熱能與動力工程測試技術55題

什么是測量 答 測量是人類對自然界中客觀事物取得數(shù)量概念的一種認識過程 在這一過程中 人們借助于專門 工具 通過試驗和對試驗數(shù)據(jù)的分析計算 求得被測量的值 獲得對于客觀事物的定量的概念和內在 規(guī)律的認識 測量方法有哪幾類 直接測量與間接測量的主要區(qū)別是什么 答 測量方法有 直接測量 直讀法 差值法 替代法 零值法 間接測量 組合測量 直接測 量與間接測量區(qū)別 直接測量的被測量的數(shù)值可以直接從測量儀器上讀得 而間接測量的被測量的數(shù) 值不能從測量儀器上讀得 而需要通過直接測得與被測量有一定函數(shù)關系的量 經過運算得到被測量 任何測量儀器都包括哪三個部分 各部分作用是什么 答 感受件或傳感器 直接與被測對象發(fā)生聯(lián)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)出相應的信號 中間件或傳遞件 傳遞 放大 變換 運算 效用件 或顯示元件 把被測量信號顯示出來 測量儀器按用途可分為哪幾類 答 按用途可分為范型儀器和實用儀器兩類 測量儀器有哪些主要性能指標 各項指標的含義是什么 答 精確度 表示測量結果與真值一致的程度 它是系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合反應 恒定度 儀器多次重復測量時 其指示值的穩(wěn)定程度 靈敏度 以儀器指針的線位移或角位移與引起這些位 移的被測量的變化值之間的比例 S 來表示 靈敏度阻滯 靈敏度阻滯又稱為感量 此量是足以引起儀 器指針從靜止到作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 出該變化值所需的時間 稱為指示滯后時間或稱時滯 測量誤差有哪幾類 各類誤差的主要特點是什么 答 系統(tǒng)誤差 按一定規(guī)律變化 有確定的因素 可以加以控制和有可能消除 隨機誤差 由許多 未知的或微小的因素綜合影響的結果 特點 單峰性 對稱性 有限性 抵償性 無法在測量過程中 加以控制和排除 過失誤差 所測結果明顯與事實不符 可以避免 什么叫隨機誤差 隨機誤差一般都服從什么分布規(guī)律 答 隨機誤差 又稱偶然誤差 是指測量結果與同一待測量的大量重復測量的平均結果之差 隨機 誤差一般都服從正態(tài)分布規(guī)律 試述測量中可疑數(shù)據(jù)判別方法以及如何合理選用 答 判別方法有萊依特準則 格拉布斯準則 t 檢驗準則 狄克遜準則 肖維涅準則 選用原則 1 從理論上講 當測量次數(shù) n 趨近 或 n 足夠大 時 采用萊依特準則更為合適 若次數(shù)較少時 則采用格拉布斯準則 t 檢驗準則或狄克遜準則 要從測量列中迅速判別粗大誤差時 可采用狄克遜 準則 2 在最多只有一個異常值時 采用格拉布斯準則來判別壞值的效果最佳 3 在可能存在多個 異常值時 應采用兩種以上的準則來交叉判別 否則效果不佳 什么叫做等精度測量和非等精度測量 為什么在非等精度測量中引入 權 的概念 答 等精度測量是指在測量條件 包括測量儀器 測量人員 測量方法及環(huán)境條件等 不變的情況 下 對某一被測幾何量進行的多次測量 非等精度測量是指在不同測量條件下 用不同的儀器 不同 的測量方法 不同的測量次數(shù)以及由不同的測量者進行的測量 各次測量結果的精度不同 為了正 確評價測量結果的質量 其 權 的數(shù)值越大 表示測量結果的可信賴度越高 權 和標準誤差 的平方成反比 什么叫做回歸分析 答 采用數(shù)理統(tǒng)計方法 從大量試驗數(shù)據(jù)中尋求變量之間相關關系的數(shù)學表達式 并對所確定的數(shù)學 表達式的可信度進行統(tǒng)計檢驗 11 非電量電測法具有哪些優(yōu)點 答 易于實現(xiàn)集中檢測 控制和遠距離測量 響應速度快 可以測量瞬態(tài)值及動態(tài)過程 傳感器 提供了被研究對象的測量 調節(jié)和控制設備之間最方便可靠的聯(lián)系方式 因而使熱能與動力工程測試 的連續(xù)量 