV（查表），則E(t,0℃)=36.5+1.2=37.7mV。查表得E(980℃,0℃)=37.7mV（假設(shè)該熱電偶分度表中980℃對應(yīng)值），故被測溫度約為980℃。2.智能壓力變送器采用HART協(xié)議通信時，數(shù)字信號的傳輸方式為（）A.調(diào)頻(FM)B.調(diào)幅(AM)C.頻移鍵控(FSK)D.相移鍵控(PSK)答案：C解析：HART協(xié)議采用Bell202標準，使用頻移鍵控技術(shù)，在420mA模擬信號上疊加1200Hz（代表1）和2200Hz（代表0）的數(shù)字信號，實現(xiàn)雙向通信。3.電磁流量計的測量原理基于（）A.歐姆定律B.法拉第電磁感應(yīng)定律C.楞次定律D.焦耳定律答案：B解析：電磁流量計測量導(dǎo)電流體在磁場中流動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，其大小與流速成正比，符合法拉第電磁感應(yīng)定律（E=KBdv，K為常數(shù)，B為磁感應(yīng)強度，d為管道內(nèi)徑，v為平均流速）。4.熱電阻測量溫度時，采用三線制接法的主要目的是（）A.提高測量精度B.簡化接線C.降低成本D.增加傳輸距離答案：A解析：三線制接法中，兩根引線分別接入電橋的相鄰橋臂，第三根引線作為公共線。當(dāng)環(huán)境溫度變化導(dǎo)致引線電阻變化時，相鄰橋臂的電阻變化相互抵消，可有效消除引線電阻對測量結(jié)果的影響，提高精度。5.某被測介質(zhì)為強腐蝕性液體（pH=1），壓力范圍01.6MPa，應(yīng)優(yōu)先選擇的壓力儀表是（）A.彈簧管壓力表B.電容式壓力變送器（普通型）C.隔膜式壓力變送器D.活塞式壓力計答案：C解析：強腐蝕性介質(zhì)會腐蝕普通壓力儀表的測量元件（如彈簧管或電容膜盒），隔膜式壓力變送器通過隔離膜片將被測介質(zhì)與敏感元件隔離，填充液傳遞壓力，適用于腐蝕性介質(zhì)測量。6.關(guān)于儀表系統(tǒng)誤差的描述，正確的是（）A.系統(tǒng)誤差具有隨機性B.系統(tǒng)誤差可通過多次測量取平均消除C.系統(tǒng)誤差由儀表本身特性決定D.系統(tǒng)誤差無法修正答案：C解析：系統(tǒng)誤差是由測量系統(tǒng)的固有特性（如儀表刻度不準、零點漂移）引起的，具有確定性和重復(fù)性，可通過校準、修正系數(shù)等方法減小或消除；隨機誤差具有隨機性，可通過多次測量取平均減小。7.工業(yè)過程控制中，420mA信號的傳輸距離主要受（）限制A.導(dǎo)線截面積B.負載電阻C.電源電壓D.信號頻率答案：B解析：420mA信號為電流源輸出，傳輸時總負載電阻（包括接收儀表輸入電阻和導(dǎo)線電阻）需滿足變送器輸出電壓要求（通常為U≥I×(R負載+R導(dǎo)線)）。當(dāng)負載電阻過大時，會導(dǎo)致輸出電流無法達到20mA，因此傳輸距離受負載電阻限制。8.氧化鋯氧量計的工作原理基于（）A.氣體熱導(dǎo)效應(yīng)B.固體電解質(zhì)的氧濃差電勢C.氣體順磁性D.紅外吸收原理答案：B解析：氧化鋯氧量計利用ZrO2固體電解質(zhì)在高溫下的氧離子導(dǎo)電性，當(dāng)兩側(cè)氣體氧濃度不同時，產(chǎn)生氧濃差電勢（符合能斯特方程E=(RT/(nF))ln(P1/P2)），通過測量電勢可計算氧濃度。9.儀表防爆標志“ExdIIBT3Gb”中，“T3”表示（）A.防爆類型B.氣體組別C.溫度組別D.