热能和动力工程测试技术复习重点.docx

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热能和动力工程测试技术复习重点

第一至三章

一、名词解释

测量:

是人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。

它用特定的工具和方法，通过试验将被测量与单位同类量相比较，在比较中确定出两者比值。

稳态参数：

数值不随时间而改变或变化很小的被测量。

瞬变参数：

随时间不断改变数值的被测量（非稳态或称动态参数）,如非稳定工况或过渡工况时内燃机的转速、功率等。

模拟测量：

在测量过程中首先将被测物理量转换成模拟信号，以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量的结果（不表现为“可数”的形式）。

数字测量：

测量可直接用数字形式表示。

通过模／数（A／D）转换将模拟形式的信号转换成数字形式。

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。

准确度很高，保存和使用要求较高。

实用仪器：

是供实际测量使用的仪器，它又可分为试验室用仪器和工程用仪器。

恒定度:

仪器多次重复测量时，其指示值稳定的程序，称为恒定度。

通常以读数的变差来表示.

灵敏度:

它以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例S来表示。

灵敏度阻滞:

灵敏度阻滞又称为感量,感量是足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值。

一般仪器的灵敏度阻滞应不大于仪器允许误差的一半。

指示滞后时间:

从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，又称时滞。

测量值与真值之差称为误差。

因子：

在试验中欲考察的因素称为因子。

因子又可分为没有交互作用和有交互作用的因子，前者是指在试验中相互没有影响的因子，而后者则在试验中互相有制抑作用。

水平：

每个因子在考察范围内分成若干个等级，将等级称为水平

二、填空题

常用的测量方法有直接测量、间接测量、组合测量。

测试中，被测量按照其是否随时间变化可以分类稳态参数和瞬变参数。

有时被测参数的量或它的变化，不表现为“可数”的形式，这时就不能用普通的测量方法，相应的就出现了模拟测量和数字测量。

按工作原理，任何测量仪器都包括感受件，中间件和效用件三个部分。

测量仪器按用途可分：

范型仪器和实用仪器

测量仪器的性能指标决定了所得测量结果的可靠程度，其中主要有：

准确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间等

在选用时，仪器的读数的变差不应超过仪器的允许误差。

一般常采用试验方法来标定测量仪器的动态特性。

仪器标定的内容及方法

前面已从理论上讲述了测量仪器的动态特性，但实际上由于测量仪器本身的各种因素影响，难以用理论分析方法正确地确定其动态特性。

一般常采用试验方法来标定测量仪器的动态特性。

其主要内容，一般为仪器的时间常数、无阻尼时仪器的固有频率、阻尼比等。

判断该测量仪器是一阶还是二阶仪器。

其主要方法，一般有频率响应法、阶跃响应法、随机信号法。

对一阶仪器，主要确定的动态特性参数为时间常数τ。

二阶测量系统，标定目的主要是确定动态特性参数：

仪器的无阻尼固有频率ω0和阻尼比ζ。

按照产生误差因素的出现规律以及它们对于测量结果的影响程序来区分，可将测量误差分为三类。

系统误差:

随机（偶然）误差:

过失误差:

具体的测量过程中，系统误差按其产生的原因可分为；

仪器误差安装误差环境误差方法误差操作误差动态误差

但往往也常采用如下方法来消除系统误差1.交换抵消法2.替代消除法3.预检法

正交表分为标准表和混合型正交表

三、简答题

模拟测量：

直观性强、简便、价格低；主要缺点是测量精度低指示器读数误差大。

但模拟信号含有“仿真”的意思，分辨能力无限。

数字测量：

测量精度高，操作方便，后处理方便，但对硬件要求高，分辨力有限。

宜，并根据对被测量绝对误差的要求选择测量仪器的精度等级。

零阶仪器的特点：

不管x随时间如何变化，仪器输出不受干扰也没有时间滞后，因此零阶仪器（或传感器）可以认为有完全理想的特性。

时间常数τ是由热电偶的几何参数和热特性确定，它的大小直接影响到滞后时间，τ越小表示热惯性小，达到稳态值的时间越短；反之，时间就越长。

为进行可靠的动态测量，应使测量系统的时间常数尽可能小。

为了提高响应速度而又不产生波动，二阶仪器常采用＝0.6～0.8为最佳。

这时幅频特性的平直段最宽。

而且在一定条件下，提高系统的固有频率，响应速度会变得更快。

第四章

一、名词解释

◆压电晶体：

具有压电效应的晶体称为压电晶体

◆中间温度定律:

用两种不同的金属组成闭合电路，如果两端温度不同，则会产生热电动势。

其大小取决于两种金属的性质和两端的温度，与金属导线尺寸、导线途中的温度及测量热电动势在电路中所取位置无关。

◆均质材料定律 :

如用同一种金属组成闭合电路则不管截面是否变化，也不管在电路内存在什么样的温度梯度，电路中都不会产生热电动势。

◆中间导体定律 :

在热电偶插入第三种金属，只要插入金属的两端温度相同，不会使热电偶的热电动势发生变化。

◆标准电极定律:

在热电偶插入第三种金属，插入金属的两端温度不同，发生附加热电动势后的总热电动势，等于各接点之间所产生热电动势的代数和。

◆外光电效应:

在光线作用下能使电子逸出物质表面的称为外光电效应，属于外光电效应的转换元件有光电管、光电倍增管等。

◆内光电效应:

在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应。

属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。

◆用单位辐射通量不同波长的光分别照射光电管，在光电管上产生大小不同的光电流。

这里，光电流I与光波波长λ的关系曲线称为光谱特性曲线，又称频谱特性。

◆霍尔效应:

金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

◆霍尔元件:

基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。

◆传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。

◆金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应

二、填空题

◆结构型:

依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.

◆能量转换型:

直接由被测对象输入能量使其工作.

◆能量控制型:

从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.

◆常用传感器根据其作用原理的不同，可以分为两大类。

能量型”“参数型” 

◆传感器的特性主要包括以下两种。

静态特性.表征传感器静态特性的主要参数有：

线性度、灵敏度、分辨力等。

◆动态特性.测定动态特性最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种。

◆由于半导体应变片的温度稳定性差，使用时必须采取温度补偿措施，以消除由温度引起的零漂或虚假信号。

在实际工作中，温度补偿的方法有桥路补偿和应变片自补偿两类。

◆常用可变磁阻式传感器的典型结构有:

可变导磁面积型、差动型、单螺管线圈型、双螺管线圈差动型。

◆

◆按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。

◆磁电感应式传感器只适用于动态测量。

◆磁阻式传感器：

又称为变磁通式传感器或变气隙式传感器，常用来测量旋转物体的角速度。

可分为开路变磁通式传感器和闭合磁路变磁通式传感器。

◆热电偶在测量温度时，将测量端插入被测对象的内部，主要用于测量容器或管道内气体、蒸汽、液体等介质的温度。

◆由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：

外光电效应、内光电效应以及阻挡层光电效应。

◆光电转换元件的种类很多，常用的元件有光电管，光敏电阻，光电池等。

光电管的特性主要取决于光电极的材料，其基本的特性是光谱特性，光电特性和伏安特性。

◆光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式非电量电测系统一般由传感器、测量电路、记录和显示或处理装三部分组成。

◆传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。

按被测物理量分类:

位移,力,温度等按工作的物理基础分类:

机械式,电气式,光学式,流体式等.按信号变换特征:

物性型,结构型.按敏感元件与被测对象之间的能量关系:

能量转换型和能量控制型

◆物性型:

依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.

三、简答题

◆冷端恒温法

Ø将冷端放入装有冰水混合物的保温容器中，使容器保持0℃不变，这种方法比较精确；

Ø也可以将冷端放入盛油的容器内，利用油的热惰性保持冷端接近于室温；

Ø或者将容器做成带有水套的结构，让流经水套的冷却水来保持容器温度的稳定。

电感式传感器的工作原理是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。

第五章

一、名词解释

1、温度：

是表示物体冷热程度的物理量，从分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动平均动能大小的一个量度标志。