自動記錄和自動控制成為可能 測量的準確度和靈敏度高 可以測量微弱信號并將其放 大與進行長距離傳輸 電信號易于和計算機等進行連接 記錄和處理數(shù)據(jù)方便 12 什么是電阻式傳感器 主要分哪些類型 答 將物理量的變化轉換為敏感元件電阻值的變化的傳感器 分金屬應變式傳感器 半導體壓阻 式傳感器 電位計式傳感器 氣敏傳感器 濕敏電阻傳感器 13 用應變片測量時 為什么要進行溫度補償 常用的溫度補償方法有哪些 答 一是因溫度變化引起的應變片敏感柵的電阻變化及附加變形 二是因試件材料與敏感柵材料的 線脹系數(shù)不同 從而使應變片產生附加應變 補償方法有橋路補償和應變片自補償 14 簡述電感式傳感器的工作原理 答 電感式傳感器建立在電磁感應基礎上 它是利用線圈自感或互感的變化 把被測物理量轉換為線 圈電感量變化的傳感器 15 電容式傳感器有哪些類型 答 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 16 什么是壓電效應 什么是壓電元件的電軸 光軸和力軸 答 某些結晶物質 當沿它的某個結晶軸施加力的作用時 內部會出現(xiàn)極化現(xiàn)象 從而在表面形成 電荷集結 電荷量與作用力的大小成正比 這種效應稱為壓電效應 垂直于 x 軸的晶體切片可用作 壓電元件 此時 x 軸稱為電軸 垂直于 z 軸切割出的晶片沒有壓電效應 稱 z 軸為光軸 沿該 y 軸方 向受力產生極性相反的電壓 y 軸為力軸 17 什么是熱電效應 熱電偶有哪些基本定律 答 兩種不同的導體 A 和 B 組成閉合回路 若兩連接點溫度 T 和 To 不同 則在回路中就產生熱電動 勢 形成熱電流 這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象 熱電偶的基本定律 均質材料定律 中間導體定律 中 間溫度定律 標準電極定律 18 熱電偶為什么要進行冷端溫度補償 常用的補償方式有哪些 答 由于冷端溫度 to 受周圍環(huán)境溫度的影響 難以自行保持為 0 或某一定值 因此 為減小測量 誤差 需對熱電偶冷端采取補償措施 使其溫度恒定 常用補償方式 冷端恒溫法 冷端補償器法 冷端溫度校正法 補償導線法 19 什么是霍爾效應 試舉兩種霍爾傳感器在動力機械測量中的典型應用 答 若在薄片的垂直方向上加一磁感應強度為 B 的磁場 當在薄片的兩端有控制電流 I 流過時 在 此薄片的另兩端會產生一個大小與控制電流 I A 和磁感應強度 B T 的成積成正比的電壓 UH V 這一 現(xiàn)象稱為霍爾效應 轉速測量 位移測量 接近開關 高斯計 電流計 20 生物傳感器的基本結構和測量原理 答 結構 生物傳感器的原理 生物傳感器的結構一般是在基礎傳感器 電化學裝置 上再耦合一個生物敏感膜 稱為感受器或敏感元件 生物敏感膜緊貼在探頭表面上 再用一種半滲透膜與被測溶液隔開 當 待測溶液中的成分透過半透膜有選擇地附著于敏感物質時 形成復合體 隨之進行生化和電化學反應 產生普通電化學裝置能感知的 O2 H2 NH4 CO2 等 并通過電化學裝置轉換為電信號 21 試舉標準熱電偶的名稱與型號 答 鉑銠 10 鉑 S 型 貴金屬 0 35 0 5mm 精度高 理化性能穩(wěn)定 1600 氧化或中性氣氛 缺 高溫還原介質中容易被侵蝕 熱電動勢較小 靈敏度較低 鉑銠 30 鉑銠 6 B 型 貴金屬 0 3 0 5mm 精度高 1800 氧化或中性氣氛 缺 靈敏度較低 價格昂貴 鎳鉻 鎳硅 K 型 賤金屬 0 5 3mm 價格低廉 靈敏度較高 測量重復性好 高溫抗氧化 1300 缺 在還原或含硫化物氣氛中易被侵蝕 銅 康銅 T 型 賤金屬 0 2 1 6mm 200 400 價格低 精度高 穩(wěn)定性好 靈敏度較高 鎳鉻 康銅 E 型 賤金屬 0 5 3mm 800 靈敏度最高 價格便宜 應用廣泛 中性或還原性 氣氛 缺 抗氧化及抗硫化能力較差 22 輻射式溫度計有哪幾種 簡述各自的工作原理 比較各種溫度計測量溫度與真實溫度的關系 1 單色輻射式光學高溫計 利用亮度比較取代輻射出射度比較進行測溫的 因為 0 1 因此 Ts T 