热能与动力工程测试技术习题及答案

热能与动力工程测试技术
一、填空（30X1）
1、仪器测量的主要性能指标：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间。

P5
2、在选用仪器时，应在满足被测要求的前提下，尽量选择量程较小的仪器，一般应使测量
值在满刻度要求的2/3为宜。

P5
3、二阶测量系统的阻尼比通常控制于ξ=0.6~0.8,对于二阶测量系统的动态性能的两个重要
指标是稳定时间t s和最大过冲量A d 。

P18
4、测量误差可分为系统误差、随机（偶然）误差、过失误差。

5、随机误差的四个特性为单峰性、对称性、有限性、抵偿性。

6、热电偶性质的四条基本定律为均质材料定律、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定
律。

7、造成温度计时滞的因素有：感温元件的热惯性和指示仪表的机械惯性。

P109
8、流量计可分为：容积型流量计、速度型流量计、质量型流量计。

P161
9、扩大测功机量程的方法有：采用组合测功机、采用变速器。

P208
10、除利用皮托管测量流速外，现代常用的测速技术有：热线（热膜）测速技术、激光多普勒
测速技术（LDV）、粒子图像测速技术。

二、名词解释(5X4)
1、什么是测量仪器或测量系统的动态特性分析？作用？
答：P11，测量仪器或测量系统的动态特性分析就是研究测量时所产生的误差。

它主要是以描述在动态测量过程中输出量和输入量之间的关系。

2、何为霍尔效应？
答：（参考）置于磁场中的金属（或带有电子的物质），当于两端通过电流时，另外两面会产生大小
与控制电流I（A）和磁感应强度B(T)的乘积成正比的电压U H(V),这一现象叫做霍尔效应。

P90
3、何为亮度温度？
答：在波长为λm的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度Bλ和绝对黑体在温度为T s时的亮度B Oλ相等，则把T s称为被测物体的亮度温度。

4、何为动压？静压？总压？P129
答：静压是指运动气流里气体本身的热力学压力。

总压是指气流熵滞止后的压力，又称滞止压力。

动压为总压与静压之差。

三、简答题(5X4)
1、为什么阶跃信号常用于低阶测量系统的时域动态响应的输入信号？
答：阶跃信号从一个稳定的状态突然过过渡到另一个稳态，对系统是一个严格的考验，（比其它输
入信号更）易暴露问题。

P17
2、简述金属应变式传感器的工作原理。

答：金属应变式传感器的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即导体或半导体在外力作用下产
生机械形变时，电阻值也随之产生相应的变化。

3、为什么在测量瞬时温度时采用的感温元件时间常数大小如何？为什么？，在测量平均温度
时又如何？为什么？P110
答：感温元件的质量和比容越小，相应越快，故在测量瞬时温度时采用时间常数小的感温元件；反之时间常数越大相应越慢，感温元件的温度越接近平均温度，故测量平均温度时采用时间常数大的
元件。

4、试画出皮托管的结构简图，说明皮托管的工作原理，并导出速度表达式（条件自拟，不考
虑误差）。

P143~P144
四、计算题3X10
1、某加热后的铁块温度随时间降低，温度分布如下：
近似认为温度是时间的一阶函数，即t=f(τ)。

1）写出温度随时间的线性回归方程。

解：（tip:可用计算器）
2）求铁块降至室温(t=20 o C）的时间。

解：（略）
2、某压力表精度为1.5级，量程为0~2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求：
1）最大引用误差. 解：最大引用误差δnm=1.5%
2）可能出现的最大绝对误差△m 解：△m=±2×1.5%=±
0.03MPa
3）示值相对误差δxδx
=×100%= ×100% =2.5%
3、采用热电偶测温度的时候，是将电动势转化为响应的温度而工作的。

已知测温计显示的两
端电势差为E(t,t0),而当温度为t0时显示的电势差为E(t0,0),求当温度为t时实际电动
势E(t,0)（借此得到实际温度）是多少？
答：（汗~~）
一．填空（每空1分，共30分）
1.在热能与动力工程领域中，需要测量的物理量主要有温度、压力、流量、功率、转速等。

