热工测量与自动控制复习题解答

热工测量与自动控制 复习题 第一章1. 测量方法：实现被测量与标准量比较的方法。

测量一般分为：直接测量、间接测量和组合测量。

另外还包括：2. 随机误差分布的性质：有界性；对称性；抵偿性；单峰性。

3. 测量系统的组成：a. 传感器：被测量按一定规律转换成便于处理和传输的另一物理量的元件。

如，电量。

传感器的要求：i.选择性：不受被测对象的非被测量的影响(否则补偿)；ii. 复现性：传感器的输出信号与输入信号间应有稳定的单值函数关系，最好是线性关系。

iii. 稳定性：在规定的工作条件下(如时间)，保持其计量性能恒定的能力。

iv. 超然性：测量过程中，传感器或多或少都要消耗被测对象的能量，或在接触对象时改变对象的原状态。

仪器不影响被测量的能力叫超然性。

b. 变换器：将传感器输出的信号变换成显示器易于接受的信号的部件。

c. 显示装置(包括模拟式、数字式、屏幕式)。

d. 信号传输通道(形式分为电线、电缆、光缆、管道、电磁耦合或无线电通讯等)。

4. 测量误差：测量误差是不可避免的，只要有测量就有误差。

5. 测量误差的分类：a. 系统误差：相同测量的条件下，对统一被测量量进行多次测量，误差的绝对值和符号保持不变，或按一定规律变化。

这类误差称为系统误差。

消除：通过实验的方法消除，也可通过引入修正值的方法修正。

b. 随机误差：在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量 ，由于受到大量的、微小的随机因素影响，测量误差的绝对值的大小和符号没有一定的规律且无法简单估计，这类误差称为随机误差。

消除：一般用统计理论进行估价。

c. 粗大误差：明显的歪曲了测量结果的误差称为粗大误差。

6. 测量精度：a. 准确度(反映系统误差影响程度)：对同一被测量进行多次测量，测量值偏离真值的程度。

b. 精密度(反映随机误差影响程度)：对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布密集的程度(测点离散度)。

c. 精确度(反映系统误差和随机误差综合影响程度)。

7. 量程：仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。

8. 基本误差：仪表测量值中的最大示值绝对误差与仪表量程之比值。

9. 精度：仪表工业规定，基本误差去掉”%”的数值定为仪表的精度等级，简称精度，值越小精度越高。

在选用仪表时，在满足被测量的数值范围的前提下，应尽可能选择窄量程的仪表，并尽量使测量值在满刻度的2/3左右，这样既能满足测量误差的要求，又可选择精度等级低的仪表，从而降低仪表价格。

第二章1. 例题：对某温度进行了16次等精度测量,数据如下：205.30 204.94 205.63 205.24205.71 204.70 204.86 205.35206.65 204.97 205.36 205.16205.21 205.19 205.21 205.32解：a. 计算16个数的算术平均值为205.300b. 计算标准误差1.823c. 利用贝塞尔公式求 443.01121=-=∑=n ni Vσ；d. 329.1443.033===-x σσ因为NO.3 V1 为1.35，此数据大于1.329，所以该数据为粗大值； e-h.取消粗大值对应的X1，并重算V1、V1平方，求出新的σ； 平均值为205.21 ； 计算标准误差：利用贝塞尔公式272.01121=-=∑=n ni Vσ81.0272.033===-x σσ因为V1’全部小于0.81，所以无粗大值 i. 07.015272.0===nx σσj. σxx x +=备注：计算亦可参照P11例题计算过程保留3位小数(比要求的值多1位) 所有数据V1/V1’求和必为0如第8.项计算完成后仍有粗大值,仍重复以上计算 第三章1. 膨胀式温度计：膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计。

主要有液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计。

2. 玻璃管温度计测量误差分析：a. 玻璃管材料有较大的热滞后效应。

b. 温度计插入深度不够将引起误差。

c. 非线性误差。

d. 工作液的迟滞性。

e. 读数误差。

3. 热电偶的工作原理：两种不同导体A 和B 接触，使其两端紧密电接触（如焊接），组成闭合回路，当两接点温度不同时，则会在回路中产生一个电势，称为热电势。

闭合回路称为热电偶。

导体A 和B 称为热电偶的热电极。

放置在被测对象中的接点称为测量端，习惯上有又叫做热端（因为一般工业测温中T 常高于T0）；另一接点称为参考端，习惯上又叫冷端，其温度通常是环境温度。

当热电偶的两个接点温度不同时（T ≠T0），回路中将产生电流，称为热电流；产生热电流的电动势称为热电势。

当参考端的温度保持恒定时，热电势是测量端温度T的函数，因此可以用热电势表示温度。

4. 热电偶的基本定律：a. 均质导体定律：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。

反之，如果有电势，则此材料一定是非均质的。

b. 中间导体定律：在热电偶回路中介入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。

c. 中间温度定律：热电偶回路中，两接点温度为T、T０时的热电势，等于接点温度为T、 Ta和 Ta、 T０的两支同性质热电偶的热电势的代数和。

5. 热电偶的基本类型：理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电偶，但为了使热电偶具有稳定性和足够的灵敏度、可互换性以及具有一定的机械强度等性能，对热电极的材料必须进行选择。

a. 标准化热电偶：国际电工委员会(IEC)制定了统一的标准，被公认性能较好的材料共有七种。

不同材料热电偶的分度不一致，即在冷端温度为0℃时，其热电势与热端温度的关系不一致。

i. 廉金属热电偶：① T型(铜－康铜)热电偶，廉金属热电偶中准确度最高；② K型(镍铬－镍铝或镍硅)热电偶，廉金属热电偶中测温范围最宽(-200～1100℃)；③ E型(镍铬－康铜)热电偶，标准型热电偶中灵敏度最高；④ J型(铁－康铜)热电偶，工业上最通用。

ii. 贵金属热电偶：① S型(铂铑10-铂)热电偶，标准化热电偶中准确度等级最高；② R型(铂铑13-铂)；③ B型(铂铑30-铂铑6)。

6. 冷端温度补偿的方法：a. 冷端温度校正法(计算法) - 中间温度定律；b. 补偿导线法 - 中间温度定律；c. 仪表机械零点调整法；d. 冰浴法；e. 补偿电桥法：采用不平衡电气产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值。

