热能与动力工程测试技术(附答案)

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1.测量方法：直接测量：凡是被测量的数值可以从测量仪器上读出，常用方法１．直读法２．差值法3.替代法4.零值法

间接测量：被测量的数值不能直接通过测量仪器上读出，而直接测量与被测量有一定函数

关系的量，通过运算被测量的测值。

组合测量：测量中各个未知量以不同的组合形式出现，根据直接测量与间接测量所得的数

据，通过方程求解未知量的数值

2.测量仪器：可分为范型仪器和实用仪器

一、感受件：它直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号。应满足条件：1.必须随测量值的变化发生相应的内部变化 2.只能随被测参数的变化发出信号 3.感受件发出的信号与被测参数之间必须是单值的函数关系

二、中间件：起传递作用，将传感器的输出信号传给效用件 常用的中间件：导线，导管 三、效用件：把被测信号显示出来。 分为模拟显示和数字显示

3.测量仪器的主要性能指标：

一、精确度：测量结果与真值一致的程度，系统误差与随机误差的综合反映 二、恒定度：仪量多次重复测量时，其指示值的稳定程度

三、灵敏度：认仪器指针的线位移或角位移与引起变化值之间的比例 四、灵敏度阻滞：在数字测量中常用分辨率表示

五、指示滞后时间：从被测参数发生变化到仪器指示出现该变化值所需时间

4.传递函数是用输出量与输入量之比表示信号间的传递关系。 H（s）（s）（s） 作用：传递函数描述系统的动态性能，不说明系统的物理结构，只要动态特性相似，系统可以有相似的传递函数 串联环节：H（s）1（s）H2（s） 并联环节H（s）1(s)2（s） 反馈环节H（s）(s)/1(s)(s)

5.测量系统的动态响应：通常采用阶跃信号和正弦信号作为输入量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态特性，依次评价测量系统

测量系统的阶跃响应：一阶测量系统的阶跃响应 二阶测量系统的阶跃响应 测量系统的频率响应：一阶测量系统的频率响应 二阶测量系统的频率响应

7.误差的来源：每一参数都是测试人员使用一定的仪器，在一定的环境下按一定的测量方法和程序进行的，由于受到人们的观察能力，测量仪器，方法，环境条件等因素的影响，所得到的测量值只能是接近于真值的近似值，测量值与真值之差称为误差。

8．误差分类; 一、系统误差：出现某些规律性的以及影响程度由确定因素所引起的误差 特点：1随机性，不确定性 2.必然存在性 3.服从统计规律 4.误差与测量的次数有关 二、随机误差：由许多未知的或微小的因素综合影响的结果 特点：1.必然存在与测量结果之中 2.完全服从统计规律 3.大小正负误差有频率决定 4.误差与测量的次数有关 三、过失误差：主要由测量者粗心，过度疲劳或操作不正确引起的。 特点：1.无规律可循 2包含过失误差的测量结果不可用

9．系统误差的由来：仪器误差，它是由于测量仪器本身不完善或老化所产生的误差 安装误差，它是由于测量仪器安装和使用不正确而产生的误差

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环境误差，它是由于测量仪器使用环境条件与仪器使用规定的条件不符而引起的 方法误差，它是由于测量方法或计算方法不当所形成的误差，

操作误差，也称人为误差，它是由于观察者天使缺陷或观察位置习惯偏向一方等引起的 动态误差，在测量瞬变值时，由于仪器指示系统的固有频率、阻尼等所反映的测量仪器的动态特性与被测瞬变量之间不匹配，而产生的振幅和相位误差

10.系统误差的特征：系统误差是由固定不变的因素按确定的规律变化的因素造成的 消除系统误差的方法：一、消除产生系统误差的根源 二、用修正法消除系统误差

三、常用消除系统误差的具体方法：1交换抵销法2替代消除法3预检法 系统误差的综合：1.代数综合法 2.算术综合法 3.几何综合法

13.随机误差正态分布曲线的特点：1.单值性：概率密度的峰值只出现在零误差附近

2.对称性：符号相反，绝对值相等的随机误差出现概率相等。 3.有限性：误差的绝对值不超过一定范围

4.抵偿性：一列等精度测量中各个误差的代数和趋向于零

14.可疑测量数据的剔除:多半是由于过失或疏忽所引起的误差。

四大准则：一、莱依特准则 二、格拉布斯准则 三、t检验准则 四、狄克逊准则

选择：1.当测量次数N趋近于无穷大时，采用莱依特准则，若次数较少采用其他三种，要从测量列中迅速判别粗大误差时，可采用狄克逊准则。 2.最多只有一个异常值，采用格拉布准则来判别坏值的效果最佳。 3.有可能存在多个异常值时，应用两种以上的准则来交叉判别，否则效果不佳。

