熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)要點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上J I A N G S U U N I V E R S I T Y熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)要點(diǎn)簡析主編：鄺錫金副主編：代沖主審：鄺錫金專心-專注-專業(yè)目錄第1章 概述 .3第二章 測量系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)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

2、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(yùn)算得到被測量的數(shù)值： 3）組合測量：測量中使各個(gè)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(gè)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(shí)對外界發(fā)出相應(yīng)的信號(hào); 2)中間件或傳遞件：最簡單的中間件是單純起“傳遞”作

3、用的元件，它將傳感器的輸出信號(hào)原封不動(dòng)的傳遞給效應(yīng)件； 3)效應(yīng)件或顯示元件：顯示元件的功能是把被測信號(hào)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(diǎn)為？ 范型儀器和實(shí)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(shí)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(shí)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(jī)誤差的綜合反映。 恒定度：儀器多次重復(fù)測量時(shí)，其指示值

4、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變化值之間的比例 來表示 式中，為指針的線位移或角位移：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(dòng)的被測量的變化值。 指示滯后時(shí)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(shí)間，稱為指示滯后時(shí)間，或稱時(shí)滯。第二章 測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、測量儀器或測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析就是研究動(dòng)態(tài)測量時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)誤差，它主要用以描述在動(dòng)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(dá)式。 傳遞環(huán)數(shù)是用輸出量與輸入量之比表示信號(hào)間的傳遞關(guān)系。 3. 某測量

5、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)： 反饋聯(lián)接： （正、負(fù)反饋）4. 推導(dǎo)出零階測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其特點(diǎn)是？零階，除外，其與系數(shù)都為零，則傳遞環(huán)數(shù)為： ，即。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是，不管隨時(shí)間如何變化，系統(tǒng)輸出不受干擾也沒有時(shí)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，除了外，其余系數(shù)為零，則得： ，經(jīng)拉普拉斯變化后可得：。得出傳遞函數(shù)為：。階躍響應(yīng)函數(shù)：。6. 對于二階測量系統(tǒng)的階躍相應(yīng)函數(shù)，評(píng)價(jià)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)？二階傳遞函數(shù)為：評(píng)價(jià)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)：穩(wěn)定時(shí)間和最大過沖量。7. 通過試驗(yàn)測定

6、動(dòng)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(jī)信號(hào)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(jī)誤差：是由許多未知的或微小的因素綜合影響的結(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(dòng)態(tài)誤差。 特征：在同一條件下，多次測量同一量時(shí)，誤差的絕對值和符號(hào)保持不變稱為恒值系統(tǒng)誤差；當(dāng)誤差的大小和符號(hào)按一定規(guī)律

7、變化時(shí)，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(gè)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(yàn)和發(fā)現(xiàn)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(jī)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(hào)相反絕對值相等的隨機(jī)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

8、出一定范圍。 4）抵償性：由隨機(jī)誤差的對稱性可以推論出：當(dāng)時(shí)，即由于正負(fù)誤差的互相抵消，即一列等精度測量中各個(gè)誤差的代數(shù)和趨于零。7、 隨機(jī)誤差的計(jì)算。 （例3-5）8、 非等精度測量隨機(jī)誤差的計(jì)算。（例3-6） 9、 多參數(shù)間接測量隨機(jī)誤差的計(jì)算。（例3-8）10、 常用的剔除可疑測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(yàn)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(jìn)行一元線性

9、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(hào)輸出。2、 金屬應(yīng)變式電阻傳感器溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校?橋路補(bǔ)償、應(yīng)變片自補(bǔ)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，把被測物理量如位移、振動(dòng)、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(dòng)、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

10、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。 基于某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)，這些物質(zhì)在外力作用下表面會(huì)產(chǎn)生電荷，經(jīng)過電荷放大器放大，可以實(shí)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(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢的原理為基礎(chǔ)，把被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)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(diǎn)溫度不同，產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，形成電流。電動(dòng)勢的大小取決于金屬的性質(zhì)和兩端的溫度，所以可以用

11、來測溫。10、 用作熱電偶標(biāo)準(zhǔn)電極的材料為？如何計(jì)算不同金屬相配后的熱電勢。 金屬鉑為標(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(dòng)勢已知，則材料A與C之間的熱電動(dòng)勢也就已知。因此，如果已知各種材料與鉑相配后的熱電動(dòng)勢，則可求出各種材料相互間的熱電動(dòng)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的熱電偶回路中，接點(diǎn)溫度分別為，熱電動(dòng)勢等于熱電偶在連接點(diǎn)溫度為和時(shí)相應(yīng)的熱電動(dòng)勢和之和，即.12、熱電偶測溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度不為0時(shí)，如何計(jì)算實(shí)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

