过参作业答案

3.7

1、测量（检测）的定义

用专业工具通过一定的方法去查明某时刻被测物理量的数值与量值的实验过程。

2、仪表的检定及常用方法

检定：为确认测量工具（仪表、装置）是否合格而进行的实验过程。

定点法：用被检定仪表同定义值、理论值（约定真值）相比较，得到被检定仪表的精度等级，是否与标称的精度等级相符。

示值比较法：用标准器与被检定仪表同时测量同一个参数，将标准器的示值作为真值，被检定仪表示值称为测量值。

3、测量的有效性

测量值能够客观表征参数的实际状态。

4、测量系统的构成

传感器、变送器、显示器（记录器）

5、传感器与敏感元件的定义

传感器：能够感受规定的物理量，并按照某种规律，转化成可用输出信号的装置

6、过程参数检测及仪表对于热力发电厂的意义与作用

意义：过程参数检测与设备的安全性和运行的经济性直接相关，使运行人员能够控制发电机组在安全状态下经济运行。

作用：（1）实时检测并显示被测参数供运行人员或程控保护装置判定设备运行状态。

（2）为控制系统提供信号。

（3）越限报警（声、光）。

（4）记录。

（5）热工保护。

（6）事故追忆及事件顺序记录。

3.9

1、温标的定义

测量温度的标尺，给出了一套温度数值化的规则和方法，明确了温度的测量单位。

2、图示并说明伽利略温度测量解决方案及存在的缺陷

方案：一根细长的玻璃管，一端制成球形，另一端开口，倒插入

水中，利用球管内空气的热胀冷缩使玻璃管内液位变化从而指示温度

的变化。

缺陷：液位的升降不仅与温度有关，还受大气压大小影响，不符

合单一变量原则。起始温度为当地最低气温，不同地区存在较大差异。

3、图示并说明华氏温标，摄氏温标以及存在的局限性

华氏温标：以当地最低气温为0度（起点），人体正常温度为100度，中间等分100格，每一格为华氏1度。

局限性：当地最低气温和人体正常体温是变化波动的，无

法随时复现，欠准确且检定不变。 摄氏温标：1atm 下，纯水冰点为0度，水沸点为100度，中间100等分，每格为1度。

局限性：建立带有随意性，不统一，不科学，不准确。被测温度在冰点和费电之外就无

法进行标定了。

4、热力学温标的内容，意义

根据卡诺定理，可得：

温度T 与热量Q 有单位线性关系，（ ）为常数，该关系与测温介质的种类和性质无关。

意义：热力学温标避免了其他温标的任意性和不统一性缺点，它是理想的温标。

5、国际实用温标的内容，意义

内容：ITS-90规定了17种标准物质相变点的温度以及它们之间的内插仪。 意义：为复现热力学温标提供方法，提供技术支持，为仲裁提供标准。

3.14

1、热电偶接触电势、温差电势、回路热电势

接触电势：两种不同材料的导体其内部的电子密度也是不同的，电子密度不同的导体相互接触时就会发生电子从密度大的导体流向密度小的导体，假如导体A 的电子密度比导体B 的电子密度大，则有些电子从A 迁移到B 。A 、B 之间形成了一定的电位差，这一电位差就是接触电势。