用光學溫度計直接測到的溫度 Ts 稱為被測物體的 亮度溫度 亮度溫 度要比物體的實際溫度低 所以必須根據(jù)物體表面的單色黑度系數(shù) 修正 或根據(jù)光學高溫計修正 曲線進行修正 單色輻射式光學高溫計主要有燈絲隱滅式光學高溫計和光電高溫計兩種 2 全輻射高溫計 根據(jù)絕對黑體的全輻射定律式設計的高溫計 按絕對黑體對象進行分度 用它測量 發(fā)射率為 的實際物體溫度時 示值是被測物體的 輻射溫度 比實際溫度高 整個高溫計機殼 內壁面涂上黑色 以便減少雜光干擾并形成黑色條件 3 比色高溫計 兩個固定波長 1 和 2 的亮度比值隨溫度而變化 因此測量亮度比就可確定黑體的 溫度 用這種方法測得的溫度稱為比色溫度 當溫度為 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 就稱為這個物體的比色溫度 比色法測出的比色溫度要 比亮度溫度和輻射溫度更接近物體的實際溫度 當被測物體難以得到其發(fā)射率時 用比色溫度代替真 實溫度比其他方法更準確 比色高溫計有單通道和雙通道兩種 23 可用于動力機械最高壓力測量的儀器有哪幾種 簡述其工作原理 答 機械式最高壓力表 測量時 氣缸壓力通過單向閥進入壓力表直接指示壓力 理論上可測出最 高燃燒壓力 由于單向閥的慣性以及作用面積不同等原因 指示壓力值往往低于實際值 通常只能作為監(jiān)測或比較測量 氣電式最高壓力表 不再有跳火產生 這時的壓力即為氣缸工作的最高壓力 即最高燃燒壓力 比機械式最高壓力表精度高 24 什么叫總壓 靜壓和動壓 什么叫不敏感偏流角 不敏感偏流角受哪些因素影響 答 氣流熵滯止后的壓力叫總壓 又稱滯止壓力 氣流壓力是指氣流單位面積上所承受的法向表面 力 在靜止氣體中 由于不存在切向力 故這個表面力與所取面積的方向無關 該壓力稱為靜壓 在 流動氣體中 靜壓是指運動氣流里氣體本身的熱力學壓力 當感受器在氣流中與氣流以相同的速度運 動時 感受到的就是氣流的靜壓 總壓與靜壓之差稱為動壓 在實用上允許感受孔軸線與氣流方向 有一定的偏角 習慣上取使測量誤差為速度頭 1 的偏流角作為總壓管的不敏感偏流角 記 p p 的范圍越大對測量越有利 總壓管的形式和馬赫數(shù) Ma 25 常用的總壓和靜壓測量儀器有哪些 各自的特點是什么 答 總壓用總壓管 L 形總壓管 制造簡單 安裝和使用方便 支桿對測量結果影響較小 最常見 缺點是不敏感偏流角 p 較小 圓柱形總壓管 優(yōu)點可以做成很小的尺寸 工藝性能好 使用方便 缺 不 敏感偏流角也較小 它的不敏感偏流角有兩個 一個是在孔口軸線與支桿軸線垂直的平面內 另一個 是在孔口軸線與支桿軸線構成的平面內 帶導流套的總壓管 實際上是在 L 形總壓管的管口處加一導流 套 氣流經過導流套被整流 使得不敏感偏流角大大提高 缺點是隨著 Ma 的變化較明顯 此外由于頭 部尺寸較大 因此對流場的影響較大 多點總壓管 邊界層總壓管 總值 或者說使總壓管的有效中心 盡量靠近其幾何中心 一般總是將總壓管的感受截面做成扁平的形狀 感受孔做成一道窄縫 測量 靜壓測量在固體壁面外進行時用壁面靜壓孔 感受孔的位置選在流體流線平直的地方 因為這里整個 截面上的靜壓基本相等 而且在靜壓孔設計合理 加工符合要求的情況下對氣流的干擾小 能得到較 高的測量精度 1 開孔直徑以 0 5 1 0mm 為宜 當 Ma 為 0 8 時 這樣大小的孔徑可以將由此引起的誤 差控制在 1 以內 孔徑越大 其附近的流線變形越嚴重 引起的誤差也越大 孔徑太小 會增加加 工上的困難 而且易被堵塞 從而增加滯后現(xiàn)象 2 靜壓孔的軸線應和管道面垂直 孔的邊緣應尖銳 無毛刺 無倒角 且壁面應光滑 否則會給測量結果帶來較大誤差 3 靜壓孔的長度 l 和直徑 d 的關 系 一般應取 l d 3 否則會增大流線彎曲的影響 4 連接靜壓孔與導壓管的管接頭要固定在管道壁 上 只要管道厚度允許 螺紋聯(lián)接要比焊接好 因為它可以避免因熱應力使管壁面變形 從而不干擾 流場 測量 在流場中進行時用靜壓管測量 靜壓管 由于氣流中的靜壓管無疑對氣流流動的干擾較 大 為了減少測量誤差 在剛度滿足要求的前提下 