2、温标：

用来量度温度高低的尺度称为温度标尺，简称温标。

3、零点漂移：

玻璃的热胀冷缩也会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度计时，应定期校验零点位置。

二、填空题

◆应用较多的有摄氏温标、热力学温标、国际实用温标和华氏温标。

◆按照测头是否必须与被测介质接触，温度计可以分为接触式和非接触式。

◆在一些特殊要求的测量中，如低温测量，一般将温度计分为以下两类：

即主温度计和次温度计。

◆接触式温度计可以分为三类：

膨胀式温度计，热电阻温度计，热电偶温度计。

◆膨胀式温度计是利用物质的体积随温度升高而膨胀的特性制作而成。

主要有玻璃管液体温度计，压力式温度计，双金属温度计。

◆气体温度计可分为定容气体温度计、定压气体温度计和测温泡定温气体温度计。

◆根据密闭系统内所充工作物质的不同，压力式温度计可分为三种：

充气体的压力式温度计，充蒸气的压力式温度计，充液体的压力式温度计。

◆根据感温双金属片结构形状的不同，有螺旋形双金属温度计和盘形双金属温度计两种。

◆一般标定点不少于三点，即刻度标尺的起点、中点和终点。

◆非接触式温度计分为：

单色辐射式光学高温计，全辐射高温计，比色高温计，红外测温仪等。

◆单色辐射式光学高温计利用亮度比较取代辐射强度比较进行测温的。

又分为灯丝隐灭式光学高温计和光电高温计两类。

◆气体温度计可分为定容气体温度计、定压气体温度计和测温泡定温气体温度计。

三、简答题

◆双金属温度计是用线胀系数不同的两种金属构成的金属片作为感温元件，当温度变化时，两种金属的膨胀不同，双金属片就产生与被测温度大小成比例的变形，这种变形通过相应的传动机构由指针指示出温度数值。

◆电阻式温度计利用导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性所制成的测温仪表。

电阻温度计的电阻和温度之间的关系。

包括铂电阻温度计，热敏电阻温度计。

◆热电偶是利用“热电效应”制成的一种测温元件。

四、论述题

◆图5-30为全辐射高温计原理图。

被测物体波长且λ＝0～∞的全辐射能量由物镜1聚焦后经光阑2投射到热接受器（热电堆）4上。

按测温起始点不同，热电堆分别由16对或8对直径为0.05～0.07mm的镍铬一考铜热电偶串联而成，每一对热电偶的热端焊在靶心镍箔上，冷端由考铜箔串联起来，以获得较大的热电势，其输出热电势由显示仪表或记录仪表读出。

◆图（5-35）为红外测温仪的工作原理图,它和光电高温计的工作原理相似，为光学反馈式结构。

被测物体S和参考源R的红外辐射经调制盘T调制后输至红外探测器D。

调制盘T由同步电动机M带动，探测器D的输出电信号经放大器A和相敏整流器K后送至控制放大器C，控制参考源的辐射强度。

当参考源和被测物体的辐射强度一致时，参考源的加热电流即代表被测温度。

第六章

一、名词解释

◆流体压力：

在热能与动力机械中所测量的压力，通常是指流体压力。

◆绝对压力：

以完全真空作为零标准的压力。

在用绝对压力表示低于大气压时，把该绝对压力叫真空度。

◆表压力：

以当地大气压作为零标准的压力。

通常，所谓压力就是指表压力。

◆压力：

流体对单位面积上的垂直作用力，即物理学中的“压强”

