东北大学热工复习题合集Word格式.docx
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热电偶如何进行材料的选择?
铠装热电偶的优点；
标准化热电偶的特点，其中准确度最高、灵敏度最高、一般情况下无需进行冷端补偿、价格便宜的热电偶分别是什么？
为什么要对热电偶冷端进行处理，常用处理方法有哪些？
请画出带补偿导线的热电偶测温原理图，并指出补偿导线的作用和该电路使用时的注意事项；
会各种计算，见课堂和书上例题；
请画出热电偶测温的基本线路图，指出各组成部分的名称和作用，简述该电路使用时的注意事项；
请绘出热电偶的串、并联连接图，并给出各自的作用、计算公式、注意事项和特点；
详细阐述用热电偶进行测温时，应考虑哪些影响测量的误差因素，并给出解决办法；
热电偶如何进行正确的安装？
热电偶测温示值变低或变高的原因是什么，应采取什么调整措施？
热电偶测温的基本原理是什么?
热电效应
可否采用开路热电偶（即热电偶的热端开路），对液态金属和金属壁面进行温度测量，给出理论根据，并证明之？
可用开路热电偶测量液态金属和金属壁面的温度，基于中间导体定律，具体证明见课本P51-P52。
1）热电特性好
1.单值性好
2.灵敏度高
3.稳定性好
4.互换性好
2）测温范围宽
3）物理化学性能稳定，不易被氧化、腐蚀、沾污
4）良好的如高的电导率、小的比热容等物理特性
5）机械强度高，加工工艺简单，价格便宜
1.响应速度快
2.可挠性好
3.使用寿命长
4.机械强度高、耐压性能好
5.测量范围宽、测量对象广
6.性能稳定、规格齐全、价格便宜
7.可作为感温元件放入普通型热电偶保护套管内使用
特点：
具有统一的分度表，不用单支标定，可互换，有与之配套的二次仪表使用，性能稳定；
分别是：
铂铑10-铂热电偶（S）,镍铬-康铜热电偶（E），铂铑30-铂铑6热电偶（B）,铁-康铜热电偶（K）
为使热电偶的热电势与被测温度间成单值函数关系和保证测量温度准确，需进行冷端处理；
常用方法有：
补偿导线法、计算修正法、冷端恒温法、模拟补偿法、数字补偿法
请画出带补偿导线的热电偶测温原理图，并指出补偿导线的作用和该电路使用时的注意事项
带补偿导线的热电偶测温原理图（P62）：
补偿导线的作用和该电路使用时的注意事项：
1）将热电偶的参考端延伸到远离热源或环境温度较稳定的地方，减小测量误差
2）降低成本
3）改善热电偶测量线路的力学性能与物理性能
P62例2-2P63例2-3
热电偶测温的基本线路图（P66）及各部分名称作用：
热电偶：
产生热电势
补偿导线：
延伸参考端
恒温器：
恒定冷端温度
铜导线：
传递电气量
显示仪表：
反映热端温度值
注意事项:
连接热电偶冷端和补偿导线接点的两个端点温度需保持一致
连接方式
正向串联
反向串联
并联
连接图
P67
P68
作用
提高测温元件的灵敏度
测量温差
测量温度场的平均温度
计算公式
-
=
E=
特点
n支同型号热电偶异名级串联
2支同型号热电偶同名级串联
n支同型号热电偶正级、负极分别连在一起串联
注意事项
一只热电偶烧断时不能正常工作
------
某只热电偶短路时不能正常工作
误差因素
采取措施
分度误差
见P68-P69
冷端引进的误差
补偿导线引进的误差
热交换所引起的误差
测量系统绝缘电阻下降所引起的误差
热电偶不均质引起的误差
其他误差
考虑因素：
1.安装方向
2.安装位置
3.插入深度
4.细管道内流体温度的测量
5.含大量粉尘气体的温度测量
6.负压管道内流体的温度测量
7.接线盒的安装
8.被测对象较小时，考虑不能改变原来的热传导及对流条件
热电偶测温示值变低或变高的原因，采取调整措施：
主要是由于冷端温度的变化引起，可采取冷端的温度补偿
5.常用热电阻有哪些，各有何特点？
何谓三线制，其优点有哪些？
详细比较热电偶和热电阻各方面的异同点。
常用热电阻：
铂电阻，铜电阻，镍电阻，铁电阻和铑铁合金。
铂，铜最为常用；
铂电阻测温准确性最高，测温范围相对较大，其特性（温度－电阻）呈一定的非线性。
铜电阻测温范围相对较小，其特性呈线性
