热工测量.docx

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热工测量

热工测量

第一章

1--1

一，测量是人们对客观事物获得数量概念的一种过程，此过程中人们通过实验和对实验数据的分析计算，求得被测值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。

二，测量方法:

直接测量，间接测量，组合测量。

1--2

三，测量系统的组成及各部分的作用：

传感器：

又称敏感元件，因他是与被测对象直接发生联系的部分，故又称一次仪表。

变换器与变送器：

它是将传感器输出的信号变换成显示装置易于接受的部件。

显示装置：

它是与观测者直接发生联系的部分，又称显示仪表。

传输通道：

是仪表各环节间输入、输出的部分，它分为电线，光导纤维和管路等。

1--3

四，按测量误差出现的规律不同，测量误差可分为三类：

系统误差，随机误差，粗大误差。

五，测量精度可以分为准确度、精密度、精确度三方面内容，他们与误差的大小相对应。

1--4

六，选择与评价测量仪表，需要了解基本性能指标：

测量范围、精度、灵敏度及变差等。

七，变差：

在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测量反复测量时，产生的最大误差ΔL'm与仪表的量程Lm之比成为变差，用ε表示，即

ε=ΔL'm/Lm×100％

八，灵敏度与灵敏限：

在稳定情况下，仪表输出变化量ΔL与引起变化量的输入量的变化量ΔXb的比值，定义为灵敏度，用S表示，即

S=ΔL/ΔXb

9，仪表灵敏限是指能够引起仪表动作的被测量的最小变化量，故又称分辨率或仪表死区。

10，被测量安误差来源又可分为：

仪表误差（设备误差）、人为误差（操作误差）、环境误差、方法误差、装置误差、校验误差。

11，上课时抄写的计算题。

第二章

2--1

1，误差产生的原因：

a，测量方法不准确；b，测量工具或仪器引起的误差；c，测量条件引起的误差；d，测量人员水平和观察能力引起的误差。

2，剩余误差又称残差，是各次测量值与其算术平均值之差。

2--3

1，误差的分配方法：

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。

第三章

3--1

1，双金属片温度计的工作原理：

如图示，此温度计主要有惰性金属片和敏感性金属片组成，惰性金属片对温度不敏感，敏感性金属片对温度非常敏感，放入被测环境中，敏感性金属片膨胀伸长，与惰性金属片形成一定的夹角，此仪器便把这种夹角与温度对应为函数关系显示出来，由此便可以来读取被测环境的温度值。

2，温标是温度数值化的指标。

他规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。

3--2，

1热电偶产生的电势有两部分组成：

接触电势和温差电势。

2，热电偶产生电势的基本条件：

两热电极材料相异；两接触点温度相异。

3，接触电势：

又称帕尔贴电势，是在两种不同导体A,B接触时,由于材料不同，两者具有不同的电子密度，在接触面处产生自由电子扩散现象，两者由于得失电子而带有不同的电荷，从而在A与B的接触面上形成一个静电场，该静电场将阻碍扩散作用的继续进行，同时加速电子向相反的方向移动，在一定温度下达到动态平衡，此时A,B间的电位差称为接触电势。

4，热电偶的基本定律：

均质导体定律；中间导体定律；中间温度定律。

5，薄膜热电偶：

为了快速测量壁面温度，近年来研制出了薄膜热电偶，它是使用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，二者牢固的结合在一起，形成薄膜状热接点。

其镀膜可以薄到0.01~0.1µm，尺寸小，反应时间非常短。

6，热电偶冷端的温度补偿的原因及方法：

尤其原理可知，只有当冷端温度保持不变时，热点是才是被测温度的单一函数，但实际中，冷端是暴露在空气中的，容易受周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定，为此应采取冷端温度补偿。

其方法有：

冷端温度校正发；补偿导线法；仪表机械零点调整法；冰浴法；补偿电桥法（采用不平衡电桥产生的电势来补偿点偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化）。

7，补偿导线发应注意的问题：

为了热电偶的冷端保持恒定，可把热电偶加长，是冷端远离热端，并联同测量仪表一起放在恒温或温度波动较小的地方，这种方法耗资较大。

一般是用某种导线将热电偶冷端延伸，此导线称为补偿导线，是廉价金属制成的，在一定范围内（0~100℃），它具有和连接的热电偶相同的热电性能。

使用过程中正负极不能接反！

3--3

1，电阻温度计的传感器是热电阻，热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻两类。

2，热电偶测温的特点及要求：

热电偶测温精度高，测温范围广；电阻温度系数大，电阻率大，化学物理性能稳定，复现性好，电阻与温度的关系接近线性并且廉价易得；当热电阻材料的电阻率大时，热电阻的体积可做的小一些，热容量和热惯性就小，影响快。