温差电势：单一导体两端由于温度不同而在其两端产生的电势为温差电势，因为高温端

自由电子的动能大于低温端电子动能，高温端自由电子扩散速率高于低温端自由电子的扩散速率，从而在导体两端形成电位差。

回路热电势：由接触电势和温差电势组成。

2、图示并说明热电偶温度计测量原理

热电偶回路热电势

具有下列形式解析表达式： ，

与测量端温度T 和参比端温度 有关，如果 参比端温度保持不变(或有措施保证 变而 不变)则可以通过测量热电偶的回路热电势

3、热电偶测温的三个基本定律内容及对实际测温的意义

（1）均质导体定律

由一种均匀质导体组成闭合回路，不论导体的截面和长度如何，不论其温度如何分布，都不可能产生热电势。

意义：回答了何种材料才能作为热电偶的测温电极材料，提供了检查电极材料是否均匀的一种方法。

（2）中间导体定律

在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，接入中间导体后对热电偶回路中的总热电势没有影响。

意义：为热电偶回路热电势的准确测量提供了理论依据。可以方便地导出热电偶参比电极定律，使热电偶的选配工作大大减少。

（3）连接导体定律与中间温度定律

在热电偶回路中，如果热电极和分别与连接导线和相接，其接电温度为、、，则回路的总热电势等于热电偶的热电势之代数和，这称为连接导体定律，即

意义：为补偿导线的使用提供了理论依据，为热电偶参比端温度非0°C使用提供了理论依据

3.16

1、证明参比电极定律

如果材料C分别与A、B组成热电偶，热电特性、

已知，则A、B组成一队热电偶，热电特性可表示

为

证明：

2、证明中间温度定律

证明：

3、标准化热电偶定义，与非标准化热电偶本质区别

标准化热电偶是指制造工艺成熟，应用广泛，能成批生产，性能优良而稳定并已列入专业或国家工艺标准化文件中的那些热电偶。

与非标准化热电偶的本质区别是它具有统一的分度表，同型号热电偶的热电性质一致，同类之间可以互换，而非标准化热电偶则相反。

4、常用的8种热电偶，名称、分度号、测温范围，适用场合、特点

（1）铂铑10-铂热电偶（S）

测温范围：≤1300°C（长期使用），≤1600°C（短期使用）

适用场合：氧化性及中性气氛中长期使用，真空中短期使用

特点：复制性好，测量准确度高。热电势小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染源敏感，材料昂贵，一次性投资大。

（2）铂铑13-铂热电偶（R）

综合性能与S型热电偶相当，国内测温使用较少。稳定性和复现方面优于S型热电偶。（3）铂铑30-铂铑6 热电偶（B）

测温范围：≤1600°C（长期使用），≤1800°C（短期使用）

适用场合：适用于氧化性和惰性气氛中，短期用于真空中，不适用于还原性气氛或含有金属蒸汽气氛中。

特点：准确性高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长，参比端无需进行冷端补偿。热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，价格昂贵。

（4）镍铬-镍硅（镍铝）热电偶（K）

测温范围：0~1300°C

适用场合：氧化性和惰性气氛中

特点：热电势与温度关系近似线性，价格便宜，稳定性劣于贵金属热电偶，高温下易损坏。

（5）镍铬硅-镍硅热电偶（N）

测温范围：≤1300°C

特点：在1300°C一下调温抗氧化性强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，在400°C~1300°C，热电特性的线性优于K型，在低温范围内的非线性误差较大，材料较硬难以加工。

（6）铜-铜镍热电偶（T）

在贱金属热电偶中，它的准确性最高，热电极的均匀性好，使用温度-200°C~350°C，在氧化气氛中使用时一般不能超过300°C，在-200°C~300°C范围内，它的灵敏度较高，价格最便宜。

（7）铁-康铜热电偶（J）

测温范围：-200°C~800°C

适用场合：真空氧化的还原或惰性气氛中

特点：超过500°C，铁热电极的氧化速率加快。耐和腐蚀，不可在高温含硫的气氛中使用。

（8）镍铬-铜镍（康铜）热电偶（E）

在常用热电偶中，热电势最大，灵敏度最高。在要求灵敏度高，热导率低，可容许大电阻的条件下常被选用，限制条件与K型相同，对于含有较高湿度气氛的腐蚀不是很敏感。

5、说明热力发电厂测温为何均采用标准化热电偶？

热力发电厂测温的要求为长期使用，并在损坏之后可以替换。标准化热电偶同型号之间热电特性保持一致，同类之间可以互相替换，符合热力发电厂测温需求。

3.21

1、热电偶分度号为E型，为补偿导线，=50，=20，电压表M测得

（）=42.875mV。

（1）测量端t值得587.29，发现补偿导线接反，求此时测量端温度t=?

（2）如果发现补偿导线错用了T型热电偶的补偿导线，其他条件不变，求此时测量端温度t=?