15.传感器是能感受被测量并按一定规律换成电信号的器件或装备，由敏感元件和转换元件组成。 分类方法：一、按被测物理量分类：压力传感器，温度传感器，速度传感器 二、按测量原理分类：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器。 三、按输出信号分类：模拟式传感器，数字式传感器

16.电阻式传感器：将物理量的变换转换为敏感元件电阻值的变化，再经电路处理后，转换成电信号输出。 分类：1.金属应变式传感器 2.半导体压阻式传感器3.电位计式传感器 4.气感传感器 5.湿敏电阻传感器

17.应变片的温度补偿：1.温度变化也会使应变片电阻发生变化，由此带来的测量误差为温度误差，2.温度的变化会引发应变片敏感栅的电阻变化和附加变形 3.试件材料与敏感栅材料膨胀系数不同，会产生不同的附加应变 为此必须采用温度补偿来消除有温度变化引起的误差，以求出真实应力。 方法:桥路补偿和应变片补偿。

18.电感式传感器：建立在电磁感应的基础上，利用线圈自感或互感的变化，把被测物理量转换为线圈电感量变化的传感器。

原理：电磁感应原理：振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近交变磁场达到感应距离时，产生涡流，从而导致金属震荡器衰减，以至停振，之后，触发驱动控制器具，从而达到非接触式之检测目的。

19.电容式传感器：把位移，压力，振动等物理量变化转换为电容量变化的传感器。

变化原理：电容式传感器中，倒E、d和A三个参数都会影响电容量C，改变任意一个，都会引起电容量的变化。

20.电阻式传感器机工作原理：将物理量的变换转化为敏感元件电阻值的变化，再经相应电

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路处理后，转换为电信号输出.

21.磁电式传感器：是把被测参数的变化转换成感应电动势的传感器，它是以导线在磁场中运动产生电动热的原理为基础

22.热电式传感器：把温度变化转换成电量变化的传感器 分为热电阻传感器和热电偶

电动势分为接触式电动势 和温差电动势

23.热电偶的基本特性：1.均质材料定律 2.中间导体定律 3.中间温度定律 4.标准电极定律

24.为什么进行冷端补偿： 由于冷端温度t0受周围温度的影响，难以自行保持，为减小误差，应对其进行冷端补偿，使其温度恒定。

热电偶冷端温度补偿：1.冷端恒温法2.冷端补偿器法3.冷端温度校正法4.补偿导线法

25.对于热电极材料的要求：1.在测温范围内热电耗稳定 2.在测温范围内，电极材料有足够的物理化学稳定性。不易被氧化腐蚀 3.热电动势应尽可能地大并与温度成单值线性关系 4.电阻温度系数小，电导效高 5材料复制性好，制造简单，价格便宜

26.光电效应：1.在光线的作用下能使电子逸出物质表面的称为外光电效应（光电管，光电倍增器） 2.在光线的作用下使物体电阻率改变的称为内光电效应（光敏元件，光电管） 3.光线作用下物体产生一定方向电动势称为光电伏特效应（光电池，光敏晶体管）

27.霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，垂直于电流和电磁场方向会产生一附加电场，从而在导体两端产生一附加电场。 例子：1.转速测量2.位移测量4.接近开关 第五章

28.温标：热力学温标，国际实用温标，摄氏温标和华氏温标。5/9(32) 273.15

26.接触式温度测量反应被测物体的温度，必须满足以下条件：1.热力学平衡条件 2.当被测对象温度变化时，感温元件的温度能实时的跟着变化即传感器的热容和热阻为零

27.温感原件的安装条件：1.安装时应迎着被测介质的流向插入。2.若无法做到这一点，可采 用迎着被测介质的流向斜的方式，至少也须与被测介质正交（即900），应尽量避免与被 测介质形成顺流。3.安装时，要使感温元件处于管道中心，即应使它处于流速最大处。 4.在感温元件插入处附近的管道或容器壁外，要有足够的绝热层，以减少由于辐射和导热 损失引起的误差。

28.压力式温度计的工作原理：是基于密闭系统内的气体或液体受热后压力变化的原理而制成的。它由温包、毛细管和弹簧管所构成的密闭系统和传动指示机构组成。 29.