3，半导体热敏电阻的优点和不足：

优点有电阻温度系数大，灵敏度高；电阻率大，因而体积小，电阻值就大，故连接导线的电阻变化的影响就可以忽略不计；结构简单；④热惯性小。

不足之处：

同一型号的热敏电阻温度特性分散性很大，互换性差，非线性严重，电阻特性不够稳定，测量不确定度大。

3--4

1，（论述题）接触测温的误差分析：

接触式测温仪表反映的是其传感器本身的温度，传感器能否通过传热达到两者具有相同的温度，将决定仪表是否能反映真实值。

接触式传感器产生误差主要有两个方面，一是传感器的传热误差，二是传感器的动态误差。

热交换所引起的误差有三部分组成，热平衡不充分造成的误差、动态测量造成的误差、热损失。

第四章

1--1

1，普通干球温度计的工作原理：

它有两支相同液体膨胀式温度计组成，其中一只温度计的感温球包有纱布，为湿温度计。

由于湿温度计部分水分蒸发带走了热量，使其温度降低，而温度降低的数量取决于湿球温度计所包纱布的水分蒸发强度，蒸发强度又取决于周围空气的气象条件。

周围空气的饱和差越大，蒸发强度越强，干湿球温度计的温差就越大。

干湿球温度计就是利用干球温度和湿球温度来测量空气相对湿度的。

又称阿斯曼温度计。

4--4

1，电容湿度传感器测量适度的原理：

通过化学方法在金属铝表面形成一层氧化膜，进而在膜上沉积一层金属，这种铝基体和金属便构成了一个电容器，氧化铝吸附水气之后会引起电抗的变化，此温度计就是基于这个原理制作的。

第五章

5--2

1，弹性元件常用的有弹簧管、波纹膜片、波纹膜盒、波纹管等。

2，膜盒式微压计常用于锅炉炉膛负压及尾部的烟道压力测量等。

3，半导体材料在受压时电阻率发生变化这一特性称为压阻效应。

5--4

1，压力表的选择：

压力表的选择应根据被测压力的的种类，被测介质的物理化学性质以及生产过程所提的技术要求，同时应本着满足测量准确度、又经济的原则，合理的选择压力表的型号、量程和精度等级。

2,（论述题）压力表的安装必须满足以下要求：

取压管口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐，不应有突出物和毛刺。

测点要选择在前后有足够长的直管段的地方，以保证仪表所测的是介质静压力。

防止传感器与高温或有害的被测介质直接接触。

取压口的位置要选择合适。

对于测量气体的介质，应位于管道的上部；测量蒸汽时，应为与管道两侧；测量液体时，因为与管道下部。

④取压口与压力表之间应安装隔离阀，以备检修压力表用。

⑤对于水平敷设的压力信号导管应有30%的坡度，以便排除导管内的积水。

3，（论述题）弹性压力计的误差及改善途径。

上课时老师补充的部分。

第六章

6--1

1，质量流量：

单位时间内通过的流体质量用M表示单位㎏/h

重量流量：

单位时间内通过流体的重量用ω表示单位N/h

体积流量：

单位时间内通过流体的体积用Q表示单位m³/h

2，工业上常用的流量计按其测量原理可分为压式流量计、速度式流量计、容积式流量计、其他类型的流量计。

4，压式流量计主要与三部分组：

成节流装置（包括节流件和取压装置，其功能是将流量信号转换为差压信号）、导压管（其功能是将节流装置前后的压力信号送至显示器）、显示仪表（显示压差信号或直接显示被测流量）。

5，标准节流件的形式有多种，目前我国使用较多的标准节流件有标准孔板，标准喷嘴等。

6，标准取压装置：

取压装置与取压方式有关，取压方式有多种，我国规定的标准节流取压装置取压方式为：

标准孔板----角接取压、法兰取压；标准喷嘴-----角接取压。

7，标准节流装置使用的流体条件和管道条件：

⑴流体条件:

