热工测量与仪表练习题(2)

4. 仪表机械零点调整法

5. 补偿电桥法（冷端温度补偿器）是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值，从而等效地使冷端温度恒定的一种自动补偿法。

热电阻:测温范围为－200～500℃。

电阻温度系数（α）—— 温度变化1℃时，导体电阻值的相对变化量，单位为1/℃。

α ↑→ 灵敏度↑。 金属导体: t↑→Rt↑ ，∴α为正值； 而半导体: t↑→Rt↓ ，∴α为负值。 金属纯度↑→α↑。有些合金材料，如锰铜 α→0

（1）铂热电阻 （Pt）特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。 铂电阻的纯度 通常用R100/R0表示。 （2）铜热电阻 （Cu）

（3）镍热电阻（Ni）特点：电阻温度系数大，灵敏度高。

三线制连接法：使两根连接导线电阻的变化分别加在电桥的两个桥臂上。这样，两根连接导线的电阻变化对测量结果的影响可以抵消一部分，从而减小连接导线电阻因环境温度变化而引起的测量误差。

半导体热敏电阻 工作原理：是利用半导体材料的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。

1. 电阻温度系数：温度变化1

0

C时电阻值的相对变化量，用

?表示，单位为

0C?1，

?可以用下式表示：

??1dRRdt

辐射测温的基础理论：普朗克定律。

全色辐射高温计的理论依据 全辐射体辐射定律（斯忒藩－波尔兹曼定律）

单色辐射高温计 1、测温原理：

物体在高温状态下会发光，具有一定的亮度。

物体在波长λ下的亮度Lλ和它的光谱辐射出射度Mλ成正比。 亮度温度 在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度Lλ和全辐射体在温度Ts时的亮度L0λ相等，则把Ts称为被测物体在波长λ时的亮度温度。

测到的温度总是低于物体的真实温度。

辐射温度 若物体在温度为T时的总辐射出射度与全辐射体在温度为T’时的总辐射出射度相等，则把T’称为实际物体的辐射温度。

测到的温度总是低于物体的真实温度。

比色温度 若温度为T的实际物体在两个波长下的光谱辐射出

射度的比值与温度为Tc的全辐射体在同样两波长下的光谱辐射出射度的比值相等，则把Tc称为实际物体的比色温度。 对于黑体和灰体，T=T’

对多数金属：T>Tc ，对非金属：T

二、简答题

1.对金属测温电阻的要求 ①电阻温度系数大

②在测量范围内物理及化学性质稳定 ③有较大的电阻率

④电阻值与温度的关系近似为线性的，便于分度和读数 ⑤复现性好，复制性强，容易得到纯净的物质。 ⑥价格便宜

2.半导体热电阻的优点？

半导体热敏电阻的测温范围：－100到＋300摄氏度，与金属热电阻比优点是：

1、电阻温度系数大，约为－（3～6）％，灵敏度高

2、电阻率很大，可做体积小电阻大的电阻体，这样连接导线电阻的变化影响可忽略

3、结构简单，体积小，可以用来测量点的温度 4、热惯性很小，响应快 3.铠装热电阻的优点？

①外径尺度很小，最小直径可达1mm，因此其热惯性小，响应速度快

②机械性能好，可耐强烈震动和冲击

③除感温元件外，其他部分可以任意弯曲，适合在复杂结构中安装

④由于感温元件与金属套管，绝缘材料形成一密封实体，不易受到有害介质的侵蚀，因此寿命比普通热电阻长 4.如何校验热电阻

定点法：工作基准或标准热电阻采用，即在几种物质的相平衡点温度下进行校验，国家有统一的规程。 比较法：工业上常用。

校验常用设备包括：标准玻璃温度计一套（或标准铂电阻温度计）；加热恒温器一套（－50～＋500摄氏度）；标准电阻（10或100欧姆）一只；电位差计一台；分压器和切换开关各一个。 校验步骤如下：

1）按接线图接好线，并检查是否正确。(接线图参考图4-5，要求会画)

2）将电阻放进恒温器内，使之达到校验点温度并保持恒温，然后调节分压器使毫安表指示约为4mA（电流不可过大，以免热电阻发热过大影响测量的准确性），将切换开关切向接标准电阻

RN的一边，读出电位差计示值UN；然后立即将切换开关切向

被校验电阻体Rt一边，读出电位差计示值Ut。按Rtt?UURNN公式求出Rt。在同一校验点需反复测量几次，计算出几次测量的Rt值（指同一校验点），取其平均值与分度表比较，看其误差

