热能与动力工程测量技术(复习提纲与复习题)

热能与动力工程测量技术复习提纲与复习题复习提纲第一章自动测量系统的组成：1、传感元件。

作用：感受被测量并将其转换为可用的规范信号输出，通常这种信号为电信号。

2、变换元件。

作用：他将传感元件变成显示元件易于接受的信号。

3、显示元件。

作用：向观测者显示被测参数的量值。

误差的分类：系统误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值时，误差的大小和符号保持不变或者条件变化时按某一确定的规律变化的误差。

用“正确度”表示。

随机误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值中，误差值的大小和符号总以不可准确预计的方式变化，但具有抵偿性的误差。

用“精密度”表示。

粗值：无意义。

允许误差：仪表出厂时规定的基本误差不超过某一给定值，此给定值就是仪表的允许误差。

基本误差：最大引用相对误差。

精确度等级（允许误差去掉百分号）：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0变差：在全量程范围内，上下行程测量差异最大的数值与仪表量程之比的百分数，称为变差，公式：随机误差的特性：对称性、单峰性、有界性、抵偿性。

分辨率、线性度（越小越好）、灵敏度。

第二章温标——用来度量温度高低的标尺摄氏温标（℃）华氏温标（℉）热力学温度（T）国际实用温标水的三相点热力学温度是273.16K，卡尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。

摄氏温度（t），单位℃t = T-273.15热电效应：将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两端接点的温度不同，回路中将产生电势，称为热电势。

这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应.热电势=接触电势+ 温差电势（可忽略不计）1均质导体定律：由一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路，不论导体(或半导体)的截面和长度如何，各处的温度分布如何，都不能产生热电势。

2中间导体定律：由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零3中间温度定律：热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种材料导线的两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。

热电偶的补偿导线：延伸型、补偿型两种-----结构与电缆一样，1、延伸型补偿导线的材料与相应的热电偶相同，准确度略低。

2、补偿型补偿导线材料与对应的热电偶不同，用贱金属制成，低温下它们的热电性质相同。

注意：补偿导线应该与热电偶配套使用；连接时极性不可接错；(正极:红色（P）,负极：其它色（N），如：SP,SN)补偿型补偿导线，必须保证它与热电偶连接的两个接点温度一致标准化热电偶：1)定义：是指生产工艺成熟、成批生产、性能优越并已列入工业标准文件中的热电偶。

标准化热电偶：（1）铂铑10-铂（S）：偶丝直径：0.5～0.020 mm；适用范围：0～1100℃，1100～1600℃；适用于氧化性气氛中测温;长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度1600℃，不推荐在还原气氛中使用,短期内可用于真空中测温特点：复制性好、测量精度高；价格贵、热电势小，灵敏度低。

（2）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝) （K）偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.2 mm；适用范围：－200～1300℃；用于氧化和中性气氛中测温,不推荐在还原气氛中使用,可短期在还原气氛中使用,但必须外加密封保护管。

特点：测温范围较宽、热电势较大、E－t线性度好、价格适中；但长期使用后，镍铝氧化变质使热电特性改变影响测量精确度。

(3）镍铬-康铜（E）；偶丝直径：0.3、0.5、0.8、1.2、1.6、2.0、3.2 mm；适用范围：－200～900℃；适用氧化或弱还原性气氛中测温特点：常用热电偶中，每摄氏度对应的热电势最高、灵敏度高，价格低廉，适合在0℃以下测温热电偶的冷端温度补偿问题1、为什么要进行补偿？答：1、热电势与温度直接关联，必须使温度恒定，所测热电势才准确；2、仪表在设计时是以0度为条件的。

冷端补偿方法：1. 冰点法特点：实现方便、测量准确；但只局限于实验室，不利于在线测量。

2. 计算法(冷端温度校正法)3. 补偿导线法补偿导线仅将热电偶冷端延长到温度相对恒定的地方，如果这地方温度不是0℃，尚须继续进行其冷端温度补偿。

热电偶正、负极必须与补偿导线正、负极相接，不能错接；两者分度号必须—致。

补偿导线应工作在100℃以下，否则其热电特性将不符合热电偶要求。

4. 仪表机械零点调整法5. 补偿电桥法（冷端温度补偿器）是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值，从而等效地使冷端温度恒定的一种自动补偿法。

热电阻:测温范围为－200～500℃。

电阻温度系数（α）——温度变化1℃时，导体电阻值的相对变化量，单位为1/℃。

α ↑→ 灵敏度↑。

金属导体: t↑→Rt↑ ，∴α为正值；而半导体: t↑→Rt↓ ，∴α为负值。

金属纯度↑→α↑。

有些合金材料，如锰铜α→0（1）铂热电阻（Pt）特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。

铂电阻的纯度通常用R100/R0表示。

（2）铜热电阻（Cu）（3）镍热电阻（Ni）特点：电阻温度系数大，灵敏度高。

三线制连接法：使两根连接导线电阻的变化分别加在电桥的两个桥臂上。

这样，两根连接导线的电阻变化对测量结果的影响可以抵消一部分，从而减小连接导线电阻因环境温度变化而引起的测量误差。

半导体热敏电阻工作原理：是利用半导体材料的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。

辐射测温的基础理论：普朗克定律。

全色辐射高温计的理论依据全辐射体辐射定律（斯忒藩－波尔兹曼定律）单色辐射高温计1、测温原理：物体在高温状态下会发光，具有一定的亮度。

物体在波长λ下的亮度Lλ和它的光谱辐射出射度Mλ成正比。

亮度温度在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度Lλ和全辐射体在温度Ts时的亮度L0λ相等，则把Ts称为被测物体在波长λ时的亮度温度。

