熱能與動力工程測試技術(shù)要點

1、江M大fJI A N G S U U N I V E R SI T Y熱能與動力工程測試技術(shù)要點簡析主編：邙錫金副主編：代沖 主審：邙錫金目錄第一章 概述 3第二章測量系統(tǒng)的動態(tài)特性4第三章測量系統(tǒng)誤差分析及處理5第四章 傳感器的基本類型及工作原理6第五章溫度測量8第六章壓力測量 10第七章流速測量 11第八章流量測量 12第一章 概述1、在熱能與動力工程領(lǐng)域中，需要測量的物理量主要有？溫度、壓力、流量、功率、轉(zhuǎn)速等。2、按照得到最后結(jié)果的過程不同，測量方法可以分為哪幾類？簡述各類方法的定義。1 ）直接測量：凡被測量的數(shù)值可以直接從測量儀器上讀得的測量：2 ）間接測量：被測量的數(shù)值不能直接從測

2、量儀器上讀得，而需要通過直接測得與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的量，然后經(jīng)過運算得到被測量的數(shù)值：3 ） 組合測量：測量中使各個未知量以不同組合形式出現(xiàn)（或改變測量條件以獲得不同的組合） ，根據(jù)直接測量或間接測量所得數(shù)據(jù)，通過求解聯(lián)立方程組求得未知量的數(shù)值。3、按工作原理，任何測量儀器都應(yīng)包括哪三部分？各部分的功能和作用？包括感受器、中間件和效應(yīng)件三個部分。1） ）感受器或傳感器：它直接與被測對象發(fā)生關(guān)系（但不一定直接接觸），感知被測參數(shù)的變化，同時對外界發(fā)出相應(yīng)的信號;2） 中間件或傳遞件：最簡單的中間件是單純起“傳遞”作用的元件，它將傳感器的輸出信號原封不動的傳遞給效應(yīng)件；3） 效應(yīng)件或顯示元件：

3、顯示元件的功能是把被測信號顯示出來，按顯示原理與方法不同，又可分為模擬顯示和數(shù)字顯示兩種。4、測量儀器按照用途可以分為哪兩類？其特點為？范型儀器和實用儀器兩種。范型儀器精確度很高，對它的保存和使用有較高要求：實用儀器使用起來方便、可靠，測量結(jié)果只要在工程測量允許范圍內(nèi)即可。5、測量儀器的主要性能指標(biāo)包括？各指標(biāo)的含義？測量儀器的性能指標(biāo)主要有：精確度、 恒定度、 靈敏度、 靈敏度阻滯、指示滯后時間等。精確度：表示測量結(jié)果與其真值一致的程度，它是系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合反映。恒定度：儀器多次重復(fù)測量時，其指示值的穩(wěn)定程度，稱為恒定度。靈敏度： 它以儀器指針的線位移或角位移與引起這些位移的被測量的

4、變化值之間的比例S 來表示式中，口為指針的線位移或角位移：AA為被測量的變化值。靈敏度阻滯：又稱為感量，此量是足以引起儀器指針從靜止到做極微小移動的被測量的 變化值。指示滯后時間：從被測參數(shù)發(fā)生變化到儀器指示出該變化值所需時間，稱為指示滯后時 間，或稱時滯。第二章測量系統(tǒng)的動態(tài)特性1、測量儀器或測量系統(tǒng)的動態(tài)特性分析就是研究動態(tài)測量時所產(chǎn)生的動態(tài)誤差，它主要用 以描述在動態(tài)測量過程中輸出量 和 輸入量 之間的關(guān)系。2、簡述傳遞函數(shù)的定義和表達式。傳遞環(huán)數(shù)是用輸出量與輸入量之比表示信號間的傳遞關(guān)系。3 .某測量系統(tǒng)由串連環(huán)節(jié)(或并聯(lián)環(huán)節(jié)、或反饋聯(lián)接)組成，試推導(dǎo)出其傳遞函數(shù)。串聯(lián)環(huán)節(jié)：并聯(lián)環(huán)節(jié)：