要盡量減少靜壓管的幾何尺寸 同時也要求靜壓 管對氣流方向變化的敏感性盡量小 安裝時要盡量保證靜壓孔的軸線垂直于氣流方向 L 形靜壓 管 結構簡單 加工容易 性能較好 因而應用也較廣泛 缺點是軸向尺寸較大 安裝后氣流流過靜壓 管頭部獲得加速 靜壓降低 但支桿則對氣流有阻礙作用 使流速降低 靜壓升高 因此 在靜壓管 的頭部和支桿之間選擇適當?shù)奈恢迷O置靜壓孔 可以得到接近真實靜壓的測量值在高亞聲速時 為減 小壓縮性影響 采用錐形頭部并加大 l1 d 和 l2 d 常選取 l1 d 8 l2 d 16 20 為減少偏流角引 起的誤差 一般沿圓周開 2 8 個孔 管徑一般為 1 2mm 孔徑為 0 3 0 4mm 圓盤形靜壓管 測量時 將其垂直插入氣流中以保證感受孔感受到的是氣流的靜壓 這種靜壓管的測量值對與圓盤平面平行的 氣流方向變化不敏感 但對氣流與其軸線的夾角 稱為 角 卻極為敏感 一般要求 角要小于 1 2 所以它的加工精度要求特別高 尤其是支桿與圓盤面的垂直度要求高 使用時要特別注意 角 的影響 并避免損壞圓盤 否則會影響測量精度 圓盤直徑常取 15 20mm 直徑過小會增大測量誤差 對 角的敏感性 直徑過大則會增大對氣流的干擾 帶導流管的靜壓管 能改善一般靜壓管的不敏感 偏流角偏小的問題 在靜壓孔外加了導流管后 喇叭口結構可使不敏感偏流角 p 增大到 30 p 增大到 20 這種靜壓管可用于三元氣流中測量靜壓 缺點是導流管的形狀較復雜 加工也較困難 其頭部尺寸較大 在小尺寸的流道中難以應用 26 測壓儀進行靜態(tài)標定和動態(tài)標定時 常用哪些標定設備 答 靜態(tài)標定 活塞式壓力計 標準彈簧壓力計 液柱式壓力計 動態(tài)標定 目的是得到它的頻 率響應特性 以確定其的適用范圍 動態(tài)誤差等 有兩種方法 一種是輸入標準頻率及標準幅值的壓 力信號與傳感器的輸出信號進行比較 這種方法稱為對比法 例如將測壓管裝在標定風洞上的標定 另一種方法是通過激波產生一個階躍的壓力并施加于被標定的傳感器上 根據(jù)其輸出曲線求得它們的 頻率響應特性 這種激波管動態(tài)標定是一種最為基本的動態(tài)標定方法 27 繪制內燃機壓力采集系統(tǒng)基本結構原理圖 簡述其工作原理 答 系統(tǒng)中采用光電傳感器獲得曲軸轉角信號和上止點信號 采用石英壓電傳感器和電荷放大器獲得氣缸 壓力信號 28 簡述內燃機上止點位置確定的測量方法及其特點 答 磁電法 測的的上止點實際上為靜態(tài)上止點 氣缸壓縮線法 接近工作狀態(tài)下的動態(tài)上止點 電容法 最大電容量位置即認為動態(tài)上止點 對四沖程內燃機 壓縮 排氣沖程有差異 29 簡述皮托管的基本結構和測速原理 皮托管常用什么裝置進行標定 答 它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 故也稱動壓管 校準風洞 30 簡述熱線風速儀有哪些工作方式及其各自的工作原理 答 恒流式 在熱線風速儀的工作過程中保持加熱電流不變 熱線的表面溫度隨流體流速而變化 電阻值也隨之改變 通過測定熱線的電阻值就可以確定流體速度的變化 恒溫 恒電阻 式 熱線風 速儀工作過程中 通過調節(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 進而計算流速 31 目前所使用的流量計可歸納為哪幾大類型 其特點是什么 答 容積型流量計 測量結果受流動狀態(tài)的影響較小 精確度較高 適合于測量高粘度 低雷諾數(shù) 的流體 但不宜用于高溫高壓和臟污介質的流量測量 速度型流量計 這類流量計有著良好的使用 性能 可用于高溫高壓流體測量 且精確度較高 但是 由于它們以平均流速為測量依據(jù) 因此 測 量結果受流動條件的影響很大 這對精確測量帶來困難 質量型流量計 這類流量計以測量與流體 質量有關的物理效應為基礎 分為直接型 推導型和溫度壓力補償型三種 直接型質量流量計利用與 質量流量直接有關的原理進行測量 推導型質量流量計是同時測取流體的密度和體積流量 通過運算 而推導出質量流量的 一般 它由速度型流量計和密度計組合而成 