热工测量与自动控制复习资料.doc

第一章 测试技术的基本知识1.测量的定义：测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过实验和计算找到被测量的量值。测量的表示：测量是以同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量相对标准量的倍数。2.测量方法分类按测量手段分类：直接测量、间接测量、组合测量（名词解释）间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系间接得到被测量的量值的测量方法。常在直接测量不方便，或间接测量的结果较直接测量更为准确，或缺少直接测量的仪器时使用。组合测量：当某项测量结果需用多个未知参数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量、微差式测量（单选题）零位式测量：又称作零式法或平衡式测量法，测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表（零示器）指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量。按对测量精度的要求分类：等精度测量、非等精度测量按测量敏感元件是否与被测介质接触分类：接触测量和非接触测量（单选题、多选题）按测量数据是否需要实时处理分类：在线测量、离线测量（单选题）3.测量方法的选择原则被测量本身的特性；被测量的准确度；测量环境；现有测量设备。（多选题）4.测量系统：为实现一定的测量目的而将测量设备进行有效组合而形成的测量体系。测量系统的组成：传感器、变送器、传输通道、显示装置（选择题）5.测量仪表的类型模拟式、数字式、智能式6.测量仪表的主要性能指标(1)精度1)精密度：说明测量值的分散性，反映随机误差大小的程度（单选题）2)正确度：说明测量值与真值之间的接近程度，反映系统误差大小的程度。（单选题） 3)准确度：反映系统误差和随机误差合成大小的程度。对于具体测量，正确度高的精密度不一定高，反之亦然。但准确度高的正确度和精密度都高。（多选题、简答题）(2)稳定度(3)输入电阻(4)灵敏度：灵敏度的另一种表示方法叫分辨力或分辨率，即仪表所能区分被测量的最小变化量。分辨力的值愈小，其灵敏度愈高，通常规定分辨率为允许绝对误差的1/3即可。（单选题）(5)线性度(6)动态特性：表示仪表的输出随输入变化的能力。即当被测量发生变化时，仪表的显示值随时间变化的特性响应。（名词解释）7.测量和计量的区别。（简答）测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过实验和计算找到被测量的量值，即测量是通过实验手段对客观事物取得定量信息的过程，也就是利用实验手段把待测量直接或间接地与另一个同类已知量进行比较，从而得到待测量值的过程。在测量过程中作为比较标准的各类量具、仪器仪表，必须定期进行检验和校准，以保证测量结果的准确性、可靠性和统一性，这个过程称为计量。因此，计量可看作测量的特殊形式，同时计量又是测量的基础和依据。8.单位制 在国际单位之中，分为基本单位、导出单位和辅助单位。 基本单位：长度单位米（m）、时间单位秒（s）、质量单位千克（kg）、电流单位安培（A）、热力学温度单位开尔文（K）、 、发光强度单位坎德拉（cd）、物质的量单位摩尔（mol）（单选或多选）第二章 测量误差和数据处理1.绝对误差特点：绝对误差有单位； 绝对误差有符号；绝对误差恒不为零；单独用绝对误差不能说明测量结果的准确程度（单选或多选）误差与修正值与绝对误差的绝对值相等但符号相反的值称为修正值，可通过检定，由上一级标准给出。修正后的实际测量值 （单选或填空题）例：某温度表测得的温度示值为120.1，查该温度表检定书，得知该温度表在 120.18 及其附近的修正值为-0.1，被测温度的实际值？2.相对误差实际相对误差示值相对误差满度相对误差仪表量程内绝对误差的最大值 认为测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差是处处相等的，这种处理称为误差的整量化 （填空题）为了减小测量中的示值误差，在进行量程选择时一般以示值不小于满度值的2/3。（单选题）3. 