轮机测试技术问题答案及小结Word文档格式.docx

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3.传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。

4.按被测物理量来分类，传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器等。

5.测试装置的静态特性是指被测信号不随时间变化或变化极为缓慢时，输出与输入之间的关系。

常用静态特性曲线来表示。

该曲线的斜率称为静态灵敏度。

该曲线接近直线的程度用线性度来描述。

6.被测量的示值越接近满刻度值，则误差越小。

因此，在选择仪表时，测量值应大于满刻度值的三分之二。

7.精度等级为1.5级的测量仪表，其引用误差为±

1.5%。

若该仪表的满刻度值为500mV，则其指示值的最大绝对误差是±

7.5mV

8.二阶仪器的最佳阻尼比是0.707，若二阶仪器的阻尼比取该值，则可得到较小的响应时间和较大的频率范围。

9.利用低频测试系统测量高频信号时，所反映的是高频信号的平均值。

这是由于低频系统对高频信号的各次谐波均不产生输出，但对其平均值分量却可以如输入静态信号一样产生输出。

第二章问题答案

1.常用的测温方法有哪些？

温度测量是内燃机、动力装置及其它热力系统测试的重要项目之一。

动力工程中常用的测温效应有以下几种：

体硬两态能

第一种，物理状态的变化。

如采用易熔合金测量零件温度。

第二种，化学状态的变化。

如示温涂料。

第三种，物体体积的变化。

如双金属温度计、玻璃水银温度计及压力式温度计等。

第四种，电性能变化。

如热电阻温度计、热敏电阻和热电偶等。

第五种，辐射能力的变化。

如光学高温计、红外辐射温度计

第六种，物体硬度的变化。

如采用硬度法测量高温零件温度。

2.常用的温度计有哪些？

其测温范围如何？

水银温度计用得最多，普通的水银温度计的测温范围在-38~356℃之间。

液体压力式温度计，测温范围为-40~200℃.

气体压力式温度计，测温范围为-80~550℃.

蒸汽压力式温度计，测温范围为-20~200℃.

双金属温度计的测温范围为-100~600℃.

3.热电阻在测量电路中如何连接？

为了消除电感的影响，所有热电阻感温元件均采用双线绕法。

4.哪种温度计可作为复现温标的基准？

在国际实用温标中，在-259.34～630.74OC温度范围内，铂热电阻作为复现温标的基准。

5.为什么热电偶是工业上首选的测温传感器？

1测量精度高。

因热电偶温度传感器直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

2）温度测量范围广。

常用的热电偶温度传感器从-50——+160℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269°

C（如金一一铁镍铬热电偶）。

最高可达+2800℃（如钨-铼热电偶。

3）性能可靠，机械强度高。

4）使用寿命长，安装方便。

6.热电偶是如何测温的？

热电偶高温计是一种接触式的测温仪表。

使用时热电偶测温部分直接与被测物体接触，进行测温。

热电偶高温计包括热电偶，显示仪表与补偿导线等。

热电偶测温原理是当两种不同的金属，如铂及铂铑合金、镍及铬、镍、铝等金属组成通路时，由于两接触点温度不同，回路内便产生温差电势，通过显示仪表（如毫伏计、电位差计等）把温度显示出来。

