热工测试课后练习答案
热工测试作业
第一章
1-1、测量方法有哪几类，直接测量与间接测量的主要区别是什么？(P1-2)
答：测量的方法有：1、直接测量；2、间接测量；3、组合测量。
直接测量与间接测量的主要区别是直接测量中被测量的数值可以直接从测量仪器上读得，而间接测量种被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，需要通过直接测得与被测量有一定函数关系的量，然后经过运算得到被测量的数值。
1-2、简述测量仪器的组成与各组成部分的作用。(P3-4)
答：测量仪器由感受器、中间器和效用件三个部分组成。
1、感受器或传感器：直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触），感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；
2、中间器或传递件：最简单的中间件是单纯起“传递”作用的元件，它将传感器的输出信号原封不动地传递给效用件；
3、效用件或显示元件：把被测量信号显示出来，按显示原理与方法的不同，又可分模拟显示和数字显示两种。
1-3、测量仪器的主要性能指标及各项指标的含义是什么？（P5-6）
答：测量仪器的主要性能指标有：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间等。
1、精确度：表示测量结果与真值一致的程度，它是系统误差与随机误差的综合反映；
2、恒定度：仪器多次重复测试时，其指示值的稳定程度，通常以读数的变差来表示；
3、灵敏度：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来表示。
4、灵敏度阻滞：又称感量，是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。
5、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。
1-4、说明计算机测控系统基本组成部分及其功能。（P6-7）
答：计算机测控系统基本组成部分有：传感器、信号调理器、多路转换开关、模/数（A/D）和数/模（D/A）转换及微机。
1、信号调理器：完成由传感器输出信号的放大、整形、滤波等，以保证传感器输出信号成为A/D转换器能接受的信号；
2、实现多路信号测量，并由它完成轮流切换被测量与模/数转换器的连接；
3、采样保持器：保证采样信号在A/D转换过程中不发生变化以提高测量精度；
4、A/D转换器：将输入的模拟信号换成计算机能接受的数字信号；
5、D/A转换器：将输入的数字信号换成计算机能接受的模拟信号。
1-5、试述现代测试技术及仪器的发展方向。(P6、P9)
答：计算机、微电子等技术迅速发展，推动了测试技术的进步，相继出现了智能测试仪、总线仪器、PC仪器、虚拟仪器、网络化仪器等微机化仪器及自动化测试系统。随着计算机网络技术、多媒体技术、分布式技术等手段的迅速发展，测试技术与计算机相结合已成为当前测试技术的主流，测试技术的虚拟化和网络化的时代已经不远了。
第二章
2-1、试述测量仪器的动态特性的含意和主要研究内容，它在瞬变参数测量中的重要意义。(P11、P16)
答：测量仪器或测量系统的动态特性的分析就是研究动态测量时所产生的动态误差，它主要用以描述在动态测量过程中输入量与输出量之间的关系，或是反映系统对于随机时间变化的输入量响应特性。从而能够选择合适的测量系统并于所测参数相匹配，使测量的动态误差限制在试验要求的允许范围内，这便是动态测量技术中的重要研究课题。在瞬变参数动态测量中，要求通过测量系统所获得的输出信号能准确地重现输入信号的全部信息，而测量系统的动态响应正是用来评价系统正确传递和显示输入信号的重要指标。
2-2、测量系统的输出量与输入量之间的关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及
反馈环节的传递函数的表示方法。（P13-14）
答：串联环节：
并联环节：
正反馈环节：
负反馈环节：
2-3、试述常用的一、二阶测量仪器的传递函数及它的典型实例。（P15-16）
答： 常用的一阶测量系统的传递函数： 以热电偶突然放入温度为
的介质为例，每一瞬间介质传递给热电偶节点的热量dQ 为 式中，T 为热电偶瞬间温度；h 为热接点表面传热系数；A 为热接点表面积。
在不考虑导热及热辐射损失的情况下，介质传给热接点的热量即为热电偶的储热量。若热电偶
吸收热量dQ 后，温度上升dT ，于是
式中， 为热电偶热接点的比定压热容；m 为热接点的质量。
根据热平衡可得
经简化后可得 式中，
称为测量系统的时间常数。 上式是热电偶（测温传感器）数学模型的一阶线性微分方程，这类传感器称为一阶测量系统，
该系统的传递函数为
常用的二阶测量系统的传递函数： 以测振仪为例，描述质量m 的运动微分方程为 式中，c 为阻尼；k 为弹性系数；f （t ）为干扰力。 上式是一个单质量强迫阻尼振动微分方程。将其与 比较可得
，f （t ）相当于x 。用k 除以两端可得
将上式与 相比，其传递函数有相同形式。这时，
1/k 为系统的柔性系数， 为系统的固有频率，
为系统的阻尼比。 因而，测振仪属二阶测量系统。
2-4、试述测量系统的动态响应的含意、研究方法及评价指标。
答：含义：在瞬态参数动态测量中，要求通过系统所获得的输出信号能准确地重现输入信号的全部
信息，而测量系统的动态响应正是用来评价系统正确传递和显示输入信号的重要指标。 研究方
法：对测量系统施加某些已知的典型输入信号，包括阶跃信号、正弦信号、脉冲信号、斜升信号，
通常是采用阶跃信号和正弦信号作为输入量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态
特性，依此评价测量系统。 评价指标：稳定时间t s 、最大过冲量A d 。
2-5、试述常用的一、二阶测量仪器的频率响应及内容。
答：一阶测量系统的频率响应函数为,11)(τω
ωj j H +=一阶测量系统的副频特性和相频特性在时间常数τ确定后也随之确定，且τ越小，频率响应特性越好。二阶测量系统的频率响应函数为
2-6、试说明二阶测量系统通常取阻尼比
范围的原因。 答：对于二阶系统应使
