第2章

1. 传递函数是指零初始条件下输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。（√）

2. 传递函数既描述了系统的动态性能，也说明了系统的物理结构。（×）

3. 幅频特性 和 相频特性 共同表达了测量系统的频率响应特性。

4. 测量系统的动态特性一般可以从 时（间）域 和 频（率）域 两方面进行分析。

5. 用试验测定动态参数的方法有频率响应法、阶跃响应法、随机信号法。

6. 测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及反馈联接的传递函数的表示方法。

答：串联环节：

并联环节：

正反馈环节：

负反馈环节：

7. 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，以此评价测量系统。

评价指标：稳定时间t s 、最大过冲量A d 。

8. 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。问使用该传感器)()()()()()()()()(21s H s H s Z s X s Y s Z s X s T s H===

)()()

()()()()()(2121s H s H s X s Y s Y s X s Y s H +=+==)

()(1)()()()(s H s H s H s X s Y s H B A A -==)()(1)()()()(s H s H s H s X s Y s H B A A +==

作频率为400Hz 正弦变化的外力测试时，其振幅和相位角各为多少？

解：

()2222411 + -=

n n A ωωξωωω()222280040014.0480040011? ?+? -=31.1≈

()212?

? - -=n n arctg ωωωωξω?2800400180040014.02? -? -=arctg 6.10-≈

9. 用一阶系统对100Hz 的正弦信号进行测量时，如果要求振幅误差为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，其幅值误差和相位误差为多少？ 解：（1）)2100(111)(111)(1)(22≤?+-=+-

=-=?πτωτωωA A 则 s 41071.7-?≤τ （2）%81.2)1071.7250(111)(111)(1)(242≤?+-=+-

=-=?-πωτωωA A

τ取7.71×10-4时， ?-=?-=-=-62.13)1071.7250()(24πωτω?arctg arctg

相位误差小于等于13.62°

10. 用传递函数为1/(0.0025s +1)的一阶系统进行周期信号测量。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?

11.对某二阶系统进行动态标定时，测得最大过冲A d=1.5以及在响应曲线上由n 个周期取平均值的衰减周期T d=2s 。试求该系统的阻尼比及系统固有频率。

解：

ε=√

1

(πlnA d )

2

+1

=√

1

(π

ln1.5

)

2

+1

=0.128

ωn=

2π

T d√1?ε2

=

2π

2×√1?0.1282

=3.17Hz

第3章

1.在任何测量中都存在误差，这是绝对的。（√）

2.绝对误差和相对误差均可为正值或负值。（√）

3.在测量中不可能消除系统误差。（×）

4.测量值与真值之差称为误差。

5.就大多数测量而言，其随机误差都服从正态分布规律。

6.论述系统误差产生的原因及消除方法。

答：系统误差是由某些具有规律性的、影响程度可以确定的因素所引起的，如仪器本身及其安装使用方法、环境条件、测试人员的操作习惯等（其中，仪器误差：测量仪器本身不完善或老化所产生的误差；安装误差：测量仪器的安装和使用不正确而产生的误差；环境误差：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；方法误差：测量方法或计算方法不当所形成的误差，或是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；操作误差：也称人为误差，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。）消除方法：①根源控制，每一次测量之前都应该对测量过程可能产生系统误差的环节作详细分析，正确选择、安装、调整和操作测量仪器，严格遵守使用环境条件要求。②预检法，也称校准法，预先检定测量仪器的系统误差，制作误差曲线或者校准曲线，以之修正或校准实际测量结果。③交换法，测量过程通过变换某些条件（如被测对象的位置等），使产生系统误差的因素相互抵消，达到减小或消除误差的方法。

7.随机误差正态分布曲线有何特点。

1）单峰性。概率密度峰值出现在被测量的平均值附近，即误差?接近零位置；且标准差σ越小，曲线越狭窄陡峭。

2）对称性。绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。

3）抵偿性。由上述对称性可以推断，当重复测量次数无限多（n→∝）时，正负误差互相抵偿，即随机误差的平均值趋于零。意味着增加重复测量次数可以减小测量结果的随机误差。

8.直接测量疏失误差计算的一般步骤。

答：一般步骤：①剔除疏失误差。②修正系统误差。③最后在确定不存在疏失误差与系统误差的情况下，对随机误差进行分析和计算。其中随机误差的计算步骤为：1.计算平均值； 2.计算平均值与测量值的偏差；3.计算均方根误差和极限误差；4.计算算术平均值的均方根误