指定值：国家设立的实物标准，并以法令的形式，指定其所体现的量值作为计量单位的指定值，指定值也叫约定真值，一般就用来代替真值。（名词解释）4.测量误差的来源：仪器误差、人身误差、影响误差、方法误差（多选题）仪器误差：又称设备误差，是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件的老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。（名词解释）人身误差：主要指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中现象与结果判断不准确而造成的误差。（名词解释）方法误差：是所使用的测量方法不当，或对测量设备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差。（名词解释）5.系统误差:在多次等精度测量同一恒定量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差，称为系统误差，简称系差。（名词解释）随机误差:又称偶然误差，是指对同一恒定量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号无规则变化的误差。（名词解释）粗大误差:在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差称为粗大误差，也称为疏失误差，简称粗差。（名词解释）6.系统误差体现了测量的正确度，系统误差小，表明测量的正确度高。（单选题）随机误差体现了多次测量的精密度。随机误差小，则精密度高。（单选题）就单次测量而言，随机误差没有规律，但当测量次数足够多时，则服从正态分布规律，随机误差的特点为具有对称性、有界性、抵偿性、单峰性。（多选题）7. 剩余误差：方差：标准差（标准误差，均方根误差）极限误差：算术平均值的标准差：反映了测量的精密度，小表示精密度高，测得值集中，大，表示精密度底，测得值分散。（填空题）8.服从正态分布的随机误差的性质。（简答）绝对值小的随机误差出现的概率大，绝对值大的随机误差出现的概率小，随着随机误差的加大，出现的概率很快趋于零，即超过一定界限的随机误差实际上几乎不出现，这体现了随机误差的有界性。大小相等符号相反的误差出现的概率相等，体现了随机误差的对称性和抵偿性。标准差愈小，正态分布曲线愈尖锐，表明测得值愈集中，精密度高。反之，标准差愈大，曲线愈平坦，表明测得值分散，精密度越低。9.判断测量数据中存在系统误差的方法。（简答）（1）理论分析法：凡属于测量方法或测量原理引入的系差，可以通过对测量方法的定性定量分析发现系差，甚至计算出系差的大小。（2）校准和对比法：当怀疑测量结果可能会有系差时，可用准确度更高的测量仪器进行重复测量以发现系差。（3）改变测量条件法：系差与测量条件有关，如果能改变测量条件，根据对分组数据的比较，有可能发现系差。（4）剩余误差观察法：根据测量数据数列各个剩余误差的大小、符号的变化规律，以判断有无系差及系差的类型。10.间接测量的误差传递与间接测量的误差分配的区别。（简答）已知各直接测量量的误差，利用直接测量量与间接测量量之间的函数关系求得间接测量量的误差就是间接测量的误差传递。而误差分配是在已知要求的总误差的前提下，合理分配各误差分量，以保证达到对已知函数的误差要求。误差分配过程为先按等作用原则分配误差，再按可能性调整误差，最后验算调整后的总误差。 11常用函数的误差传递计算（单选）12.有效数字的处理（单选）13.等精度测量结果的处理（计算）对某温度共进行了n次等精度测量，测量结果列于表中。该温度计的检定书上指出该温度计具有x的恒定系统误差。请写出最后的测量结果。注意：对数据的处理，如果指出该温度计具有某个温度的恒定系统误差应将测量数据减去恒定系差的数据，再按步骤处理。处理步骤见P51.第三章 温度测量1.温标：为了保证温度量值的统一和准确，而建立的一个用来衡量温度的标准尺度。温标的三要素：温度计、固定点和内插方程（或称为三个基本条件)。（单选或填空）国际普遍使用的温标有四种：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、 国际温标（填空）2.