，这样能减少动态误差，系统能以较短的时间进入偏离稳态不到2%~5%的范围内，是系统的动态响应好，当系统的阻尼比ξ在0.8左右时幅频特性近似常数的
频率范围最宽，而相频特性曲线也最接近直线。因而去 可获得较小的误差和较宽的
工作频率范围，相位失真也很小，使系统具有较好的稳定性。而且，此时提高系统的固有频率会使
响应速率变得更快。
2-7、某一力传感器拟定为二阶系统，其固有频率为800Hz ，阻尼比为0.14。问使用改传感器作频
率为400Hz 正弦变化的外力测试时，其振幅和相位角各位多少？
11)()()(+==s s X s Y s H τ0T mdT c dQ p =p c mdT c dt T T hA p =-)(0τ11)()()(0+==s s T s T s H τx b y a dt dy a dt y d a 001222=++1,,,0012====b k a c a m a m k n /=ωkm c 2/=ξ8.0~6.0=ξ8.0~6.0=ξ8.0~6.0=ξ
解：
2-8、用一阶系统对100Hz 的正弦信号进行测量时，如果要求振幅误差在10%以内，时间常数应为
多少？如果用该系统对50Hz 的正弦信号进行测试时，幅值和相位误差各为多少？
解：（1）%10)2100(111
)(
111)(1)(22≤?+-=+-
=-=?πτωτωωA A 则 s 41071.7-?≤τ
（2）%81.2)1071.7250(111)(11
1)(1)(242≤???+-=+-=-=?-πωτωωA A
2-9、用传递函数为1/(0.0025s+1)的一阶装置进行周期信号测量，若将幅值误差限制在5%以下，试
求所能测量的最高频率成分，此时相位差是多少？
解：s 0025.0=τ，%5)0025.0(111)(11
1)(1)(22≤+-=+-=-=?ωωτωωA A
则)/(5.131s rad <ω或Hz f 9.202/=<πω
相位差：?-=?-=-=2.18)0025.05.131()(arctg arctg ωτω?
2-10、某一阶测量装置的传递函数为1/(0.04s+1),若用它测量频率0.5Hz,1Hz,2Hz 的正弦信号，试
求其幅值误差。
解：s 04.0=τ，22)2(111)(11
1)(1)(τπωτωωf A A +-=+-=-=?
（1）当f=0.5Hz 时，
（2）当f=1Hz 时，
（3）当f=2Hz 时，
2-11、对某二阶系统进行动态标定时，测量最大过冲量
以及在响应曲线上由n 个周期取平均值的衰减周期 。试求该系统的阻尼比及系统固有频率。
解：
第三章
3-1、测量误差有哪几类？各类误差的主要特点是什么？
答：（1）系统误差，特征：有其对应的规律性，它不能依靠增加测量次数来加以消除，一般可通过
试验分析方法掌握其变化规律，并按照相应规律采取补偿或修正的方法加以消减。
(2)随机误差，特征：个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规律，服从高斯（GASS ）分
布，也称正态分布；
(3)过失误差；特征：无规律可寻，可以避免
3-2、试述系统误差产生的原因及消除方法。
答：按产生的原因可分为：
（1）仪器误差：它是由于测量仪器本身不完善或老化所产生的误差。
5.1=d A s T d 2=
（2）安装误差：它是由于测量仪器的安装和使用不正确而产生的误差。
（3）环境误差：它是由于测量仪器使用环境条件与仪器使用规定的条件不符而引起的误差。（4）方法误差：它是由于测量方法或计算方法不当所形成的误差，或是由于测量和计算所依据的理论本身不完善等原因而导致的误差。
（5）操作误差：也称人为误差。这是由于观察者先天缺陷或观察位置不对或操作错误而产生的误差。
消除系统误差的方法：
（1）交换抵消法：将测量中某些条件互相交换，使产生系统误差的原因互相抵消。
（2）替代消除法：在一定测量条件下，用一个精度较高的已知量，在测量系统中取代被测量，而使测量仪器的指示值保持不变。
（3）预检法：是一种检验和发现测量仪器系统误差的常用方法。可将测量仪器与较高精度的基准仪器对同一物理量进行多次重复测量。
3-3、随机误差正态分布曲线有何特点？（P30）
答：1.单峰性。2.对称性。3.有限性。4.抵偿性。
3-4、试述测量中可疑数据判别方法以及如何合理选用。
答：1.莱依特准则；2.格拉布斯准则；3.t检验准则；4.狄克逊准则。
判别法的选择：1.从理论上讲，当测量次数n趋近 （或n足够大）时，采用莱依特准则更为合适；若次数较少时，则采用格拉布斯准则，t检验准则或狄克逊准则。要从测量列中迅速判别粗大误差时，可采用狄克逊准则。2.在最多只有一个异常值时采用格拉布斯准则来判别坏值的效果最佳。3.在可能存在多个异常值时，应采用两种以上的准则来交叉判别，否则效果不佳。
3-5、试述直接测量误差计算的一般步骤。
答：直接测量误差计算的一般步骤：
1.计算ｌi的平均值L；
2.计算li的偏差vi=li-L；
3.计算均方根误差?和极限误差Δ；
4.计算算术平均值的均方根误差S和极限差λ；
5.计算算术平均值的相对极限误差δ；
6.得出被测量的值；
7.检查vi中有大于Δ者，应将该次测量看做误差为差错予以剔除，然后按上述步骤重新计算。
3-6、什么叫做等精度测量和非等精度测量？为什么在非等精度测量中引入“权”的概念计算更为合理？
答：等精度测量：用同一仪器，按同一方法，由同一观测者进行的测量。
非等精度计算：用不同一仪器，按不同一方法，由不同一观测者进行的测量。
“权”概念引入的原因：对于非等精度测量，其最可信赖度就不能用算术平均值来确定，为了正确评价测量结果的质量，引进了测量结果“权”。
3-7、试述间接测量的含意及其计算的一般步骤。
答：间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。
3-8、什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？
答：由系统各环节的静态误差组成的总误差。在系统中引入负反馈开辟了补偿顺联环节误差的新途径，因为在系统的误差计算公式中，顺联与负反馈误差的符号相反，可以减小或抵消误差，使整个系统误差大大减小，以提高测量精度
3-9、回归分析是实验数据处理的一种数学方法,它有何特点?