溫度壓力補償型質量流量計利用 溫度 壓力與密度之間的關系 將溫度 壓力的測量值轉換為密度 再與體積流量進行運算而得到質 量流量 由于連續(xù)測量溫度 壓力比連續(xù)測量密度容易 因此 目前工業(yè)上所用的推導型質量流量計 大多屬于溫度壓力補償型 32 節(jié)流式流量計的測量原理是什么 答 當流體流經管道中急驟收縮的局部截面時 將產生增速降壓的節(jié)流現(xiàn)象 流體的流速越大 即在 相同流通截面積條件下的流量越大 節(jié)流壓降也越大 以這種節(jié)流現(xiàn)象作為流量測量依據(jù)的儀表簡稱 為節(jié)流式流量計 由于其輸出信號為差壓 故也稱差壓式流量計 33 簡述渦輪流量計的工作原理 答 當被測流體流經渦輪時 推動渦輪 6 轉動 高導磁性的渦輪葉片隨之周期性地通過磁電轉換器的 永久磁鐵 4 使磁路的磁阻發(fā)生相應的變化 導致通過感應線圈 3 的磁通量改變 在線圈中產生交變 的感應電動勢 從而獲得交流電脈沖信號的輸出 34 簡述光纖式流量計和超聲波流量計的工作原理和特點 答 光纖式流量計特點 利用光纖傳感技術檢測節(jié)流元件前后的差壓 p 原理 在節(jié)流元件前后分 別安裝一組敏感膜片和 Y 形光纖 膜片感受流體壓力的作用而產生位移 Y 形光纖是一種光纖位移傳 感器 它根據(jù)輸入輸出光強的相對變化測量膜片位移的大小 超聲波流量計工作原理 超聲波 式流量計的測量原理是基于超聲波在介質中的傳播速度與該介質的流動速度有關這一現(xiàn)象 特點 1 非接觸測量 不擾動流體的流動狀態(tài) 不產生壓力損失 2 不受被測流體物理 化學特性的影響 3 輸出特性呈線性 35 簡述轉子式流量計的工作原理 答 轉子流量計也叫浮子流量計 它也是利用流體流動的節(jié)流原理進行流量測量的儀表 36 比較分析用于導電液和非導電液的電容式液位傳感器的不同 簡述各自的工作原理 答 導電液 主要利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化 從而引起電容量變化 這種關系進行液位測量 非導電液 主要利用被測液體液位變化時可變電容傳感器兩電極之間充填介 質的介電常數(shù)發(fā)生變化 從而 37 簡述電阻式液位計的種類 工作原理和特點 答 電阻式液位計主要有兩類 一類是電接點液位計 它根據(jù)液體與其蒸氣之間導電特性 電阻值 的 差異進行液位測量 適用于變參數(shù)運行工況的液位測量 但是 由于其輸出信號是非連續(xù)的 因此不 能用于液位連續(xù)測量 另一類是熱電阻液位計 它利用液體和蒸氣對熱敏材料傳熱特性不同而引起熱 敏電阻變化的現(xiàn)象進行液位測量 38 常用的接觸式轉速表有哪幾種 各自有什么特點 答 1 離心式轉速表 利用離心力器件 重環(huán)或重錘 旋轉后產生與轉速的平方成正比的離心力 通 過克服彈簧的反作用力推動指示機構工作 優(yōu)點是簡單通用 且穩(wěn)定性好 缺點是測量精度較低 低于 2 級 故雖然應用較廣 但多用作試驗時檢查動力機械的參考讀數(shù) 磁性轉速表 利用回轉圓盤在旋 轉磁場中感應出電渦流而產生轉矩變化 從而帶動指針偏轉來測速的 又稱為電渦流式轉速表 精度 不高 1 5 2 級 但結構簡單 對振動的敏感性小 測速范圍寬 故應用范圍也較廣 其典型應用是 汽車和船用轉速 電動轉速表 一般由發(fā)送器 指示器和連接導線三部分組成 發(fā)送器實際上是一個小 型永磁的交流或直流發(fā)電機 由被測轉軸通過聯(lián)軸器直接帶動發(fā)電 轉速越高 產生的電動勢越大 電動轉速表通過電壓表指示所測轉速 電動轉速表工作時產生的電動勢受磁場強度 溫度等因素的影 響 精度不高 1 5 級 定時轉速表 定時轉速表是在一定時間內通過累計轉數(shù)來測量轉速的 定時轉 速表使用方便 精度較高 可達 0 5 級 測量上限可達 10000r min 可以用于內燃機等高速機械的轉 速測量 接觸式轉速表構造簡單 但它要消耗被測轉軸的能量 且精度一般較差 多用于能量損失可 以忽略不計且對精度要求不太高的場合 39 常用的非接觸式轉速表有哪幾種 