热能与动力工程测试技术习题及答案

热能与动力工程测试技术习题及答案一、选择题1.测试技术中的静态特性是指传感器在（）情况下的输入输出特性。A.动态信号作用B.静态信号作用C.随机信号作用D.脉冲信号作用

答案：B

解析：静态特性描述传感器在静态信号作用下的输入输出关系，如线性度、灵敏度、迟滞、重复性等。

2.测量范围为0100℃的温度传感器，其精度等级为0.5级，则该传感器的最大绝对误差为（）。A.0.5℃B.0.25℃C.0.1℃D.5℃

答案：A

解析：精度等级为0.5级表示最大绝对误差不超过量程的0.5%，100×0.5%=0.5℃。

3.传感器的灵敏度是指（）。A.输出量与输入量之比B.输入量与输出量之比C.输出量的变化量与引起该变化的输入量变化量之比D.输入量的变化量与引起该变化的输出量变化量之比

答案：C

解析：灵敏度定义为输出量变化与引起该变化的输入量变化之比。

4.热电偶温度计是基于（）原理工作的。A.热电效应B.热阻效应C.热磁效应D.热压效应

答案：A

解析：热电偶利用热电效应将温度变化转换为热电势。

5.下列哪种传感器不属于温度传感器（）。A.热电阻B.热电偶C.应变片D.热敏电阻

答案：C

解析：应变片主要用于测量应变，不是温度传感器，其他选项都是常见的温度传感器。

6.测量压力的弹性元件中，弹簧管的截面形状一般为（）。A.圆形B.椭圆形C.方形D.三角形

答案：B

解析：弹簧管截面为椭圆形，受压后产生变形来测量压力。

7.电容式压力传感器是通过测量（）的变化来测量压力的。A.电容值B.电荷量C.电压D.电流

答案：A

解析：电容式压力传感器利用压力变化引起电容变化来测量压力。

8.以下哪种流量计属于速度式流量计（）。A.孔板流量计B.涡轮流量计C.椭圆齿轮流量计D.电磁流量计

答案：B

解析：涡轮流量计基于流体速度与涡轮转速的关系来测量流量，属于速度式流量计。

9.孔板流量计的测量原理是基于（）。A.流体的节流原理B.电磁感应原理C.热交换原理D.超声波传播原理

答案：A

解析：孔板流量计利用流体通过孔板时的节流作用，使流速变化，从而测量流量。

10.超声波流量计测量流量是利用了超声波在流体中的（）特性。A.折射B.反射C.传播速度变化D.散射

答案：C

解析：超声波在流体中传播速度与流体流速有关，通过测量传播速度变化来测量流量。

二、填空题1.测试系统一般由传感器、（）、（）和显示记录装置组成。

答案：中间变换装置、信号调理装置

解析：测试系统各组成部分协同工作，实现对被测对象的测量和处理。

2.传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间（）的程度。

答案：线性关系

解析：线性度反映传感器输出与输入的线性程度，理想情况下应为直线关系。

3.热电偶的热电势由（）和（）组成。

答案：接触电势、温差电势

解析：这两种电势共同构成热电偶的热电势。

4.热电阻的阻值随温度的升高而（）（填"增大"或"减小"）。

答案：增大

解析：大多数热电阻具有正的温度系数，阻值随温度升高而增大。

5.压力测量仪表按其工作原理可分为（）、（）、（）等类型。

答案：液柱式、弹性式、电气式

解析：这是常见的压力测量仪表分类方式。

6.涡轮流量计的流量系数与（）、（）等因素有关。

答案：流体性质、涡轮结构

解析：这些因素会影响涡轮流量计的流量系数。

7.电磁流量计只能测量（）流体的流量。

答案：导电

解析：电磁流量计利用电磁感应原理，需要流体导电才能工作。

8.流量测量中，常用的节流装置有（）、（）等。

答案：孔板、喷嘴

解析：它们是常见的节流式流量测量装置。

9.应变片是基于（）效应工作的。

答案：应变电阻

解析：应变片将应变转换为电阻变化来测量应变。

10.霍尔式传感器是基于（）效应工作的。

答案：霍尔

解析：利用霍尔效应将磁场等物理量转换为电信号。

三、简答题1.简述测试技术的含义及作用。

答案：测试技术是指获取、处理、分析和显示被测对象信息的技术。其作用包括：对生产过程中的各种参数进行监测，确保生产的正常运行和产品质量。为科学研究提供实验数据，验证理论模型和假设。在产品设计和开发中，通过测试优化产品性能。对设备和系统进行故障诊断和状态监测，及时发现问题并采取措施。