答：（1）两个变脸光之剑不是对等关系，进行回归分析时，应该先根据研究目的确定自变量和因变量；
（2）回归方程的作用在于给定自变量的值估计推算因变量的值，回归方程表明变量间的变动关系；（3）回归方程中自变量的系数成为回归系数，回归系数有正负号，正好表明回归方程配合的是一条上升的直线，负号表明回归方程配合的是一条下降直线；
（4）回归方程要求自变量是给定数值，因变量是随机变量。
3-10、用精度为0.5级、量程为0~10MPa 的弹簧管压力表测量管道流体压力，示值为8.5MPa 。试
问测量值的最大相对误差和绝对误差各为多少？
解：最大相对误差△p=±(0.5%*10)MPa=±0.05MPa
绝对误差￡=△p/p=±0.05/8.5=±0.59%
3-11、用量程为0~10A 的直流电流表和量程为0~250V 的直流电压表测量直流电动机的输电流和电
压，示值分别为9A 和220V ，两表的精度皆为0.5级。试问电动机输入功率可能出现的最大误差为
多少？（提示：电动机功率P=IV)
解：仪表基本误差：△I=10×0.5%=0.05A △U=250×0.5%=1.25V
由P46表3-5常用函数相对误差和绝对误差知
函数y=u 1u 2的绝对误差为±（u 1△u 2+u 2△u 1）
所以最大误差：△P=±（U △I+I △U ）=±（220×0.05+9×1.25）W=25W
3-12、某压力表量程为20MPa ，测量值误差不允许超过0.01MPa ，问该压力表的精度等级是多少？
解：0.01MPa/20MPa=0.0005=0.5% 所以测量等级为0.5级
3-13、对某物理量L 进行15次等精度测量，测得值如下表所列。设这些测得值已消除了系统误差，
3-14、已知某铜电阻与温度之间关系为 ，在不同温度下对铜电阻 进行等精度
Rt=R0 + R1t (其中R1=ａR0)
利用正态方程来决定回归系数，这时方程可表示为
nR0 + R1∑t =∑Rt
R0∑t + R1∑t 2=∑tRt
7*R0+R1*245.3=565.28
R0*245.3+R1*9325.83=20018.575
解得R0= 90.13 ；R1=-0.2676 即 a=R1／R0=0.00296
故铜电阻与温度之间关系为y=90.13-0.2676x
3-15、为测量消耗在电阻中的电功率，分别测量电阻R 和加在电阻R 两端电压V 的数值，其测量结
t R 0T Ω±=%)11(0.10R V
V %)11(0.100±=R
V P /2=
果为 , 。(提示:功率按 计算)。
解：∵△R=10*1%=0.1 △V=100*1%=1
设y 1=v 2=10000
∴△y 1=±2*v*△V=±200
设y 2= y 1/R=10000/10=1000
∴￡y2=±(△R/R+△y 1/ y 1)
=±(0.01+0.02)
=±3%
∴P= v 2/R=1000(1±3%)
3-16、某冷却油的粘度随温度升高而降低，其测量值如下:
解:设经验公式： v=a*t b
线性变换：㏑v=㏑a+b*㏑x
令㏑y=Y ，㏑x=X ㏑a=a o
则变为：Y=a o +b*X
o I I b=＜k ∑（x i *y i ）-（∑x i ）（∑y i ）＞/＜k ∑x 2i -（∑x i ）2＞=2
a=e a
o =0.0005
所以可得 ： v=0.0005*t 2
第四章
4-1、 什么是电阻式传感器？它主要分成几种？
答：把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
主要有金属应变式传感器，半导体压阻式传感器，电位计式传感器，气敏传感器，湿敏电阻传感器。
4-2、 用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用的温度补偿方法有哪几种？
答：主要原因有两个方面，一是因温度变化引起的应变片敏感栅的电阻变化及附加变形；二是因试
件材料与敏感栅材料的线胀系数不同，从而使应变片产生附加应变。
补偿方法有：桥路补偿，应变片自补偿.
4-3、简要说明一下气敏、湿敏电阻传感器的工作原理，并举例说明其用途。
答：气敏电阻传感器是利用半导体气敏元件与被测气体接触后造成半导体性质发生变化，以此特性
来检测待定气体的成分。例如氧化锡就用来检测某气体是否有可燃性。
湿敏电阻传感器则是吸湿元件在吸湿和脱湿过程中，水分子分解出来的H ﹢的传导状态发生变化，
从而使湿敏电阻传感器的电阻值随湿气的吸附与脱附而变化。例如镍铁氧体湿敏传感器，当铁氧体
表面吸附有水蒸气分子时，中性的水分子将会作为正离子而被吸附，电阻值因而增大。
4-4、什么是电感式传感器？简述电感式传感器的工作原理。
答：电感式传感器建立在电磁感应基础上，它是利用线圈自感或互感的变化，把被测物理量如位移、
振动、压力、流量等转换为线圈电感量变化的传感器。
电感式传感器是利用金属导体和交变电磁场的互感原理。位于传感器前端的检测线圈产生高频磁
场，当金属物体接近该磁场，金属物体内部产生涡电流，导致磁场能量衰减，当金属物体不断靠近传感器感应面，能量的被吸收而导致衰减，当衰减达到一定程度时，触发传感器开关输出信号，从而达到非接触式之检测目的。
4-5、什么是电容式传感器？它的变换原理如何？
解：电容式传感器是把位移，压力，振动，液面位置等物理量变化转换为电容量变化的传感器。它的变换原理是C=∈A/d.