差和极限误差；5.计算算术平均值的相对极限误差； 6.得出被测量的值；7.检查偏差中有大于极限误差者，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。

9. 回归分析是试验数据处理的一种数学方法，它有何特点。

答：

1）两个变量不是对等关系，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，正号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。

10. 某压力表量程为20MPa，测量值疏失误差不允许超过0.01 MPa，问该压力表的精度等级是多少？

解：

0.01MPa/20MPa×100%=0.5% 故测量等级为0.5级

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

由常用函数相对误差和绝对误差可知函数y=u1u2的绝对误差为±（u1△u2+u2△u1）故最大误差△P=±（U△I+I△U）=±（220×0.05+9×1.25）=±25W

12. 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？

答：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%

13. 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：误差传递就是指一个物理量的误差收多个物理量影响时，每个物理量该变量引起该物理量的变化量。(传递误差是针对整个系统而言，而非系统中的疏失误差) 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。

14.什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：等精度测量是指在测量条件（包括测量仪器、测量人员、测量方法及环境条件等）不变的情况下，对某一被测量进行的多次测量。非等精度测量，是指在不同测量条件下，即或者用不同的仪器，或者采用不同测量方法，或者不同测量次数以及由不同测量者进行的测量，各次测量结果的精度不同。“权”值的大小与测量的标准误差密切相关，标准差越小，说明相应的测量结果越可靠，对应的“权”值也就越大。在非等精度的情况下，对更加可靠的数据采用更大的权值，则会使得结果更加合理。

第4章

1.从敏感元件与被测对象的接触状态分，测温方法有接触式和非接触式。（√）

2.从敏感元件与被测对象的接触状态分，测温方法有直接接触式和间接接触式。（×）

3.接触式测温方法中又有膨胀式和热电式，例如常用的有水银温度计、热电阻温度计和热电偶温度计。非接触式测温方法中主要包括基于经典热辐射理论的热辐射测温方法和基于激光技术的散射光谱法、激光干涉法等。

4.使用玻璃管液体温度计应注意零点漂移、露出液柱的校正这两个问题。

5．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：)32(9

5-=

F c t t 。

6.为何水银温度计可作为精密标准温度计？

答：水银不粘玻璃，不易氧化，在相当大的温度范围内保持液态，在200℃以下，其膨胀系数几乎和温度成线性关系。

7.简述接触式和非接触式温度测量方法各自的特点。

答：1）由于接触式温度测量方法必须将敏感元件与被测对象接触，因此容易破坏被测温度场，非接触式温度测量方法则无此问题。

2）接触式温度测量中敏感元件与被测对象达到热平衡需要一定时间，所以产生的时间滞后比较大；非接触式温度测量直接测量被测物体的热辐射或者光波信号，响应速度较快。

3）由于敏感元件材料有耐温极限，所以接触式测温有温度限制范围，非接触式测温则无此问题。

8．全浸入式玻璃管水银温度计插入被测介质中到10℃处，指示值为70℃。露出液面的平均温度为25℃，求被测介质实际温度。

解：?t=γn (t B ?t A )=0.00016?(70?10)?(70?25)=0.432℃

故被测介质的实际温度为70.432℃。

9．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。

10．辐射式温度计有哪几种？简述各自的工作原理。

答：单色辐射式光学测温计：利用亮度比较取代出射度比较进行测温；

全辐射高温计：通过测量物体全部辐射能来确定物体的温度；

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；

红外测温仪：将物体发射的红外线具有的辐射能转变为电信号，根据对应关系确定温度。

11．简述红外测温仪和红外热像仪的工作原理。

答：红外测温仪将物体发射的红外线具有的辐射能转变为电信号，根据对应关系确定温度。

红外热像仪利用红外扫描原理测量物体的表面温度分布，它摄取来自被测物体各部分射向仪器的红外辐射通量的分布，利用红外探测器的水平扫描和垂直扫描，按顺序直接测量被测物体各部分发射出的红外辐射，综合起来就得到物体发射的红外辐射通量的分布图像。

第5章

1、有一U型管压力计，封液为水，测量时封液液柱高度h＝500mm，求左右两端介质的压力差。

解：根据U型管压力计的计算公式

-

=

?

=

p

p

pρ

gh

1

2

已知水的密度ρ=1000kg/m3，g=9.8m/s2，h=0.5m

故：

p4900

gh

Pa

?

1000=

?

?ρ

=

=

9

5

.