5、反饋聯(lián)接：H(s)=Y(s)X(s)Ha(s)1二 Ha(s)Hb(s)(正、負(fù)反饋)x = kx。得出傳4 .推導(dǎo)出零階測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其特點是?Y(s) bn零階，除a0和bo外，其與系數(shù)都為零，則傳遞環(huán)數(shù)為：H(s)=(")=，即丫 =X(s) ao該系統(tǒng)的特點是，不管 x隨時間如何變化，系統(tǒng)輸出不受干擾也沒有時間滯后。5 .以測溫?zé)犭娕紴槔?，推?dǎo)出該一階測量系統(tǒng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)以及階躍響應(yīng)函數(shù)。一階，除了 aiao,bo外，其余系數(shù)為零，則得：aidy+a0y(t)=box(t),經(jīng)拉普拉斯變化后可得：&Y(s)+Y(s) = kX(s)。dt遞函數(shù)為：H(s) =

6、Hs-階躍響應(yīng)函數(shù)：T=T°(1e)T0(s) Ts+1。6 .對于二階測量系統(tǒng)的階躍相應(yīng)函數(shù)，評價該系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)?2二階傳遞函數(shù)為：H(s) = (s) ="2X(s) s2 2 ns .n2評價該系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)：穩(wěn)定時間ts和最大過沖量 Ad。7 .通過試驗測定動態(tài)參數(shù)的方法有哪些？頻率響應(yīng)法、階躍響應(yīng)法、隨機信號法。第三章測量系統(tǒng)誤差分析及處理1、 絕對誤差和相對誤差的定義。絕對誤差=測量值-真值2、簡述測量誤差的分類。1 )系統(tǒng)誤差：在測量過程中，出現(xiàn)某些規(guī)律性的以及影響程度由確定因素所引起的誤差， 成為系統(tǒng)誤差。2 )隨機誤差：是由許多未知的或微小的因素

7、綜合影響的結(jié)果。3 )過失誤差：由于測量者粗心、過度疲勞或操作不正確所引起的誤差。3、簡述系統(tǒng)誤差的分類和特征？分類：儀器誤差、安裝誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、操作誤差、動態(tài)誤差。特征：在同一條件下，多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持不變稱為恒值系統(tǒng)誤差；當(dāng)誤差的大小和符號按一定規(guī)律變化時，稱為變值系統(tǒng)誤差，它又可分線性和非線性系統(tǒng)誤差。4、簡述常用消除系統(tǒng)誤差的具體方法。1 )交換抵消法；將測量中某些條件相互交換，使產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因互相抵消。2 )替代消除法：在一定的測量條件下，用一個精度較高的已知量，在測量系統(tǒng)中取代被測量，而使測量儀器的指示值保持不變。3 )預(yù)檢法：是一種檢驗和發(fā)現(xiàn)

8、測量儀器系統(tǒng)誤差的常用方法。5、系統(tǒng)誤差的綜合包括 代數(shù)綜合法、算數(shù)綜合法和幾何綜合法。6、簡述隨機誤差正態(tài)分布規(guī)律的特性。1 ）單峰性：概率密度的峰值只出現(xiàn)在零誤差附近。2 ）對稱性：符號相反絕對值相等的隨機誤差出現(xiàn)的概率相等。3 ）有限性：在一定測量條件下，誤差的絕對值一般不超出一定范圍。4 ）抵償性：由隨機誤差的對稱性可以推論出：當(dāng) nT g時，3i = 0 ,即由于正負(fù)誤 差的互相抵消，即一列等精度測量中各個誤差的代數(shù)和趨于零。7、隨機誤差的計算。（例3-5 ）8、非等精度測量隨機誤差的計算。（例3-6 ）9、多參數(shù)間接測量隨機誤差的計算。（例3-8 ）10、常用的剔除可疑測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)

9、則有哪幾種？并簡述其選擇原則。（P35）略11、應(yīng)用格拉布斯準(zhǔn)則剔除可疑測量值。（例3-2）12、應(yīng)用t檢驗準(zhǔn)則剔除可疑測量值。（例3-3）13、應(yīng)用狄克遜準(zhǔn)則剔除可疑測量值。（例3-4）14、在閉環(huán)系統(tǒng)中引入 負(fù)反饋，可使測量系統(tǒng)的精度顯著提高。15、用最小二乘法對測得的數(shù)據(jù)進行一元線性回歸。（例3-11 ）第四章 傳感器的基本類型及工作原理1、簡述電阻式傳感器的基本原理。將物理量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)電路處理后，轉(zhuǎn)換為電信號輸 出。2、金屬應(yīng)變式電阻傳感器溫度補償?shù)姆椒ㄓ?？橋路補償、應(yīng)變片自補償。3、簡述電感式傳感器的基本原理。它是利用線圈自感或互感的變化，把被測物理量