各自有什么特點 答 它不消耗被測轉軸的轉矩 且測量精度高 但結構相對復雜 非接觸式轉速表的關鍵部分是轉速 傳感器 光電式轉速傳感器 光電式轉速傳感器是利用光電元件 如光電池 光電管 光敏電阻等 對光的敏感性來測量轉速的 磁電式轉速傳速器 與光電式轉速傳感器相比 磁電式轉速傳感器結 構簡單 無需配置專門的電源裝置 且脈沖信號不會因轉速過高而減弱 測速范圍廣 因此使用范圍 非常廣泛 霍爾轉速傳感器 40 轉矩測量有哪幾種方法 答 根據(jù)測量原理的不同分為傳遞法 平衡力法和能量轉換法三大類 41 常用的功率測量方法有哪些 常見的測功機有哪幾種 答 根據(jù)動力機械的類型和結構形式的不同 通過電功率測量和通過轉矩間接測量 常用的測功 機有電力測功機 水力測功機和磁粉測功機等 42 簡述直流電力測功機的基本構成和測量原理 答 定子外殼被支承在一對軸承上 并可以繞軸線自由擺動 在定子外殼上固定一個力臂 6 它與測 力機構 5 連接 用以測定轉矩 當被測動力機械的輸出軸與直流電力測功機的轉子 1 連接在一起旋轉 時 電樞繞組 4 切割定子繞組磁場的磁力線 在電樞繞組中產生感應電動勢 即產生一個與旋轉方向 相反的制動轉矩 此時 電機作發(fā)電機運行 以實現(xiàn)作為負荷進行測功的目的 相反 當電樞回路有 電流通過時 在磁場中會受到電磁力的作用而產生一個與旋轉方向相同的驅動力矩 這時電機作電動 機運行 用來拖動動力機械轉動 43 簡述直流電力測功機的控制方法有哪些 各自工作原理和特點是什么 答 1 負荷電阻控制方式 原理 電機以發(fā)電機狀態(tài)運行作為測功使用時 電機產生的電能將消耗在主 變阻器 P 的各檔電阻和主負荷電阻 RL 上 測功機作為被測動力機械的負荷 負荷的大小可通過變阻器 P W V 進行調整 當電機以電動機狀態(tài)進行作為驅動使用時 電源加到主變阻器 P 串勵繞組 C C 和 電樞 H H 所組成的串聯(lián)回路上 電樞電流的大小由主變阻器 P 調節(jié) 當主變阻器 P 的電阻值逐檔減小 時 主電流 電樞電流 逐級加大 電機的轉速也逐級升高 進一步提高電機的轉速 可通過調節(jié)粗調 節(jié)變阻器 W 和細調節(jié)變阻器 V 以減小勵磁繞組 F F 電流的方式實現(xiàn) 顯然 當變阻器 W V 的電阻值 最大時 電機達到最高轉速 特點 負荷電阻控制方式結構簡單 但測功機所測的功率基本上消耗在 負荷電阻上 不能加以利用 因此這種控制方式只適用于中 小功率動力機械的功率測量 2 自動饋網(wǎng)控制方式 這種控制方式可將所產生的電能自動反饋給電網(wǎng) 它的基本原理與上述用電阻 作負荷的直流電力測功機相同 饋網(wǎng)式直流電力測功機包括一個由三相交流異步電動機和直流電機組 成的主變流機組 3 當測功機作為電動機運行時 它將三相交流電變?yōu)橹绷麟娫傧驕y功機供電 當測 功機作為發(fā)電機運行時 它將測功機輸出的直流電變?yōu)榻涣麟娫俜答伣o電網(wǎng) 勵磁電流的大小通過勵 磁調整電阻調節(jié) 勵磁電流是由一個小型的變流機組 4 將三相交流電變?yōu)橹绷麟?提供的 由 于饋網(wǎng)式直流電力測功機能夠回收動力機械發(fā)出的能量 故適用于較大功率動力機械的功率測量 44 電渦流測功機的工作原理和特點 答 電渦流測功機具有結構簡單 控制方便 轉速范圍和功率范圍寬等特點 但電渦流測功機將被測 動力機械的功率所產生的電渦流轉換成熱能消耗掉 不能發(fā)出電力反饋電網(wǎng) 另外它也不能作為電動 機來倒拖驅動動力機 定子由擺動軸承 7 支承在軸承支架上 能繞轉軸軸線自由擺動 其擺動量由固定在定子外殼上的力臂 輸出 該力臂與測力機構相連 以測量轉矩的大小 當勵磁繞組 3 通過直流電流時 由感應子 6 空 氣隙 5 渦流環(huán) 4 磁軛定子 1 等形成的閉合磁路中產生靜止磁通 因感應子的外圓制成齒形狀 齒頂 處的空氣間隙很小 磁通密度較大 齒槽處的空氣隙較大 磁通密度很小 當感應子旋轉時 渦流環(huán) 相應部位的磁通密度不斷增減變化 此時在渦流環(huán)的表面將產生感應電動勢而形成電渦流 