8

.

答：左右两端介质的压力差为4900Pa。

2、简述电阻式、电容式、压电式压力传感器结构特点及应用范围。

答：电阻式传感器又称应变式传感器，是应用最为广泛的测力传感器，其测量范围大，测量精度高。应变片一般由基底、敏感栅、覆盖层和引出线4部分组成。敏感栅是应变片的核心部分，其作用是感受被测构件的变形，并将应变转换成电阻的变化，敏感栅的材料是金属，应用最多的是康铜和镍铬合金。基底和覆盖层的作用是固定和保护敏感栅。引出线的作用是从敏感栅引出信号。

电容式传感器是通过将力作用下位移的变化转换为电容量的变化进行力与压力测量的，具有功率小、阻抗高、动态特性好、结构简单等优点。常在结构上采用对称配置的差动式电容传感器，并用交流电桥测量其输出。

压电传感器的工作原理是基于某些物质的压电效应，这些物质在外力作用下表面会产生电荷，经过电荷放大器的放大，可以实现电测的目的。热能与动力工程测量中，常用石英晶体作为压电材料。

电阻和电容式压力传感器常用于静态或准静态压力的测量，压电式传感器主要用于动态压力的测量。

3、进行动态压力测量时有哪些误差来源？如何减少误差？

答：动态压力测量系统中，压力传感器安装在需要进行压力测量的部位，其间有空腔和管道的情况是很多的，甚至是无法避免的。这会严重影响传感器的动态特

性，造成动态压力测量的失真，这一点在进行动态压力测量时必须予以考虑。

空腔和管道的容积，导压管长度和内径对动态压力测量时的容腔效应和滞后有很大的影响。采用较小的空腔容积，较短的导压管和较大的内径，可增大系统的固有频率，减小时间常数，降低容腔效应和滞后的影响。

4、试解释图5-20所示的内燃机缸内动态压力采集系统工作原理

答：缸内动态压力测量系统的组成如下图所示：

1－计算机系统2－曲轴转角信号发生器3－光栅盘4－光源

5－内燃机6－压电传感器7－压力信号转换单元8－采样单元内燃机气缸动态压（代写文章：微信：13258028938）力测量中，最常用的传感器是石英晶体压电传感器，传感器输出的信号经电荷放大器进行放大。上止点位置和曲轴转角信号是缸内动态压力测量的另外两个非常重要的信号，上止点位置信号可用磁电式或电容式传感器获取，也可采用气缸压缩线法确定，曲轴转角信号现多采用绝对式角数字编码器确定。来自压力传感器并经放大的信号用作压力信号源，压力信号是连续的，这种连续信号由转角脉冲信号来触发采样，将连续的压力信号转变为一个个相应的阶梯形信号，即将连续的信号转换为离散的数字信号，输入计算机数据采集系统进行信号采集。采样单元由采样保持器和模数转换器组成，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数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6章

1.皮托管测速为接触式测量，而LDV 为非接触式测速方法。（√）

2.恒流式热线风速仪通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。（√）

3.皮托管利用流体 总压 与 静压 之差来测量流速。

4.探头的头部尺寸决定了皮托管测速的空间分辨率，受工艺、刚度、强度和仪器惯性等因素的限制，目前最小的皮托管头部直径约为 0.1～0.2mm 。

5.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时， 散射光 与 入射光 之间的频率偏离量称作多普勒频移。