4-6、已知一变极板间隙的电容器极板为圆形，直径D=50mm ，极板间介质的介电常数 ，极板间的初始距离 。试求：
1）该传感器的初始电容。
2）当极板间隙增大3mm 时的输出电容增量。
答：4-6由C=∈A/d
打入数据计算C(1)=0.0001178F
当D 增大3mm 时，C(2)=0.00009062F
△ C=C(2)-C(1)=-0.00002718F
4-7、分析用于压电传感器的电压放大器与电荷放大器的特点及各自的优缺点。
答：一种是电压放大器，它的输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比；一种是电荷放大器，其输出电压与传感器的输出电荷成正比。
电压放大器与电荷放大器相比，电路简单、元件少、价格便宜、工作可靠，但是，电缆长度对测量精度的影响较大，而使用电荷放大器则可以在一定的条件下，使传感器的灵敏度与电缆长度无关。 4-8、说明磁电传感器的基本工作原理，它有哪几种结构形式？在使用中各用于测量什么物理量？ 答：磁电传感器就是利用电磁感应原理，将运动速度，位移，等物理量转换成线圈中的感应电动势输出分：动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器；前者测线速度和角速度，后者测转速、偏心量、振动。
4-9、热电偶有哪几条基本定律？说明它们的使用价值。
答：热电偶基本定律有1、均质材料定律；由一种材料组成的闭合回路，无论截面是否变化，也不论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。2、中间导体定律；无论材料本身的某一段是否存在温度梯度，也不论插入的材料是否接在两导体之间，还是接在某一种导体中间，均不会有附加的热电动势产生，从而影响热电偶的测量结果。3、中间温度定律；热电动势等于热电偶在连接点两不同温度对应热电动势之和。4、标准电极定律；可以方便地从几个热电极与标准电极组成热电偶时所产生的热电动势，求出这些热电极彼此任意组合式的热电动势。
4-10、用镍铬-镍硅热电偶测温时，其冷端温度 ，用直流电位差计测得的热电动势为 ，求实际温度为多少？
解：查表4-2的镍鉻-镍硅的标准电动势为4.1mV
根据中间定律有
4-11、光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？
答：光电效应有三类：1、外光电效应；元件有光电管、光电倍增管等。2、内光电效应；元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。3、光生伏特效应；元件有光电池和光敏晶体管等。 4-12、什么是霍尔效应？试举两个霍尔传感器在动力机械测量中典型应用的例子。
答：一块长为l ，宽为b ，厚为d 的半导体薄片，若在薄片的垂直方向上加以磁感应强度为B 的磁场，当在薄片的两端有控制电流I 流过时，在此薄片的另两端会产生一个大小与控制电流I （A ）和磁感应强度B （T ）的乘积成正比的电压U （V ），这一现象称为霍尔效应。
mm F /6.0με=mm d 100=C
t ?=300mV t E AB 5.38)30,(=
主要应用有：转速测量、位移测量、接近开关。
4-13、什么是编码器？绝对式编码器和增量式编码器有何区别？
答：以编码形式产生数字信号的代码型传感器又称为编码器。
绝对式角数字编码器将被测转角转换成相应的代码，指示其绝对位置。
增量式数字编码器需要一个计数系统，旋转的码盘是传感器的敏感元件产生一系列脉冲，在计数器中对某个基数进行加减，可测出角速度位移量或转速。
4-14、有一电桥，已知工作臂应变片阻值为
，灵敏度k=2，其余桥臂电阻值也为 ，供桥电压为10V 。当应变片的应变为 和 时，分别求出电桥单臂工作和半桥工作时的输
出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
解：（1）由题意得
当应变为100με时
电桥单臂工作的输出电压是V k
U U 460105)10100(4
2104
--?=???==?ε 板桥工作时的输出电压是
（2）同理，当应变为1000με时
电桥单臂工作的输出电压是V k U U 360105)101000(4
2104--?=???==
?ε 板桥工作时的输出电压是
可以看出，在该电桥工作时，单臂工作的灵敏度比较高。
第五章
5-1、温标有哪几种？彼此之间的关系如何？
答：温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。
热力学温标T 与摄氏温标t 的关系为：T=t+273.15；
摄氏温标tC 与华氏温标tF 的关系为：tC=5/9（tF-32）。
5-3、为什么热电偶要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿有哪些方法？
答：热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。
5-5、辐射式温度计有哪几种？简述各自的工作原理。
答：辐射式温度计有哪几种？简述各自的工作原理。
单色辐射式光学高温计
利用亮度比较取代出射度比较进行测温。P111
全辐射高温计
通过测量物体全部辐射能来确定物体温度的。 P114
比色高温计
利用两种不同波长的辐射强度的比值来测量温度的。P114
红外测温仪
5-6、试验室用气体温度计测量时有哪几种误差？如何进行修正？
答：气体温度计的修正
1、工作气体的非理想修正
2、毛细管体积修正
3、测温泡体积冷缩的修正
4、热分子压差的修正
Ω120Ω120με100με1000
5-7、简述红外测温仪和红外热像仪的工作原理。
答：红外测温仪是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。
红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪）是通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。
第六章
6-1、
答：液柱式压力计测量误差来源：1. 环境温度变化(或用书上经验公式 6-6)2. 重力加速度变化(或用书上经验公式6-7)3. 毛细管现象4、安装与测读引起的误差。
弹性压力计测量误差来源：1、迟滞误差2、温度误差3、间隙和摩擦误差
6-2、
答：h
?ρ
=
g
P?
