热工测量与自动控制考题

热工测量与自动控制 复习题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。

测量系统的组成：测量设备和被测对象组合成测量系统。

测量设备一般由传感器、变换器、传输通道和显示装置组成。

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。

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)它是与观测者直接发生联系的部分。

d. 传输通道：是仪表各环节间输入、输出信号的连结部分。

它分为电线、光导纤维和管路等。

2. 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。

3. 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。

c. 精确度(反映系统误差和随机误差综合影响程度)所得测量值接近真实值的准确程度。

测量仪表的基本性能指标一般由测量范围、精度、灵敏度及变差组成。

测量范围：仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。

灵敏度：在稳定情况下，仪表输出变化量与引起此变化的输入量的变化量之比。

变差：在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测量进行反复测量时，所产生的最大误差与仪表量程之比。

1.直接测量量的最优概值：2.计算标准误差：3.最优概值标准误差：利用贝塞尔公式4.最优概值的极限误差：5.测量结果可表示为：X函数误差的分配：按等作用原则分配误差、按可能性调整误差、验算调整后的总误差。

1. 通常可把温度计分为接触式和非接触式两大类，前者温度传感器与被测截止直接接触。

2. 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，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。

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。

热电势由接触电势和温差电势组成。

测温三要素：不同材质、不同温度、闭合回路。

3. 热电偶的基本定律：a. 均质导体定律b. 中间导体定律c. 中间温度定律：的代数和。

. 连接导体定4. 热电偶分普通型、铠装型和薄膜型等。

5. 冷端温度补偿的方法：a. 冷端温度校正法；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6. 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。