膨胀式温度计：利用物体受热膨胀原理制成的温度计，主要有液体膨胀式、固体膨胀式和压力式温度计三种。（填空）液体膨胀式温度计组成：液体存储器、毛细管、标尺。（填空）液体膨胀式温度计特点：直观、测量准确、结构简单、造价低廉；不能自动记录、不能远传、易碎；测温有延迟（多选题）误差分析（1）玻璃材料有较大的热滞后效应（2）温度计插入深度不够将引起误差，修正值 会利用公式做简单计算（单选）（3）非线性误差（4）工作液的迟滞性（5）读数误差使用玻璃管液体温度计测温时，应注意的问题。（简答）(1)安装点位于方便读数，安全可靠之处；（2）温度计以垂直安装为宜；（3）测量管道内的流体温度时，应使温度计的温包处于管道的中心线位置，插入方向须与流体流动方向相反，以便与流体充分接触，测得真实温度。（4）温度计插入深度不够引起的误差应进行修正，（5）读数时视线与标尺垂直，与液柱面处于同一水平面，只能小心转动温度计顶端的小耳环，切不可用手摸标尺或将温度计取出插孔，更不允许用手握温包来读数。3.热电偶闭合回路中所产生的热电势是由接触电势（珀尔贴电势）和温差电势（汤姆逊电势）组成的。（填空）接触电势：当两种不同性质的导体接触时，由于两者有不同的电子密度而在接触处形成的电动势称为珀尔贴电势或接触电势。（名词解释）温差电势：对同一导体而言，由于导体两端温度不同而产生的电势称为温差电势。（名词解释）有关热电偶的几点结论：普遍性（凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热电偶）；热电偶所产生的热电势在热电极材料一定情况下，仅决定于测量端和参考端的温度，而与热电极的形状和尺寸无关；参考端温度必须保持恒定，最好保持0。（多选题）热电偶应用定则（简答）均质导体定则：由同一种匀质导体（电子密度处处相同）组成的闭合回路，不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如何，均不产生热电势。（名词解释）中间导体定则：在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第三种导体相连接的两端温度相同，接入第三种导体后，对热电偶回路中的总电势没有影响。（名词解释）中间温度定则：热电偶在两接点温度为T,T0时热电势等于该热电偶在两接点温度分别为T,TN 和TN，T0时相应热电势的代数和即E（T，T） E（T，T） E（T ,T）。（名词解释）完整热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒等部分组成。（填空）廉金属热电偶中T型准确度最高，K型测温范围最宽，E型灵敏度最高，J型工业上最通用。（单选）热电偶测温系统：由热电偶、补偿（或铜）导线、测量仪表及相应的电路构成。（填空）热电偶进行冷端温度处理的原因及常用的冷端温度处理方法。（简答）根据热电偶的测温原理，从EAB(T,T0)=f(T)-f(T0)的关系式可看出，热电偶回路所产生的热电势，只有在固定冷端温度T0时，热电偶输出电势才只是热端温度T的单值函数，在热电偶的分度表中或分度检定时，冷端温度都保持在0；在使用时，往往由于现场条件等原因，冷端温度不能维持在0，（T00）,使热电偶输出的电势值产生误差，因此需要对热电偶的冷端温度进行处理。常用的冷端温度处理方法有：（1）补偿导线法；（2）计算修正法；（3）冷端恒温法；（4）补偿电桥法4.金属导体电阻温度系数一般为正值；半导体材料的电阻温度系数一般为负值。（单选）5.非接触式测温仪表分为两类；光学辐射式高温计和红外辐射仪（单选或多选题）第四章 湿度测量1.如果大气压力B和风速v保持不变，周围空气相对湿度越高，潮湿纱布表面的水分蒸发强度越小，潮湿纱布物体表面温度与周围环境温度差就越小；反之，相对湿度越低，水分蒸发强度越大，潮湿纱布物体表面温度与周围环境温度差就越大。（单选）当大气压力和风速一定时，被测空气的干湿球温度差直接反映空气相对湿度的大小。（单选）2.露点法测量空气相对湿度是通过测量露点温度和干球温度利用h-d图来确定空气的相对湿度的。（填空）3.电动通风干湿球湿度计有数字显示通风干湿球湿度计和不带数字显示的普通电动通风干湿球湿度计 两种，后者也称为阿斯曼湿度计。（填空）4.光电式露点湿度计特点：测量准确度高、可靠、适用范围广（-40100），可测量高压、低温、低湿气体的相对湿度。