（3）热电偶测温为什么要进行冷端补偿？定义？有哪些方法？

为了消除冷端温度变化对测量的影响，所以采用冷端补偿。

定义：热电偶是以0°C为标准测量的，但是通常测量仪表处于室温之下，不为0°C，造成热电势差减小，测量不佳，出现误差。为减小此误差所做的补偿措施称为冷端补偿。

方法：①计算法②冰点槽法③补偿电桥法

（4）设计冷端补偿器分别与S型，T型，E型电偶相配，=23，=23，求Rs=?

S型：

T型：

E型：

3.23

1、试设计一个测量装置，可以准确测量两点温差，并说明原理

2、图示并说明“热电堆”工作原理

将热电偶按正负极性，顺序连接起来，所有的热端测量同一温度，称为热电堆。

3、热电偶的并联用途及输出表征的信号

并联测量回路的热电势与单只热电偶的热电势相当，但其相对误差为单只热电偶的。当其中一只热电偶断路时，不影响整个测温工作，并联测量回路被用来测量平均温度或用于需要准确测温的场合。

4、热电阻温度计的工作原理

所有的导电材料，其导电特性均与所处的空间温度有关，通过测量电阻体的电阻值来确定温度的方法称为电阻测温法。

5、电阻温度系数α的定义及表征的参数

定义：金属热电阻温度每变化1°C所对应的电阻值的相对变化率。

表征的参数：α是表示电阻与温度之间灵敏度的参数

6、平均电阻温度系数 的求法

3.30

1、图示并说明接触式测温方法，存在测量误差的物理学原因

（1）传感器与被测介质达到热力学平衡，传感器温度作为被测介质的温度测量值，测温上限即传感器材料耐温上限值。 （2）由于冷壁的存在，使高温烟气的测量值 永远小鱼实际值 ，使测温失效。 （3）动态测温误差存在，测温管对温度的影响响应需要时间，达到传热学平衡。传感器质量越大所需响应时间越长。

2、说明减少接触式测温方法测量误差的措施

（1）使 升高，将温度传感器引出部分加保温。 （2）测温管用热不良传导材料。 （3）减小传感器套管的横截面积。 （4）给传感器管子加装防辐射罩。

3、说明非接触式测温方法的理论依据（物理学基础）

黑体辐射的普朗克定律。

凡高于0K 的物体，都会向四面八方发出辐射，设温度为T 的黑体在波长 附近，自单

位面积上发出的辐射即为 。

4.4

1、亮度平衡测温方法

比较被测物体与参考源在同一波长下的光谱亮度，并使两者的亮度相等，从而确定物体温度的一种方法。

2、亮度温度定义

温度为T的被测物体，在波长为时的光谱亮度与温度为的黑体在同一波长下光谱相等时，黑体温度就称为被测物体的亮度温度。

3、亮度温度与实际温度T之间的关系

4、根据亮度温度如何求实际温度

5、说明亮度温度测量过程

（1）将测温装置（光学温度计）对准被测物体1

（2）调目镜6，看清灯丝

（3）调物镜2，使1发出的光在灯丝所在的平面聚焦（成清晰的像）

（4）调可变电阻旋钮，改变灯丝的高度，使灯丝完全消逝在北京中（此时灯丝亮度

与相等）

（5）读指示仪表9的示值

6、如何得到单色光

用滤光片，得到被测提很窄的一个光谱段，

7、如何测量被测物体的光谱辐射亮度

用一个温度确定已知，亮度连续可调的标准参考辐射源，同被测物体光谱辐射亮度相比

较，使二者差值为“0”，此时被测物体光谱辐射亮度即是标准参考辐射源的亮度

4.6

1、全辐射测温方法，全辐射温度计工作原理

通过测量物体发出的全辐射能力()来测量物体温度。根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系，运用热辐射效应原理，聚焦在热敏元件上，继而转变为电参数。

2、全辐射温度，全辐射温度与实际温度的关系

为使理想的额黑体具有与给定的热辐射源同样的辐射功率所必须加热到的温度

3、全辐射温度计如何测全辐射能，图示原理

测量全辐射体所有波长的辐射总能量，通过可确定全辐射体的温度。

4、比色测温方法及其必要性和优势

利用两组（或多组）带宽很窄的不同单色滤光片，搜集两个（或多个）相近波段内的辐射能量，转换成电信号后再电路上进行比较，由此确定目标温度。

灵敏度高，与真实温度偏差较小，抗干扰能力强。

4.11

1、比色测温方法及优势，比色测温原理

比色测温方法：通过测量被测物体在两个或连个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的方法。（灵敏度高，与真实温度偏差较小，抗干扰能力强）