在热电阻感温元件一端接俩引线，一端接一引线的引线形式。
可较好消除引线电阻的影响，且引线随温度变化引起的阻值变化可被抵消，用途较广。
相同点：
都是接触式测温
不同点：
信号：
热电阻是利用温度改变使电阻产生阻值变化，热电偶是利用温度改变而产生感应电压改变来测温
测温范围：
热电阻测温范围为中低温（—200～850C），热电偶测温范围广（4k～2800C）
材料：
热阻是具有温度敏感变化的金属材料，热偶是双金属材料，由于温度变化而俩金属丝两端产生电势
性价比：
综合造价热电偶温度计相比热电阻温度计较高
6.简述辐射测温的三种基本方法、特点、使用注意事项及典型仪表；
辐射温度计测得的温度不是被测对象的真实温度，为什么？
三种辐射高温计测得的分别是何种温度？
如何利用它们得到真温？
欲获真实温度应采取什么办法？
对各种辐射温度计，应分别选择什么探测器，为什么？
简述辐射测温的三种基本方法、特点、使用注意事项及典型仪表；
基本方法
测量的温度
典型仪表
亮度温度计
基于物体在不同温度下辐射的单色辐射亮度与温度的函数关系
亮度温度的概念
亮度温度
光电高温计
比色温度计
测量物体在两个不同的指定波长下的光谱辐射亮度之比
两个波段的选择
比色温度
单通道单光路比色温度计
全辐射温度计
基于物体在整个波长范围内的辐射出度与温度之间的关系
光阑补偿
辐射温度
透镜聚焦式温度计
注：
具体内容见P123
不是真实温度，因为是用黑体刻度的温度来测量实际物体的真实温度；
如何利用辐射温度计测得的温度得到真温？
用被测对象的光谱发射率进行修正。
辐射温度计种类
探测器
原因
硅光电池或PbS热敏电阻
要求单波段的探测率好
热电堆
全波段的探测率均匀且较高
7.画出灯丝隐灭式光学高温计的工作原理示意图，分析工作原理，绘出其控制方框图；
结合结构图，说明各部分名称和作用；
绘图说明灯丝与背景亮度比较的3种情况并说明调节过程；
光电高温计的工作原理是什么，相对光学高温计具有哪些优点；
亮度温度计使用时应注意什么？
画出灯丝隐灭式光学高温计的工作原理示意图，分析工作原理，绘出其控制方框图；
光学高温计的工作原理示意图:
工作原理：
合上开关K时，标准灯的灯丝有电池E供电。
灯丝的亮度取决于通过电流的大小，调节滑动变阻器R可改变通过灯丝的电流，从而改变灯丝的亮度。
毫伏计用来测量灯丝两端的电压，其随着通过灯丝的电流变化而变化，间接地反映出灯丝亮度的变化。
被测对象发出的辐射能经物镜清晰地成像在灯丝平面上，形成背景。
观察者目视比较背景亮度Lmλ（等于被测物体亮度）和灯丝的亮度Lfλ,通过对比两者的相对大小，调节滑动变阻器R使得灯丝顶端的轮廓消隐在被测对象所形成的背景中，此时灯丝的亮度Lfλ就等于被测物体亮度Lmλ。
通过仪表的分度，确定灯丝在特定波长上的亮度、电流与温度之间的关系。
这样，实际测温达到亮度平衡时，毫伏计的读数即反映出被测对象的亮度温度值，再用光谱发射率进行修正，即可得到被测对象的真实温度。
控制框图：
灯丝隐灭式光学高温计的结构图：
物镜和目镜：
背景亮度成像与清晰观测
红色滤光片：
造成单色红光
光学高温计灯泡：
高温计亮度比较的标准
吸收玻璃：
减弱亮度温度，扩展量程
信号处理系统：
提供电源，实现亮度平衡，显示温度
亮度比较
Lfλ＜Lmλ
Lfλ＞Lmλ
Lfλ=Lmλ
现象
灯丝太暗
灯丝过亮
灯丝消隐调小可变电阻
调节
调小可变电阻R
增大可变电阻R
保持可变电阻R不变
光电高温计的工作原理与光学高温计完全一样，但用光电元件替代人眼作为敏感元件。
相较而言，所具有的优点：
1.光谱发射率变化产生的误差小：
3.使用波长范围宽
4.响应速度快
5.受水蒸气影响小
6.准确度高
7.测温范围宽
8.易于形成温度的闭环控制
1.工作波段的选择
2.非黑体辐射的影响
3.光电器件的分散性
4.中间介质的影响
5.周围环境的影响
6.被测对象的特性
8.比色温度计的特点和使用注意事项；
亮度温度计和比色温度计的波长选择应遵循什么原则，为什么？
全辐射高温计使用注意事项有哪些，如何采取措施提高测量准确度。
比色温度计的特点和使用注意事项；
