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1、华中科技大学能源学院 工程测试技术复习要点 配合郑正泉教材工程测试技术复习要点 第一章： 仪器的精度 =max/Ao100% 其中，是仪器的精度，max是仪器所允许的最大误差，Ao是仪表的量程。注意，Ao计算时，测量范围不等于量程，考虑一般在正常工作时不能超过上限的70%，所以要用测量范围除以70%得到量程。 例如，=0.2%时，仪表的精度等级为0.2级。 仪表的精密度表示测量值随机误差的大小和对同一量测量值的离散程度。 多次测量误差的计算： 标准误差： 实际中， 此时的均方根误差为： 则算数平均值的标准误差为 具体求法参照课本例题，此处不具体叙述。 第二章： 热电偶测温原理与计算： 当一支热
2、电偶的接点温度分别为T1，T2时，其热电势为EAB(T1，T2)(E1)；在接点温度为T2和T3时，热电势为EAB(T2，T3)(E2)；则在接点温度为T1和T3时，该热电偶的热电势EAB(T1，T3)(E3)为前两者之和，即 EAB(T1，T3) = EAB(T1，T2) + EAB(T2，T3) 具体使用方法参考课本例题。 测量锅炉炉膛内的温度可采用铱铑铱热电偶、铂铑30铂铑6热电偶。 热电阻温度计计算： 参照课本练习题，需要如下知识点： 铜电阻的电阻与温度关系如下：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct)，式中R，R是铜电阻t03的温度分别为t和0C时的电阻值。若在0100C温度范围，则可以
3、用此公式：Rt= R0，其中=R100/R0为电阻温度系数。R0的大小根据分度号的下标来判断，下标带有的数字就是R0的值，如Cu50的R0值为50欧，而分度号为G的为53欧。根据相关参数即可进行计算。 热电偶电路： 测三点平均温度用并联，1000度左右高温选镍铬-镍硅热电偶；测两点间的温差用反接，-100度左右低温用铜-铜镍热电偶。 热电阻测温线路： 热电偶冷端温度补偿的原因和方法： 原因：热电偶热电势的大小只在参比端温度为恒定和已知时，才能反应测量端的温度。在实际应用时，热电偶的冷端总是放置在温度波动的环境中，或是处于在距热端很近的环境中，因此冷端温度不可能为恒定值，测量的值也就不是正确的。
4、 为消除冷端温度对测量的影响，可采用如下方法： 补偿导线法：用补偿导线代替部分热电偶丝作为热电偶的延长部分，使参比端移到离被测介质较远的温度恒定的地方。 计算修正法 冰浴法：将参比端直接置于0C下而不需进行冷端温度补偿的方法。 仪表机械零点调整法：如果参比端温度经常变化，此法不宜采用，一般用于要求不高的测量中。 参比端温度补偿器 多点冷端温度补偿法：利用多点切换开关可把几支甚至几十支同一型号的热电偶接到一块仪表上，这时只需一个公共的冷端补偿器即可。 第三章： 绝对压力和表压力的概念： 绝对压力：以绝对真空作为零点压力标准的压力称为绝对压力。 表压力：以大气压作为零点压力标准的压力称为表压力。
5、差压力：以大气压以外的任意压力为零点压力标准的压力称为差压力。 绝对压力=表压力+大气压力 压力传感器的应用： 测量动态压力时，通常是用压力传感器将其转变成电信号来进行测量的。常用的压力传感器有应变式、压电式、压阻式、电感式、电容式等。 高频脉动压力信号应采用压电式压力传感器。 测量活塞压缩机气缸内的压力变化采用压电式压力传感器。 用电桥测量应变时，为了使测量电路既有很好的线性，又有最高的增益，应采用全桥接桥形式。 电容式压力传感器原理：平行板电容器的电容量可用此式表示：式中，是电容器极板间介质的介电常数；S是电容器极板间的遮盖面积；d是极板间的距离。由此可见，只要改变上述三参数中的任一参数，
6、就可改变电容C的值。电容式传感器就是通过改变电容器极板间的距离来实现信号转换的。工作原理：感受被测压力时，弹性膜片的变形就使得电容器极板间的距离发生变化，导致了电容C的变化，因此通过测量电容C的变化就可以得到压力P的变化。 电容式传感器的优点是，灵敏度高，动态响应快，结构简单，输入能量低，不受磁场的影响。缺点是，输出阻抗高，传感器与测量电路的连接导线的寄生电容影响大，输出为非线性。 真空测量仪的原理与特性： 真空是指压强低于一个标准大气压的稀薄气体状态。真空度的单位是帕斯卡。通常将真空度划分为粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空五个等级。 真空测量的特点是利用气体在低压强下的某些特性作间
