试卷6_热工测试技术

热工测试技术试卷及答案（6）

1．把四支K型热电偶串联起来，测量四个热接点的平均温度，设四个热接点的温度分别为200℃，300℃，1000℃，800℃，冷端温度都为0℃，用以K型热电性质分度的XCZ一101仪表测量，外接电阻符合要求，问仪表指示在什么温度值上?与实际平均温度误差为多少?原因何在?

2．某测量者采用铂铑10一铂热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通铜导线将热电偶的输出延伸至仪表端，连接点的温度及显示仪表输入端的电势如图所示。试计算被测温度场的温度。如果简单地用 E(t,0) Eout，查表来求得被测

温度值，那么结果将会出现多大误

3．弹性式压力计通常有哪几种型式?试述它们的测压范围和使用注意事项。

4．应变式传感器如何消除(或减小)由温度变化而引起的误差?

5．涡街流量计的测量原理，与其它流量计相比它有哪些优点?

6．简述测功器工作应满足的基本要求，并说明电力测功器、水力测功器是如何满足上述基本要求的?

7．A／D转换器的输出有哪两种方法，应如何与CPIJ连接?A／D转换结果通常是采用哪几种方法处理的?

8 从分析各种振动传感器动态特性中，说明几种典型测振传感器的测频范围。 9 试简述涡电流式振动位移传感器原理。

10．A／D转换器的输出有哪两种方法，应如何与CPIJ连接?A／D转换结果通常是采用哪几种方法处理的?

答案：

1．把四支K型热电偶串联起来，测量四个热接点的平均温度，设四个热接点的温度分别为200℃，300℃，1000℃，800℃，冷端温度都为0℃，用以K型热电性质分度的XCZ一101仪表测量，外接电阻符合要求，问仪表指示在什么温度值上?与实际平均温度误差为多少?原因何在?

热电偶为K型，查镍铬-镍硅热电偶分度表

E=

=1(E1+E2+E3+E4)41(8.137+12.207+41.269+33.277) 4

=23.723E/mV

t=570℃

仪表指示在575℃

t=

=1(t1+t2+t3+t4)41(200+300+1000+800) 4

=575

误差为5℃

产生误差的原因是XCZ一101仪表内存在热敏电阻和阻尼电阻所致。

2．某测量者采用铂铑10一铂热电偶测量某温度场的温度，并采用两根普通铜导线将热电偶的输出延伸至仪表端，连接点的温度及显示仪表输入端的电势如图所示。试计算被测温度场的温度。如果简单地用 E(t,0)=Eout，查表来求得被测温度值，那么结果将会出现多大误

如图所示，由于用铜导线热连接电偶和显示仪表的两个接点温度相同都为0℃，所以铜导线的接入不会影响原来的电动势。

E(t,0)=E(t,100)+E(100,0)

由铜导线产生的电动势查铜-康铜热电偶分度表知

E(100,0)=4.2273E/mV

计算得

E(t,o)=10.166E/mV

查铂铑10一铂热电偶分度表得

t=1050℃

如果简单地用 E(t,0)=Eout查表,

t=1400℃

产生的误差为350℃

3．弹性式压力计通常有哪几种型式?试述它们的测压范围和使用注意事项。

弹性式压力计通常有弹簧管压力计、膜片式压力计、膜盒式压力计、波纹管压力计等。

弹簧管压力计

仪表应工作在正常允许的压力范围内，在静压力下一般不应超过测量上限值的70%，在波动时，不应超过测量上限值的60%。

工业用压力表应在环境温度为-40~60℃，相对湿度大于80%的条件下使用。 仪表安装处与测定点的距离应尽量短，以免指示迟缓。

在振动情况下使用仪表时要装减振装置。

测量结晶或黏度较大的介质时，要加装隔离器。

仪表必须垂直安装，无泄漏现象。

仪表的测定点与仪表安装处应处于同一水平位置上，否则将产生附加高度误差，必要时需加修正值。

如测量有爆炸、腐蚀、有毒的气体压力时，应使用特殊的仪表。氧气压力表严禁接触油类，以免爆炸。

仪表必须定期校验，合格的表才能使用。

膜片式压力计

测量范围一般为0~5880000Pa,精度为2.5级。

膜盒式压力计

最大量程为40000Pa,精度一般为2.5级。

对于膜盒材料为磷青铜的压力计，使用时应注意被测介质必须对铜合金无腐蚀作用。

波纹管压力计工作压力可达14700000Pa,工作温度可达150℃

4．应变式传感器如何消除(或减小)由温度变化而引起的误差?

造成温度误差的原因有敏感栅的金属丝电阻本身随温度变化发生变化和应变片材料和试件材料的线膨胀系数不一样，使应变片产生附加变形，从而造成电阻的变化。

应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿法等两种。

线路补偿法，最常用的和效果最好的是电桥补偿法，电桥补偿法有两种。一种方法是，准备一块与测试件相同材料的补偿件和两片参数相同的应变片，一片贴于测试件上，另一片贴在与实践处于同一温度场中的补偿件上，然后将两片应变片接入电桥的相邻两臂上，这样由于温度变化而引起的电阻变化就会相互抵消，电桥的输出将与温度无关而只与试件的应变有关。另一种方法是，不用补偿件，而是将测试片和补偿片贴于试件的不同部位，这样其既能起到温度补偿作用，又能提高输出灵敏度。当试件变形时，测试片和补偿片的电阻将一增一减，因此电桥输出电压增加一倍，从而提高了灵敏度。

温度补偿法

为解决线路补偿法无法解决的困难，如找不到安装补偿件的地方等，发展了一种自身具有温度补偿作用的应变片，这种应变片称为温度自补偿应变片。其应变丝是由两种不同的材料组成的，当温度发生变化时，它们所产生的电阻的变化相等。将它们接入电桥的相邻两臂，则电桥的输出就与温度无关。

5．涡街流量计的测量原理，与其它流量计相比它有哪些优点?