通过测量被测物体在两个不同指定波长的光谱辐射亮度之比来实现温度测量，因此
1.测量准确度高
2.发射率的变化对对仪表显示值的影响小
3.可在较恶劣的情况下工作
4.测温响应快，可测量小目标的温度
注意事项：
除了非黑体辐射的影响、光电器件的分散性、中间介质的影响之外：
1.工作波段λ1λ2的选择
2.元件的稳定性及非对称性引起的误差
工作波段应选在峰值波长附近，还应避开大气及水蒸气的明显吸收波段；
来提高探测元件的接受热辐射强度，进而提高系统的灵敏度；
减少中间介质的吸收误差
全辐射高温计使用注意事项：
1.环境温度的影响
2.距离系数
3.光谱发射率变化的影响
4.环境介质的影响
采取措施提高测量准确度：
热电偶冷端自动补偿及补偿光阑，选择合理的距离系数
9.辐射测温仪表由于黑度的变化会产生测温误差，请设计两种方案减小之；
请详细阐述红外辐射测温技术的主要误差源及其具体解决方案。
辐射测温仪表由于黑度的变化会产生测温误差，请设计两种方案减小之；
减小测温误差方案：
逼近黑体法
多波长辐射测温
发射率修正法
红外辐射测温技术的主要误差源：
1.被测物体发射率变化产生的误差
2.光路的沿程干扰
1）吸收介质
2）非吸收介质的吸收和散射
3）外来光的干扰
解决方案：
对于发射率变化，见上述减小黑度的变化会产生测温误差；
对于光路的沿程干扰：
1）选择亮度或比色温度计，并优选波长，避开吸收峰
2）采取吹扫等措施，清除杂质
3）合理设置屏蔽装置
10.压力检测的方法有哪些，其主要原理和典型仪表是什么？
压力检测的方法
主要原理
弹性式压力计
弹簧元件受力变形，将被测压力转换弹性元件的位移来实现测量
单圈弹簧管压力计，电接点弹簧管压力计
电气式压力计
利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等
压电式压力计电阻式压力计
负荷式压力计
基于流体静力学平衡原理和帕斯卡定律进行压力测量
活塞式压力计，浮球式压力计
液柱式压力计
根据静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现测量
U形管压力计单管压力计
11.常用弹性元件有哪些，单圈弹簧管压力计的工作原理是什么？
提高灵敏度的措施有哪些？
常见弹性元件：
单圈弹簧管、多圈弹簧管、平面膜、波纹膜、挠性膜、波纹管；
单圈弹簧管工作原理：
当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时，椭圆截面在被测压力p的作用下将趋于圆形，弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移。
中心角相对变化量与被测压力的关系如下：
∆θ/θ=（1-μ^2）/ER^2/bh（1-b^2/a2）∝/（β+k^2）p
提高灵敏度的措施:
A.弹簧管的集合尺寸
（1）增大弹簧管的中心角θ，即将单圈弹簧管做成多圈弹簧管
（2）减小弹簧管的短半轴b,即将弹簧管做得更扁。
B.弹簧管的管壁厚度：
管壁厚变形小，管壁薄变形大。
当小轴比时，壁厚h所引起的灵敏度下降比在大轴时要快。
C．外圆弧半径：
当外圆弧半径R增加时，弹簧灵敏度也随之提高。
D．弹簧管的刚度：
弹簧管刚度大的材料在受到相同压力作用时变形量小，反之刚度小弹性变形大。
12.压电式压力计的原理是什么，电荷与压力的关系如何，适合于测量何种压力，为什么？
压电式压力计的原理:
介质的压电效应；
电荷与压力的关系：
沿x轴方向：
Qx=kxFx=kxAp
沿y轴方向：
Qy=kyl/yFy
其中：
kx、ky:
x,y方向的压电系数
l:
晶体切片的长度h晶体切片的厚度
电荷的大小与极性不仅与压力的大小有关，还取决于力的种类和作用方向；
适合于测量脉冲压力：
由于压电晶体产生的电荷量很微小，即使在绝缘非常好的情况下，电荷也会在极短的时间内消失，所以此种压力计一般只适用于测量脉冲压力
13.比较应变片式压力计和压阻式压力计在各方面的相同点和不同点。