設(shè)備保護級別答案：C解析：防爆標志中，“Ex”為防爆標志，“d”為隔爆型，“IIB”為氣體組別（II類B級），“T3”為溫度組別（最高表面溫度≤200℃），“Gb”為設(shè)備保護級別（用于1區(qū)、2區(qū)）。10.某流量測量系統(tǒng)采用差壓式流量計，設(shè)計時取壓方式為法蘭取壓，實際安裝時誤用角接取壓，會導(dǎo)致（）A.測量值偏大B.測量值偏小C.無影響D.儀表損壞答案：A解析：法蘭取壓與角接取壓的取壓孔位置不同（法蘭取壓孔位于孔板兩側(cè)法蘭上，距孔板1英寸；角接取壓孔位于孔板兩側(cè)法蘭密封面處），會導(dǎo)致差壓值測量偏差。誤用角接取壓時，實際取壓點更靠近孔板，測得的差壓值偏大，導(dǎo)致流量測量值偏大。二、判斷題（每題2分，共10分）1.熱電阻的分度號Pt100表示0℃時電阻值為100Ω，100℃時電阻值約為138.5Ω。（）答案：√解析：Pt100是鉑熱電阻，分度號定義為R0=100Ω，根據(jù)ITS90標準，100℃時R100=138.50Ω，符合描述。2.超聲波流量計可以測量非導(dǎo)電液體的流量。（）答案：√解析：超聲波流量計基于超聲波在流體中的傳播速度差測量流量，與流體導(dǎo)電性無關(guān)，適用于水、油、污水等非導(dǎo)電或?qū)щ娨后w。3.儀表的精度等級為0.5級，表示其最大引用誤差為±0.5%。（）答案：√解析：精度等級定義為最大引用誤差的絕對值，0.5級儀表的最大引用誤差為±0.5%（引用誤差=絕對誤差/量程×100%）。4.壓力開關(guān)的切換差是指接通壓力與斷開壓力的差值。（）答案：√解析：壓力開關(guān)的切換差（回差）定義為動作壓力（接通）與復(fù)位壓力（斷開）的差值，確保系統(tǒng)穩(wěn)定，避免頻繁動作。5.智能儀表的自診斷功能僅能檢測硬件故障，無法檢測軟件錯誤。（）答案：×解析：現(xiàn)代智能儀表的自診斷功能包括硬件診斷（如傳感器故障、電源異常）和軟件診斷（如程序運行錯誤、參數(shù)校驗失?。糠謨x表還支持通信協(xié)議錯誤檢測。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述渦街流量計的工作原理及主要特點。答案：工作原理：當(dāng)流體流經(jīng)漩渦發(fā)生體（如三角柱）時，在其下游兩側(cè)交替產(chǎn)生漩渦（卡門渦街），漩渦分離頻率f與流體流速v成正比（f=St×v/d，St為斯特勞哈爾數(shù)，d為漩渦發(fā)生體特征寬度）。通過檢測漩渦頻率（如應(yīng)力式、電容式傳感器）可計算流量。主要特點：①無運動部件，可靠性高；②測量范圍寬（量程比10:1~20:1）；③適用于氣體、液體、蒸汽；④對直管段要求高（一般前10D后5D）；⑤易受振動和流體脈動影響。2.分析差壓式流量計測量誤差的主要來源。答案：主要誤差來源包括：①安裝誤差：直管段不足導(dǎo)致流速分布畸變；取壓孔位置錯誤（如角接取壓誤用法蘭取壓）；導(dǎo)壓管傾斜度不夠或堵塞，導(dǎo)致差壓傳遞失真。②流體特性變化：實際流體密度、粘度與設(shè)計值不符（如溫度、壓力偏離設(shè)計工況）；流體含氣/含固（液體中帶氣泡，氣體中帶液滴）影響差壓測量。③儀表本身誤差：孔板入口邊緣磨損（導(dǎo)致流出系數(shù)變化）；差壓變送器精度不足或零點漂移；引壓管內(nèi)介質(zhì)相變（如蒸汽測量時冷凝液量變化）。④環(huán)境因素：振動導(dǎo)致差壓信號波動；電磁干擾影響變送器輸出信號。3.說明智能儀表與傳統(tǒng)模擬儀表的主要區(qū)別。