是否大于允许误差。如误差在允许范围内，则认为该校验点的Rt值合格。

3）再取被测温度范围内10%、50%、90%的温度作校验点重复以上校验，如均合格，则此热电阻校验完毕。 7.数字显示仪表的工作原理

直接用数字量显示被测值，实现数字显示的关键是把连续变化的模拟量换为数字量。直接用数字量显示被测值。实现数字显示的关键是把连续变化的模拟量转换成数字量，完成这一功能的装置称为模数转换（用A/D表示）装置。由于大多数传感器输入参数和输出参数之间之间呈非线性关系，为了使数字式显示仪表显示出被测参数的绝对数字值，因此还必须要有对被测参数的非线性函数的线性化补偿装置，以及针对各种转换系数的标度变换装置。

8.数字显示仪表和模拟式显示仪表的优缺点

数字式—— 优点：测量速度快，准确度高，并且读数准确。对被测量值可进行数字打印记录，且便于和计算机配接。 缺点：显示参数的大小不直观，难以反映参数的变化趋势。

模拟式—— 优点：简单，可靠，可以表现出参数变化的过程和趋势。

缺点：测量速度差慢，读数精确性较差。

1.温标是温度的数值的表示方式，经验温标的三要素是什么？ 三要素为：温度计（工质）、固定点、内插函数

3.用铂铑-铂热电偶测温，在冷端温度300C时，测得电势为

12.30mV,求热端温度

解：查铂铑10-铂热电偶分度表得to0=30

C时，

E(t0,0)=0.173mv,

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=12.30+0.173=12.473(mv) 用12.473mv查铂铑10-铂热电偶分度表得：t=1243.3o

C

4.用镍铬——镍铝标准热电偶在冷端温度30

0

C时，测得的电

势30.2mV，求出热电偶热端温度

解：查镍铬-镍铝标准热电偶分度表得t0=30

oC时，

E(t0,0)=1.203mv

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=30.2+1.203=31.403(mv) 用镍铬-镍铝标准热电偶分度表得：t=754.58o

C

6.用两支分度号为K的热电偶测量A区和B区的温差，连接回路如下图所示，当热电偶参比温度t0为00C时，仪表指示2000

C，

问在参比温度上升至25

0

C时仪表温度上升至250C时，仪表指

示值为多少？为什么？ 解：仪表指示值不变。设t0=0o

C,t1=25oC

E(

tA,

t0)—E(

tB,

t0) =e(

tA)—e(

t0)—

e(tB)+e(t0)=e(tA)—e(tB)

= e(tA)—e(t1)—e(tB)+e(t1) = E(tA,t1)—E(tB,t1) 相对电势保持不变，所以温度不变。

7.普通工业热电偶由哪几部分组成？

由热电阻体、引出线、绝缘骨架、保护套管、接线盒等组成 8.在整个测量系统中热电偶，热电阻作为测温元件，其后续仪表可配备哪些？

可配备：动圈式仪表、自动平衡式显示仪表、数字式显示仪表、带微处理器的数字模拟混合式记录仪。

1.用热电偶测管道流体温度可采取哪些措施提高精度？ 答：（1）为了减少误差，应该把露出在管道外的测温管用保温材料包起来，这样不仅使得露出部分温度提高，减少导热损失，而且也使露出部分与外界介质的热交换减少，放热系数减小，因而可以减小测量误差。

(2) 插到管道内介质部分测温管长度增加，露出在管道外的测温管长度减小；

（3）应该把感受件放在管道流体速度最高的地方，即管道中心轴线上。

（4）应该使测温管的壁厚、外径尽量减小，也就是应将测温管做成外形细长而壁厚很薄的形状。

（5）测温管常用导热性质不良的材料如陶瓷、不锈钢等来制造。 2.测量高温气体温度可采用哪些措施减少热辐射带来的误差？ 答：（1）把测温管和冷的管壁隔离开来，使测温管不直接对冷管

壁进行辐射，例如可以加隔离罩。为了减小测量误差，隔离罩的内壁要做的非常光亮（例如镀镍）。

（2）必须减小辐射换热系数，即减小测温管的总辐射发射率。在条件许可的情况下，为了减小误差，在短时间测温时，可以不用陶瓷管而直接把铂铑-铂热电极裸露使用，铂铑、铂材料在1500~1700℃时的εT=0.20~0.25,比陶瓷管的εT小得多（陶瓷管在1500℃时，εT=0.8~0.9），热辐射误差也就小的多。 （3）采用双热电偶测温，可用计算方法消除辐射误差。 （4）必须增加气流和测温管之间的对流放热系数。除了前面讲过的把感受件的主要工作部分放在管道中心轴线上外，目前多采用小误差的抽气热电偶；还可以采用气动温度计。 3.导热式、辐射式、及辐射-对流式热流计的工作原理？ 答：（1）导热式热流计是一种有热阻式热流测头、测量以一维空间导热为主的热流计，其基本理论依据傅立叶定理。在稳态条件下，某一方向上由传导所传递的热流密度q为