二、填空题

◆对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为总压力、静压力。

总压力与静压力之差称为动压力。

◆根据测量要求，按零标准的方法，压力可分为绝对压力、表压力和差压力。

◆我国法定计量单位规定的压力单位是帕斯卡（Pa）。

lPa＝lN／m2，大气压视地球上不同位置而异，其值约为105Pa。

◆在工程上，也常用工程大气压、标准大气压、毫米汞柱等单位表示压力。

◆测压仪表按作用原理的不同，可为液柱式、弹性式和电测式等几种。

◆流体压力：

对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为总压力、静压力。

总压力与静压力之差称为动压力。

◆压力种类：

可分为稳态压力（大气压力、机油压力、冷却水压力等）和瞬变压力（气缸内工质压力波、进排气压力波、高压油管中燃油压力等）两大类。

◆测压仪表：

包括液柱式测压仪表、弹性测压仪表、测压传感器 （又分为压阻式传感器、压电式传感器、电容式差压传感器） 。

◆弹性测压仪表包括弹簧管压力计，膜式压力计，波纹管式压差计。

◆弹性压力计的误差包括迟滞误差，温度误差，间隙和摩擦误差。

◆压力传感器一般均安装在气缸盖上

◆为提高上止点相位精度，可对其进行热力学修正。

◆选用弹性压力计的量程时，被测最大压力值应不超过满量程的3/4。

对液柱压力计的量程，则应考虑当压力突然变动时，不要使水银或水溢出玻璃管外。

◆作为一般的监督或检查用仪表，通常采用2.5级仪表，但作为标定用的标准压力表，则要求精度在0.5级以上。

◆为了保证测量的精度，测压仪表在使用前必须经过标定，对于长期使用的仪表也要定期标定。

标定有静态标定和动态标定两种。

◆激波管高压段的高压气一般采用氮气或空气，整个激波管必须牢牢固定，以避免振动及加速度对被标定传感器输出的影响。

三、简答题

◆.液柱式测压仪表工作原理：

利用工作液的液柱所产生的压力与被测压力平衡，根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。

其工作液又称封液，常用的有水、酒精和水银。

◆毛细管现象的影响

封液在管内由于毛细管现象引起表面形成弯月面，使液柱产生附加的升高或降低。

因此，要求液柱管的内径不能太细，当封液为酒精时，管子内径d≥3mm；封液为水或水银时，管子内径d≥8mm。

◆弹性测压仪表

弹性测压仪表以各种形式的弹性元件（如弹簧管、金属膜和波纹管）受压后产生的弹性变形作为测量的基础。

由于变形的大小是被测压力的函数，故设法将变形的位移传递到仪表的指针或记录器上后，即可直接读出压力的数值。

四、论述题

◆动态标定有两种方法，

一种是将传感器输入标准频率及标准幅值的压力信号与它的输出信号进行比较，这种方法称为对比法，例如将测压管装在标定风洞上的标定。

另一种方法是通过激波管产生一个阶跃的压力并施于被标定的传感器上，根据其输出曲线求得它们的频率响应特性。

这种激波管动态标定是一种最为基本的动态标定方法。

第十章

一、名词解释

◆烟度就是指烟气浓度。

二、填空题

◆烟度测量分类：

①透光度法：

利用烟气对光的吸收作用，即通过测量光从烟气中的透过度来确定烟度的，仪器主要有哈特里奇烟度计。

②滤纸法：

先用滤纸收集一定量的烟气，再通过比较滤纸表面对光的反射率的变化来测量烟度，也称反射法，仪器主要有波许烟度计，冯布兰式烟度计。

◆测量氧含量的主要方法有磁性氧量分析，氧化锆氧量分析。

三、简答题

◆氧化锆固体电解质导电机理

电解质溶液依靠离子导电。

某些固体也具有离子导电的性质。

氧化锆是一种固体电解质。

纯氧化锆基本上不导电，但参杂了一些氧化钙、氧化钇等稀土元素后，具有高温导电性

◆氧化锆氧量分析仪是利用氧化锆浓差电池所形成的氧浓差电动势与O2含量之间的量值关系进行氧含量测量的。

◆利用氧化锆探头测含氧量氧化锆的注意事项：

必须采取恒温和温度补偿措施。

而且要有合适的工作温度，一般为800℃，还要求两侧气压相等，两侧气流应有一定流速。

◆内燃机排烟的产生与成分：

Ø①黑烟：

主要是不完全燃烧生成的碳烟颗粒，还含有硫酸雾、多环芳香烃等液体成分和各种金属及盐类微粒；

Ø②白烟：

是高沸点的未燃烃和水蒸汽混合而成的液态颗粒，它的直径一般在1.0微米左右，主要是在冷起动时产生，温度低于250℃

Ø③兰烟：

主要是未燃烧的烃，有燃油和润滑油，以及燃烧中间产物，蓝烟主要是在暖机时产生，温度在250~650℃，当发动机温度提高后，蓝烟就会消失。

四、论述题

◆高温下，氧化锆，铂和气体三种物质交界处的氧分子有一部分从铂电极获得电子形成氧离子O-2。

由于两侧气体氧含量不同，形成的氧离子浓度也不同，氧离子就从高浓度侧向低浓度侧扩散，一部分氧离子跑到负极，释放2个电子变成氧气析出。

这时，空气侧的电极出现正电荷，待测气体侧的电极出现负电荷，这些电荷形成的电场阻碍氧离子的进一步扩散。

最终扩散作用与电场作用达到平衡，两个电极间出现电位差E，这就是氧浓差电势。

◆测量原理：

排气的透光度反映了排气的烟度。

用光电池接受光源透过排气射来的光产生的光电流。

烟度越大，光电流越小。

◆

◆

◆测量原理:

在一定的取气口用定容抽气泵抽取排气，使一定容积的排气通过滤纸，滤纸被染黑的程度能够反映排气中的碳烟含量。

再用反射率检测计检测滤纸的反射率。

第十一章

一、名词解释

◆振动烈度:

振动速度的均方根值。

◆当量振动烈度:

为了评价内燃机整机的振动水平，标准一般规定要测量多个测点在x,y,z三个方向的振动。

二、填空题

◆振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。

对人体最有害的振动振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合（共振）的频率。

◆按振动产生的原因：

自由振动、受迫振动、自激振动

◆按振动位移的特征：

直线振动、扭转振动

◆按振动的规律：

简谐振动、非简谐振动、随机振动

◆描述振动特征的参量：

频率.振幅.相位.频谱.振型.周期

◆振动测量系统的组成:

通常由传感器、信号处理和放大、记录、显示和数据处理设备组成。

◆振动测量系统的分类：

机械测量、电测系统和光学测量系统。

◆分类：

机械测振仪.惯性测振仪.电动式测振仪

◆振动来源：

燃烧爆发力,曲柄连杆机构往复惯性力,侧倾扭矩,机械系统相互作用力。

◆振动分类

①内燃机整体的刚体振动:

上下振动、侧倾是单缸机主要振动形式。

②曲轴系的扭振是多缸机主要振动形式。

③曲轴的弯曲振动是多缸机主要振动形式。

④其他振动:

活塞敲击，敲缸，配气机构振动，气门脱跳—工作异常。

三、简答题

◆电动式测振仪原理

将振动量（位移、速度、加速度等）变化转换为电参量（电流、电压、电荷、电容、电阻、电感等）的变化，使输出的电参量与振动量的瞬时值之间保持一定的比例关系。

第十二章

一、名词解释

◆

◆声场：

声波传播的空间统称为声场。

◆自由声场：

允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间。

◆混响声场：

允许声波在任何方向作无吸收传播的空间。

◆声压:

声波波动引起传播介质压力变化的量值。

◆4、声压级:

表示声压的大小，用成倍比关系的绝对数量来表示声音的强弱。

◆声能:

声波的传播过程中质点受激产生振动，同时也产生压缩及膨胀的形变，因此介质中既有振动的动能又有形变的位能，这两部分相加就是声能。

◆声能密度:

单位体积的声能定义为声能密度，e

◆声功率:

单位时间内声源传播的总声能称为声功率，W

◆声能流密度：

单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能。

矢量，指向为声波传播方向声强

◆声能流密度在一个周期内的时间平均值。

◆频程:

在进行噪声测量时，需要测量噪声强度关于频率的分布，通常将声频范围划分为若干区段，这些区段称为频程（频带）。

◆频谱图:

以测量选用的频率或1倍频程、1/3倍频程的中心频率为横坐标，以响应的频谱能级或频程声压级为纵坐标，所绘制的图形即为噪声的频谱图响度级（phon）

◆响度级:

选取1000Hz的纯音为基准声，如果待测的声音听起来与某一基准声一样响，则该基准声的声压级dB值就是待侧声音的响度级。

◆噪声通过一种专门设计的频率修正电路后，某些频率成分将被衰减。

在噪声测量中，这种电路称为频率计权网络，用带有频率计权网络的仪器测得的噪声值为计权声级，统称噪声级。

◆统计声级:

在一定时间内，对不稳定噪声的各个测量值进行统计、分级评定的表示值。

◆等效声级:

基于能量等效原则，用能量相等的稳定声级评定某固定点连续变化的A声级传声器

二、填空题

◆噪声测量中通常利用声—电效应进行声压测定，感应声压变化并实现电信号转换的元件。

动圈式、压电式、电容式

◆常用计权网络:

A计权网络、B计权网络、C计权网络

三、简答题

◆动圈式传声器

使位于磁场中的线圈在声压作用下产生运动，从而形成感应电动势，完成声—电信号转换。

◆压电式传声器

利用压电晶体的压电效应制成，压电晶体受到声压作用后产生正压电效应，从而实现声—电转换

◆电容式传声器

在声压作用下，使得电容两极板之间距离发生变化，即电容发生变化，从而引起极板间电压的变化，实现声—电转换