答案：主要區(qū)別包括：①信號處理：智能儀表采用微處理器，可對信號進行線性化、溫度補償、數(shù)字濾波等智能處理；傳統(tǒng)儀表僅進行模擬信號放大、轉(zhuǎn)換。②功能擴展：智能儀表支持自診斷、參數(shù)存儲、通信（HART、Modbus等）、多參數(shù)測量（如同時測壓力、溫度、流量）；傳統(tǒng)儀表功能單一。③精度與穩(wěn)定性：智能儀表通過軟件校準可提高精度（如0.1級以上），溫漂、時漂影響?。粋鹘y(tǒng)儀表受元件老化影響大。④操作方式：智能儀表可通過手操器或上位機遠程配置參數(shù)；傳統(tǒng)儀表需現(xiàn)場調(diào)整機械零點、量程。4.簡述熱電偶冷端補償?shù)谋匾约俺Ｓ醚a償方法。答案：必要性：熱電偶的熱電勢僅與熱端（測量端）和冷端（參考端）的溫差有關(guān)。實際應(yīng)用中，冷端溫度常因環(huán)境變化而波動（非0℃），導(dǎo)致測量誤差，因此需補償冷端溫度變化的影響。常用補償方法：①補償導(dǎo)線法：使用與熱電偶熱電特性相同的補償導(dǎo)線，將冷端延伸至溫度穩(wěn)定的控制室，減少環(huán)境溫度波動影響。②冷端恒溫法：將冷端置于恒溫容器（如冰浴，0℃），但實際中難以持續(xù)維持。③補償電橋法（自動補償）：在測量回路中接入不平衡電橋，電橋輸出電壓隨冷端溫度變化，與熱電偶熱電勢疊加后抵消冷端溫度變化的影響。④軟件補償法（數(shù)字儀表）：通過溫度傳感器測量冷端溫度，利用分度表軟件計算實際熱端溫度（E(t,t0)=E(t,0)E(t0,0)）。5.列舉工業(yè)現(xiàn)場儀表抗電磁干擾的主要措施。答案：主要措施包括：①屏蔽：信號電纜采用屏蔽層（銅網(wǎng)或鋁箔），屏蔽層單端接地（避免地環(huán)流）；儀表外殼接地（保護接地）。②隔離：使用信號隔離器（如模擬量隔離變送器），切斷干擾信號的傳導(dǎo)路徑；電源采用隔離變壓器或開關(guān)電源。③濾波：在信號輸入端加RC濾波電路（抑制高頻干擾）；儀表內(nèi)部軟件采用數(shù)字濾波（如均值濾波、中值濾波）。④接地：建立獨立的儀表接地系統(tǒng)（接地電阻≤4Ω），避免與動力接地共用；信號回路單點接地（避免多點接地引起的地電位差）。⑤布線規(guī)范：信號電纜與動力電纜分開敷設(shè)（間距≥300mm），交叉時垂直；采用穿金屬管或線槽保護。四、綜合分析題（每題20分，共40分）1.某化工廠需設(shè)計一套蒸汽流量測量系統(tǒng)，工藝參數(shù)如下：蒸汽壓力1.6MPa（表壓），溫度250℃，最大流量120t/h，最小流量30t/h，管道內(nèi)徑DN200（實際內(nèi)徑205mm）。請完成以下設(shè)計：（1）選擇流量計類型并說明理由；（2）確定差壓變送器的量程；（3）說明導(dǎo)壓管的安裝要求；（4）提出溫度、壓力補償?shù)谋匾约皩崿F(xiàn)方法。答案：（1）流量計類型選擇：差壓式流量計（孔板流量計）。理由：蒸汽流量測量中，差壓式流量計技術(shù)成熟、耐高壓高溫、可在線標定，且能與壓力、溫度補償配合實現(xiàn)質(zhì)量流量測量，符合蒸汽（可壓縮流體）的測量需求。（2）差壓變送器量程確定：①計算雷諾數(shù)Re：蒸汽密度ρ=P×M/(R×T)，其中P=1.6+0.1=1.7MPa（絕對壓力），M=18kg/kmol，R=8.314kJ/(kmol·K)，T=250+273=523K，ρ=1.7×10^6×18/(8.314×10^3×523)≈7.0kg/m3。