6-3、
答：压阻式压力传感器原理：当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出应用范围：压阻式压力传感器的主要缺点是电阻和灵敏度系数的热稳定性差，所以一般应用于温度较为稳定的环境压电式压力传感器原理某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。压电压力传感器是利用压电原理制成的应用；它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
电容式压力传感器原理：它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
应用范围：电容式传感器具有功率小，阻抗小，动态特征好，结构简单等优点，且可用于非接触测量，电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度、荷重等机械量的测量，也广泛应用于压力、差压力、液压、料位、成分含量等热工参数测量
6-4、
答：
（1）L形总压管，制造简单，安装盒使用比较方便，且支杆对测量结果的影响较小，是最常见的总压管。缺点是不敏感偏流角比较小。
（2）圆柱形总压管，可以做成很小的尺寸，且工艺性能好，使用方便，但其不敏感偏流角较小。
（3）带导流套的总压管，实际上是在L形总压管的关口处加一导流套，导流套进口处的锥面为流体收敛段，气流经过导流套被整流，使得不敏感偏流角pα大大提高。缺点是pα随着Ma的变化比较明显，此外由于头部尺寸较大，因此对流场的影响较大。
（4）多点总压管，把若干单点总压管按一定方式组合在一起，就构成了多点总压管。
（5）边界层总压管，其感受截面做成扁平的形状，感受孔做成一道窄缝，以使其有效中心靠近其几何中心。
6-5、
答：测压仪表的标定分静态标定和动态标定。
静态标定是根据静压平衡原理，利用活塞式压力计、标准弹簧压力计或液柱式压力计进行的。
动态标定有两种方法，一种是输入标准频率及标准幅值的压力信号与传感器的输出信号比较，这种方法称为对比法；另一种方法是通过激波产生一个阶跃的压力并施加与被标定的传感器上，根据其输出曲线求得他们的频率响应特性，这种激波管动态标定是一种最为基本的动态标定方法。6-6 、
答：1、测压通道引起的误差2、上止点位置引起的误差3、温度变化引起的误差4、其他的有传感器和测量线路的绝缘性能、环境的振动和噪声、电磁场的干扰、安装操作不当等。减少误差：1、使传感器与燃烧室壁面齐平安装2、可以用硬件跟软件方法多上止点位置进行修正3、注意传感器在测量时冷却条件，可采用带温度补充片的压力传感器，以消除气缸内燃机温度带来的影响。
6-7、
答：系统中采用光电传感器获得曲轴角信号和上止点信号，采用石英电传感器和电荷放大器获得气缸压力信号。采样单元由采样保持器和模拟转换器组成，采样保持器在曲轴转角信号触发下对电压信号进行采样，并使采样值在模数转换器进行模式转换的过程中保持不变。计算机系统对采样单元进行控制并且对采集的数据进行显示和分析处理。
第七章
7-1、
答：可压缩
查表得
则
（2）不可压缩
7-2、
答：（1）恒流式，在热线风速仪的工作过程中保持加热电流不变，热线的表面温度随流体流速而变化，电阻值也随之改变。因此，通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。
（2）恒温式子热线风速仪工作过程中，通过套接热线两端的电压以保持热线的电阻不变，这样就可以根据电压值的变化，测出热线电流的变化，进而计算流速。
特点：恒流式因热线热惯性的影响，存在灵敏度随被测流体流动变化频率减小而降低，而且会产生相位滞后等缺点。因此，现在的热线风速仪大多采用频率特性较好的恒温式。另外，在实际应用中，由于测速公式的含糊关系不易确定，通常都采用实验标定曲线的方法，或把标定数据通过回归分析整理成经验公式。应用时，如果被测流体的温度偏离热线标定时的流体温度，则需要进行温度修正，为此可以采用自动温度补偿电路。
第八章
8-1、流量有哪几种表示方式？常用流量测量方式和流量计有哪些？各有什么特点？选用时应考虑哪些因素？
答：流量分为瞬时流量和累计流量，累计流量又有体积流量和质量流量之分。
常用流量测量方法有容积型流量测量、速度型流量测量和质量型流量测量。
容积型的有：椭圆齿轮式流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板式流量计、伺候式容积流量计、皮膜式流量计和转筒流量计。
容积式流量计工作原理简单，测量结果受流体流动状态的影响较小，精确度高，适合于测量高
粘度、低雷诺数的流体，但不适宜用于高温高压和肮脏介质的流量测量。
速度型流量计的有：差压式（又称节流式）流量计、转子式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、旋涡流量计、超声波流量计。
速度流量计有着良好的使用性能，可用于高温高压流体测量，其精度较高；但是，由于它们以平均流速为测量依据，因此，测量结果受流动条件（如雷诺数、涡流，以及截面上流速分布等）的影响较大，这对精确测量带来困难。
质量型流量计分为直接型、推导型和温度压力测量补偿型。直接型有量热式质量流量计、角动量式质量流量计、振动陀螺式质量流量计、马格努斯效应式质量流量计、科里奥利力式质量流量计。