7. 电阻温度计的工作原理：工作原理：大多数金属的电阻值随温度升高而增加。

（温度升高1℃，其阻值约增加0.4～0.6％）。

而半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小。

（温度升高1℃，其阻值约减小3～6％）。

适合作热电阻的材料：铂（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）等，半导体热敏电阻的材料常用金属的氧化物制成。

8. 热电偶和电阻温度计相比较的优缺点：a. 热电偶：一般在工业上用于测量500℃以上的高温。

b. 电阻温度计：对于500℃以下的温度，由于热电偶产生的热电势较小，测量较低，所以有时用电阻温度计来进行测温。

尤其对于低温测量，电阻温度计用得更多。

电阻温度计的优点是精度高，不存在冷端问题，信号便于远传。

缺点是受导线电阻的影响。

9. 非接触式测温的优缺点：利用测定物体辐射能的方法测温。

a. 优点：①不与被测介质接触，因而不会破坏被测介质的温度场；②动态响应好(传感器在测温时不必与被测对象达到热平衡)；③可以测定处于运动状态的物体的温度。

b. 缺点：①精度不如接触式测温仪表；②结构复杂，价格贵。

第四章1. 电动干湿球温度计的基本原理：由两个不平衡电桥接在一接在起组成，干球热电阻RD干球电桥的一个臂上，干球电桥输出的不平衡电压是干球温度t的函数；湿球热w接在湿球电桥的一电阻RS个臂上，湿球电桥输出的是的函数。

当湿球湿球温度ts电桥上输出的电压与干球电桥输出的部分电压相等时，检流计上无电流，此时双电桥处于平衡状态。

在双电桥平衡时，可变电阻滑动点D的位置即反映了干湿球电桥输出的电压差，也间接反映了干、湿球温度差。

故可变电阻R上滑动点D的位置反映了相对湿度。

根据计算和标定，可在电阻R上标出相对湿度值。

在测量时，靠手动调节R的滑动点D，使双电桥处于平衡，即检流计中无电流，此时根据R上的指针即可读出相对湿度值。

2. 氯化锂电阻式温度计的工作原理：某些盐类放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度有关；而含湿量大小又引起盐类本身电阻的变化。

可以通过这种传感器将相对湿度转换为其电阻值进行测量。

LiCl在大气中不挥发、不分解，也不变质，其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关系，随空气相对湿度的变化，LiCl吸湿量也随之变化(当空气中的水蒸气分压力大于LiCl溶液的水汽分压力时，溶液从空气中吸收水分；反之，当LiCl溶液的水汽分压力大于空气中的水蒸气分压力时，溶液就放出水汽。

只有当二者分压力相等时，才处于吸放湿的平衡状态)。

当溶液吸收水汽后，导电离子数增加，导致电阻降低；反之，则电阻值增大。

3. 光电式露点湿度计的工作原理：未结露–反射光强，散射光弱–电流大–制冷强–温度下降–结露–反射光弱，散射光强–电流小–制冷弱–温度上升–未结露(是一个循环往复的过程)。

第五章1. 压力检测方法与测压仪表：按信号原理不同分四类：①液柱式压力计；②弹性式压力计；③电气式压力计(霍尔压力变送器)；④活塞式压力计。

2. 液柱式压力计的特点及测量范围：信号不能远传；可测量气体、液体压力。

3. 液柱式压力计的种类：U形管压力计、单管液柱式压力计、倾斜管微压计。

4. 提高液柱式压力计的测量精度：可选用密度小的酒精作为工作液体。

倾斜管微压计倾斜角不可太小，一般不小于15°。

5. 弹性式压力原理计根据胡克定律(弹簧管测压原理)单圈弹簧管压力表的传感器系一弯成圆弧形的空心管子，管子截面呈椭圆形或扁圆形。

管子的开口端A固定在仪表接头座上。

压力信号由接头座引入弹簧管内。

管子的另一端封闭，称自由端，输出形变位移。

当固定端通入被测压力时，弹簧管承受内压。

因椭圆截面的短轴方向内表面面积大，受力大，致使短轴伸长，管断面趋于圆形，使弹簧管产生向外挺直的扩张形变，迫使自由端产生位移（B→B’）。

管子总长度不变。

只是中心角起变化（随之减小）。

6. 霍尔效应及霍尔片：把半导体单晶薄片置于磁场B中，当在晶片的y轴方向上通以一定大小的电流I时，在晶片的x轴方向的两个端面上将出现电势，这种现象称为霍尔效应。

所产生的电势称为霍尔电势，这个半导体薄片称为霍尔片。

霍尔压力变送器(位移信号→电势信号)：霍尔片置于弹簧管的自由端，上下设置一非均匀磁场。

霍尔片通入大小一定的直流电流。