比色测温原理：根据维恩偏移定律，当温度升高时全辐射体的最大光谱辐射出射度向波长减小的方向移动，使两个固定波长和的亮度比随温度而变化。

2、比色温度

若温度为T的实际物体在两个不同的波长下的亮度比值，与温度为的全辐射体在同样两波长的亮度比值相等，则把称为实际物体的比色温度。

3、比色温度与实际温度的关系

实际温度和比色温度的关系为

4、为提高比色温度计的可靠性，消除大范围可动部件，试给出解决方案

单通道比色温度计的调制盘在转动时，会造成无法预计的测量误差。而调制盘圆周均匀分布的滤光片起滤波作用。

可将被测物体所发出的光分为两束来进行滤波，在分别转化成电量后进入比较电路比较。

5、如果被测物体为全辐射体，试设计比色测温方案，可以验证比色温度与实际温度的接近程度

首先，用亮度平衡法测得该被测物体的亮度温度，再用比色测温法测量此被测物体的比色温度，以亮度温度为实际温度进行比较。

6、试画出光学温度计测量方框图，并据此分析测量准确性的影响因素。

影响因素：认为测量部分误差、仪表精确性误差

4.13

1、动圈表工作原理

通电的线圈在永磁场中受电磁力作用发生转动，固定线圈张丝产生同样的转角出现与电磁力矩相反的力矩，，当时，线圈静止，有，则，若，则表征，表征，表征，即可通过S的测量完成对输入

电压、电流的测量。

2、动圈表铁芯的作用

使线圈转动到任意一点所受的磁力矩都是最大值，不发生任何变化，防止力矩随角度变化。

3、动圈式仪表不可替代的功能

可测，电流，用作检流计

4、零差测量法

用与输入的被测物理量同质的，准确已知的，连续可调的标准物理量，同输入的被测物理量相比较，当二者差值为“0

5、手动电位差计的工作原理

利用电平衡原理工作，用准确已知连

续可调的标准电压与输入的被测电压相比

较，当二者的差值为“0”时，已知的标准电

压作为输入的未知电压的测量值。

6、手动电位差计的测量步骤

（1）开关“K”置标准档，调使检流计指示示“0”，标准电阻上的压降与标准电池

电压相等，即，将电位差计工作电流标准化了，具有了高精度。

（2）开关“K”切换至测量档，调滑动触点B，使检流计G指针示“0”，输入的被测电压与在精密滑线电阻的段压降相等，，

，即长度表征，完成对被测电压的测量。

7、手动电位差计测量框图

8、分析手动电位差计与动圈式仪表可达到的精度有何不同？

手动电位差计可达到的精度比动圈式仪表更高，因为其标准电源和I的精度较高，无最小分度限制，但其测量速度较慢。

4.18

1、电子电位差计工作原理

原理：A点在上滑动改变桥路输出电压，用连续可调准确已知来表征，进入伺服放大器，极性与相同，放大进入伺服电机，经机械传动装置改变A的位置，直到变至时为止，此时，，用表征。

2、电子电位差计是如何实现热电偶冷端补偿的

用进行补偿，当平衡时的冷端温度为时输出电势下降，但随温度增加而增加，使增加，补偿了温度增加输出电势的降低。

3、画出电子电位差计测量过程方框图，以此说明影响测量精度的关键因素

影响测量精度的关键因素是A位置的读数。

4、平衡电桥工作原理

①调使○A示值为规定值

②调精密划线电阻和滑动触点Q的位置，使检流计示“0”，电桥平衡，此时有：

将被测电阻转化为的长度，完成对的测量。

5、热电阻测温为何用“三线制”