考虑的因素有：流体性质、用途、工况等。
8-2、根据节流式流量计的工作原理和误差分析理论，说明为什么对同一节流式流量计测量流量的上下限比值有一定的范围要求。
答：根据反应流量与节流压降关系的流量方程：
式子中，流量系数 与节流装置的流动状态（雷诺数
Re）有关。流量改变则流速发生变化，雷诺
D
数
Re也会随之改变，当雷诺数变化较大时，流量测量就不准确。
D
8-3、
答：可以进行以下修正：1.节流元件开孔尺寸d因温度变化的修正；2.被测流体密度变化修正；3.通过综合修正系数进行修正。温压补偿流量测量系统设计：可以在一般节流式流量计上添加补偿电桥和压力变送器进行温压补偿，使工况流体（气体）状态值接近标况值。
8-4、
答：节流元件根据对β计算在50到750之间，雷若数在8000以上，因此选择法兰取压标准节流孔板。压差极限值通过计算为0.12兆帕。因此取压装置选液汞U型测压管。直管段通过连接法兰连接。
8-5、简述影响涡轮流量计特性的主要因素和使用涡轮流量计时应该注意的主要问题。
答：影响涡轮流量计特性的主要因素有：
1、流体粘度的影响：涡轮流量计的仪表常数K与流体的粘度密切相关，随着流体（尤其指液体）
粘度的增大，流量计的线性测量范围缩小。
2、流体密度的影响：涡轮流量计是一种速度型流量计，它根据流体速度的大小测量流体的体积流
量。当被测流体的密度值受状态参数（温度、压力）的影响而发生明显变化时，应在测量回路中加入密度（或温度、压力）补偿器，以补偿相应的测量误差。
3、流体压力和温度的影响：当被测流体的压力和温度与流量计标定时的状态有较大偏离时，将使
涡轮变送器的结构尺寸及其内部的流体体积发生变化，从而影响到流量计的特性。
4、流动状态的影响：涡轮流量计的仪表特性直接受流体流动状态的影响，其中对涡轮变送器进口
处的流速分布尤为敏感。进口处流速的突变和流体的旋转可使测量误差达到不能忽略的程度，而这些流动状态的形成主要取决于该处的管道结构。
使用涡轮流量计时应该注意的主要问题有：
1、安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则涡轮、轴承易被卡住，
测不出流量来。
2、拆装流量计时，对磁感应部门不能碰撞。
3、投运条件高前辈行仪表系数的设定。仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。
4、安装涡轮流量计时，前后管道法兰要水平，否则管道应力对流量计影响很大。
5、被测介质对涡轮不能有侵蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。
8-6、简述光钎流量计和超声波流量计的工作原理、特点及其发展趋势。
答：光钎流量计举光钎差压式流量计为例。
工作原理：在节流元件前后分别安装一组敏感膜片和Y形光钎，膜片感受流体压力的作用而产生唯一，Y形光钎是一种光钎位移传感器，它根据输入输出光强的相对变化测量膜片位移的大小。
特点：利用光钎传感技术检测节流元件前后的差压。
发展趋势：
超声波流量计。
工作原理：超声波在顺流和逆流中的传播速度差与介质的流动速度v有关，测出这一传播速度差就可求得流速，进而可换算为流量。
特点：1、非接触测量，不扰动流体的流动状态，不产生压力损失。
2、不受被测流体物理、化学特性（如粘度、导电性等）的影响。
3、输出特性呈线性。
发展趋势：1、在石油和天然气领域快速普及。
2、超声波流量计具有高精确度和低总体拥有成本。
3、亚洲和中东市场增长最大。
8-7、综述质量流量计的类型、工作原理及特点。
答：1、冲量式固体粉粒流量计。它是基于动量定理进行流量测量的方法，其工作原理是当被测固体粉粒从一定的高度自由下落到一定倾斜角的检测板上时，对检测板产生一个冲力，其大小可根据动量定理求出。
2、热式质量流量计。它是一种直接型质量流量计，有不同结构，其基本原理是利用流体流动过程中换热量与质量流量之间的直接关系进行流量测量。
第九章
9-1、根据差压式液位计的基本工资原理，说明为什么对于密闭容器内的液位测量，当其中的液体及其密度变化较大时，不能直接利用图9-1b和式（9-2）的测
量方法？
答：因为液位与差压的关系将变化不定，差压的变化不能完全反映液位的变化。
9-2、比较分析用于导电液和非导电液的电容式液位传感器的不同结构，简述各自的工作原理。
答：测量导电液体的电容式液位计主要利用传感器两电极的覆盖面积随被液体液位的变化而变化，从而引起电容量的变化。
测量非导电液体的电容式液位计主要利用被测液体液位变化时可变电容传感器两电极之间充填介质的介电常数发生变化，从而引起电容量变化。
9-3、简述电阻式液位计的种类、工作原理及其特点。
答：1、电接点液位计。其工作原理是根据同一介质在气、液状态下电阻值大学的不同来分辨和指示液位的高低。
2、热电阻液位计。其工作原理是利用通电的金属丝与液、气之间传热系数的差异及其电阻值
随温度变化的特点进行液位测量。
9-4、综述光纤传感技术在液位测量中的应用现状及其发展趋势。
答：光纤传感技术的应用一方面缘于高灵敏度，另一方面是由于它还具有电瓷绝缘性能和防爆性能，从而为易燃易爆介质的液位测量提供了安全的检测手段。
第十章
10-1、