2.按照得到最后结果的过程不同，测量方法可以分为直接测量，间接测量和组合测量。

3.按工作原理，任何测量仪器都应包括感受件，中间件和效用件。

4.测量误差按照产生误差因素的出现规律以及它们对测量结果的影响程度来区分可以将测量误差分为
系统误差，随机误差和过失误差。

5.系统误差的综合包括代数综合法、算数综合法和几何综合法。

6.金属应变式电阻传感器温度补偿的方法有桥路补偿和应变片自补偿。

7.自感式电感传感器分为变气隙式、变截面式和螺管式。

8.常见的光电转换元件包括光电管、光电池、光敏电阻和光敏晶体管。

9.使用较多的温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。

10.热力学温标T和摄氏温标t的转换关系T=t+273.15
11.可用于压力测量的传感器有压阻式传感器、压电式传感器和电容式差压传感器。

12.流量计的类型有容积型流量计、速度型流量计和质量型流量计。

13.常用的量计的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管等。

二．名词解释（每题5分，共20分）
压阻效应（P66）
答：很多固体材料在受到应力作用后，电阻率发生变化，这种效应叫做压阻效应。

热电现象（79）
答：两种不同导体A和B组成闭合回路，若两连接点温度T和T0不同，则在回路中就产生热电动势。

形成热电流，这种现象叫做热电现象。

光生伏特效应（84）
答：在光线作用下使物体产生一定方向电动势成为光生伏特效应。

辐射温度
答：温度为T的物体全辐射出射度M等于温度为Ts的绝对黑体全辐射出射度M0时，则温度Ts称为被测物体的辐射温度。

激光多普勒效应
答：当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率，这种现象叫做激光多普勒效应。

三．简答（每题5分，共20分）
1、测量仪器按照用途可以分为哪两类？其特点为？（P4）
答：测量仪器按其用途可以分为范型仪器和实用仪器两类。

范型仪器是准备用以复制和保持测量单位，或是用来对其他测量仪器进行标定和刻度工作的仪器。

特点是精确度高，对它的保存和使用有较高要求。

实用仪器是供实际测量使用的仪器。

又可以分为试验室用仪器和工程用仪器。

特点是前者需要提供标定资料后者不需要，前者比后者有更高精确度。

2、简述常用消除系统误差的具体方法。

（P27）
答：（1）交换抵消法；（2）替代消除法；（3）预检法
3、简述电阻式传感器的基本原理。

(P63)
答：基本工作原理是将物理量的变化转换成敏感元件电阻值的变化，在经相应电路处理后，转换成电信号输出。

4、热电偶冷端温度补偿的方式有哪几种？
答：冷端温度恒温法，冷端温度补偿器法，冷端温度校正法和补偿导线法。

5、简述液柱式压力计的误差来源。

（P123）
答：1.环境温度变化的影响；2.重力加速度变化的影响；3.毛细现象的影响；4.其他误差，如安装误差，读数误差。

四、计算题（每题15分，共30分）
1、在一次内燃机负荷特性试验中，对某一特定工况的转速用数字式转速仪测出8次转速值，见下表，求该工况下的转速及误差。

P42（例3-5原题）
2、用镍镉—镍硅热电偶测温时，其冷端温度t s=30°C，用直流电位差计测得热电动势为E AB(t,30)=38.5mV,
求实际温度为多少？（请看P82冷端温度校正法）
《动力工程测试技术及仪表》复习模拟试题标准答案
一、填空题
1、某待测水头约为90米,现有0.5级0～2.94⨯106Pa 和1.0级0～0.98⨯106Pa 的两块压力表，问用哪一块压力表测量较好？答: 后者。

2、对某一物理量x进行N次测量，测量值x i与其出现的次数N i满足一定的规律，误差分布呈对称性、单峰性、有界性的特点。

3、任意两种均质导体A、B，分别与均质材料C连接组成热电偶回路，若热电势分别为E AC(T,T0)和E CB(T,T0)，则导体A、B组成的热电偶的热电势为：E AC（T，T0）+ E CB（T，T0）。

4、用铜和康铜分别与铂相配构成热电偶，热电势E铜-康铜（100，0）=1.10mV，E铜-铂（100，0）=0.75mV，E康铜-铂（100，0）=-0.35mV 。