为消连接导线电阻对测量造成的影响。

6、画出“三线制”接法手动平衡电桥电路图并说明测量原理

4.20

1、温度测量系统测温范围0~1200°C，采用数字式仪表要求分辨率不低于0.3°C，问采用多少位ADC？

应采用12位ADC。

2、说明积分式ADC测量原理

准备期：开关断开。接通，积分电容C被短路，积分器输出为0。

采样期：断开，闭合，积分器对输入的被测模拟电压进行积分，积分时间为，固定，，在采样期结束的时刻，积分器有输出电压：

(1)

(1)式中为在时段内的平均值

比较期：从时刻开始，断开，闭合，将与被测电压极性相反的标准电压接到积分器的输入端，积分器反向积分，如果被测电压极性为负，则断开，闭合，将接到积分器的输入端。当积分器输出回到0时，比较期的输出发生跳变，设时刻积分器输出回到0，则有：

（2）

，

（1）（2）联立，（3）

恒定，为准确值，与

3、分析并说明积分式ADC对已知频率的干扰信号具有无穷的抑制力

将采样周期设计成干扰信号的整数倍，即可对确定频率的干扰信号具有无穷的抑制力。

4.25

1、阶梯波比较式ADC工作原理

转化开始，计数器变“0”，DAC输出=0，此时如果输入的被测电压为正，则比较期输出为“正”，与门打开，计数器对时钟脉冲进行技术，DAC的输出随技术脉冲的增加而增加。直到时，比较期输出变为“负”，与门关，计数器停止计数，计数器计数值正比于输入的被测电压，完成由模拟电压到数字量脉冲计数值的转换，转化时间为μs级。

2、分析阶梯博比较式ADC为什么无抗干扰能力

比较式ADC的基本工作原理是通过被测电压与转换器内部的一套基准电压进行不断比较，把电压转换成数字量，一旦有电压为正的干扰信号叠加在被测电压里，使原本为负的变为正，就会导致比较器误输出。

压力测量：

1、名词术语：压力、全压力、大气压力、标准大气压、真空度、表压力

压力：垂直作用在单位面积上力的大小(Pa)