12、物質(zhì)的表面時(shí)，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(dòng)勢，導(dǎo)致與其連接的閉合回路中電流變化，從而實(shí)現(xiàn)了光-電轉(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(dòng)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(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光線照到PN結(jié)上時(shí)，便在其兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢，P區(qū)為正極，N區(qū)為

13、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,寬為，厚度為的半導(dǎo)體薄片，若在薄片的垂直方向上加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，當(dāng)在薄片的兩端有控制電流流過時(shí)，在此薄片的另兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積成正比的電壓，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。.17、 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(shí)，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(jī)性相反、磁場強(qiáng)度相同的兩個(gè)磁鋼氣隙，當(dāng)元件的控制電流恒定時(shí)，則在一定的范圍內(nèi)，沿x方向的磁

14、感應(yīng)強(qiáng)度的變化梯度d為一常數(shù)，其霍爾電動(dòng)勢的變化與位移量成線性關(guān)系。第5章 溫度測量1.簡述常用溫標(biāo)及其相互換算關(guān)系？ 目前用的較多的溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)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： 攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)關(guān)系：2. 接觸法測溫和非接觸法測溫各有什么特點(diǎn)？1）由于接觸式溫度計(jì)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(jì)則無此問題。2）接觸式溫度計(jì)感溫元件與被測物體達(dá)到熱平衡需要一定時(shí)間，所以產(chǎn)生的時(shí)間滯后比較大；非接觸式溫度計(jì)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(jì)測量高溫時(shí)受到限制，非接觸式

15、溫度計(jì)則無此問題。4）由于低溫時(shí)物體熱輻射很小，所以非接觸式溫度計(jì)不適合測量低溫5）一般來說，接觸式溫度計(jì)的測量精度比接觸式溫度計(jì)高3.熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆绞接心男?？各有什么特點(diǎn)？ 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(bǔ)償器法，在很多情況下，沒有長期保持0的條件。冷端補(bǔ)償器用不平電橋，是冷端溫度自動(dòng)處于0，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?） 冷端溫度校正法根據(jù)溫度定律：，查熱電偶分度表，即可得測量的實(shí)際溫度。4） 補(bǔ)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(jì)。4. 簡述熱電偶測溫

16、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(jìn)行熱電偶標(biāo)定。6. 簡述亮度溫度。 在波長為的單色輻射中，若物體在溫度時(shí)的亮度和絕對黑體的溫度為時(shí)的亮度相等，則把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等于溫度為的絕對黑體全輻射出射度時(shí)，則溫度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(gè)波長下的亮度比值等于溫度為的黑體在同樣波長下的亮度比值時(shí)，就稱為被測物體的比色溫度。9. 簡述紅外熱像儀的工作原理。 紅外熱像儀利用紅外掃描原理測

17、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6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(jì)和活塞式壓力計(jì)等。 2）彈性力與被測壓力的平衡法。彈性元件受壓后會(huì)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(shí)，彈性元件變形的大小即反映被測壓力的大小。 3

18、）利用物質(zhì)某些與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)進(jìn)行測壓。一些物質(zhì)受壓后，它的某些物理性質(zhì)會(huì)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(jì)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(jì)的測壓原理。 彈簧管是彈簧管壓力計(jì)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(jìn)入管的內(nèi)腔后，在壓力作用下，彈簧會(huì)發(fā)生變形。當(dāng)變形引起的彈性力與被測壓力平衡時(shí)，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？ 石英晶體壓電傳感器、電容式壓差傳感器

19、。5、 簡述總壓、靜壓、動(dòng)壓，以及三者關(guān)系。 總壓等于靜壓加上動(dòng)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(shí)，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(jìn)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)奈恢谩５?章 流速測量1. 可采用哪些設(shè)備測量流速？ 皮托管、熱線風(fēng)速儀、激光多普勒

20、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(dòng)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(qiáng)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(qiáng)迫對流換熱，由熱平衡：，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：。熱線尚未進(jìn)入流場時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，檢流計(jì)執(zhí)向零點(diǎn)。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(jì)偏離零點(diǎn)。當(dāng)檢流計(jì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，調(diào)節(jié)可變電阻，抵消的減小之，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(jì)算流速。 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(shí)，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。 主要依據(jù)激光多普勒效應(yīng)，即當(dāng)激光照射到跟隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒上時(shí)，微粒散射的散射