②流速v=Q/(3600×A)，A=π×(0.205/2)2≈0.033m2，最大流量Qmax=120×10^3kg/h=33.33kg/s，體積流量Qvmax=33.33/7≈4.76m3/s，vmax=4.76/(3600×0.033)≈40m/s（合理范圍，不超過蒸汽流速上限80m/s）。③差壓ΔP=0.5×ρ×v2×(1/α2β^41)（簡化公式），取孔板流出系數(shù)α≈0.6，β=d/D=0.15（假設(shè)），則ΔP≈0.5×7×402≈5600Pa（實際需通過計算書精確確定，通常取標準差壓量程如016kPa）。因此差壓變送器量程可選016kPa。（3）導(dǎo)壓管安裝要求：①材質(zhì)：不銹鋼（避免蒸汽冷凝水腐蝕），內(nèi)徑Φ14×2（DN10）。②傾斜度：導(dǎo)壓管應(yīng)向差壓變送器方向傾斜（坡度≥1:100），蒸汽測量時需在孔板兩側(cè)安裝冷凝罐（確保導(dǎo)壓管內(nèi)充滿冷凝液，避免蒸汽直接進入變送器）。③長度：導(dǎo)壓管長度≤50m，過長會導(dǎo)致信號滯后；兩根導(dǎo)壓管長度應(yīng)一致（避免溫差引起的附加差壓）。④隔離：若蒸汽含腐蝕性成分，需在導(dǎo)壓管與變送器間加裝隔離罐，填充隔離液（如硅油）。（4）溫度、壓力補償必要性及方法：必要性：蒸汽為可壓縮流體，密度隨溫度、壓力變化顯著（設(shè)計工況與實際工況偏差時，體積流量與質(zhì)量流量關(guān)系改變），需通過溫度、壓力補償將體積流量轉(zhuǎn)換為標準狀態(tài)或質(zhì)量流量，提高測量精度。實現(xiàn)方法：①硬件補償：采用溫壓一體化差壓變送器，同時測量差壓、壓力、溫度信號；或分別安裝壓力變送器（量程02.5MPa）、溫度變送器（量程0300℃，選擇Pt100熱電阻）。②軟件補償：在DCS或流量積算儀中輸入蒸汽密度公式（如理想氣體狀態(tài)方程或IAPWSIF97公式），實時計算密度ρ=P/(R×T)，質(zhì)量流量M=K×√(ΔP×ρ)（K為儀表常數(shù)）。2.某溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)測量值波動大的故障，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：熱電阻為Pt100，三線制接法，導(dǎo)線為普通銅芯線（未屏蔽），連接至DCS輸入卡件。請分析可能的故障原因及排查步驟。答案：可能的故障原因：（1）電磁干擾：導(dǎo)線未屏蔽，附近有動力電纜、變頻器等強電磁源，干擾信號疊加在熱電阻信號上，導(dǎo)致測量值波動。（2）接線松動：三線制接線端子接觸不良（如螺絲未擰緊），接觸電阻變化引起測量值跳變。（3）導(dǎo)線電阻不對稱：三根導(dǎo)線長度差異大（或某根導(dǎo)線絕緣破損接地），導(dǎo)致電橋不平衡，輸出波動。（4）熱電阻本身故障：鉑絲局部短路或斷路（如保護管內(nèi)進水，導(dǎo)致絕緣下降），電阻值異常變化。（5）DCS卡件故障：輸入卡件通道損壞（如濾波電容失效），無法穩(wěn)定處理小信號（熱電阻信號通常為幾毫伏至幾十毫伏）。（6）環(huán)境振動：熱電阻安裝位置振動大（如靠近泵、壓縮機），導(dǎo)致熱電阻元件與保護管摩擦，電阻值變化。排查步驟：（1）檢查接線：用萬用表測量三線制各導(dǎo)線間的通斷（正常時三根導(dǎo)線電阻應(yīng)相近，約13Ω），確認端子無松動、氧化。（2）屏蔽測試：臨時為導(dǎo)線加裝屏蔽層并單端接地（接地至DCS地），觀察測量值是否穩(wěn)定，判斷是否為電磁干擾。（3）替換法：將熱電阻從現(xiàn)場拆除，在