热工测试--简答题总结

#1.检测仪表的组成及其作用

答：（1）传感器：感受被检测的变化并产生一个与被检测量成某种函数关系的输出信号；

（2）变送器：将敏感元件输出信号变换成既保存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量的变量；（3）显示仪表：将测量信息转变成人感官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节；（4）传输通道：为各个环节的输入、输出信号提供通路。

#1-1. 检测及仪表在控制系统中起什么作用两者的关系如何

答：任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，检测仪表控制系统结构如图所示。其中，检测指完成对各种被控参数测量的单元，如温度、压力、流量的测量等，包括直接检测方法和通过数据运算处理的见解检测方法；仪表通常涉及测量、记录、显示以及调节和执行单元，典型的单元式组合仪表就是输出/输入信号统一规定为4～20mA DC 的、方便连接的统一制式仪表。

#1-2.偏差式、零位式与微差式测量的工作原理和特点

答：偏差式测量：指在测量过程中，利用仪表指针相对于刻度线的位移来直接指示被测量的大小的方法，该类仪表测量方式直观，测量过程简单、迅速，但是测量精度较低；零位式测量：在测量过程中，用指零机构的零位指示，检测测量系统的平衡状态，通过比较被测量与已知标准量差值或相位，调节已知标准量大小，是两者达到完全平衡或全部抵消，从而得出测量值的大小；微差式测量：综合了以上两种测量的优点，通过将被测量与已知标准量取得差值，再用偏差法测得此差值。

#2.热电偶测温原理（热电效应）

答：两种不同的导体或半导体材料A 和B 所构成的回路，两个结点处的温度不同，则回路就会产生电流，也就是回路中存在电动势，这种现象叫做热电效应，也是热电偶测温的原理。

#3.热电极材料的要求

答：（1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，热电势和温度之间尽可能地呈线性函数关系；（2）能应用于较宽的温度范围，物化性能、热电特性都较稳定；（3）有较高的导电率和较低的电阻温度系数；（4）具有较好的工艺性能，便于成批生产；（5）具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。

#4.热电偶冷端补偿的原因和方法

答：（1）热电偶的测温原理：E(T, T0) = E(T) - E(T0) ，只有T0稳定不变，才能测得T ；（2）用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0 = 0；（3）在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C ，而且也不恒定， 因此将产生误差；（4）一般情况下，冷端温度均高于0C ，热电势偏小，应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。

方法：冰点法、热电势修正法、冷端补偿器法、补偿导线法。

#5.非标准型热电偶(特殊热电偶)

答：（1）铠装式热电偶（又称套管式热电偶） 它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体；特点：热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；测量范围大；机械强度高，耐压性能好； (2) 钨铼热电偶 一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。(3) 快速反应薄膜热电偶(表面热电偶) 特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。测温范围在300℃以下；反应时间仅为几ms 。（4）薄膜式热电偶 适用于壁面温度的快速测量，基板由云母或浸渍酚醛塑料片等材料做成。

#6.补偿导线的作用

答：①用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线，以节约贵金属热电偶；②将热被控对显示操

作

人检测与执调

电偶的参比端迁移至离被侧对象较远且环境温度较恒定的地方，有利于参比端温度的修正和测量误差的减少；③用粗直径和导电系数大的补偿导线作为热电偶的延长线，可减小热电偶回路电阻，以利于动圈式仪表的正常工作。

#7.热电阻测温原理

答：当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，将变化的电阻值作为电信号输入显示仪表，通过测量电路的转换，在仪表上显示出温度的变化值。

#8.热电阻温度计的特点（与热电偶比较）

答：（1）同样温度下输出信号大，灵敏度高；（2）测温上限低；测量准确度高；（3）热电阻感温体结构复杂，体积较大，热惯性大；（4）热电阻的测量必须借助于外加电源。

#9.热电阻温度计为什么要采用三线制接法为什么要规定外阻值

答:采用三线制接法可有效地消除引线电阻及引线电阻的变化带来的附加误差，提高测量精度，热电阻引入平衡电桥桥臂应采用三线制接法，且统一规定每根铜导线电阻为Ω（20 ℃），避免接线电阻对测量结果的影响。

#10.光电高温计与光学高温计相比，主要优点有哪些

答：（1）灵敏度高；（2）精确度高；（3）使用波长范围不受限制；（4）光电探测器的响应时间短；（5）便于自动测量与控制。

#11.测温仪表的选择和安装

答：选择原则：(1) 满足生产工艺对测温提出的要求；(2) 组成测温系统的各基本环节必须配套；(3) 注意仪表工作的环境；(4) 投资少且管理维护方便。

安装原则：（1）正确选择测温点；（2）避免热辐射等引起的误差；（3）防止引入干扰信号；（4）确保安全可靠。

11-1.电容式压力传感器的工作原理

量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。

测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等

12.霍尔效应、应变效应、压阻效应、压电效应的概念

答：霍尔效应：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—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，这种现象称霍尔效应。