答：光电式转速传感器：结构复杂且脉冲信号不稳定
磁电式转速传感器：结构简单，无需配置专门的电源装置，且脉冲信号不会因转速过高而减弱，测速范围广，因此适用范围非常广泛。
10-2、
答：测量方法有传递法和平衡力法。典型的测量仪器有钢铉转矩测量仪，光电式转矩仪，光学式转矩仪，磁电式转矩仪，应变式转矩仪，磁致伸缩式测距仪。
10-3、
答：P=1*10*3000/9550=3.141kw
10-4、
答、直流电力测功机的控制方式有负荷电阻控制方式和自动馈网控制方式两类。在测功状态下，负荷调节处于最大位置的固有特性。自动馈网控制方式可将所产生的电能自动反馈给电网，其基本原理也和电阻作负荷的直流电机，以扩大转速调节范围和增大低速时的转矩。
10-5、
答：曲线A为测功机的最大负荷调节位置时的特性去想，也称固有特性曲线，转矩和功率分别随转速的二次方和三次方增加。曲线B为测功机转子和轴允许的最大转钜下的强度限制线。曲线C为测功机出水温度达到最大允许值时的功率限制线，即测功机能吸收和测量的最大功率。曲线D为受离心力负荷或轴允许转速所限制的最高转速限制线。曲线E为测功机空转时能测量的最小转矩和功率限制线，此时制动器内腔的水完全放掉，阻力矩仅由转子和空气之间的摩擦以及轴承的摩擦产生。10-6、测功机的选型主要有哪几个依据？请分别介绍。
答：
1、工作范围
对于一台测功机，它的工作范围是已知的，必须保证被测动力机械的特性全部落在所选测功机的工作范围之内。
2、测量精度
测功机的测量精度应符合测量要求，在满足工作范围的条件下，应使测量尽可能接近满量程进行，以获得较好的测量准确度，通常被测动力机械最大功率与测功机工作范围的最大功率之比应不低于3:4。
3、响应速度
动力机械工况变化的响应速度是测功机的一项重要指标。一般来说，电力测功机的响应速度要快于水力测功机，直流和交流电力测功机的响应速度又快于电涡流测功机，选型时要根据试验的具体要求进行选择。
4、工作稳定性
当动力机械的输出转矩与测功机的制动转矩平衡时，动力机械能在该转矩工况下稳定运转。
5、低速制动性
低速制动性也是测功机的一项重要性能指标。
第十一章
11-1、论述色谱分析仪在气体组分鉴别和含量测量中的作用、工作原理以及具体应用时需要注意的主要问题
答：色谱柱完成的仅仅是的组分的分离，组分的含量检测还需要利用相应的检测器。色谱分析的原理是：被分析的混合物在流动气体或液体的推动下，流经一根装有填充物的管子，由于固定相对不同的组分具有不同的吸附或溶解能力，因此，混合物经过色谱柱后，各种组分在流动相和固定相中形成的含量分配关系不同，最终导致从色谱柱流出的时间不同，从而达到组分分离的目的。需要注意的问题是所有操作条件有严格的稳定性和一致性要求。否侧，无法准确判别组分
11-2、简述红外分光分析仪和红外不分光分析仪的工作原理和用途特点。
答：红外分光分析仪
工作原理：根据特定的吸收带，可以鉴别分子的种类，这正式红外光谱分析的基本依据。
用途特点：对混合气体所含组分种类进行定性分析、鉴别的理想检测器。通过进一步利用光能吸收与组分含量之间的关系，还可以用于各组分含量的定量测量。但由于多组分分析需要一定的扫描时间，故这类分析不适用于连续测量。
红外不分光分析仪器：
工作原理:通过测量吸收带内待测组分对红外辐射的吸收程度来确定组分含量。当入射的红外辐射强度以及待测组分的种类和厚度一定时，透射的红外辐射强度仅仅是待测组分含量的单值函数。因此，通过测量透射的红外辐射强度，就可以确定待测组分的含量。
用途特点：测定混合气体中某种已知组分的含量。要求被测气体是干燥而清洁的，需要对样本进行除湿、除尘处理。
11-3、综述O2、CO、CO2、HC以及NO等燃烧气体排放组分含量的测量方法。
答：测量方法：
O2：氧化锆氧含量分析仪
CO和CO2：热导检测器
HC等有机组分：氢火焰电离检测器。
NO：化学发光法。
11-4、比较分析吸收式和透光式烟度测量方法的特点。(p219-p220)
答：1. 吸收式测量方法是用滤纸收集一定量的烟气，再通过滤纸表面对光的反射率的变化来测量烟度；透光式测量方法是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。
2. 吸收式烟度计结构简单，使用调整方便，滤纸样品能够保存，可以用来测量碳烟的质量，其
测量结果的准确性收到滤纸品质的影响；透光式烟度计的特点是响应快、能够实现连续测量，但光学系统容易受到污染，使用时必须注意清洗，以免影响测量精度。
第十二章
12-1、试述振动测量的主要参数。(p222)
答：振动测量的主要参数是：频率、振幅、相位。
12-2、从测振基本原理出发，说明位移计和加速度计的主要区别。
答：用于长期测量水工结构物或其它混凝土结构物伸缩缝的开合度(变形)，亦可用于测量土坝、土堤、边坡等结构物的位移、沉陷、应变、滑移，并可同步测量埋设点的温度。加装配套附件可组成基岩位移计、多点位移计、土应变计等测量变形的仪器。加速度计是测量运载体线加速度的仪表。利用检测质量块的惯性力来测量载体加速度的敏感装置。
12-3、测振系统分哪几类？其特点是什么？
答：机械测振系统、电子测振系统以及光学测振系统，其中，机械测振系统的使用日益减少。电子测振系统以数字或图形的方式记录和绘制出来，是人一目了然。特点是灵敏度高、频率范围和动态线性范围宽，便于分析和控制，最广泛的测振系统。光学测振系统的特点是不受电磁场的干扰，测量精度高，适用于对质量小及不易安装传感器的振动体作非接触精密测量。