6.用皮托管－U 型管装置测量空气流动，测得压差为19.7kPa ，绝对静压为100kPa ，空气温度15℃，皮托管的校正系数为1，试计算空气流速。

（1） 假设空气可压缩

（2） 假设空气不可压缩

【提示：气流马赫数M a 可按下式估算2011(1)2

k k a p k M p --=+，符号含义见教材】 解：（1）可压缩

p 0=p +?p=119.7kpa

P 0P=(1+K ?12

Ma 2)K K?1,K=1.4 ∴Ma=0.513

查表得ε≈0（代写文章：微信：13258028938）.0620

ρ=1.226 ε=1

则?=

ε√2(P 0?P )ρ1+ε=ε√2×19.7×1031.2261+0.0620=173.9m/s

（2）不可压缩

?=ε√2(P 0?P )ρ=ε√2×19.7×1031.226

=179.27 m/s

8. 试述热线风速仪的两种基本工作方式，并对比分析其各自的特点。

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。

9.从信号处理、实际应用等角度对比分析LDV三种基本光路系统的特点。

答：基本光路系统大致有三种，即参考光束系统、单光束系统和双光束系统。在参考光束系统中，光束经微粒散射后强度将大大削弱，系统需采用1：9的比例将光源发射的光束分割成参考光与信号光，以得到高信噪比和高效率的多普勒信号。单光束系统要求两散射光接收孔的孔径适当，孔径过大会使光电检测器接收到的频率信号加宽，过小将使检测器接收到的散射光信号太弱，都会降低测量精度。另外，这种系统对光能的利用率很低，且需要遮蔽周围环境的光线，目前已经较少应用。双光束系统的速度分量v n和差拍信号f D之间的关系与其他两种在表达形式上完全相同，但其多普勒频移与光电检测器的接收方向无关，因此得以最广泛应用。

10.简述激光多普勒测速技术（LDV）的主要优点（代写文章：微信：13258028938）。

答：1）对流场无干扰。

2）输出特性的直线性相当好，不必进行标定。

3）除流体折射率外，测量精度不受其它物理参数的影响。

4）空间分辨率高，无惯性因而频响特性好。

5）测速范围广，可以从10-3mm/s级的低速到超音速。

6）测量方向特性稳定。

7）可以测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。

11.论述PIV技术的特点，并根据测量原理，比较PIV与LDV对示踪粒子的要求。

答：PIV技术的特点是能够在不破坏流场状态的情况下测量整体流场的瞬时速度信息。PIV 的基本原理是通过测量流场中示踪粒子在某一时间微元t?内的位移来计算流体速度，其中作为粒子位移信息载体的是t和t +t?时刻的粒子图像；LDV则是利用多普勒效应，即

当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率，其中散射光与入射光之间的频率偏离量与流体的流速成正比。因而，对于LDV，微粒的直径最好为干涉条纹宽度的1/2或条纹间距的1/4左右，这样可以获得最佳质量的多普勒信号，同时其需具备良好的跟随性、较高的散射效率以及良好的物理化学性质；PIV系统对示踪粒子的种类、粒径、播散量有具体的要求，要求示踪粒子具有高的散射效率，具有良好的物理化学性质，同时需要示踪粒子能够很好地跟随流体的运动速度和方向，使用时应该严格遵照以获得较好的测量结果。

第7章

1.根据测量方法的基本特点，一般可将目前所使用的流量计归纳为容积型流量计、速度型流量计、质量型流量计这三大类型，其中涡轮流量计属于速度型流量计。

2.电磁流量计（简称EMF）是基于（法拉第）电磁感应定律进行工作的。

3．流量有哪几种表示方式？常用流量测量方法和流量计有哪些？各有什么特点？选用时应考虑哪一些主要因素？

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。

4.简述节流式流量计的组成及工作原理。

答：节流式流量计由节流装置、差压信号管道（导压管）和差压计三部分组成。流体通过节流元件所产生的差压信号经导压管传入差压计，差压计根据具体的测量要求把差压信号以不同的形式传递给显示仪表，从而实现对被测流体差压或流量的显示、记录和自动控制。

5．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？

解：根据反应流量与节流压降关系的流量方程：

ρ

αεβπρπ

αεp 2D 4p 2d 4q 2

22V ＝＝ 式子中，流量系数α与节流装置的流动状态（雷诺数D Re ）有关。流量改变则流速发生变

化，雷诺数D Re 也会随之改变，当雷诺数变化较大时，流量测量就不准确。

6.通常从哪几个方面对涡轮流量计进行修正？

答：流体粘度的影响、流体密度的影响、流体压力和温度的影响、流动状态的影响。

7．当被测流体的工作参数偏离节流式流量计的设计条件时，应该对测量值进行哪些修正？试设计一种对密度具有温度压力补偿的流量测量系统。

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．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）投运前先进行仪表系数的设定。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。

9．简述光纤流量计和超声波流量计的工作原理、特点。

答：a.光钎流量计

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位移，Y形光钎根据输入输出光强的相对变化测量膜片位移的大小，由位移量就可以确定节流压差，从而确定被测流量的大小。