全压力：，指作用在物体表面上全部压力，包括大气压

大气压力：地球表面大气柱形成的压力，随时间地点有所变化

标准大气压：，北纬45°海平面20°C测得的水银柱压力

真空度：大气压力—绝对压力，指处于真空状态下的气体稀薄程度

表压力：绝对压力—大气压力

2、常用的弹性感压元件有哪些？画出各自的输

入-输出特性曲线，为什么规定弹性感压元件必须

工作在弹性性边去？

弹簧管、波纹管、膜盒、膜片（平膜膜片、波纹膜

片）

因为一旦产生塑性形变，意味着元件损坏，塑性形

变是不可逆的。

4.27

1、图示说明弹簧管压力表工作原理

弹性材料制作的截面为非圆形截面的管子，

弯曲成弧状或多圈结构，一端固定，通入被测压

力，另一端密封，可以自由运动。通入压力后，

截面长轴，短轴由

，管段总长不变。，用角

度偏转表征所测压力。

2、如果想得到高灵敏度的弹簧管压力表，如何设计

减小弹簧管短轴长度，增大出事中心角。

3、图示说明电容式差压传感器工作原理

被测差压作用在感压膜片，膜片产生位移改变了膜片（作为可动电极板）与固定电极板间的电容量。对输出的电容信号进行恰当的处理，可得到被测量的差压，当时，。

通入差压后，可动极板（感压膜片）与固定极板之间的极间距。输出电容由初始电容到，电容的变化量，

因此可用表征

4、电容式压力（差压）变送器处理的信号是何种信号？为什么采取这样的信号处理方法？

处理的是，

原因：（1），与输入压差成正比，不存在非线性误差

（2）不存在、项，消除了传感器充液介电常数随温度变化对测量造成的影响。

（3）正负压差完全对称，消除了静压误差。

5.2

1、电容式压力传感器与变送器如何清除温度变化对金属感压膜片弹性系数K的影响？

利用电容之差与电容之和的比值

与传感器充液的介电常数、无关，消除了环境温度变化对测压（差压）造成的影响。

2、扩散硅压力传感器工作原理，压力敏感元件是什么？

扩散电阻，在输入压力作用下膜片产生应变（相对变形），导致扩散电阻阻值发生变化，变化幅度与输入压力（差压）有关，将压力、差压转化为电阻值的变化测量。

压力敏感元件是：硅膜片

3、为消除温度变化对压力测量的影响，扩散硅压力传感器如何布置和连接扩散电阻？

将、布置在之内，感受拉应力，阻值变大，

将、布置在之外，感受压应力，阻值变小。

将、、、接成差动桥路，消除温度变化对压力测量的影响。

5.4

1、说明流体分别是气体、液体、水蒸气压力测量信号管路取压口位置的选择及其原因

（1）气体：取压口应选在管道上侧，防止液塞或进入固体杂志。

（2）液体：取压口应选在管道下侧，防止气塞或进入取压信号管道固体杂质。

（3）水蒸气：取压口应选在管道侧壁，防止气塞、液塞及进口固体杂质。

2、图示说明压力测量仪表的“零点漂移”，及其

必要性

取压点与测量仪表间存在水平面差异，

零点漂移：压力指示仪表与管道不在同一水平面

的修正。

必要性：实现压力测量仪表准确测量，便于操作。

3、如图示，压力表指示值p=21.53MPa，主汽管道在压力表上方68m出，试问：

主汽压力值为多少？

流量测量：

1、流量定义

单位时间内通过某一固定截面流体的数量。

2、流量的测量方法

容积法：固定容积的容器，固定时段内对排出固定容积的数目计数。（椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、气体钟罩）

速度法：动压式、差压式、靶式、冲量式、相关法

质量法：科里奥利质量流量计、热式、核磁共振

3、腰轮流量计工作原理

提供了一个转动力矩，

带动转，逆时针旋转。

后，垂直，水平

带动转。转了一周2π

向下游侧排出了4份空腔

内体积的流体，所需时间为，

5.9

1、测量出流管内某一点流速Vp，问对管内流体流量的测量有何意义？能否就此得到流量

不能，管内流体流速分布不均匀，意味着流体流速分布不是已知的情况下，只测得了截面上某一点的流速，对确定管道的流量无意义，只能说明某一点的流速值。

2、图示并说明管内流体，截面上的平均流速、直径D上的平均流速、弦上L的平均流速

截面上的平均流速：

直径上的平均流速：

弦上的平均流速：

3、涡轮流量计工作原理，适用流体、特点、范围度

工作原理：涡轮流量计实质上是一个零功率输出的涡轮机，被测介质作用于涡轮叶片上，叶片发生转动，其转动的速度n与流体的流速成正比，通过测量涡轮的转速n（转/分钟）来获取流体流速。

适用流体：单向流体，气体、液体、水蒸气

特点：精度1.0级，可用于脉动流，不可用于高温气体

范围度：10:1~15:1

4、卡曼涡街现象与涡街流量计

把一个非流线型阻流体垂直插入管道中，流体以一定的速度在管道中流动。当流体绕过阻流体流动时，产生附面层分离现象，在非流线型阻流体的后侧形成有规则的漩涡列，左右两侧漩涡的旋转方向相反，这种漩涡称为卡曼涡街。

测出可求得

流量

当漩涡发生体的形状、尺寸确定后，就可通过测定单侧涡街列漩涡脱落的频率来测量流量了。

5、给出一种卡曼涡街单侧漩涡频率的检测方法

压电晶体法：利用压电晶体来检测所受到的交变应力，输出交变的电荷信号，经电路放大、滤波、整形后输出与漩涡频率相应的脉冲信号或电流信号。

5.11

1、涡街流量计适用流体，直管段要求，范围度，精度

适用流体：单向或可视为单向流体

直管段要求：流量计前至少20D直管段，后5D直管段

范围度：100:1

精度：0.5~1.0%

2、涡街流量计漩涡频率的检出方法

压电晶体法、检测热线法

3、电磁流量计工作原理

管内工质是导电的液体，管道为非导磁材料管道。在管道上、下侧安装磁极，流体流动式切割磁力线，在管道两侧壁与流体垂直方向上产生一个感生电动势,，其中K、B、D为常数，测出E，得到，流量由可算出。

4、电磁流量计为何要采用交变磁场

为了避免极化现象，电磁流量计一般采用交变磁场