解析：测试技术贯穿于各个领域，是获取信息的重要手段，对于保障生产、科研等活动的顺利进行具有关键作用。

2.说明传感器静态特性的主要指标及其含义。

答案：线性度：指传感器输出与输入之间线性关系的程度，反映了传感器实际特性与理想线性特性的接近程度。灵敏度：输出量变化与引起该变化的输入量变化之比，衡量传感器对输入变化的敏感程度。迟滞：传感器正反行程输出输入特性曲线不重合的现象，体现了传感器在正反行程中对相同输入的不同响应。重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线的一致性程度。精度：反映测量结果与真值的接近程度，通常用最大绝对误差或相对误差来表示。

解析：这些指标综合反映了传感器的静态性能，对于正确选择和使用传感器至关重要。

3.简述热电偶的工作原理及优点。

答案：工作原理：热电偶基于热电效应，当两种不同材料的导体A、B组成闭合回路，且两端温度不同时，回路中就会产生热电势。优点：测量精度高，能满足多种工业场合的温度测量需求。结构简单，制造方便，成本较低。热惯性小，响应速度快，可用于快速变化温度的测量。测温范围广，可从200℃到+1800℃左右。

解析：热电效应是热电偶工作的基础，其优点使其在温度测量领域得到广泛应用。

4.热电阻有哪几种类型？简述其特点。

答案：热电阻主要有金属热电阻和半导体热电阻（热敏电阻）。金属热电阻：特点：具有正的温度系数，阻值随温度升高而增大。优点：精度高、稳定性好、线性度较好。缺点：灵敏度相对较低，需要较大的功耗来加热测量。

半导体热电阻（热敏电阻）：特点：具有负的温度系数，阻值随温度升高而减小，且变化较为显著。优点：灵敏度高、体积小、响应速度快、功耗低。缺点：线性度较差，稳定性不如金属热电阻。

解析：不同类型的热电阻适用于不同的测量要求，了解它们的特点有助于正确选择。

5.简述压力测量的基本方法及常用仪表。

答案：基本方法：液柱式压力测量：利用液体静力学原理，通过测量液柱高度来测量压力。弹性式压力测量：利用弹性元件受压后产生变形来测量压力。电气式压力测量：将压力转换为电信号进行测量。

常用仪表：液柱式压力计：如U形管压力计、单管压力计等。弹性式压力表：如弹簧管压力表、波纹管压力表等。电气式压力传感器：如电容式压力传感器、应变式压力传感器等。

解析：这些方法和仪表各有特点，在不同场合发挥着重要作用。

6.说明涡轮流量计的工作原理及测量流量的公式。

答案：工作原理：当流体通过涡轮流量计时，冲击涡轮叶片，使涡轮旋转。涡轮的转速与流体的流速成正比，通过测量涡轮的转速即可测量流体的流量。测量流量公式：$q_v=\frac{f}{K}$，其中$q_v$为体积流量，$f$为涡轮的转速，$K$为仪表常数。仪表常数与涡轮的结构、流体性质等有关。

解析：涡轮流量计的工作原理基于流速与涡轮转速的关系，公式是计算流量的依据。

7.简述电磁流量计的工作原理及适用范围。

答案：工作原理：基于电磁感应原理，当导电液体在磁场中流动时，会切割磁力线，在液体中产生感应电动势，感应电动势与液体流速成正比。通过测量感应电动势来测量液体流量。适用范围：适用于测量各种导电液体的流量，如酸、碱、盐溶液等，但不能测量非导电液体的流量。

解析：电磁流量计利用电磁感应特性测量导电液体流量，其适用范围明确了其应用场景。

8.简述应变片测量应变的原理及测量电路。

答案：测量原理：应变片基于应变电阻效应，当应变片受到外力作用产生应变时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻变化来测量应变。测量电路：常用的测量电路有惠斯通电桥。将应变片作为电桥的一个桥臂，当应变片电阻变化时，电桥失去平衡，输出一个与应变成正比的电压信号，通过测量该电压信号来测量应变。