7、接测量。在间接测量中，往往要借助于外加能量的办法，从而必然会带来测量误差，因此，真空测量的准确度较低，且被测压强越低，测量准确度越差。虽然仪表的测量误差较大，但是一般也能满足工程应用中的要求。 低真空测量往往采用热偶真空计进行测量，其工作原理是气体分子的导热能力与气体的压强有关。热偶真空计的测量范围是10210-1Pa。 高真空测量常用电离真空计。其工作原理是，在稀薄气体中，带电粒子与气体分子碰撞，使气体分子电离，电离后产生的正离子数目与气体的压强有关。因此，测量离子电流的大小就可以间接地测量出气体压强。使用热阴极电离真空计时，必须注意系统内的压强要低于10-1Pa时才能开启，否则其灯丝易于烧
8、毁。此外，若蒸汽分子进入规管，则它碰到灼热的灯丝后会分解，使规管内压强增大，造成测量误差，应予防止。 磁控放电真空计的工作原理与热阴极电离真空计的相同，而它的不同之处在于，气体的电离不是靠热阴极发射电子而形成，而是最先由宇宙射线或其它因素产生出少量的自由电子，这些电子向阳极运动时碰撞气体分子而发生电离，产生的正离子奔向阴极，在阴极表面上打出二次电子，这些电子飞向阳极时又使气体分子电离，如此不断发展，终于形成自持放电，因此磁控放电真空计是一种冷阴极电离真空计。优点是：1.没有热阴极存在，不怕漏气使真空管烧坏，使用寿命长，可避免高温灯丝产生的化学吸气作用。2.受化学活性气体的影响少，不怕毒化，不影
9、响电子发射。3.可测气体及蒸汽的总压强。4.能连续读数，可实现远距离测量和控制。5.结构简单，易于制造，由于放电电流较大，故可以降低对测量仪表灵敏度的要求。6.结构稳固，有一定的抗振能力。缺点是：1.在高真空时，它的灵敏度不如热阴极电离真空计高。2.电吸气作用较强，因此读数偏低，误差较大，为了减小误差，必须对管子进行彻底除气。 放射性电离真空计是另一种冷阴极电离真空计，其工作原理是，利用放射性物质引起气体分子电离。通常选用放射粒子的物质制作，因为粒子最能使气体强烈地电离，故放射性真空计也称为粒子真空计。这种真空计的测量线性范围较宽。优点是：1.提高了电离真空计量程的压强上限。2.没有热阴极存在
10、，故不怕烧毁阴极，不怕化学作用影响阴极的发射。3.与热偶真空计相比，蒸汽的存在不影响校准曲线。4.化学性质很稳定，故可用于测量化学性质活泼的气体的真空度。缺点是：1.灵敏度很低，在低压下离子电流很小，测量有困难。2.放射性元素很昂贵，且对工作人员健康不利，使用时要特别注意安全。 第四章： 热线风速仪的种类和工作原理： 工作原理：当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却作用，而流体冷却能力随流速的增大而加强，因此可根据热线温度的高低来测量流体的速度，这便是等电流法测量流体流速的原理。 热线风速仪有等温型热线风速仪和等电流型热线风速仪。等温型是目前应用较广的一种型式，因为它可以测量非常
11、快的脉动速度，而不用复杂的补偿电路。等电流型线路简单，但由于桥路的输出电压，受热线温度的影响较大，若系统中不加特殊的补偿线路，就会给测量带来很大误差。等温型的工作原理：热线探针置于流体中，当流速发生变化时热线温度将随之升高或降低，从而引起热线电阻变化，热线电阻的变化又将导致U12变化，经差动放大后，反馈至电桥输入端，使Usr发生变化，导致流经热线的电流发生变化，使电桥失去平衡。操纵控制电阻器R1，使R1值改变，使电桥恢复平衡。热线温度保持恒定，从而建立了输出电压Usc与流速的关系。原理图见课本113页图4-31。 使用热线风速仪时，在热丝强度和使用寿命允许的前提下，应尽可能选用细的热线作探头，
12、以减少仪表的热惯性；在热线材料许可的情况下，尽量提高其加热速度，以减小流体温度的影响，提高仪表的灵敏度，因此，所有热线探头都要逐个在校正风洞中进行校正后才能使用。 =45时，方向灵敏度最大，所以测量流动方向时，可选择45热线；=0时，方向灵敏度最小，所以若测量速度，则应选择0热线。 测量非稳态流体的流速可采用热线风速仪和激光多普勒测速仪。 属于恒压差变截面形的流量计是浮子流量计。 压力探针的测量误差分析： 1. 探针对流场的扰动减小策略：将探针的尺寸做得足够小 2. 测压孔对测量值的影响减小策略：保证静压孔的直径为0.51mm 3. Ma数对测量值的影响减小策略：用头部为半球形的“L”形探针且