而半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小。

3σ∆=7. 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。

10. 半导体热敏电阻通常用铁、镍、钼、镁、钛等金属的氧化物制成。

优点：电阻温度系数大，灵敏度高。

电阻率大，体积小。

结构简单，热惯性小。

不足：热敏电阻电阻温度特性分散性大，互换性差，非线性严重，测量不确定度大。

11. 接触式测温仪表的误差来源：传感器的传热误差和动态误差。

A.传感器插得深一些，缩短并使外露部分保温，减少外露部分的放热系数。

放置传感器与流速最大的地方，增大内插部分放热系数。

B.减少传感器体积，减少热容量，加快响应速度。

选用比热小，导热好的保护管材料。

增大传感器与被测介质的接触面积。

1. 干湿球温度计的基本原理：是由两个液体膨胀式温度计构成。

其中暴露于空气中的温度计称为干球，测空气的环境温度，即干温值；另一温度计的传感器则需用蒸馏水浸湿的纱布裹住，纱布下端浸入蒸馏水中，称为湿球温度计，测湿温值。

这两支温度计，分别测的是干温值和湿温值，其中，在测量过程中，湿温值一定低于干温值的。

因为湿润的纱布中的水分不断地向周围空气中蒸发并带走热量，则湿球温度下降。

因水分蒸发速率与周围空气含水量有关，空气湿度越低，水分蒸发速率越高，导致湿球温度越低。

由此可见，干球和湿球温度存在温度差，而此温度差又与湿度值呈一定函数关系，则我们便通过干温与湿温间的温度差，得出湿度值。

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。

6. 弹性式压力计的误差及改善途径：1.由于环境影响，同一弹性元件正反形成变形量会不一样，因而存在迟滞误差。

2.弹性元件变形落后于被测压力的变化，会引起弹性后效果误差，仪表的各部件之间的间隙，示值与弹性元件的变形不完全对应，会引起间隙误差。

3.仪表的活动部件运动时，相互间由摩擦力，会引起摩擦误差。

4.环境温度改变会引起金属材料弹性模量的变化，会引起温度误差。

改善途径：1.采用无迟滞误差或迟滞误差小得全弹性材料很温度误差很小的恒弹性材料制造弹性元件。

2.采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减少间隙误差和摩擦误差。

3.限制弹性元件的位移量，采用无干摩擦的弹性支撑或磁悬浮支撑等。

4.采用新的制造工艺，使材料的优良性能得到充分发挥。

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。

霍尔片随弹簧管自由端的形变位移而改变其在所处磁场中的位置，磁感应强度B随之改变。

霍尔电势随B的变动而变。

霍尔压力变送器实质上是一个位移–电势的变换元件。

霍尔电势对温度变化比较敏感，在实际使用时需要采取温度补偿措施。

压阻效应：半导体材料在受压时电阻率发生变化的这一特性。

1. 差压流量计主要由节流装置、导压管和显示仪表三部分组成。

节流装置的作用：造成流速的局部收缩，从而产生压差。

静压差的产生由于节流装置造成流速局部收缩，在流速截面积最小处流速达到最大，流体的静压力最低。

2. 节流装置的取压方式：标准孔板角接取压或法兰取压；标准喷嘴角接取压。

3. 电磁流量计的基本原理根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势。

4. 容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、活塞式流量计、、湿式流量计等1. 热电风速仪有恒流式和恒温式。

把一个通有电流的带热体置入被测气流中，其散热量与气流速度有关，流速越大，散热量越多。

2. 标准毕托管测量精度高，使用时不需要校正，适用于测量清洁空气的流速。

S型毕托管适用于测量含尘浓度较高的空气流速，使用前需要进行校正。

风洞是具有一定形状的管道，在管道中在成一定参数的气流，被校风速仪表与标准仪表进行对比试验。

主要由风机段、扩散段、测量段、细收缩段、工作段、粗收缩段、稳定段组成。

1. 热阻式热流传感器原理(傅立叶定律)：有热流通过热流测头时，测头热阻层上产生温度梯度，根据傅立叶定律可以得到通过热流测头的热流密度，热流密度的方向与等温面是垂直的。

热流测头标定方法：绝对法和比较法。

2. 热水流量计原理：以热水为热媒的热源产生的热量，或用户消耗的热量，与热水流量和供、回水焓值有关。

在供、回水温差不大时，可以把供、回水的定压比热看成是相等的，而且可以看成为一个常数。

只要测出供加水温度和热水流量，即可得到热水放出的热量。

所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象自动地按照预定的规律运行或变化的手段。

1. 自动控制系统的组成：被控对象；传感器(可变送器)；控制器和执行器等。

2. 控制系统的分类：a. 按给定值的形式可分为：定值控制系统；程序控制系统；随动控制系统。

b. 按系统结构可分为：闭环控制系统；开环控制系统；复合控制系统。

定值控制系统的过渡响应有四种发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调振荡。

3. 过渡过程的品质指标：衰减比；静差；最大偏差和它的持续时间；调节时间；振荡周期。

其中：衰减比是表示衰减程度的指标，它是反映系统稳定程度即相对稳定性。

静差：又称余差，是指过渡过程终了时的残余偏差，也就是被控制变量的稳定值与给定值之差，是一个表明准确性的重要指标。

4. 环节特性分静特性和动特性两种。

5. 热电阻温度传感器是由金属丝、骨架、和金属保护管组成。

而温包温度传感器是由金属管。

内装的气体或液体组成。

6. 自动控制仪表按能源分：电动仪表、气动仪表、直接作用式仪表。

按结构分：基地式仪表、单元式组合仪表。

7. 执行器将来自控制器的信号，变成控制量作用在对象上。

8. 调节阀流量特性：是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀相对开度之间的关系。

它是由调节阀阀芯形状决定的。

主要有柱塞阀和开口形阀两类。

而每一类都分直线特性、等百分比特性和抛物线特性。

流通能力：当调节阀全开，阀两端压差为 pa，流通密度为每小时流经调节阀的流量数。

用C 表示。

单回路控制系统：是由传感器、控制器、执行器及被控对象组成的单一反馈回路的控制系统。

结构简单，投资少，易于调整和投运，又能满足一般过程控制的要求，因而应用广泛。

适用于被控对象滞后和惯性较小、负荷和干扰变化比较平缓、或者对被控制量要求不太高的场合。

曲线（b）是等振幅振荡过程，这种系统处于边界稳定。

曲线（c）是一个衰减的振荡过程，被控制量经过一段时间的振荡后，很快趋于一个新的平衡状态，这种系统是稳定的。

曲线（d）是非振荡的过渡过程，又称单挑过程，这种过程是允许的。

综上所述：ab是不稳定的过渡过程。

cd是稳定的国度过程。