10、如位移、振動、壓力、流量等轉(zhuǎn)換為線 圈電感量變化的傳感器。4、自感式電感傳感器分為那幾種？常見的自感式電感傳感器有變氣隙式、變截面式和螺管式三種。5、簡述電容式傳感器基本原理。電容式傳感器是把位移、壓力、振動、液面位置等物理量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感 器。6、根據(jù)電容器參數(shù)變化特性，電容式傳感器可分為哪三種？變極板間隙型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。7、簡述壓電式傳感器的基本原理?；谀承┪镔|(zhì)的壓電效應(yīng)，這些物質(zhì)在外力作用下表面會產(chǎn)生電荷，經(jīng)過電荷放大器放 大，可以實現(xiàn)電測的目的。8、簡述磁電式傳感器的基本原理。磁電式傳感器是以導(dǎo)線在磁場中運動產(chǎn)生電動勢的原理為基礎(chǔ)

11、，把被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換 為感應(yīng)電動勢的傳感器。9、熱電偶測溫基于什么效應(yīng)？簡述其基本原理。熱電偶是利用“熱電效應(yīng)”制成的一種感溫元件，兩種不同的導(dǎo)體 A和B組成閉合回路， 兩連接點溫度不同，產(chǎn)生熱電動勢，形成電流。電動勢的大小取決于金屬的性質(zhì)和兩端的溫 度，所以可以用來測溫。10、用作熱電偶標(biāo)準(zhǔn)電極的材料為？如何計算不同金屬相配后的熱電勢。金屬鉗為標(biāo)準(zhǔn)熱電極。根據(jù)熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律，如果材料A與B和B與C之間的熱電動勢已知，則材料 A與C之間的熱電動勢也就已知。因此，如果已知各種材料與鉗相配后的熱電動勢，則可求出各種材料相互間的熱電動勢。11、簡述熱電偶測溫的中間溫度定律。在兩種不同材料組成

12、的熱電偶回路中，接點溫度分別為t和to,熱電動勢EAB（t,to）等于熱電偶在連接點溫度為（t,tn）和（tn,t0）時相應(yīng)的熱電動勢EAB（t,tn）和 EAB（tn,to）之和,即 Eab（3 to） = EAB（t,tn） + EAB（tn,to）.12、熱電偶測溫時，當(dāng)冷端溫度不為0c時，如何計算實際溫度？（提示：基于中間溫度定律） （略）13、簡述光電效應(yīng)及其分類。當(dāng)具有一定能量E的光子投射到某些金屬或半導(dǎo)體物質(zhì)的表面時，具有輻射能量的微粒 將透過受光的表面層， 賦予這些物質(zhì)的電子以附加能量，或改變物質(zhì)的電阻大小， 或使其產(chǎn)生電動勢，導(dǎo)致與其連接的閉合回路中電流變化，從而實現(xiàn)了光-電

13、轉(zhuǎn)換過程。分為三類；1 ）在光線作用下能使電子逸出物質(zhì)表面的稱為外光電效應(yīng)。2 ）在光線作用下使物體電阻率改變的稱為內(nèi)光電效應(yīng)。3 ）在光線作用下使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的稱為光生伏特效應(yīng)。14、常見的光電轉(zhuǎn)換元件包括哪幾種？光電管、光敏電阻、光電池、光敏晶體管。15、簡述光電池的光伏效應(yīng)。光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的元件，它有一個大面積的PN結(jié)，當(dāng)光線照到 PN結(jié)上時，便在其兩端出現(xiàn)電動勢，P區(qū)為正極，N區(qū)為負(fù)極，這稱為光生伏特效應(yīng)。16、簡述霍爾效應(yīng)。如圖，一塊長為l,寬為b ,厚度為d的半導(dǎo)體薄片，若在薄片的垂直方向上加一磁感應(yīng)強度為B的磁場，當(dāng)在薄片的兩端有控制電流 I流過時，在