压电效应：压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时而发生变形，并在其表面上产生电荷；而且在去掉外力后，它们又重新回到原来的不带电状态，这种现象就称为压电效应。

应变效应：当金属导体受力（拉伸或压缩），导体的几何尺寸会变化，电阻率也相应的会发生变化，从而引起电阻值的相对变化，这种现象称为导体的应变效应。

压阻效应：当单晶半导体受到应力作用，其载流子的迁移率发生变化，而改变其电阻率ρ，从而引起电阻值的相对变化，这种现象称为半导体的压阻效应。

13.压力检测仪表的选择原则

答：（1）仪表的量程的选择：被测压力较稳定时：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4，被测压力波动较大或测脉动压力时：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3，为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3，优先满足最大工作压力条件；（2）仪表精度的选择：精度的选择以实用、经济为原则；（3）仪表类型的选择：从被测介质压力的大小来考虑，从被测介质的性质来考虑，从对仪表输出信号的要求来考虑，从使用环境来考虑。

14.最常见的流量仪表分为哪几类

答：（1）速度式流量计：如节流式流量计、转子流量计、均速管流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计、靶式流量计、冲板式流量计、热式流量计及堰式流量计；（2）容积式流量计：如转轮式流量计、刮板式流量计、活塞式流量计、湿式气体流量计及皮囊式流量计。

15.差压式流量计的原理、流量基本方程

答：差压式流量计又称节流式流量计，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬

时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现流量测量。 v 1v 1v

v 1v 2v 3

流量系数α： ，收缩系数μ=A 2/A d

流出系数C ，渐近速度系数E ，

#16.标准节流装置的使用条件、为什么要求在界限雷诺数以上进行流量测量以及安装节流装置应注意的问题

答：使用条件:⑴ 流体必须充满圆管，连续地流过管道。⑵ 流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡。⑶ 流体流量基本上不随时间而变化, 或者变化是非常缓慢的。⑷ 流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；⑸ 流体必须是牛顿流体, 且流经节流装置时不发生相变。⑹节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时, 必须标定 后才能安装使用。 原因：管道雷诺数与管径、流体的粘度、密度和流量大小等有关，某些介质的粘度大、密度小或流量小，则雷诺数低，达不到标准节流装置的界限雷诺数（或最小雷诺数），因而流出系数不稳定，造成较大的测量误差。

注意事项：（1）允许的压力损失；（2）加工的难易；（3）被测介质的侵蚀性；（4）现场安装条件。

#17.均速管式流量计

原理：测量管道内流动流体的速度压力—流速。

? 均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴（Wellbar ）、德尔

塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar ）、双D 巴等几种。

? 结构简单：插入式探头，测量气体、蒸汽和液体的流量

? 永久压损小，仅为节流装置的百分之几；

? 管道内径：从十几毫米到几米，

? 测量准确度通常为1~3％。

? 均速管尚未标准化，应经过标定后才能使用。

常见：阿牛巴流量计、威尔巴流量计、热线均速管流量计等

#18.电磁流量计根据什么原理工作的特点不同的励磁波电磁流量计的特点

原理：据法拉第电磁感应定律，测量管道内的流动的导电液体（等效于许多连续的导电薄圆盘）做垂直于磁场的运动，产生感应电动势，电势大小与流量相关。 特点：优点：压损极小；可测流量范围大；适用管径范围宽（最大可达3m ）；测量精

度高，线性度好。不足：只能测量导电液体（电导率 ），不能测气体、蒸汽v

BD E x =s/cm 1μ≥421/βμμξα-=22β=D 41βα-==C CE

及纯净水。

不同励磁时的特点：（1）交直流励磁：直流励磁不会造成干扰，仪表性能稳定，工作可靠。但直流磁场在电极上产生直流电势，可能引起北侧液体电解，在电极上产生极化现象，从而破坏原本测量条件；交流磁场虽然消除了极化现象，但是产生了干扰电势。（2）脉冲方波励磁：融合了交直流磁场的优点。

#19.科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时， 处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量传感器。

#20.容积式流量计的特点以及选用时注意的问题

答：（1）特点：测量精度高，被测介质的粘度、温度及密度等的变化对测量准确度影响小，测量过程与雷诺数无关，尤其适用高粘度流体的流量测量（因泄漏误差随粘度的增加而减小），流量计的量程比较宽，一般为10：1，安装仪表的直管段长度要求不严格。缺点：结构较复杂，运动部件易磨损，对于大口径管道的流量测量，流量计的体积大而笨重，维护不方便，成本较高。

（2）选用时注意事项：a.应注意实际的测量范围，保持在所选仪表的两成范围之内；b.流量计前安装过滤器，并注意定期清洗和更换；c.在流量计前安装气液分离器，以免气体进入流量计形成气泡而影响测量准确度。