12-4、试述电动式测振仪的类别及选择原则和使用应考虑哪些问题。
答：电动式测振仪类别有：电磁式测振仪、电感式测振仪、电容式测振仪、压电式测振仪。电动式测振仪灵敏度高，测量精度高，受温度、湿度影响小，低阻抗输出引起的干扰噪声小，但是结构尺寸和质量大，受磁场影响大，若采用永磁体，则其磁场衰减会引起灵敏度减低。电感式传感器一般适用于测量20~1000Hz范围内的振动信号。为了增加电感式测振仪的灵敏度和提高测量精度，常采用桥式电路或制成差动式传感器。电容式测振仪适用于测量10~500Hz范围内的角位移和线位移（0.001~1mm）。它具有灵敏度高、结构简单等优点，但受温度、湿度以及电容介质等的影响较大。压电式传感器灵敏度高。频率范围宽，结构尺寸小和质量轻，目前这类传感器应用最广。但它受温度、湿度等影响较大，需和高阻抗前置放大器配用。
12-5、常用的激振器有哪些？它们的特点和应用场合是什么？
答：常用的激振器有电磁振动台、电动式激振器、压电晶体激振器三种。电磁振动台的激振频率范围为5~1000Hz，激振力可达1000N，台面负荷为500N或更大，可以对振动台的频率、振幅、激振力任意地进行精确的调整。电动式激振器工作频带较宽，可从几Hz到几千Hz，频响特性良好。担忧允许通过最大电流的限制、最大位移的限制、加速度的限制。
压电晶体激振器自振频率很高，约为1000kHz，其工作频带很宽，特别是它的高频特性很好，因而常用于高频传感器或激振器。但由于它激振力较小，更适用于小型、薄型试件的激振。
12-6、什么是加速度传感器的安装谐振频率？它与传感器的固有频率之间有何关系？
答：加速度传感器使用频率的上限取决于和传感器安装方法有关的安装谐振频率。从理论上来讲，当振动体的质量与传感器的惯性质量之比为无限大时，安装谐振频率与传感器固有频率相等。P227 12-7、为确保重要或大型振动项目测试成功，测试中应考虑哪些问题？
答：试验大纲的制定十分必要。它应包括明确的测量目的，根据测试对象和实验环境测定测试方案和步骤，尤其是合理选择测振系统一集测点布置等。P230
12-8、试述内燃机各类振动的特点及台架测振时测点布置应注意的问题及振级评定方法。 答：1.内燃机整体的刚体振动，这种振动将直接影响到车辆的舒适性和使用寿命。
2.曲轴系的扭振，这种振动将严重影响内燃机轴系的强度与整机的工作性能。
3.曲轴的弯曲振动，内燃机的主要噪声源。
测点应选择在坚实的机体上，避免布置在刚性较差的部位，测点至少应取3到5个点，同一测点在三个互相垂直的方向x,y,z 上进行振动测量。
内燃机整机振动状况往往采用当量振动烈度来评价，它是由选定测点位置和方向测量振动速度的均放根值用公式求得。P233
12-9、内燃机扭振测量测点布置应考虑哪些问题？
答：内燃机曲轴扭振传感器的安装位置通常选在曲轴自由端。要测全部转速范围内的振幅，根据各振幅峰值估算轴系的固有频率或临界转速，还可根据理论计算的相对振型和实测自由端的振幅对比，求出曲轴振型，在计算曲轴各段的应力。
12-10、 试述涡轮机叶片振动测量的主要内容和方法
答：绝对校准法；比较校准法
12-11、测振系统在哪些情况下必须校正后才能使用？校正的方法有哪些
答：一般情况下传感器必须校正后才能使用。在传感器和测量仪器经过修正后，长时间搁置后，近些重要和大型试验时，高温环境中测试时{p241}
叶片测量：自振法，共振法，自激振动法；调频法，无线电摇测法
第十三章
13-1、
答：声压：声波波动引起传播介质压力变化的量值；
声压级：反映声音的相对强度；
声强：声能流密度在一个周期T 内的时间平均值；
声强级：反映声强的相对强度；
声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能；
声功率级：声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10，以分贝计；
响度：声音的强弱叫做响度；
响度级：在人的主观响度感觉上与该声音相同的1000Hz 纯音的声压级；
计权声级：用带有频率计权网络的一起测得的噪声值为计权声级；
13-2、
答：（1）声压法特点：利用声级计进行噪声测量时，如果周围环境存在其他声源，则声级计读数仲讲包含被测噪声以外的噪声，这一噪称作背景噪声
声强法特点：在实际声强测量中，测取的是每一测量单元的声强
（2）为什么总是用声功率级作为固定式机械设备噪声设备噪声的评价值，而不是声压级?
答：声功率级是设备发出的噪声能量的全部，声压级是设备发出的噪声能量的一部分（一平方米）；用声功率级考核体现“总量控制”，能全面衡量设备发出噪声的大小，是发展趋势。
13-3、什么是频程？1倍频程与1/3倍频程有什么区别？
答：将声频范围划分为若干个区段们这些区段称为频程。
1倍频程是指频带的上下限频率之比为2:1的频程。1/3倍频程是对1倍频程3等分后得到的频程。（p247）；
13-4、车间内有三台压气机，单台压气机的噪声为90db ，求三台压气机同时工作时的噪声级。 答：∑=-
=m i pi L m L 11.0)101lg(101； 13-5、 答：∑=-=m i pi L m L 11.0)101lg(101；