7、弹簧管压力计中游丝的作用是：恢复、导电、径向间隙小。

9、标准节流装置由节流元件、取压设备、后面的直管段三部分组成，孔板取压有角接取压；法兰取压和径距取压三种方式。

10、气体的体积流量q v与其标准质量流量q m
11、系统的绝对误差传递公式为。

12、根据统计学原理，随机误差服从_统计规律__，因而可采用_统计法则__对含有随机误差的测量结果加以表达。

15、某种铜热敏电阻30℃时的电阻值R1＝1.812kΩ，35℃时的电阻值R2＝1.510kΩ，那么热敏电阻在32℃时的电阻值为：1.683 kΩ。

16、氧化锆氧量计安装方式分为抽出式和___直插式__。

20、红外气体分析仪工作原理是：被测气体对红外线的吸收程度,来对多组分混合气体进行定量分析。

22、请指出下列误差属于哪类误差（系统误差、随机误差、粗大误差）。

（1）用一块万用表测量同一电压，重复测量15次后所得的结果误差。

（2）观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。

（3）在流量测量中，流体温度、压力偏离设计值造成的流量误差。

23、常用的压力传感器有：应变式、压电式、压阻式、电感式和电容式等型式。

24、某压力表的量程是20MPa，测量值的误差不允许超过0.05 MPa，则仪表的精度为0.25级。

25、标准误差、平均误差、或然误差、极限误差落在所属范围内的概率大小顺序依次为（用“>”或“<”排列）极限误差>标准误差>平均误差>或然误差。

26、热电偶是基于塞贝克效应原理发展起来的一种测温传感器，两种不同导体A、B组成的闭合回路，当A、B 两接点的温度不同时，回路中会产生热电势，研究表明热电势是由温差电势和接触电势两种电势组成。

32、热电阻测温常采用“三线制”接法，其目的在于消除连接导线电阻造成的附加误差。

34、激光多普勒效应是指：一定频率的激光照射到具有一定速度的运动粒子上，粒子对光有散射作用，散射光的频率与直射光的频率有一定的偏差，其频移量与运动粒子的速度成正比，只要测得频移，就可算出流速。

35、涡街流量计中卡门旋涡的频率与流体的平均速度成正比，当旋涡列间隔和旋涡间隔之比等于时，涡列就能保持稳定。

39、压电晶体表面产生的电荷能够长时间保持的两个条件是：外电路负载无穷大，内部无漏电。

41、任何形式的波在传播时，波源、接收器、传播介质、中间反射器或散射体的运动都会使波的频率产生变化。

42、节流测量装置常用的取压方式有角接取压和法兰取压两种方式，角接取压又包括单独钻孔和环室取压两种形式。

44、差压式水位计测量汽包水位的关键是水位与差压之间的准确转换，这种转换是通过平衡容器实现的。

46、仪表的等级有0.1、0.2、0.4、0.5级，用0～16MPa压力表来测量10MPa左右的主蒸汽压力，要求相对测量误差不超过±0.5%，那么应选择准确度等级为0.2 级的测量仪表。

二、判断题
1、表压力和真空度都不是实际压力，只是仪表的读数。

（√）
3、云母水位计显示的水位值要高于汽包的实际水位。

（×）
5、在锅炉烟气中，除氧气外，其余成分的磁化率都是负值。

（×）
6、角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板（√）
7、涡轮流量变送器中的导流器的作用是改变流体方向。