特点：利用光钎传感技术检测节流元件前后的差压。

b.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。

10．简述各种质量流量计的工作原理。

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。

（3）科氏力质量流量计。其工作原理就是运用了科里奥利力现象，即流体质量流量对振动管振荡的调制作用机制。

第8章

1.从本质上讲，液位测量是一门检测气体-液体之间分界面的技术。（×）

2.差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。（×）

3.测量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这一特性进行液位测量。（×）

4.液位测量的技术主要基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变引起有关物理参数变化的现象。

5.光纤液位计的主要优势一方面是具有高灵敏度，另一方面还具有优异的电磁绝缘性能和防爆性能。

6. 根据差压式液位计的基本工作原理，说明为什么对于密闭容器内的液位测量，当其中的液体及其蒸汽的密度变化较大时，不能直接利用图8-1b 和式（8-2）的测量方法？

答：差压式液位计的理论依据是不可压缩流体（液体）的静力学原理，液位H 与静压p 或差压Δp 之间满足以下关系：0H=(p -p )/ρg=Δp/ρg ，当密闭容器中的有液体及其蒸汽密度变化较大时，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，因而不能直接利用图8-1b 和式（8-2）的测量方法。

7. 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：不锈钢棒、聚四氟乙烯套管以及容器内被测的导电液体共同组成一个圆柱形电容器，其中不锈钢棒和被测导电液体构成电容器的两个电极，聚四氟乙烯套管为两电极间的绝缘介质。液位升高时，两电极极板的覆盖面积增大，可变电容传感器的电容量就成比例地增加。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：两根同轴装配、相互绝缘的不锈钢管分别作为圆柱形可变电容传感器的内、外电极，外管管壁上布有通孔，以便被测液体自由进出。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。

8. 简述电阻式液位计的种类、工作原理及其特点。试设计一套水位自动检测报警系统。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。存在指示信号的不连续性的问题，即电接点液位计固有的不灵敏区，或称作测量的固有误差，其大小取决于电接点的安装间距。用电接点液位计测量锅炉汽包水位时，除了上述问题外，测量筒内水柱的温降会造成筒内水位与汽包重力水位之间的偏差。

（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。

水位自动检测报警系统：在存贮液体的容器内，将热丝安置于液面下预定的检测点A 处并在其电路中并联一个小灯泡R0。选择正温度系数较大的热丝材料和合适的电源E、灯泡（R0）R0，使得热丝露出液面时的电阻值R s>>R0，在这样的参数匹配条件下，液位正常时，热丝浸没于液体中，散热量较大，温度较低，电阻值较小，对回路电流起分流作用，使流经灯泡的电流减少，故灯泡较暗；当液位低于预定高度时，热丝露出液面，散热量减少，温度升高，电阻值增加至R s（R s>>R0），这时，回路电流主要从R0通过，即灯泡变亮。这样，就可以根据灯泡的亮度判断液位是否低于预定的高度。

9.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，不受电磁干扰的影响，耐高温高压、抗腐蚀，从而在易燃易爆介质的液位测量领域有着越来越广泛的应用。

第9章

1. 接触式转速表不消耗被测速转轴的能量，因测速元件与被测速转轴直接接触而具有较高精度。（×）

2. 磁电式转速传感器结构简单，无需配置专门的电源装置，缺点在于脉冲信号会因转速过高而减弱。（×）

3. 光电式转速传感器是利用光电元件对光的敏感性来测量转速的，可分为投射式、反射式两种。

4. 常用的测功机有电力测功机、水力测功机和磁粉测功机等，这些测功机都是根据测功机作用转矩与反作用转矩大小相等、方向相反的原理来测量转矩的，即平衡力法。

5.非接触式转速表主要有哪几种？各有什么特点？

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。

6.转矩测量有哪几种方法？各有什么典型测量仪器？

答：测量方法有传递法、平衡力法和能量转换法。变形型转矩传感器主要包括光电式转矩传感器、感应式转矩传感器、钢铉转矩传感器、机械转矩传感器等；应力型包括光弹转矩传感器、磁弹转矩传感器、磁致伸缩式转矩传感器等；应变型转矩传感器则包括应变转矩传感器、圆盘转矩传感器、用电感集流环的转矩传感器等。

7.一台电力测功机力臂长度1m，砝码指示力为10N，求发动机转速3000r/min时的有效功率和扭矩。

解：扭矩T=1*10=10Nm

P=10*3000/9550=3.141kw

8.试叙述水力测功机工作范围图中各曲线的含义。

答：曲线A为测功机的最大负荷调节位置时的特性曲线，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。

9．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

测功机的工作稳定性是指当被测动力机械和测功机的调节机构位置不变，而输出转矩与制动转矩间的平衡被破坏时，测功机自行进行负荷调整以减小转速波动，从而能迅速返回平衡位置并保持等速运转的能力。