测到的温度总是低于物体的真实温度。

辐射温度若物体在温度为T时的总辐射出射度与全辐射体在温度为T’时的总辐射出射度相等，则把T’称为实际物体的辐射温度。

测到的温度总是低于物体的真实温度。

比色温度若温度为T的实际物体在两个波长下的光谱辐射出射度的比值与温度为Tc的全辐射体在同样两波长下的光谱辐射出射度的比值相等，则把Tc称为实际物体的比色温度。

对于黑体和灰体，T=T’对多数金属：T>Tc ，对非金属：T<Tc。

第三章1、压力表示方法(1)、压力：对应于物理概念中的压强，即指均匀而垂直作用于单位面积上的李，有符号p表示。

(2)、绝对压力：指被测介质作用在物体单位面积上的全部压力，是物体所受的实际压力。

(3)、表压力：指绝对压力与大气压力的差值。

(4)、差压：指两个压力的差值。

习惯上把较高一侧的压力称为正压，较低一侧的压力称为负压。

2、弹性元件的测量及特性(1) 原理：弹性元件在弹性限度内侯受压后会产生变形，变形的大小与被测压力成正比关系。

特性：(2) 特性输出特性：弹性元件上的压力与弹性元件产生的相应唯一活弹性力的关心为线性关系弹性迟延：给弹性元件加压力或减压力时，输出特性曲线不相重合的现象。

弹性后效：当弹性元件加压力或减压力到某一数值时，弹性变形不能同时达到相应值，而是要经历过一段时间之后才能达到应有的应变量。

刚度：弹性元件产生单位变形所需要的压力灵敏性：在单位压力作用下产生的输出变形。

固有频率：弹性原件的无阻尼自由振动频率或自振频率。

3、弹性原件的应用：弹性膜片，波纹管和弹簧管。

4、电气式压力测量技术(1)电阻式原理：px →弹性元件s1 →电位器滑动触点s2 →Rx →U注意事项：测量精度高，测量范围宽，压损小。

存在滑动摩擦阻力，电位器易磨损、受污染。

不宜在有振动和有腐蚀性气氛的环境中使用。

(2)电感式原理：p x →弹性元件s →线圈的电感L→感应电势U注意事项：电源i 、f 变大则灵敏度变大；但i 过大线圈发热，f 过高则铁芯涡流损失变大。

由于两次级线圈不完全对称，S=0时有残存电势(3)电容式原理：电容器的可动极板是测压弹性膜片。

p x →弹性膜片s →极板间距d →电容c→I特点：具有最少的可动部分，结构简单。

测量范围宽，精确度高(达0.2级)，灵敏度高，体积小，且能输出(4—20)mA 的直流标准信号。

(4)应变式工作原理： p x →弹性元件s →应变片电阻R →I 金属应变片和半导体压阻片应变效应：有几何尺寸引起的电阻变化率压阻效应：由材料的电阻率变化引起的电阻(5)霍尔压力式霍尔效应：半导体单晶薄片置于磁场(B)中，纵向通控制电流I ，则横向产生电势EH 。

E H =K H I B工作原理： p x →s →B → E H注意事项：对霍尔元件进行恒温或采用其它温度补偿措施；应减少不等位电势，例如注意霍尔元件各处的电阻率、厚度、材料性质等不均匀性以及不对称焊接等(6)振弦式工作原理： p x →弹性膜片s →振弦张力F →固有频率f特点：输出为频率信号，因此具有较强的抗干扰能力，而且零飘小，温度特性好、准确度高， 通常为0.2级，易于与计算机等数字监控系统联接(7)力平衡式工作原理： 利用力平衡原理 p x →弹性元件的集中力F →I特点： 结构复杂、 体积和重量大、动态特性差。

0.5 级5、 仪表量程的选择和安装(1)量程上限为1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa 以及他们的10n 倍数。

压力稳定式，被测压力在满量程的1/3~2/3范围内。

压力波动较大或脉动压力时，被测压力值应为仪表满量程的1/2左右，且不低于满量程的1/3.(2)压力测量仪表的安装使用要求①取压位置：测量液体——引自管道截面的下部，与最低点成45度角。

测量气体压力——引自管道截面上部水蒸气压力——引自管道两侧②导压管路应垂直或倾斜敷设，不应水平敷设，以防止测液体时聚集气泡，测气体时聚集水柱。

(3)安装冷凝盘管或弯头的原因：为隔离弹性元件，免受介质加热，切便于加装密封垫片。

(4)读数修正：第四章1、基本概念（1） 瞬时流量：单位时间内通过管道中某一截面积的流体量。

（2） 体积流量：用流体体积表示的流量（3） 质量流量：用了流体的质量表示流量（4） 标准体积流量：在温度为20（0 0C ）、压力为1.013×105Pa 下的体积数值。

（5） 累积流量：一段时间间隔内流体通过管道横截面的流体总量2、流量测量的主要方法和分类差压式流量测量：节流变压降式、均速管式、楔形、弯管式以及浮子流量测量速度式流量测量：涡轮式、涡街式、电磁式、超声波式容积式流量测量：椭圆式、腰轮式、刮板式、活塞式3、差压式流量测量(1)节流变压降式流量测量（电厂中使用最多的流量测量方法）原理：对于一定形状和尺寸的阻力件，一定的测压位置和前后直管段，在一定的流体参数情况下，阻力件前后的差压与体积流量之间有一定的函数关系流量公式： 流量系数 α与下列因素有关：节流件的形式、β值、雷诺数、管道粗糙度及取压方式等p d a p d a q v ∆=∆=ρβπρπ2424222(2)为何要进行温度补偿：密度计受被测温度、压力影响很大，一旦运行工况偏离设计工况，被测流体参数温度、压力将发生变化，将引起节流件前流体密度发生较大的变化，因而必须对得到的流量进行补偿。