14、此薄片的另兩端會產(chǎn)生一個大小與控制電流I （A）和磁感應(yīng)強度B（T）乘積成正比的電壓，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。所產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓。U H =RB = KH IB .d17、簡述霍爾傳感器用來測量轉(zhuǎn)速和位移的原理。轉(zhuǎn)速原理：將霍爾元件固定在永磁體附近，而永磁體粘貼在旋轉(zhuǎn)的物體上，當(dāng)被測物體旋轉(zhuǎn)時，霍爾電壓隨霍爾元件距永磁體的距離變化而發(fā)生變化，從而測量出速度。位移原理：霍爾元件處在機性相反、 磁場強度相同的兩個磁鋼氣隙，當(dāng)元件的控制電流恒定時，則在一定的范圍內(nèi)，沿 x方向的磁感應(yīng)強度的變化梯度d為一常數(shù)，其霍爾電動勢的變化與位移量成線性關(guān)系。第五章溫度測量1 .簡述常用溫標(biāo)及其相互換算關(guān)系？

15、目前用的較多的溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)關(guān)系：tc =5(tF -32)9攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)關(guān)系：T = t . 273.152 .接觸法測溫和非接觸法測溫各有什么特點？1)由于接觸式溫度計必須將感溫元件與被測物體接觸，因此容易破壞被測溫度場，非 接觸式溫度計則無此問題。2)接觸式溫度計感溫元件與被測物體達到熱平衡需要一定時間，所以產(chǎn)生的時間滯后 比較大；非接觸式溫度計直接測量被測物體的熱輻射，響應(yīng)速度快。3)由于感溫元件難以承受很高的溫度，所以接觸式溫度計測量高溫時受到限制，非接 觸式溫度計則無此問題。4)由于低溫時物體熱輻射很小，所以非接觸式溫

16、度計不適合測量低溫5) 一般來說，接觸式溫度計的測量精度比接觸式溫度計高3 .熱電偶冷端溫度補償?shù)姆绞接心男?？各有什么特點？1)冷端恒溫法，通常將冷端放入冰水混合物的保溫容器中，使其溫度保持不變。 這種方法比較精確。2)冷端補償器法，在很多情況下，沒有長期保持0 oC的條件。冷端補償器用不平電橋，是冷端溫度自動處于 0 oC ,達到補償?shù)哪康摹?)冷端溫度校正法根據(jù)溫度定律：E(t,0) =E(t,to) +E(to,0),查熱電偶分度表，即可得測量的實際溫度。4)補償導(dǎo)線法，將熱電偶冷端引到已知的地方。這種方法對于一般熱電偶是可行的，但對 于貴金屬熱電極當(dāng)導(dǎo)線來使用則不經(jīng)濟。4 .簡述熱電偶

17、測溫的誤差來源。1 ）感溫元件傳熱的基本情況2）安裝誤差3）輻射引起的誤差4）熱傳導(dǎo)引起的誤差5）高速氣流的溫度測量誤差6）感溫元件的響應(yīng)5 .如何進行熱電偶標(biāo)定。6 .簡述亮度溫度。在波長為 h的單色輻射中，若物體在溫度T時的亮度B九和絕對黑體的溫度為 Ts時的亮度B。）相等，則把Ts稱為被測物體的亮度溫度。7 .簡述輻射溫度。溫度為T的物體全輻射出射度 M等于溫度為Ts的絕對黑體全輻射出射度 Mo時，則溫 度Ts稱為被測物體的輻射溫度。8 .簡述比色溫度。當(dāng)溫度為T的物體在兩個波長下的亮度比值等于溫度為Ts的黑體在同樣波長下的亮度比值時，Ts就稱為被測物體的比色溫度。9 .簡述紅外熱像儀的

18、工作原理。紅外熱像儀利用紅外掃描原理測量物體的表面溫度分布，它攝取來自被測物體各部分射向儀器的紅外輻射通量的分布，利用紅外探測器的水平掃描和垂直掃描，按順序直接測量被測物體各部分發(fā)射出的紅外輻射，綜合起來就得到物體發(fā)射的紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖或溫度場圖。第六章壓力測量1、根據(jù)測壓原理不同，壓力測量可以分為幾類？簡述之。1 ）重力與被測壓力的平衡法。此方法是按照壓力的定義，通過直接測量單位面積上所承受的垂直方向上力的大小來測量壓力，常見有液柱式壓力計和活塞式壓力計等。2 ）彈性力與被測壓力的平衡法。彈性元件受壓后會產(chǎn)生彈性變形，產(chǎn)生彈性力，當(dāng)彈性力與被測壓力平衡時，彈性元件變