而节流压差式是利用流体流过管道中的节流元件（孔板、喷嘴、进口流量管）所产生的压差（ p）来计算流量的，它广泛地用于气体、液体的流量测量。但这种测量的计算方程中有平方根项，带来的非线性因素限制了测量范围；其次，

流体参数的变化，会造成密度ρ的变化，使得计算变得麻烦并带来了误差，所以节流元件前后压差不能太大；再者，这种形式的流量计（特别是板孔）中流体压力损失大。

浮子流量计就是采用变截面节流式的工作原理，当流体的密度ρ已知时，浮子的位移h与流量成线性关系，它测量范围大，可以直接读数，适用于任何液体的流量测量，但测量精度不高，由于密封性差，所以不适用于测量高压流体。

涡轮流量计和罗茨流量计属于转轮式，流体流过转轮时，叶轮的转速n与流量成正比，这种流量计的磁电式传感器可以将叶轮的转速转换成脉冲信号或直接转换成流量信号，所以能遥控，但由于有转动部件，它不宜用于浑浊、有腐蚀的流体的流量。

涡街流量计属于旋涡式，是一种流体振动式流量计，输出信号是一种与流量成正比的脉冲信号，并可远距离输送。它是利用流体动力学中卡门涡列的原理制成的一种仪器，其工作原理是，把一个非流线型的对称体（如圆柱体）垂直插在管道中，流体绕流时，由于附面层分离，在圆柱体左、右两侧后方会交错出现漩涡、并形成涡列。

由于它可以用传感器将旋涡的频率转换成脉冲信号，来进行遥控。所以这种流量计线性度好，测量时与流体状态参数无关，而且能在很宽的雷诺数范围内应用。

6．简述测功器工作应满足的基本要求，并说明电力测功器、水力测功器是如何满足上述基本要求的?

测功器工作应满足的基本要求：①在需测量的原动机（或动力机械）的全部工作范围内（转速和负载）能形成稳定的运转工况；②能方便、平顺又足够精细地调节转速和力矩；③能准确测量制动器消耗的功率；④操作简单，安全可靠。 电力测功器通过将原动机的功变成发电机的电能，或将电动机的电能转变为动力机械的功。电机的转子和定子以磁通作为媒介，转子和定子之间的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以只要将其定子做成自由摆动的，即可测定其转子的制动力矩或驱动力矩。

水力测功器是用水作工作介质而产生制动力矩以测量功率的装置。测功器主要由转子和外壳两部分组成。转子在充满水的定子中旋转，水的摩擦阻力形成制动力

矩，吸收原动机输出的功率或代替动力机械吸收功率。

7．A／D转换器的输出有哪两种方法，应如何与CPU连接?A／D转换结果通常是采用哪几种方法处理的?

A／D转换器的输出方法有：①具有可控的三态门。此时输出线允许与微型机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后利用读取信号控制三态门，将数据送入总线。②数据输出寄存器不具备可控制的三态门电路（三态门由A/D转换电路自己在转换结束时接通），或者根本没有门电路，而是数据输出寄存器直接与芯片管脚相连。此时，芯片的数据输出线不允许与系统的数据总线直接相连，而必须通过I/O通道与CPU交换信息。

A/D转换器通过I/O通道的输出或直接利用

启动转换的方式完全要根据A/D转换器内部电路的需要而定。再把转换好的数据取入CPU。读取数据有直接从转换器读取和通过I/O通道送入CPU两种方式。A/D转换器与CPU的数据总线相连，而必须通过I/O通道或附加的三态门电路才能与CPU连接。

A／D转换结果处理方法有：程序查询方式，CPU等待方式，软件方式，中断服务方式。

8 从分析各种振动传感器动态特性中，说明几种典型测振传感器的测频范围。

磁电式速度传感器

易获得高的灵敏度，输出阻抗低，不易受干扰，设置微、积分环节后，便可测量振动加速度和位移值。测频范围在高频部分可达数千赫兹。但由于动态范围有限，最高工作频率一般难以达到2000Hz以上。

压电式加速度传感器

通过电信号大小与受力大小成正比，从而达到测量加速度的目的。压电式加速计的固有频率很高，压电元件内部阻尼很小，系统可视为无阻尼的，可将固有频率的1/5左右作为最高频率。固有频率可达几十千赫兹，可实现宽频带测量。

涡流式传感器

由振动体中感应的涡流变化使传感器的电感量变化。输出量与位移成正比。它是一种非接触式传感器，可测量旋转轴的振幅，小质量体的振动。测量的线性范围大，与被测体和传感器之间的介量无关；抗干扰能力强，动态性能较好，测

量频率范围宽。

9 试简述涡电流式振动位移传感器原理。

涡流式传感器利用电涡流感应原理制成，当金属物体置于交变磁场中时，在金属体内产生的感应电流，此电流在金属体内自成回路，即涡流。涡电流产生后，它本身也有一种磁场，此磁场将阻止原来产生涡流的磁场发生变化。