力圖阻止 磁通的變化 從而產生對感應子的制動作用 在電渦流測功機中 渦流環(huán)和感應子都用高磁導率和高電導率的純鐵制成 轉子的尺寸和質量與相同 功率容量的直流電機相比要小得多 而且結構簡單 因而允許在較高的轉速下運轉 45 測功機的選型依據(jù)是什么 答 1 工作范圍 保證被測動力機械的特性全部落在所選測功機的工作范圍之內 2 測量精度 測功機的測量精度應符合測量的要求 在滿足工作范圍的條件下 應使測量盡可能接近 滿量程進行 以獲得較好的測量準確度 通常被測動力機械最大功率與測功機工作范圍的最大功率之 比應不低于 3 4 3 響應速度 電力測功機的響應速度要快于水力測功機 直流和交流電力測功機的響應速度又快于電 渦流測功機 選時要根據(jù)試驗的具體要求進行選擇 測功機的響應速度還和其外形尺寸有關 對于同 一種測功機 外形尺寸越小 轉子的轉動慣量越小 則響應速度越快 4 工作穩(wěn)定性 平衡工況的穩(wěn)定程度 主要取決于測功機的制動轉矩與轉速的關系 即取決于測功機 的固有特性 測功機的工作穩(wěn)定性還與制動轉矩產生的原理有關 改變水層厚度的水力測功機的穩(wěn)定 性 受到進水壓頭的波動和水層厚度微小變化的影響 而電力測功機的穩(wěn)定性則取決于電網(wǎng)電壓的波 動以及負載與勵磁電流的穩(wěn)定程度 單純從測功機的固有特性的對比來看 水力測功機的工作穩(wěn)定 性最佳 從制動轉矩的產生過程分析 對于靠改變水層厚度來調節(jié)功率的水力測功機 只有用穩(wěn)壓水 箱供水且水層厚度較大的情況下 制動轉矩的恒定性才是良好的 對于電力測功機 保證足夠穩(wěn)定的 負荷和勵磁電流是比較容易實現(xiàn)的 因此其工作穩(wěn)定性實際上不比水力測功機差 交流電力測功機的 固有特性具有持續(xù)等速運轉的特性 幾乎不受轉矩動的伙響 穩(wěn)定性良好 5 低速制動性 水力測功機制動轉矩隨轉速的二次方變化 電力測功機固有特性曲線制動轉矩與轉速成 正比 低速區(qū)制動性能比水力測功機好 電渦流測功機制動轉矩隨轉速的變化關系在低速區(qū)域類似對 數(shù)函數(shù) 低速制動性能最好 46 色素分析儀的工作原理與基本結構是什么 答 原理 被分析的混合物在流動氣體或液體 稱流動相 的推動下 流經一根裝有填充物 稱固定相 的管子 稱色譜柱 由于固定相對不同的組分具有不同的吸附或溶解能力 因此 混合物經過色譜柱 后 各種組分在流 動相和固定相中形成的含量分配關系不同 最終導致從色譜柱流出的 時間不同 從而組分分離的目的 47 紅外氣體分析儀的測量原理是什么 答 在燃氣或排放氣體所含的主要組分中 除了同原子的雙原子氣體外 其他非對稱分子氣體 其在 紅外區(qū)均有特定的吸收帶 波段 這種特定的吸收帶對于某一種分子是確定的 標準的 其特性如同 物質指紋 也就是說 根據(jù)特定的吸收帶 可以鑒別分子的種類 這正是紅外光譜分析的基本依 據(jù) 48 簡述氧化鋯氧量分析儀的基本工作原理 答 氧化鋯氧量分析儀是利用氧化鋯濃差電池所形成的氧濃差電動勢與 O2含量之間的量值關系進行氧 含量測量的 49 煙度測量方法主要有哪兩類 試舉不同方法典型的測量儀器及其工作原理 答 1 透光度法 利用煙氣對光的吸收作用 即通過測量光從煙氣中的透過度來確定煙度 2 濾紙法 也稱反射法 先用濾紙收集定量的煙氣 再通過比較濾紙表面對光的反射率的變化來測量煙度 這兩種 方法各自相應的測量儀表分別稱做透光式煙度計和濾紙式煙度計 也稱反射式煙度計 一 哈特里奇煙度計 透光式煙度計 這種煙度計不僅能夠測量碳煙的煙度 而且也能夠測量排放氣體中水氣和油霧等組分形成的煙氣煙度 如內燃機冷車起動時產生的白煙或藍煙的煙度等 其特點是響應快 能夠實現(xiàn)連續(xù)測量 但光學系統(tǒng) 容易受到污染 使用時必須注意清洗 以免影響測量精度 二 PHS 煙度計 一種透光式煙度計 與哈特里奇煙度計的主要區(qū)別是它將被測的排放氣體全部 而不 是部分 導入其檢測系統(tǒng) 例如 用于內燃機排氣煙度測量時 PHS 煙度計的檢測部分直接放置在離排 氣口一定距離的排氣通道上 