流体充满圆管并连续的流动；管内流体流动稳定，流量不随时间变化或变化缓慢；流体必须是牛顿流体，且流体经节流时不发生相变；④流体在受到节流影响前，已经充分发展到紊流，流线与管道轴线平行，不得有旋转流。

⑵管道条件：

安装节流件用的管道必须是直的圆形管道，管道直度可以目测，管道圆度要按“流量测量装置国家标准”的规定进行检验。

管道内壁应洁净。

节流件前后要有足够的直管段长度。

6--2

1，转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管、支撑连接部分组成。

2，转子流量计的原理是利用节流效应来进行设计和测量的。

6--3

1，电磁流量计是一种测量导电性流体流量的仪表。

2，电磁流量计的工作原理：

根据法拉第电磁感应定理，导体在磁场中运动并切割磁感线时，在导体中产生感应电势。

在该流量计工作时，管道内径D确定，磁感应强度B不变时，感应电势E与体积流量Q具有线性关系。

6--4

1,60年代末，相继出现了应用流体振荡原理测量流量的涡街流量计。

2，只有在一定条件下，卡门旋涡列才是稳定的，若两列漩涡的的间距为h，同列中相邻旋涡的间距是ι，对于圆柱体，满足h/ι=0.281时，旋涡才是稳定的。

3，涡轮流量计是一种速度式流量计，具有精度高、压力损失小、量程比大等优点。

4，涡轮流量计主要有涡轮流量变送器和指示积算仪组成，如下图示：

5，（论述题）容积式流量计：

常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、活塞式流量计、湿式流量计、腰轮流量计和湿式流量计等可测量气体流量。

优点:

（1）计量精度高;

（2）可用于高粘度液体的测量;

（3）范围度宽;

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;

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。

第七章

7--1

1，（论述题）毕托管的工作原理是什么？

常见的有哪些？

常用于那些地方？

在一个流体以速度V均匀流动的管道里，安装一个弯成一个90°的细管（上图），可知，紧靠管段前缘的流体因受到阻挡向各方向分散，以绕过障碍物，位于管端中心的流体完全处于静止状态。

设管端中心压力为Po，而与细管同一深度处未收到扰动的某处压力为P，流速为V，流体密度为ρ，则有

P+（ρV²）/2=Po

其中Po为总压力（全压），P为静压，（ρV²）/2为动压力。

由此可知

V=

因此，用毕托管测出总压和静压，即可得出流体的流速。

其常见的形式有标准比托管（用于测量清洁空气的流速，或对其他毕托管及流速仪表进行校订），S型毕托管（厚壁风道的空气流速测定，使用前需进行校订），直型毕托管（也可用于测厚壁风道德空气流速）等。

7--2

1，热电风速仪的工作原理：

若通过带热体的电流恒定，则带热体所带的热量一定。

带热体温度随其周围的气流速度的提高而降低，根据带热体的温度测量气体流速。

这就是热球风速仪的工作原理。

若保持带电体的温度恒定，通过带点体的电流势必随其周围气流速度的增大而增大，根据通过带电体的电流测风速。

这是热敏电阻恒温风速仪的工作原理。

第八章

8--1

1，常用的电动浮筒液位变送器主要有液位传感器、霍尔变送器和毫伏--毫安转换器组成。

2，根据不同场合和使用条件，用差压变送器测量密闭容器的液位存在着无迁移、负迁移和正迁移三种情况。

3，进行锅炉汽包水位的测量其精确度非常重要，用差压变送器测量汽包水位是常用的方法之一。

第九章

9--1

1，热阻式热流测头是广泛采用的一种热流测头，可用来测量以导热方式传递的热流密度，，有热流通过侧头时，测头热阻层上产生温度梯度，根据傅里叶定律可得热流密度，热流密度方向与等温面是垂直的。