最低的露点能测到1%-2%的相对湿度。采样气体需洁净。（多选题）5. 测量长春冬天的室外空气相对湿度宜采用光电式露点湿度计。（单选）测量棉纺车间的相对湿度宜采用干湿球湿度计。（单选）6露点法测量空气相对湿度原理。（简答）先测定露点温度tl，确定对应于露点温度tl的饱和水蒸气压力Pl，Pl即为被测空气的水蒸气分压力Pn；然后测定干球温度t1，确定干球温度t1下饱和水蒸气压力Pb，利用公式计算空气的相对湿度=Pl/Pb100%7.绝对湿度：每m3湿空气在标况下（0，1大气压）所含水蒸气的质量，即水蒸气密度。单位为g/m3。（名词解释）相对湿度：空气中水蒸气分压力Pn与同温度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。（名词解释）含湿量：空气由干空气和水蒸气组成，每kg干空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符号d，单位g/kg. （名词解释）8.湿度测量的特点及常用的湿度测量方法。（简答）湿度由于受大气压强、温度的影响，测量湿度比测量温度复杂的多，因此湿度是较难准确测量的一个参数。常用的湿度测量方法有干湿球法、露点法和电子式湿度传感器法。干湿球法是在一定条件下，通过测量空气的干球温度、湿球温度，利用h-d图来确定空气的相对湿度的。露点法是通过测量空气露点温度、干球温度，利用h-d图来确定空气的相对湿度的。电子式传感器法是利用空气中含湿量与物体的电阻或电容的关系，来确定空气的相对湿度。第五章 压力测量1.对于U形管压力计，提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度降低。（填空）斜管微压计主要用来测量微小压力、负压和压差。角越小，l越长，测量灵敏度越高，但角不能小于15，否则读数困难，反而增加读数误差。（填空）毛细管现象能使压力计测量管内的液柱升高或降低，尤其对于单管压力计这种影响较大。当管内工作液为汞液时，毛细管现象使液柱式压力计产生负误差。当管内工作液为水、酒精时，毛细管现象使液柱式压力计产生正误差。（单选）2.压力检测的弹性元件主要有膜片、波纹管和弹簧管等。（单选或多选题）弹簧管是截面非圆形（椭圆或扁圆形）弯成圆弧状的空心管子。（单选）3.电气式压力检测仪表中的压敏元件主要有压电材料、应变片和压阻元件。（单选）4. 压力表量程选择（会运用下述要求做计算）为保证安全性，压力较稳定时，最大工作压力不超过仪表量程的3/4，压力波动较大时，最大工作压力不超过仪表量程的2/3。为保证准确度，最小工作压力不低于满量程的1/3。 当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力不能同时满足时，选择仪表量程应首先满足最大工作压力。例：已知某压力容器压力范围为0.20.6MPa，若采用弹簧管压力计检测其压力，使测量误差不大于被测压力的5%，试确定该表量程和精度等级。解：依据选择压力仪表量程被测压力稳定时，最大工作压力不超过仪表满量程的3/4，最小工作压力不低于满量程的1/3：则仪表量程A：A0.6/（3/4）0.8Mpa AP2.7.转子流量计属于恒差压式流量测量仪表，而孔板流量计属于变差压式测量测量仪表。（填空）转子流量计应垂直安装，不允许倾斜。被测介质的流向应由下向上，不能相反。（多选） 8.叶轮式流量计是通过测量叶轮旋转次数来测量流量。（单选）9.电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制出的测量导电液体流量的仪表。（单选）电磁流量计使用应知：可任意改变量程，可测量正反方向流体的流量；不能测量导电率很低的液体，不能测量气体、蒸汽和含有较多气泡的液体；选型时最低流速不能低于量程的10%,最大流速不能超过10m/s；最好垂直安装，被测流体自下而上流动； 若水平安装，应使变速器低于出口管，并保证测量电极在同一水平面上；上游侧应有510D的直管段,下游侧的直管段可短一些。（多选）第八章 热量测量1.热阻式热流计：测量建筑物、管道或各种保温材料的传热量及物性参数热量表：用于测量换热器、暖气片、冷机等设备一段时间内通过设备的流体输送的冷热量。 热阻式热流计的热流 2.热流传感器有高热阻型:/值大；低热阻型：/值小。（填空）高热阻型热流传感器特点。