（×）
11、压电晶体在任何方向上有外力作用时都会产生压电效应。

（×）
13、差压式水位计中平衡容器的作用主要是为了使水位稳定。

（×）
14、喷嘴的取压方式主要采用法兰方式取压。

（×）
16、采用全桥电路测量扭矩时，温度变化不会对输出电压有影响。

（√）
17、顺磁性气体磁化率与压力成正比，和绝对温度平方成反比。

（√）
18、半导体应变片的电阻变化量和材料的应变成线性关系。

（×）
19、凝固性液体压力测量可以采用薄膜密封式测量仪器。

（√）
20、精度含有精密度、正确度、准确度等概念，精密度高的，正确度不一定高；正确度高的，精密度不一定高。

（√）
21、热力学温标（绝对温标）中温度仅与热量有关,而与工质无关。

（√）
22、半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，具有负的温度系数。

（√）
24、弹簧管有压力信号时，其自由端会发生移动，与截面形状无关。

（×）
25、对干燥气体测量应采用下方取压或侧面取压的方式。

（×）
26、可压缩气流的速度是由总压和静压的差值决定的。

（×）
27、平衡容器带加热套是为了让容器内水的密度接近饱和水的密度。

（√）
28、化学发光气体分析仪只能测NO的浓度。

（×）
32、氧化锆补偿式测量系统与定温式测量系统都有热电偶，作用相同。

（×）
33、XCZ-102是测量热电阻的三线制动圈仪表。

（√）
34、利用热电偶测温，只要热电偶连接显示仪表的两个接点温度相同，那么仪表的接入对热电势没有影响。

（√）
三、选择题
1、表征仪表读数精密性的指标是（C）
A．灵敏度B．线性度C．分辨率D．准确度
2．对于与热电偶配套的动圈表，下列叙述正确的是（B）
A．对于标准化热电偶，动圈表是通用的
B．动圈表必须与其相同型号的热电偶相配
C．动圈表的量程一般不能调整
D．动圈表测量的起始温度为0℃
3．用金属材料测温热电阻下列说法正确的是（D）
A．金属材料的密度盐碱对测温越有利
B．金属材料的强度超高对测温越有利
C．金属合金材料掺杂越均匀对测温越有利
D．金属纯度越高对测温越有利
4．在热力试验中，常用来测量微小正压、负压的差压的压力计是（A）
A．U型管压力计B．单管式压力计C．斜管式压力计D．弹性式压力计5．标准节流件的直径比β越小，则（D）
A．流量测量越准确B．流体的压力损失越小
C．要求水平直管段越长D．流体的压力损失越大
6．涡轮流量计输出___________信号（B）
A．模拟B．数字C．电流D．电压
7．将被测差压转换成电信号的设备是（C）
A．平衡容器B．脉冲管路C．差压变送器D．显示器
8．当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（C）
A ．线圈的振荡频率增加
B ．线圈电阻增大
C ．线圈的电感增大
D ．线圈的电阻减小
9．标准节流装置的取压方式主要有（B D ）
A ．损失取压
B ．法兰取压
C ．理论取压
D ．角接取压
E ．任意取压
10．下列对氧化锆氧量传感器的工作温度叙述正确的是（A B ）
A ．应高于600°C
B ．应保持恒温
C ．应高于1150°C
D ．应低于600°C
E ．应高于1150°C
12．已知当地大气压 P b , 表压力读数为 P e , 则绝对压力P 等于（c ）。

（a ） P= P b - P e （b ） P= P e - P b （c ） P= P b + P e
13．下面哪一种压力计不是弹性式压力计（d ）
（a ）膜片式压力计（b ）膜盒压力计 （c ）波纹管压力计 （d ）应变式压力计
14．对于平行板电容器，下面哪一个参数改变不能改变电容的值。

（d ）
（a ）极距（b ）极板间遮盖面积（c ）介电常数 （d ）极板厚度
15．下面哪种探针既可以做对向测量又可以做不对向测量（c ）
（a ）L 形探针（b ）U 形探针（c ）圆柱三孔型探针
16．用热线风速仪测量流速方向时，应选择气流方向角为（c ）的热线。

（a ）0°（b ）90°（c ）45°（d ）15°
17．下面有关热电偶总的热电势方向描述正确的是（a ）
（a ）沿着正热电极，由热端指向冷端
（b ）沿着正热电极，由冷端指向热端
（c ）沿着负热电极，由热端指向冷端
18．敞口式静压液面计测量时，液面高度和压力的关系表达式错误的是（b ）
（a ）是压力表读数P g p H
,/ρ=，
（b ），是液面底部的绝对压力P g p H ,/ρ=
（c ）差。

是液面底部与上部的压P g p H ∆∆=,/ρ 19．下面哪一种烟度计是反射光式烟度计（a ）
（a ）波许烟度计（b ）哈特里奇烟度计（c ）PHS 烟度计 （d ）重量式烟度计
21．电接点水位计的测量原理是电极和氖灯构成回路，那么（b ）。

（a ）蒸汽的电阻大，处于饱和蒸汽中的电极接通，氖灯亮；
（b ）蒸汽的电阻大，处于饱和蒸汽中的电极断路，氖灯不亮；
（c ）水的电阻大，处于水中的电极断路，氖灯不亮；
（d ）蒸汽的电阻小，处于饱和蒸汽中的电极接通，氖灯亮
四、图解题。

2、在涡轮流量变送器结构图中，1～6各代表什么部件？并简述其各自的作用。

4、试写出图示回路电势表达式。

1－热电偶2－补偿导线3－补偿热电偶
4－恒温器5－铜导线6－动圈仪
五、简答题
1、何谓亮度温度？写出它和被测实际温度的关系式。

2、测压仪表在安装、投入运行及使用过程中应注意哪些事项？
3、影响差压式水位计的水位测量误差因素主要有哪些？减小误差采取的主要措施是什么？
6、简述热电偶的三条基本定律（公式）。