注意：

制成电热偶的两电极材料不同，测温范围也不同，铂铑-铂热电偶可做高温测量（1300°

C以上），而镍铬-镍铝热电偶，一般作为低温测量，如900°

C以下的温度测量计。

7.冷端温度如何补偿？

补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

一、计算校正法

二、补偿导线为保持冷端温度恒定或变化不大，应使冷端远离被测的热源。

随着控制技术的发展，常要把热电偶输出信号传输到较远的控制室。

如将热电极直接延伸到较远的地方则不经济。

实用中常采用补偿导线代替热电极的延长部分。

三、补偿电桥法——冷端温度补偿器

在生产运行中，冷端温度很难保持不变，用查分度表来计算很麻烦。

此时可采用冷端温度补偿器进行自动补偿。

使用补偿电桥时，只须把显示仪表机械零点调到20oC温度上，则无论冷端温度如何变化，指示值均为实际被测值。

8多支热电偶如何共用一台显示仪表？

为减少显示仪表及简化控制台台面，可以用一台显示仪表测量多点的温度。

将多支热电偶通过一只切换开关可以顺序与显示仪表接通。

第二章小结

1.液体压力式温度计密闭系统内充满液体工质，利用液体体积随温度变化的特性进行测温。

由于液体工质的线膨胀系数与温度呈线性关系，因此仪表盘刻度均匀。

2.压力式温度计是由感温包、毛细管和弹簧管所构成的密闭系统及传动指示机构所组成。

3.热电偶是利用不同导体间的热电效应现象制成，其热电势的大小取决于热电偶材料和两接点的温度。

中间导体定律表明：

可以把测量热电势的装置接入到回路中的任意点，只要全部接点均处于同样的温度下，则不会影响净热电势。

4.在国际实用温标中，在-259.34～630.74º

C温度范围内，铂热电阻作为复现温标的基准；

在630.74～1064.43º

C温度范围内，铂铑10-铂热电偶作为复现温标的基准。

5.为保持热电偶的冷端温度恒定或变化不大，应使冷端远离被测的热源，实用中常采用补偿导线代替热电极的延长部分，其热电特性与所配热电偶（在0～100oC或150oC范围内）相同或相近，而且价格便宜。