解析：应变片与惠斯通电桥配合，实现对应变的测量。

9.简述霍尔式传感器的工作原理及应用。

答案：工作原理：基于霍尔效应，当电流通过放在磁场中的半导体薄片时，在薄片的垂直方向上会产生一个霍尔电动势，霍尔电动势与电流和磁场强度成正比。应用：可用于测量磁场强度、电流、位移、转速等物理量。例如，在汽车速度测量、无刷直流电机控制等方面有广泛应用。

解析：霍尔效应是其工作基础，多种应用使其成为一种重要的传感器。

10.简述测试系统的组成及各部分的作用。

答案：测试系统由传感器、中间变换装置、信号调理装置和显示记录装置组成。传感器：将被测物理量转换为电信号。中间变换装置：对传感器输出的信号进行进一步变换，如放大、滤波、调制解调等，使其便于后续处理。信号调理装置：对中间变换后的信号进行调理，如线性化、补偿等，提高信号质量。显示记录装置：将处理后的信号显示或记录下来，以便观察和分析测量结果。

解析：各部分协同工作，完成对被测对象的测量和信息处理。

四、计算题1.有一量程为0100kPa的压力传感器，精度等级为1.0级，求其最大绝对误差和相对误差。

答案：最大绝对误差：根据精度等级定义，最大绝对误差不超过量程的1.0%，即$\Delta_{max}=100\times1.0\%=1kPa$。相对误差：相对误差是最大绝对误差与测量值的比值，当测量值为量程上限100kPa时，相对误差$\delta=\frac{\Delta_{max}}{100}\times100\%=1\%$。

解析：精度等级与最大绝对误差的关系是计算关键，相对误差则基于最大绝对误差和测量值得出。

2.已知某热电偶的热电势与温度的关系为$E=0.04t+0.0002t^2$（$E$为热电势，单位mV；$t$为温度，单位℃）。当测量温度为$t=500℃$时，求热电势的理论值及由于非线性引起的误差。

答案：热电势理论值：将$t=500℃$代入$E=0.04t+0.0002t^2$，可得$E=0.04\times500+0.0002\times500^2=20+50=70mV$。假设为线性关系时的热电势值：若按线性关系$E=0.04t$计算，当$t=500℃$时，$E_{lin}=0.04\times500=20mV$。非线性引起的误差：$\DeltaE=EE_{lin}=7020=50mV$。相对误差：$\delta=\frac{\DeltaE}{E}\times100\%=\frac{50}{70}\times100\%\approx71.4\%$。

解析：先计算理论热电势，再通过假设线性关系求出线性值，两者差值即为非线性误差，相对误差则反映了误差程度。

3.某热电阻在温度为$20℃$时阻值$R_0=100\Omega$，其温度系数$\alpha=0.004/℃$。当温度升高到$80℃$时，求热电阻的阻值。

答案：根据热电阻阻值与温度的关系公式$R_t=R_0(1+\alpha\Deltat)$，其中$\Deltat=8020=60℃$。则$R_{80}=100\times(1+0.004\times60)=100\times(1+0.24)=124\Omega$。

解析：利用热电阻阻值随温度变化的公式，代入已知值计算出不同温度下的阻值。

4.已知某弹簧管压力表的弹簧管刚度系数$K=10^{6}N/rad$，被测压力$p=5MPa$，弹簧管中心角$\theta=270°=4.71rad$。求弹簧管产生的弹性力$F$。

答案：根据弹簧管弹性力公式$F=pA\frac{2\sin\frac{\theta}{2}}{\theta}$（其中$A$为弹簧管有效面积，这里假设已知条件隐含了$A=1m^2$），$F=5\times10^6\times1\times\frac{2\sin\frac{4.71}{2}}{4.71}\approx5\times10^6\times1\times\frac{2\times0.997}{4.71}\approx2.12\times10^6N$。

也可根据$F=K\thetap$（当角度用弧度表示时），$F=10^{6}\times4.71\times5\times10^6=23.55N$（此方法未考虑弹簧管实际结构因素，结果仅供参考，以第一种方法计算结果为准）。

解析：根据弹簧管弹性力与压力、中心角等的关系公式进行计算，注意单位换算和公式的正确应用。

5.某涡轮流量计的仪表常数$K=100$，当测量某流体时，涡轮转速$f=500r/min$，求该流体的体积流量$q_v$。

答案：根据涡轮流量计流量公式$q_v=\frac{f}{K}$，将$f=500r/min$，$K=10