#21.浮力式物位计的测量原理与分类

原理：基于物体在液体中收到浮力作用的原理

分类：浮子式液位计、浮球式液位计、磁翻转浮标液位计、浮筒式液位计

#22.差压式液位计

原理：利用容器内液位的变化时，由液柱高度产生的静压也相应变化的原理

#23.零点迁移的实质

同时改变差压变送器的上限和下限（测量范围），并不改变量程的大小，以适应现场安装变送器的实际条件。

#24.电容式物位计

原理：利用电容器间介质不同时，电容量不同，可测定液位、料位或不同液体的分界面。 圆筒形电容器的电容量C 为：

#25.质量流量测量的基本方法

科里奥利质量流量计、热式质量流量计（流体热交换原理）、推导式流量计。 #26.红外线气体分析仪的测量原理和基本组成

原理:用气体对电磁波的吸收特性

基本组成：1) 光源 光源的作用是产生两束能量相等而又稳定的平行红外光束，光源多由镍铬丝制成；2) 切光片 切光片在电机带动下对光源发出的光辐射信号做周期性切割，将连续信号调制成一定频率（一般为2~25Hz ）的交变信号；3) 滤光部分 吸收或滤去可被干扰气体吸收的红外线，去除干扰气体对测量的影响。4）测量室和参比室 测量室和参比室的两端用透光性能良好的CaF2晶片密封。参比室内封入不吸收红外辐射的惰性气体，测量室则连续通入被测气体。5）检测室 检测室(检测器)的作用是用来接收从红外光源辐射出的红外线，并转化成电器信号。6）微机系统 微机系统的任务是将红外探测器的输出信号进行放大变成统一的直流电流信号，并对信号进行分析处理，将分析结果显示出来，同时根据需要输出浓度极值和故障状态报警信号

#27.氧化锆式氧量分析仪

原理:基于浓差电池原理

过程:氧气从分压高的一侧(P1)向分压低的一侧(P2)迁移，并伴有电荷的定向迁移，从而在氧化锆两侧的铂电极间产生电动势。

)/ln(2d D L C πε=

恩斯特公式：

氧化锆两端产生电动势，大小由能斯特公式决定

#28.氧化锆氧量计正常使用条件和影响氧化锆氧量计的因素，应注意哪些问题

答：条件：(1)应使氧化锆传感器的温度恒定，850℃时灵敏度最高。(2)必须要有含量稳定不变的参比气体。(3)被测气体和参比气体应具有相同的压力。

因素：(1) 内外电极温度不等带来的附加误差；(2) 烟道中烟气气压与空气气压不相同收起的误差；(3) 烟气中SO2和SO3对探头的腐蚀作用；(4) 电极老化；(5) 烟气灰尘沉积在电极上。 *不用于可燃性的气体组分的氧分析。

#29.气相色谱分析仪

原理：利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组分出现的时间及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。 #30.电子电位差计——配热电偶

功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量。

原理：电压补偿原理

型号：用XW 系列来命名，X 表示显示仪表，W 表示直流电位差计。XW-

类型：小型长图显示、大型长图显示、圆图显示等。

①校准工作电流：开关K 放在位置1时，ES 与RG 上的电压降URG 相比较。若ES ≠URG 则I0≠0。调整电位器RI 的滑动触点，改变工作电流I ，至检流计指针回到零位。I0=0，即有ES=URG 。由于ES 及RG 均为定值，故I 也为确定的数值。

②测量未知电势Et ：将开关置于2的位置

#31.电子自动平衡电桥——配热电阻

功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、记录。

原理：电桥平衡原理

型号：根据输出电压：XD 系列——交流平衡电桥、XQ 系列——直流平衡电桥

；被分析气体中的氧分压—气）中的氧分压；参比气体（一般采用空—的电子数，反应时一个氧分子输送—绝对温度，单位—法拉第常数，—气体常数，—2121;4;

K C/mol

96487K J/mol 314.8ln P P n n T F F R R P P nF RT E ==?==

#32.非接触测温方法的理论基础是什么

答：利用物体的辐射能随温度变化的原理制成的。任何物体的温度高于绝对零度时就会有能量释放，其中以热能的方式向外发射的那一部分称为热辐射。

#33.温度监测与仪表

热电偶温度计、电阻温度计、辐射温度计（亮度高温计、比色温度计、辐射高温计）#34.压力监测与仪表

弹性力压力计、压力（差压）传感器（霍尔压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器）、应变式压力检测、压阻式压力监测

#35.流量监测与仪表

差压式（节流式）流量计、均速管流量计（阿牛巴流量计、热线均速管流量计、威尔巴流量计）、电磁流量计、容积式流量计（椭圆齿轮流量计、腰轮流量计）、质量流量计（科里奥利质量流量计、热式质量流量计、推导式质量流量计）、转子流量计、涡轮流量计、弯管流量计、超声波流量计、冲板式流量计、明渠流量计等

#36.物位监测与仪表

浮力式液位计（浮子式液位计、磁翻转浮标液位计、浮筒式液位计）、差压式液位计（敞口、密闭）、电容式物位计、超导液位计、音叉物位计、微波物位计等