6.热电偶采用冷端温度补偿器之后，其冷端温度可自动补偿至20°

C。

（画出电路图并说明冷端温度补偿器的补偿原理）

7.金属热电阻的电阻值随温度的升高而升高，现代工业常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。

其中铂热电阻温度计可用于超低温的测量。

8.利用热电阻测量温度时，为了减小导线电阻随环境温度变化而变化对测量的影响，常用三端连接法来补偿。

（画出利用热电阻温度计测量温度的三端连接法的电路图，说明其补偿原理与测量原理。

）

9.被测量的示值越接近满刻度值，则误差越小。

10.精度等级为1.5的测量仪表，其引用误差为±

11.二阶仪器的最佳阻尼比是0.707，若二阶仪器的阻尼比取该值，则可得到较小的响应时间和较大的频率范围。

12.利用低频测试系统测量高频信号时，所反映的是高频信号的平均值。

在测量管中测液流温度时，为了提高测量精度，应如何安装测温传感器？

安装于弯管处，感温部分迎者介质流动方向，且位于管道中心线上介质流速最高处，这样既使插入深度最大，又使对流换热系数较大；

并且外露部分也用绝热材料覆盖

热电阻传感器应将感温元件长度的1/2放置在最高流速处

若管道直径较小，可将传感器迎着介质流向倾斜，以增加插入深度

第三章问题答案

1.压力的检测方法有哪些？

压力检测方法

平衡法：

通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力

弹性法：

利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小

电气式：

用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电感量等电量的变化

2.常用液柱式测压仪表有哪些？

U形管压力计水银大气压力计斜管微压计贝兹微压计

3.常用弹性测压仪表有哪些？

弹簧管式压力表薄膜式压力表波纹管压力计

4.压力传感器有哪些？

压电式压力传感器电阻式压力传感器电容式压力传感器

电感式压力传感器

5.何谓压电效应？

压电晶片是如何连接的？

压电效应：

某些晶体，在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相反的电荷；

当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。

当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变。

在压电式传感器中，常用两片或多片压电晶片组合在一起使用。

由于压电材料是有极性的，因此接法也有两种：

并联接法：

输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。

串联接法：

输出电压高，本身电容小，适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。

6.电阻应变片的种类有哪些？

如何接电桥？

金属电阻应变片和半导体应变片。

7.气缸的最高压力和平均压力如何测量？

压力测量最高压力的仪表通常有机械式、气电式和电子式3种

测量时，柴油机气缸中的气体压力作用在小活塞上，推动活塞杆上移使弹簧被压缩，同时通过连接杆杠杆使扇形齿轮带动小齿轮偏转。

小齿轮的偏转经空心轴传递给主惯性轮，使其摆动，又经过螺旋弹簧传给辅惯性轮，最后经空心轴内心轴带动指针偏转，指针在刻度盘上指示出平均压力值。

8.压力表是如何标定的？

为确定压力表的实际测量精度，常以活塞压力计作为压力标准器来校验和标定各类压力表。

第三章小结

1.弹簧管式压力表的核心元件是一根椭圆截面的空心金属管，当具有压力的介质通入时，弹簧管的自由端产生位移，经机械放大机构的传动，转换为指针的角位移，从而可借助刻度指示出压力的大小。

2.霍尔式弹簧管远传压力表是利用霍尔效应将弹性元件的位移转换为电压信号，然后利用电气仪表对电压信号进行测量。

3.测量液体压力差的膜片式压力传感器由两部分组成：

一部分是通过弹性膜片将两旁腔室中的压力转换为膜片位移；

第二部分是通过由线圈和铁心组成的差动变压器将膜片传递来的位移转换为电信号输出。

4.差动变压器是将位移变换为互感系数变化的变换器。

差动变压器输出的交流电压的幅值大小反映了铁心位移量的大小，也就是反映了压差信号的大小。

5.电阻应变测量是广泛用于结构强度实验应力分析的主要测量方法，同时也是力、扭矩、压力、位移和加速度等参数测量的重要方法之一。

6.半导体应变片的优点：

灵敏系数大，机械滞后小，频率响应快，频带宽。

7.粘固在试件上的应变片，除了感受机械应变而使电阻变化外,当环境温度变化时,也要引起的电阻的变化，这一现象称为温度效应。

因此，使用应变片测量时均应采用温度补偿措施（常采用桥路补偿法——画出电路图并说明补偿原理）。

8.能将电阻、电感、电容量的变化转换电压或电流输出的测量电路称为电桥。

9.半桥双臂电桥具有温度补偿作用，且比半桥单臂电桥工作时输出增加一倍。

（全桥、半桥双臂和半桥单臂电桥的表达式）

10.电桥的加法（减法）特性：

相邻桥臂异号（同号）、相对桥臂同号（异号）电阻变化时，电桥能将各桥臂引起的电压自动相加（相减）后输出。

相邻桥臂具有温度补偿作用就是利用了减法特性.

11.使用应变片测量时常采用桥路补偿法进行温度补偿，补偿应变片是与工作应变片参数相同的应变片（同批生产），贴在与试件材料相同且与试件温度条件相同的构件上，接在与工作应变片相邻的桥臂上。

12.柱式测力传感器应变片的粘贴位置及其测量电桥的连接。

说明理由。

第4章问题答案

1.流量的测量方法有哪些？

流量测量方法大致可以归纳为以下几类：

（1）利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法；

（2）通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法；

（3）利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量法；

（4）以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。

2.常见的容积式流量计有哪些？

根据回转体形状不同，目前生产的产品分：

适于测量液体流量：

椭圆齿轮流量计、腰轮流量计（罗茨流量计）、旋转活塞和刮板式流量计；

适于测量气体流量：

伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等

3.涡轮流量计的结构、工作原理及其特点如何？

当流体从流量计中流过时，涡轮叶片前后压差的作用推动涡轮叶片旋转，涡轮叶片则周期性地改变磁回路的磁阻，从而使线圈５内的磁通量周期性地变化，在线圈中产生脉动的感应电动势信号，该信号的频率正比于流体的流量。

优点:

其测量精度高,复现性和稳定性均好；

量程范围宽，量程比可达（10～20）:

1,刻度线性；

耐高压，压力损失；

对流量变化反应迅速，可测脉动流量；

抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。

缺点:

制造困难，成本高。

4.浮子流量计的结构和工作原理如何？

当流体流经转子时，转子前后有压力差产生，转子流量计在测量过程中，转子上的全压差始终保持不变，只是流通的面积随流量的变化而变化，所以也称为定压差式流量计或面积流量计