27.温度计的时滞：1.感温元件的热惯性，由感温元件本身原来的温度T1过渡到T2时需要

一定的时间 2.指示仪表的机械惯性：感温元件将所获得的热信号送到仪表的指示位置所需要一定时间

28.压力测量方法：1.重力与被测压力的平衡法2.弹性力与被测压力的平衡法 3.利用物质某

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些压力相关的物理性质进行测压

29.液柱式压力计的测量误差来源：1.环境温度变化的影响2.重力加速度的修正3.毛细现象

的影响4.其他误差

弹性压力计的测量误差来源：1.迟滞误差 2.温度误差 3.间隙和摩擦误差

31.压阻式传感器：结构特点：结构简单，可实现微型化，灵敏度高，固有频率高，响应快

精度高 应用范围：广泛的应用在航天航空，石油化工，动力机械等各个领域。但在温度变化范围大的环境中使用时，必须进行温度补偿。

压电式传感器：为了增加输出信号，由于压片晶体有极性，有串联组合和并联组合两种。 应用领域：并联组合中适用于电荷作为输出的场合，串联组合适用于电压作为输出

的场合

电容式压力传感器：结构简单，耐振动冲击，测量范围宽，可靠性强和精度高 应用：适用高工作压力，低压差的测量。

34.总压管：1形总压管。制造简单，安装和使用比较方便，支杆对测量结果影响较小，不

敏感偏流α较小 2.圆柱形总压管：可以做成很小的尺寸，且工艺性能好，使用方便，不敏感偏，流角较小 3.带导流套的总压管：实际是L形总压管的管口处加一导流套，不敏角αp大大提高，αp随变化较明显，头部尺寸较大，对流场影响较大 4.多点总压管;各单点总压管沿支杆轴向分布，组成梳状总压管，各单点总压杆沿支杆径向分布，组成耙状总压管 5.边界层总压管：边界层内气流总压比主流内的总压小得多，且边界非常薄，气流总压的总压管是非常特殊的。

第 七 章

（一）皮托管测速技术原理

1、组成：总压探头和静压探头利用流体总压和静压之差即动压来测量流速故也称动压管。 测量对象：主要是气体

测速原理：根据不可压缩流体的伯努力方程，流体参数在同一直线上得p?12?v?p0 2??（2p0-p）?

可见通过测量流体和总压p0和静压p或它们的压差p0-p就可以根据上式计算流体后流速。这就是皮托管测速的基本原理。

2、对于平面流动，可采用三孔测速管测量其流速的大小和方向。

三孔测速管主要由三孔感应球形探头，干管，传压管和分度盘等组成。在探头的感应孔中，居中一个为总压孔，两侧的孔用于探测气流方向，故也称方向孔。

工作原理：实际测量时，将上述测速管探头插入气流之中，慢慢转动干管直到两个方向孔的压力相等。这时，气流方向与总压孔的轴线平行。总压孔和两个方向孔的压力分别为：

1p2-p1???2??22 → p3?p1 或 p2-p1 11??2p1-p???（1-4sin2450）?-??2?22p-p?（二）热线（热膜）测速技术

1、构造：探头，信号，数据处理系统构成。

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探头分为：热线探头和热敏探头

热线探头：铂丝或钨丝。直径3.8—5微米，长度1—2

热膜探头：铬或铂金属薄膜，用熔焊的方法固定在楔形或圆柱形的石英骨架上。 热膜探头响应速度没有热线探头高。

2、热线风速仪是根据通电的探头在气流中的热量散失强度与气流强度之间的关系来测量流速的。

?恒流式：工作过程中保持加热电流不变，热线的温度随流体流速而变化，电阻值也随之变化。测速公式：??f（R?）

?恒温（恒电阻）式：工作过程中通过调节热线两端的电压以保持热线的电阻不变，这样就可以根据电压的变化，测出热线电流的变化，进而计算流速：??f（I）

3、恒流式因热线热惯性的影响，存在灵敏度随被测流体流动变化频率减小而降低，而且会产生相位滞后等缺点。 第 八 章

1、流量通常指单位时间内通过某有效流通截面的流体数量，称为瞬时流量 流量： 质量

3流量：q（ qm??qv 体积流量：q （m/s）mkg/s）v2、流量计类型

?容积式流量计：通过单位时间内被测流体充满或排出某一定容容器v的次数来计算流量，即qv?nv。适用于高粘度，低雷诺数的流体。不宜高温高压与脏污介质。

?速度型流量计：当流通截面确定时，流体的体积流量与截面上的平均流速成正比。可用于高温高压流体测量。

?质量型流量计：与质量有关的物理效应为基础

（1）直接型：利用与质量有关的直接原理（如牛顿第二定律）

（2）温度压力补偿型：利用温度，压力与密度之间的关系，将其转化为密度，再与体积流量进行运算而得到质量流量。

（3）推导型：同时测取流体的密度和体积流量。 3、流量计的选用原则

?根据被测流体的性质选择：不同类型的流量计对被测流体的适应性不同。选择时需要明确了解被测流体的物态及其特性。

?根据用途选择：不同流量计的功能，测量精度和价格不同，而不同的使用场合对流量计的这些要求有所侧重。

?根据工况条件选择：工况包括被测流体的流量变化范围，温度和压力高低等。

④其他选择流量计还应考虑流量计的安装条件，包括安装位置，安装尺寸以及流通管路的振动情况等。

（二）节流式流量计

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