這種煙度計的測量值直接受排氣管道直徑及其排放流量的影響 例如 在實際煙度不變的情況下 當 排氣管道直徑或排氣流量增大時 通過光源與光電檢測單元之間的煙層厚度或密度增加 其對光的衰 減量隨之增大 即對光的透過度減小 致使煙度測量值增大 為此 在使用 PHS 煙度計時 應根據(jù)被 測對象的特征指標 在內燃機中通常指標定功率 按照規(guī)定來選用排氣導入管的尺寸 以使測量結果 具有一定的可比性 三 波許煙度計 濾紙式煙度計 優(yōu)點是結構簡單 使用調整方便 濾紙樣品能夠保存 可以用來測量 碳煙的質量 缺點是不能適用變工況下的連續(xù)測量 也不能測量藍煙和白煙 測量結果的準確性受到 濾紙品質的影響 四 馮布蘭德煙度計 濾紙式煙度計 與波許煙度計不同的是 采用帶狀濾紙 通過相應的濾紙傳送裝 置 可以實現(xiàn)連續(xù)測量 通過調節(jié)濾紙的傳送速度和取樣噴嘴的尺寸 可以調整煙度計的靈敏度 50 常見的電動式測振儀有哪些 簡述其基本結構和工作原理 答 1 電磁式測振儀 由磁鐵 結構 1 裝有線圈的框架 5 平彈簧 2 支柱 3 和與被測表面安裝在一起 的底座 4 組成 原理 測振時 底座 支柱和線圈隨被測振動體振動 而磁鐵幾乎保持原位置不動 因而線圈切割磁力線產生與速度成正比的電動勢 V 電動勢 e 和振動速度成正比 因而此測振儀可用 于測量振動體的速度 經一次微分可得振動體的加速度 經一次積分可得振動體的位移 電磁式測振儀可用于測量頻率范圍 10 500Hz 的線速度或角速度 0 001 1mm 的位移和 0 01g 10g 的 加速度的振動 這種測振儀靈敏度高 測量精度高 受溫度 濕度影響小 低阻抗輸出引起的干擾噪聲小 但結構尺 寸和質量大 受磁場影響大 若采用永磁體 則其磁場衰減會引起靈敏度降低 2 電感式測振儀 原理 測振時 由于由彈簧支承的慣性質量和與被測對象相連殼體上的電磁體間的氣 隙 發(fā)生變化 導致線圈周圍的磁通發(fā)生變化而產生感應電動勢 如果選擇足夠大的慣性質量和十分 柔軟的彈簧 振動時慣性質量保持不動 這時慣性質量和電磁體間氣隙 的變化就是振動體的振幅值 且電磁體內電感量的大小與成反比 電感式傳感器一般適用于測量 20 1000Hz 范圍內的振動信號 為了增加電感式測振儀的靈敏度和提高 測量精度 常采用橋式電路或制成差動式傳感器 3 電容式測振儀 結構 與慣性質量相連的平彈簧 2 與定片 4 構成電容的兩極 兩極間靜態(tài)間隙為 0 原理 測振時基座 1 固定在被測振動體上 定片 4 隨基座同步振動 由于平彈簧 2 十分柔軟而慣 性質量 3 相對較大 因而振動時慣性質量 3 幾乎不動 由于是平彈簧和定片間產生了相對位移 即電 容兩極間距發(fā)生變化 若電容兩極相對面積 A 保持不變 電容式傳感器的測量電路一般采用橋式電路 諧波電路或差拍線路 以提高測量靈敏度和精度 慣性 式電容測振儀適用于測量 10 500Hz 范圍內的角位移和線位移 0 001 1mm 它具有靈敏度高 結構簡 單等優(yōu)點 它受溫度 濕度以及電容介質等的影響較大 4 壓電式測振儀 結構 鈦酸鋇晶體 1 電極 9 絕緣圈 5 和彈簧膜片 2 由螺母 3 和蓋子 7 壓緊 底座可旋入外殼內以產生必要的預應力 這個預應力非常重要 因為當慣性質量振動時 必須保證晶 體始終受到壓力 其次是晶體的電壓和壓力之間的關系 在壓力很小時不是線性的 即使晶體表面研 磨得很好 也難以保證接觸面的絕對平整 因此如果沒有足夠的壓力就不能保證全面均勻接觸 致使 電壓晶體在最初接觸階段輸出的電荷信號因接觸不良隨著壓力而變化 因而影響靈敏度 反之 預應 力也不宜過大 否則也將影響靈敏度 壓電式傳感器常用的固定方法是采用螺栓固定或用粘結劑粘貼 在被測對象表面 需要絕緣時可用絕緣螺栓和云母墊片來固定加速度傳感器 壓電式加速度傳感器特別適用于沖擊載荷測量 經積分后可得速度和位移 加速度傳感器使用頻率的上限取決于和傳感器安裝方法有關的安裝諧振頻率 由于壓電式傳感器的輸 出信號是微弱的電荷 必須經高阻抗的前置放大器或電荷放大器放大 檢測 才能進行測量 51 內燃機振動大致可分為哪幾類 多缸機的主要振動形