5.如何对浮子流量计的指示值进行修正？

6.差压式流量计的结构和工作原理如何？

7.燃油消耗量的如何测量？

测量燃油消耗量的方法有如下三种：

（1）容积法：

测定V和t

（2）秤量法：

测定m和t

（3）流量计法：

测定燃油的流量

8.空气流量如何测量？

通常的空气流量测量装置有标准孔板流量计和双扭线流量计。

相对于标准孔板流量计，双扭线流量计具有结构简单、加工制造容易、流量系数大（几乎接近于1）、压力损失小、测量和计算简单等优点。

特别是当测量增压柴油机的空气流量时，标准孔板流量计的压力损失较大，会影响增压器的正常工作。

因此，双扭线流量计获得广泛的应用。

第四章小结

1.使用量瓶测量燃油消耗量,当用手按秒表测量时，测量容积应选择得使测量时间在1分钟左右较好。

采用带稳压腔的玻璃量瓶来进行测量，可提高测量精度。

2.量瓶式测量装置只能作抽样测量，不能连续测量燃油消耗量。

往复活塞式油耗仪可以在任意长的时间内连续测量燃油消耗量。

3.往复活塞式油耗仪对汽油机，它装在汽化器前面；

对柴油机，它装在喷油泵前面。

4.燃油消耗量的秤量法，每次测量时所取下的砝码质量（即燃油消耗质量），应使测量时间为一分钟左右较好。

5.流量越大，玻璃转子流量计（需要垂直安装）的转子停留的位置越高。

根据这一高度，可由锥管刻度直接读出流量值（如不是水，应修正）。

6.涡轮流量计前、后直管段长度要求分别大于管道直径的15倍和5倍，且要求水平安装，前面应装过滤器。

7.涡轮流量计的感应线圈产生的电信号的频率与流经涡轮的流量成正比。

涡轮流量计输出的是电信号，可距离传送，可用于实船测量。

8.双扭线流量计具有结构简单、加工制造容易、流量系数大（几乎接近于1）、压力损失小、测量和计算简单等优点，特别适用于测量增压柴油机的空气流量。

9.双扭线流量计是通过测量直管段内压力与大气压的差值来求得空气体积流量的。

第六章小结

1.手持离心式转速表的工作原理是利用旋转质量的离心力与旋转角速度成比例的原理来测量被测轴的转速。

为了扩大量程，转速表内设有变速箱，可根据需要选择量程范围。

2.磁性转速表优点：

结构简单，尺寸小，刻度均匀，测速范围大，对振动不敏感。

适用于车、船等振动较大情况使用。

3.发电机式转速表由测速发电机、连接电缆和转速指示器组成。

其特点是传递的信号为电信号，可进行瞬时转速的测量，便于远距离测量和自动控制，可靠性高，测量范围大，最大量程可达10000r/min，误差在1.5%~2%左右。

4.光照越强，光敏电阻的阻值越小，光电管的阳极电流越大，光电池的开路电压越高，光电池的短路电流越大。

5.反射式光电式数字转速表的测速过程：

测速前，应首先将反光标签粘贴在被测转动件上，从而构成一反射面；

测速时，按下测量按钮，利用光电式数字转速表的光源垂直照射在反光标签所粘贴的表面上，即可从显示的数字中读出转动件的转速。

6.反射式光电式数字转速表的测速原理：

由于光电式数字转速表的光源垂直照射在反光标签所粘贴的表面上，当转动件每转一圈，就会通过反射面反射一光脉冲到光电式数字转速表里的光电元件上，由光电元件将该光脉冲转换成电脉冲，通过数字测量电路测量电脉冲的频率就可得知光脉冲的频率，也就得知转动件的转速。