13、d2/d1=0.3 4. Re数对测量值的影响减小策略：当Re30时，使用相关公式进行校正 5. 速度梯度对测量值的影响减小策略：测压孔的位置应远离支杆，通常静压孔离支杆的距离为8d 孔板流量计的组成部分和取压方法： 由节流元件、取压设备和节流元件前后的直管段组成。 取压方法有角按取压、法兰取压和径距取压三种。 涡轮流量计的工作原理： 将涡轮置于流体中，涡轮受流体的作用而宣传，其转速与流量成正比。涡轮的转速由磁电转换装置转换成电脉冲信号，经过前置放大器放大由显示仪表显示和计数。根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数就能计算出流体流量和累计流量。 第五章： 低温液面计的种类： 电阻式低温液面计 超导
14、式低温液面计 电容式低温液面计 差压式低温液面计 高温液面计的种类： 静压式液面计 连通器式液面计 差压式水位计 电容式低温液面计的原理： ，电容式低温液面计就是改变极板间介质的介电常数，使液面的变化转换成电容量的变化，通过测量电容量的大小来测液面高低的。而传感器的电容量C与液面高度l成正比，及测出C，就可求得液面高度l。 第六章： 热导池检测器的工作原理： 热导池的作用是将进入检测器的组分在载气中的浓度转换成为电压信号输出，转换电路是由四根钨丝组成的一个电桥，电桥由稳压电源供电，并把钨丝放置在热导池左右两边的金属小室中。根据电桥的性质不难得出，热导池桥臂电阻的阻值越大，电桥通过的电流越大，电
15、桥的灵敏度越高。供电电流还受桥臂电阻工作温度的限制，而工作温度又受电阻本身的允许工作温度的限制，对于同一种桥臂电阻，载气传热系数大则允许的最大工作电流可以取高一些。 若要分析烟气中NO的浓度，应采用化学发光气体分析仪和气相色谱分析仪。 采用气相色谱仪对样气进行定性分析时，可采用加纯物质法和滞留时间法。 第七章： 数字式测速仪的误差分析： 计数式测速仪测量转速时产生误差的原因是：晶体振荡器的振荡频率误差；门电路启闭误差；必然产生的+1计数误差。 测量频率的误差：数字式测速仪测量转速时，相对误差为 = 相位差式转矩仪的工作原理： 转矩M作用在直径为d、长度为L的弹性轴上时，在材料的弹性极限内轴将产
16、生与转矩成线性关系的扭转角，即= ，式中I是极惯性矩，对于直径为d的圆轴，I=，故 G为剪切模数，G、d、L由轴本身形状和材料决定。轴指定后，转矩和扭转角成正比，测得扭转角就可以知道转矩M的大小。据此将扭转角转变为电位差信号，设计成相位差转矩仪。 电机功率的测量： Np=Cn 式中，Np是被测功率，W；C是功率表分格常数，W/格；n是指针偏转的格数。 式中，Vm和Im分别是该功率表的额定电压和额定电流值；nm是该功率表标度尺的满刻度格数。 功率表与电压互感器和电流互感器配合使用时，实际测得的功率是表上的读数与变压比及变流比的乘积，即 式中，是电压互感器的变压比；是电流互感器的变流比；P是功率表
17、的度数，Ni是实际电机输入的功率，W。 第八章： 测量机器旋转主轴的径向振动，采用涡电流式位移传感器。 电容式测振传感器的基本原理：振动时，两极间隙或相对有效面积产生变化而使电容变化。 测振位移计与加速度计的幅频特性对比。 级的平均： 设测量数目为n，则平均声压级：为方便起见，工程中常用求算术平均值的方法得到Lp的近似值 当Lpimax-Lpimin5dB时：当5dBLpimax-Lpimin10dB时：声级与A声级： 声级：不同频率的声音讯号，通过计权网络后将得到不同程度的加权，这样通过计权网络测得的声压级就不再作为客观物理量声压级而称为计权声压级或计权声级，简称声级。 为何采用A声级作为评
18、价标准？不管声音大小如何，A声级更能模拟人耳感觉特性，因此在噪声测量和评价中，不管声音的强弱，都采用A声级来表示。 噪声评价数NR由两个因素决定，分别是噪声在每个倍频带内的强度和频率这两个因素。因此比单一的A声级作评价标准更为严格。噪声评价数NR在数值上与A声级存在的关系可近似表示为： 当LA75dB(A)时，LA=NR+5 第九章： 微机测量系统的组成与功能： 微机测控系统主要由传感器、信号调理器、多路转换开关、模/数及数/模转换器以及微型计算机组成。 信号调理器：对传感器输出的信号进行调理，以保证传感器的输出信号成为模/数转换器能够接受的电信号。 多路转换开关：轮流切换被测量与模/数转换器的连接，以达到分时的目的。 A/D转换器：将输入的模拟信号转换成计算机能够接受的数字信号。