应变片式压力计利用电阻应变原理构成，电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变，当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计；
其优点为：
结构简单，使用方便，工艺成熟，价格便宜，性能稳定可靠，测量速度快，适合静态和动态测量；
其缺点为：
应变片易受温度影响，测量时需要加以补偿修正；
压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成，采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。
当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。
精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；
压阻式压力计易产生温漂，测量时要求压力不超过150℃，另外还需要进行温度补偿和非线性补偿；
14.何种压力计既可作为检验、标定压力表和压力传感器的标准仪器，又是一种标准压力发生器，举一例说明其工作原理和结构，并分析造成测量误差的各种影响因素。
负荷式压力计（P187）
举例：
活塞式压力计（P187）
原理和结构：
活塞式压力计时根据流体静力学平衡原理和帕斯卡定律，利用压力作用在活塞上的力与砝码的重力相平衡的原理设计而成；
其结构主要是由压力发生部分和测量部分组成；
误差分析：
1、重力加速的影响：
重力加速度与所在地的海拔、纬度有关，可用式3-41计算；
2、空气浮力的影响：
若考虑空气对砝码产生浮力的影响，可用式3-42引入修正因子修正；
3、温度变化的影响：
当温度不是20℃时，可用式3-43引入温度修正因子修正；
15.差动式电容传感器的优点是什么，提高霍尔压力变送器的方法有哪些？
优点：
比单极板电容压力变送器相比，非线性得到很大改善，灵敏度提高近一倍，并减少了由于介电常数受温度影响引起的不稳定性；
提高灵敏度方法：
1、提高控制电流I和磁感应强度B，但二者提高应有一个限度，通常电流控制为3~20mA,磁感应强度为几千高斯；
2、选择霍尔常数大的材料；
3、在保证机械强度的前提下，尽量将霍尔元件加工的比较薄；
16.测压仪表在选择和安装时应注意什么？
例3-1类的题。
仪表的选择：
选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境、及生产过程对仪表的要求（如信号是否需要远传、控制、记录或报警等），再结合各类压力仪表的特点，本着节约的原则合理地考虑仪表的类型、量程、准确度等；
仪表的安装：
应具体根据被测介质、管路和环境条件，选取适当的取压口，并正确安装引压管路和测量仪表；
例题3-1（P201）
17.分析速度法和容积法测量流量的异同点；
各测量仪表分别适用何种测量对象，为什么？
比较：
容积法是指用一个具有标准容积的容器连续不断地对被测流体进行度量，并以单位（或一段）时间内度量的标准容积数来计算流量的方法。
这种测量方法受流动状态影响较小，因而适用于侧量高粘度、低雷诺数的流体。
但不宜测量高温高压以及脏污介质的流量，其流量侧量上限较小。
典型仪表有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。
优点:
（1）计量精度高;
（2）安装管道条件对计量精度没有影响;
（3）可用于高粘度液体的测量;
（4）范围度宽;
（5）直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。
缺点:
（1）结果复杂,体积庞大;
（2）被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;
（3）不适用于高、低温场合;
（4）大部分仪表只适用于洁净单相流体;
（5）产生噪声及振动。
应用概况:
容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质（油品、天然气等）的总量测量。