六、计算和证明题
1、用分度号为S的热电偶和动圈式仪表构成测温系统如图所示，冷端温度补偿器的平衡温度为20℃，图中，动圈式仪表的机械零位为0℃。

试求（1）动圈式仪表的温度示值1300℃所对应的电势值？
（2）要想使示值与实际温度相符，应作何处理？
Es（1300,0）＝13.159mV Es（30,0）＝0.173mV
Es （80,0）＝0.502 mV Es （20,0）＝0.113 mV Es （25，0）＝0.143 mV
（1）E S （t,o ）＝E S (1300,20)
＝13.159-0.113
＝13.046（mv ）
(2) 要使示值与实际温度相符，应将机械零点调至20℃
E S （t,o ）＝E S (1300,20)+E S (tm,0)
＝E S (1300,0)
∵t=1300℃
∴t m =20℃
2、已知分析气体与参比气体总压力相同，氧化锆测得烟温为735℃时氧电动势为15 mV 。

参比气体2ϕ＝20.85%，综合常数为0.0496 mV/K ，试求此时烟气含氧量为多少?
解：设烟气含氧量为x
15＝0.496×（735＋273.15）lg X
20.8
X ＝10.4%
答：烟气含量为10.4%。

4、如下图所示，求回路中的热电势，并画出热电流方向。

E AB （600，0）=24.092mv ，E AC （60，0）=4.050mv ，E AC （10，0）=0.646mv ，E AB （10，0）=0.397mv 。

5、已知一应变片测量电路采用等臂电桥接法如下图所示，其中R L 为负载电阻，R1=R2=R3=R4=R ，RL>>R ；电阻R1为应变片，在受到应力（受拉）时，电阻R1有一个微小增量ΔR1，则电桥的输出为Δu ；试证明：如何使测量电路的灵敏度提高到原来的4倍。

t2,10 ︒C t1,600 ︒C
t3,60 ︒C 考铜 (C) 镍硅 (B) 镍铬 (A)
6、对于截面为圆形的金属丝，在外力作用下沿着线性方向发生微小变形，其压阻系数为e π，泊松系数为μ，弹性模量为E ，试写出金属丝电阻的变化量和应变之间的函数关系式。

11、如何用电容传感器实现液面的测量？请写出公式推导过程，并画出示意图
12.如图所示，节流差压式测量流量，如何利用流道中的节流元件所产生的差压ΔP 来计算流量？02S S =μ
是收
缩系数，忽略流体的可压缩性。

13、下图是直流电位差计测热电偶电势的电路，对照此图说明其测量原理。

d
S
C ε
=const c p =ρ+22
1const
c S =⋅2
222222111/c ρ/p /c ρ/p +'=+'2
1ρρ=const
c S =⋅0
2S /S μ=1
0S /S m
=21μmc c
=()21222211p p ρm μc '-'-=
1、“工作电流标准化”，求得N N R E I /1
=
2、切换开关倒向测量位置 AB t t R I E 1),(0=
14、现有E 分度号的热电偶、温度显示仪表，它们是由相应的补
偿导线连接，如下图所示。

已知测量温度t =800℃,接点温度0
t '
=50℃，仪表环境温度t 0=30℃。

如将补偿导线换成铜导线，仪表指示为多
少？如果将两根补偿导线的位置对换，仪表的指示又为多少？其中：
mV 017.61)0,800(=E E ，mV 048.3)0,50(=E E ，
mV 801.1)0,30(=E E ，mV 77.59)0,1.784(=E E ，
mV 523.58)0,3.768(=E E
解：当补偿导线都改为铜导线时，热电偶的冷端便移到了50℃处，故仪表的输入电势为
)m V (77.59)0,30()50,800(21=+=+=E E t E E E E E
查分度表可得，此时仪表的指示是784.1℃，只有将机械零位调到50℃，才能指示出800℃。

若两根补偿导线反接，线路电势为
)m V (722.56)30,50()50,800(1=-=E E E E E
再加上机械仪表的零位调整，则
)m V (523.58801.1722.561=+=+=m t E E E
这时仪表指示为t =768.3℃,由此可见，补偿导线接反了，仪表指示将偏低，偏低的程度与接点处的温度有关，所以补偿导线和热电偶的正负极不能接错。

四、如图双室平衡容器，请按照力学原理，推导出当汽包水位在任意值时，平衡容器的输出差压表达式，并简
单说明双室平衡容器在实际使用时存在的问题。

g H g L P P P )()(1ρρρρ''-'-''-=-=∆-+
存在问题（要点）：
1、温度变化进而造成1ρ变化，带来指示误差
2、汽包压力变化，造成ρρ''-'变化，带来误差。