2，热电堆型热流测头是目前使用最广泛的热流测头。

3，热流测头的标定方法有多种，大致可分为绝对法和比较法两大类。

自动控制

第十一章

11--1

1，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的按照规定的规律运行或变化的手段。

2，为了达到自动控制的目的，又相互制约的各部分，按一定规律组成具有一定功能的整体称为自动控制系统。

它有被控对象、传感器（或变送器）、控制器和执行器组成。

3，自动控制系统框图：

被控对象：

简称对象，自动控制系统中要进行控制的设备或生产过程中的一部分或全部。

被控变量：

被控对象中要实现自动控制的物理量。

给定值：

又称设定值，即通过控制作用，是被控变量要求达到的值。

传感器：

被测量按一定规律转换成便于处理或传输的另一种物理量的元件。

控制器：

将被控变量的实测值信号与给定值信号相比较，检验偏差对偏差进行运算，按照预定的规律发出指令的部件。

执行器：

将来自控制器的信号转变为操作量的部件。

操作量：

为使被控变量受到干扰后，在恢复到新稳定值而需要通过调节机构向对象输入的物料量或能量。

干扰：

引起被控量发生变化的外部原因。

4，自动控制系统的分类：

按给定值得形式分为定制控制系统、程序控制系统、随机控制系统；按系统结构分为闭式控制系统、开式控制系统、复合控制系统。

5，衰减比：

表示衰减过程的指标，反应系统的稳定程度及相对稳定性。

11--2

1，传感器和变送器：

温度传感器的特性---热电阻温度传感器是由金属丝、骨架、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。

他们都是热容量和热阻力。

变送器---当采用电子式组装仪表或电动单元组合仪表时，一般需要将被测信号转换成统一的标准信号。

2，控制器特性包括比例控制器特性、比例积分控制器特性、比例微分控制器特性、比例积分微分控制器特性。

3，执行器特性：

执行器将控制器来的信号变成调节量，作用在被控对象上。

它有电动调节阀、气动调节阀、电压调节装置等，电动调节阀最为普遍，其次是电压调节阀装置。

第十二章

12--1

1，自动控制仪表的分类：

⑴按能源分类：

电动仪表、气动仪表、直接作用仪表；⑵按结构分类：

基地式仪表、单元式仪表、组装电子式调节仪表。

12--5

1，调节阀的流量特性：

调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，它是由调节阀芯的形状决定的。

阀芯的形状有柱塞阀和开口型阀两类，而每一类都分为直线特性、等百分比特性、抛物线特性。

2，理想流量特性：

所谓理想（又称固有）流量特性是指阀前后压在流量不变的条件下，所得的流量特性。

3，流通能力:

当调节阀全开，阀两端压差为100000帕、流体密度为1g/m³时，每小时流经调节阀的流量。

用C表示

4，两道计算题例题原题在184页和185页。

〖12-1〗如图示，流过加热盘的水流量为Q=31m³/h，热水温度为80℃，Pm—Pr=1.7×10⁵Pa，求C值是多少？

解：

根据题意，Q=31m³/h，查80℃热水密度为ρ=0,971g/m³，管网入口压差为Pm—Pr=1.7×10⁵Pa，而热水直通阀上的ΔPv按S=0.5～0.7计算，故

ΔPv=（0.5～0.7）×（Pm—Pr）

=（0.5～0.7）×1.7×10⁵Pa

=1×10⁵Pa

则有

C=

第十三章ρ

13--1

1，（论述题）请叙述单回路控制系统的组成、特点以及应用场合？

单回路控制系统的组成：

是由传感器（或变送器）、控制器、执行器、被控对象组成的单一回路的控制系统。

特点：

由于系统简单，投资少，易于调整、投运，又能满足一般的控制要求，所以应用十分广泛。

应用场合：

尤其适用于被控对象纯滞后和惯性较小、负荷和干扰变化比较平缓、或者对被控对象要求不太高的场合。

2，选择被控对象一般可按下述原则进行：

选择对产品产量、安全生产、经济运行和环境保护等具有决定作用的、可直接测量的工艺参数作为被控变量；当不能用直接参数作为被控变量时，应选择与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控变量；③被控变量必须具有足够大的灵敏度；④被控变量的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所采用的测量仪表的性能。

第十四章

14--1

1，空调系统中的控制对象多属热工对象，从控制角度分析，具有以下特点：

多干扰性；②多工况性；③温、湿度相关性。

14--2

1，无论冷却液体（淡水、盐水和溶液）的蒸发器还是冷却空气的蒸发器，要是他们输出的制冷量与所需的负荷相适应，就要不断地调节进入蒸发器的制冷剂的流量。

一般可以通过热力膨胀阀、电磁阀、浮球阀等进行控制。

14--4

1，燃气燃烧系统的自动控制的目的可归为以下几点：

保证燃烧设备的安全运行；②保证加热的工艺参数；③保证燃烧的经济性。