速度法是指根据管道截面上的平均流速或与流速有关的各种物理量来计算流量的方法。
由于这种方法是利用平均流速来计算流量的，所以受管路条件的影响很大，如雷诺数、涡流及截面速度分布不对称等都会给测量带来误差。
但是这种测量方法有较宽的使用条件，可用于高温、高压流体的测量。
有的仪器还可适用于测量脏污介质的流量。
目前，采用速度法进行流量测量的仪表在工业上应用较广。
（1）高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;
（2）重复性好;
（3）无零点扰能力好;
（5）结构紧凑。
（1）不能长期保持校准特性;
（2）流体物性对流量特性有较大影响
18.标准节流装置定义和组成；
标准节流元件有哪些，各有何特点，分别采用何种取压方式；
其工作原理是什么？
绘图说明流体流经孔板时的压力和流速变化情况，推导标准节流装置测量不可压缩流体的流量公式，并解释流束收缩系数、取压系数、流出系数和压力损失；
适用于标准节流装置的流体和管道条件是什么，为何有此规定？
答：
定义：
节流装置按其标准化程度，可分为标准型和非标准型两大类。
所谓标准型是指按照标准文件进行节流装置设计、制造、安装和使用，无需实流校准和单独标定即可确定输出信号（差压）与流量的关系，并估算其测量不确定度。
标准文件主要指节流装置国际标准ISO5167：
2003和国家标准GB/T2624-2006《用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体流量》。
标准节流装置由于具有结构简单并己标准化、使用寿命长和适应性广等优点，因而在流量侧量仪表中占据重要地位。
非标准型节流装置是指成熟程度较低、尚未标准化的节流装置。
组成：
标准节流装置是使管道中流动的流体产生压力差的装置，由标准节流（元）件、带有取压口的取压装置、节流件上游第一个阻力件和第二个阻力件，下游第一个阻力件以及他们之间符合要求的直管段组成。
标准元件：
标准孔板（角接取压、D和D/2取压、法兰取压）、标准喷嘴（ISA1932喷嘴角接取压、长径喷嘴D和D/2取压）、文丘里管
测量原理：
在充满流体的管道内固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件，则管内流束在通过该节流件时就会造成局部收缩，在收缩处，流速增加，静压力降低，因此，在节流件前后将会产生与流量成一定函数关系的静压力差，这种现象即为节流效应。
标准节流装置是基于节流效应工作的，即在标准节流装置、管道安装条件、流体参数一定的情况下，节流件前后的静压力差Δp（简称差压）与流量qv之间具有确定的函数关系。
因此，可以通过测量节流件前后的差压来测量流量。
绘图说明流体流经孔板时的压力和流速变化情况:
公式推导：
在226页，太长自己找
流束收缩系数：
它表示流束的最小收缩面积和节流件开孔面积之比
取压系数:
为了用固定的取压点的静压力代替实际压力而引入的一个取压修正系数
流出系数:
标准节流装置的流出系数c是通过实验测得流量与相对应的压差◁p，然后用相关公式计算得到
压力损失:
流体流经节流件时，由于涡流，撞击及摩擦等原因而造成的压力损失
管道条件：
（1）安装节流件用的管道应该是直的，并且是圆形管道。
（2）管道内壁可以是光滑，也可以是粗糙的，但一定要需要洁净，不应混有杂质。
（3）节流件前后要有足够长的直管道长度。
但是，在工业管道上常常会有拐弯、分叉、汇合、闸门等局部阻力件出现，原来平稳的流束流过这些阻力件时会受到严重的扰乱，而后流经相当长的管段才会恢复平稳。
因此，要根据局部阻力的不同情况，在节流件前后设置不同长度的直管段。
流体条件：
（1）只适用于圆管中单相均质的牛顿流体，对于具有高分散度的胶体溶液，如牛奶也近似处理为单相流体。
（2）流体必须充满圆形管道，且其密度和粘度已知。
（3）不适用于脉动流的测量。
流量应该恒定或只随时间作微小和缓慢的变化。
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