（简答）高热阻型的C值小于低热阻型，在所测传热工况非常稳定的情况下，高热阻型热流传感器易于提高测量精度及用于小热流量测定。但高热阻型热流传感器比低热阻型热流传感器热惰性大，使得热流传感器的反应时间增加。热流传感器种类：板式、可挠式3.热流传感器系数C的物理意义：当热流传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度。（简答）热阻式热流计的应用场合及提高热流计的灵敏度，需要采取的措施。（简答）主要用于测量通过设备、管道、建筑围护结构等壁体或各种保温材料的传热量及物性参数。提高热流传感器热阻 或通过串联热电偶提高热电偶系数C。4.热流传感器安装方法：埋入式、表面粘贴式及空间辐射式。（填空）对于水平安装的有均匀保温层的圆形管道，用热流传感器测量热流密度时测点位置的选择及原因。（简答）测点应选在截面上与管道水平中心线夹角约为45和135处。因为对于水平安装的有均匀保温层的圆形管道，所测得的保温层底部的热流密度最低，保温层侧面热流密度略高于底部，保温层上部热流密度比下部和侧面大得多，这种情况下，测点应选择在能反应管道截面上平均热流密度的位置。所以一般选在截面上与管道水平中心线夹角约为45和135处。5.热水热量表的测量原理及热量表的组成（简答）热水吸收或放出的热量，与热水流量和供回水焓差有关，热水的焓值为温度的函数，因此只要测得供回水温度和热水流量，即可得到热水吸收或放出的热量，热水热量表就是基于这个原理测量热水热量的，热量表的构造：流量传感器、温度传感器和计算器第九章 建筑环境测量1.声功率：单位时间内声源发射出的总声能，即在全部可听范围所辐射的功率。也可特指在某个有限频率范围所辐射的功率，亦称频带声功率。（名词解释）声强：垂直于声波传播方向的单位面积上单位时间内通过的声能，单位为W/m2，即单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率。（名词解释）声压p:声波的压强与媒质的静压之差，Pa 2.测量噪声的主要仪器:声级计、声频频谱仪、声级记录仪、噪声统计分析仪声级计是最基本的噪声测量仪器。（单选）3.建筑环境噪声的测量（多选）应分昼间和夜间两部分进行，具体测量时间根据测量目的确定；测量应在无雨、无雪的天气条件下进行（需在有雨、雪的条件下测量时，应在报告中给出说明）；测量过程中保持窗户开启。风速超过5m/s应停止测量；测点距墙面和其他主要反射面不小于1m，距地板1.2m1.5m，离窗户约1.5m。4.城市区域或交通环境噪声的测量（多选）应分昼间和夜间两部分分别进行，具体测量时间应根据测量目的确定；测量应在无雨、无雪的天气条件下进行；城市区域测点应选在受影响者的居住或工作建筑物外1米，传声器高于地面1.2m以上的噪声影响敏感处；要普查测量的城市分成等距离网格，测量点设在每个网格中心，网格数不应少于100个；交通环境监测在每两个交通路口之间的交通线上选择一个测点，测点设在马路边的人行道上，离马路20cm。第十一章 电动显示仪表1.电动显示仪表组成：测量线路、显示装置（填空）直接变换式仪表特点：（多选）（1）其线性刻度较困难（2）很难获得较高的精度（3）信息转换效率低，但仪表简单可靠、重量轻、尺寸小、价格便宜。平衡式显示仪表特点（多选）（1）平衡式显示仪表线性度好、测量精度高（2）反应速度快（3）比直接变换式仪表结构复杂、造价高2.仪表的变差：在规定的条件下，用同一仪表对被测量进行正、反行程的测量，即采用单方向逐渐增大和逐渐减小被测量的方法，使仪表从不同的方向反映同一被测量的示值。对某一测量点所得到的正、反行程两次示值之差称为该测量点上的示值变差。（名词解释）仪表的灵敏度：仪表输出信号的变化量和引起这个输出变化量的被测量变化量的比值，称为仪表的灵敏度。（名词解释）通常规定仪表刻度标尺上的分格值不应小于仪表允许误差的绝对值。（单选）仪表的分辨力：仪表响应输入量微小变化的能力称为仪表的分辨力，常用分辨率或灵敏度来表示。（填空）3.模拟式显示仪表：以指针或记录笔的偏转角或位移量来显示被测变量连续变化的仪表，就其测量线路而言，又分为直接变换式和平衡式两种。（名词解释）4.数字式显示仪表：把与被测量（例如温度、流量、液位、压力等）成一定函数关系的连续变化的模拟量，变换为连续的数字量进行显示的仪表。其测量速度快、测量精度高、读数直观、工作可靠、具有自动