7.发动机的有效功率是从扭矩和转速的直接测量结果，经计算间接得到的。

8.实际上内燃机所发出的扭矩应等于外壳传出的扭矩加上滚动轴承的摩擦力矩。

但因后者很小，可忽略不计。

外壳偏转所传出的扭矩，可以从测力机构上测量出来。

9.水力测功器的应用最为广泛，其主要缺点是：

低负荷时工作不够稳定，变工况时所需的过渡时间较长，发动机的功率不能利用，全部被冷却水带走。

10.调节水力测功器中的水量，也即改变圆盘浸湿内半径Rb的值，就能改变测功器吸收功率的大小，一般采用改变出水口的位置来改变Rb。

11.在选用测功器时，必须保证待测发动机的外特性全部落在所选测功器的工作范围之内，此外为满足测量精度的要求，应优先选用最大功率为最小的测功器。

12.电力测功器既可作为测功设备，也可作为电动机拖动发动机起动或测量发动机的摩擦功率，从而得到发动机的机械效率。

13.电涡流测功器是利用电涡流起制动作用来测量扭矩的，其制动力矩是通过改变激磁电流来调节的。

14.各种测功设备仅适用于试验台上测量发动机的扭矩。

要测运行中的发动机输出扭矩及扭矩的变化，须借助扭矩仪。

15.扭矩仪的基本工作原理是基于输出轴（中间传动轴）在承受扭矩作用时，轴所产生的扭矩变形与传动扭矩的大小成比例。

16.电阻应变式扭矩仪的测量原理：

在轴表面产生主应力的方向（45o与135o）上粘贴电阻应变片，通过动态应变仪测量轴扭转变形所引起的应变值，从而求得扭矩大小。

17.因为频率信号从转轴上引出比较可靠，因此将传动轴转矩变换为频率信号进行测量的振弦式扭矩仪被广为采用，船舶上用其测量发动机输出轴功率。

18.扭矩仪不仅可以测量平均转矩，也可作扭矩变化曲线的测量。

无需冷却系统等辅助设备，且成本低，体积小，不消耗发动机功率，具有足够的精度。

便于现场测试，使测量结果反映动力机械的实际工作情况。

作业答案（P417.8.9）

7.

8.

9.

例题

1.现有一只以水标定的转子流量计用来测量苯的流量，已知转子的材料为不锈钢（密度7.9g/cm3），苯的密度为0.83g/cm3，请问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？

修正公式

因此苯的实际流量是

2.例：

用镍铬－镍硅热电偶测量某柴油机的排气温度，已知冷端温度为30℃，测得的热电势为14.672mV，试求被测的排气温度。

解：

查表2-5，得E（30，0）=1.203（mV），

由中间温度定律，有

查表2-5，得E（380，0）=15.552（mV），E（390，0）=15.974（mV）

按线性插值法，得

因此，被测的排气温度为

各类测功器的比较

水力测功器型号配套齐全，有宽广的功率系列及转速范围，是最基本的测功设备，对大中小型，高中低速发动机都能适应。

结构比较简单，单位吸收功率的尺寸小，价格低廉，工作可靠，维护方便，具有足够的精确度。

在一定程度上也能满足自动控制的要求，低负荷时工作不够稳定，变工况时所需的过渡时间较长，发动机能量不能利用。

平衡式直流测功器在整个功率范围内工作都比较平稳，调节精细，改变工况比较迅速，操作方便，比较清洁，测量精度高，可以倒拖发动机进行起动、冷磨合及测量摩擦功率，能量可以回收利用。

价格昂贵，一般局限于中小功率及中高速发动机，多用于实验室，工厂较少使用。

电涡流测功器结构简单，运转平稳，振动小，具有足够的精度，转速可至25000r/min，功率可达4500kW。

既可用于活塞式发动机，也可用于燃气轮机的功率测量。

对转子平衡和轴承精度要求较高，工作时需大量的冷却水，且对冷却水质要求较高，价格也较昂贵。

扭矩仪它不仅可以测量平均转矩，也可作扭矩变化曲线的测量。

安装、调试较麻烦可以用来测量实际运行中的船舶车辆上的发动机输出扭矩。

水力测功器平衡式直流测功器电涡流测功器都只能用于试验台测量平均转矩

扭矩仪可以用来测量实际运行中的船舶车辆上的发动机输出扭矩。