19、形的大小即反映被測壓力的大小。3 ）利用物質(zhì)某些與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)進行測壓。一些物質(zhì)受壓后，它的某些物理性質(zhì)會發(fā)生變化，測量這些變化技能測量出壓力。2 、簡述液柱式壓力計的誤差來源。環(huán)境溫度變化、重力加速度變化、毛細(xì)現(xiàn)象、其他誤差。3 、簡述彈簧管壓力計的測壓原理。彈簧管是彈簧管壓力計的感壓原件，彈簧管的橫截面呈橢圓形或扁圓形，是一根空心的金屬管，其一端封閉為自由端，另一端固定在儀表的外殼上，并用與被測介質(zhì)相同的管接頭連接。 當(dāng)具有壓力的介質(zhì)進入管的內(nèi)腔后，在壓力作用下，彈簧會發(fā)生變形。當(dāng)變形引起的彈性力與被測壓力平衡時，變形停止，指針指示出被測壓力值。4、可用于壓力測量傳感器有哪些？石英晶

20、體壓電傳感器、電容式壓差傳感器。5 、簡述總壓、靜壓、動壓，以及三者關(guān)系。總壓等于靜壓加上動壓。6 . 測量氣流總壓主要使用什么設(shè)備？有哪些形式？主要使用總壓管，有L 形總壓管，圓柱形總壓管，帶導(dǎo)流套的總壓管。7 . 測量氣流靜壓主要使用什么設(shè)備？有哪些形式？（一）測量固體壁面的靜壓則用壁面靜壓孔。（二）測量流場的靜壓時，用靜壓管，有有L 形靜壓管，帶導(dǎo)流套的靜壓管。8 . 測量氣流靜壓可在哪些位置進行？對于 L 形靜壓管，在頭部和支桿之間選擇適當(dāng)?shù)奈恢?；對于圓盤形靜壓管，靜壓孔應(yīng)垂直圓盤；對于帶導(dǎo)流套的靜壓管，類似L 形，在頭部和支桿之間選擇適當(dāng)?shù)奈恢?。第七?流速測量1 .可采用哪些設(shè)備測

21、量流速？皮托管、熱線風(fēng)速儀、激光多普勒測速技術(shù)、粒子圖像測速技術(shù)2 .簡述皮托管測速的原理。皮托管由總壓探頭和靜壓探頭組成，利用流體總壓與靜壓之差，即動壓來測量流速。3 .對于含塵量較高的氣流，可以采用哪些形式的皮托管測速?？刹捎梦帐?、遮板式或靠背式皮托管。4 .簡述熱線（膜）風(fēng)速儀的工作原理。熱線風(fēng)速儀是根據(jù)通電的探頭在氣流中的熱量損失強度與氣流速度之間的關(guān)系來測量流 速的。假定熱線在流體中的熱量散失主要靠其與流體間的強迫對流換熱，由熱平衡：2I Rw =hA（Tw -Tf） , Tf即為被測流體的溫度。h為表面換熱系數(shù)。5 .簡述熱線（膜）風(fēng)速儀工作方式。1）恒流式：工作過程中保持加熱電

22、流不變，熱線的表面溫度歲流體流體流速而變化，電 阻值也隨之變化。測速公式改寫為：v = f （Rw）o熱線尚未進入流場時，電橋處于平衡狀態(tài)， 檢流計執(zhí)向零點。當(dāng)熱線放入流場中后，發(fā)生熱交換，電橋失去平衡，檢流計偏離零點。當(dāng) 檢流計達到穩(wěn)定狀態(tài)后，調(diào)節(jié)可變電阻，抵消Rw的減小之，使電橋重新恢復(fù)平衡。2）恒阻式：通過調(diào)節(jié)熱線兩端的電壓以保持熱線的電阻不變，這樣就可以根據(jù)電壓值 的變化，測出熱線電流的變化，從而計算流速。v = f （I）。與恒流式工作方式不同之處在于：當(dāng)熱線因?qū)α鲹Q熱電阻減小， 導(dǎo)致電橋失去平衡時，可以調(diào)節(jié)可變電阻來增大供電電壓， 直至電橋平衡。6 .激光多普勒測速技術(shù)主要依據(jù)什么效應(yīng)？簡述其測速原理。主要