q????T?x

式中?为热流计材料的热导率，它与材料的性质有关，且是温度的函数；

?T?x为垂直于等温面方向的温度梯度。

（2）辐射式热流计只测量辐射热流密度，其传感器采用内表面镀金的铜质椭圆球结构。从入射孔入射的辐射热流在椭圆球体的内表面进行多次反射，最后都传到表面涂黑的圆柱体不锈钢塞子上，塞子后面为一不锈钢杆，在杆的前后两端上，缠绕并焊上康铜丝，这就形成了康铜-不锈钢热电偶，可用来测量温度差，从而求得热流密度。传感器通过分布在椭圆球短轴平面上的小孔（2~8个）向椭圆形腔喷射干氮气流，以消除对检测器（不锈钢塞子）的对流传热，保证只测量热辐射；另外还可防止燃烧气体和灰尘颗粒进入椭圆腔内，以防止玷污反射镜，影响反射率。但是通入的氮气不能过量，否则检测器会被冷却，导致测量误差。此传感器可用水冷，因此可在高达1600℃的高温条件下使用，它的测量范围可达500KW/m2

。(配合图讲清即可)

（3）辐射-对流热流计是同时测量炉内辐射传热和对流传热热流密度的装置。这种传感器采用圆柱形铝合金制成。为了提高对传感器前端射入的辐射能的全吸收率，在受热面上车成许多同心圆沟槽并且涂黑，使其表面上的全发射率接近1。另外，在传感器的后端面上用水冷却以维持一定的温度。热电偶设置在圆柱形铝合金中间间隔一定距离的两个点上。这种热流计的测定范围可达500KW/ m2

,被测对象温度不超过1600℃。(配合图讲清即可)

5、光学高温计、辐射温度计及比色高温计的工作原理？ ①光学高温计工作原理：物体在某一波长的光谱辐射出射度与温度有单值函数关系，而且光谱辐射出射度随温度增长的速度非常快。

②辐射温度计工作原理：辐射温度计是根据全辐射定律制作的温度计。由MO??T4可知，当知道全辐射体的辐射出射度MO后，就可以知道温度T。

③比色高温计工作原理：比色高温计是根据维恩偏移定律工作的温度计，由维恩偏移定律可知，当温度变化时物体的最大辐射出射度向波长增加或减小的方向移动，使在波长?1和?2下光谱辐射亮度比发生遍变化，测量光谱辐射亮度比的变化即可测得相应的温度。

22．简述压力表式温度计的测温过程及原理

答：测温时将温包插入被测介质中，当介质温度变化时，温包内的感温物质因温度升高(或降低)而膨胀(或收缩)导致压力增大(或减少)，使弹簧管的曲率发生变化，其自由端发生位移．通过连杆和传动机构带动指针转动，并在刻度盘上直接显示出温度的数值。

40.璃液体温度计与其他测温仪表相比有哪些优点？ 答：玻璃液体温度计与其他测温仪表相比有以下优点： (1)结构简单．价格便宜．制造容易。 (2)具有较高的准确度。 (3)直接读数，使用方便。

2、热电偶冷端温度处理具体方法有哪些？使用补偿导线时应注意什么问题？

答：有计算修正法、冷端恒温法、冷端温度补偿法

使用补偿导线必须注意：

1）补偿导线必须与相应型号的热电偶配用；

2）补偿导线在与热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，两对接点要处于相同温度；

3）补偿导线与热电偶连接点温度不能超过规定使用的温度范围；

4）要根据所配仪表的不同要求选择补偿导线的线径。 5、热电偶测温时为什么需要进行冷端补偿？

答：热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0摄氏度是分度的。在实际应用中，由于热电偶冷端暴露的空间受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0摄氏度不变，也不可能固定在某一温度不变，而热电偶电势既决定于热端温度，也决定冷端温度。所以,如果冷端温度自由变化，必然会引起测量误差。为了消除这种误差，必须进行冷端温文度的补偿。

流量计部分

51．标准孔板和标准喷嘴相比较各有哪些优缺点?

答；标准孔板优点是：结构比较简单，加工方便，安装容易，省材料和造价低。缺点是压力损失较大，孔板入口边缘抗流体腐蚀性能差，难以保证尖锐，孔板膨胀系数的误差也较喷嘴大。标准喷嘴的优点是测量范围大，需要直管段较短，压力损失较小，使用时对介质冲刷的敏感性低，耐磨损，使用寿命长。其缺点是结构复杂，加工工艺要求高，造价高。 36．简述涡流传感器的工作原理。

答：涡流传感器探头内部是一个测量线圈。它是根据涡流效应原

理工作的。线圈由高频振荡器供电，产生一个高频磁场。当测量线圈的磁力线从传感器外壳表面向外辐射时，传感器对面的金属被测件的表面感应出电涡流。其大小同被测件与测量线圈之间的间隙有关。当此间隙减少时，被测件上的感应电流增大，测量线圈的电感量减少，因而使振荡器的振幅减少。即传感器与被测件之间相对位置的变化，导致振荡器的振幅随着作相应的变化。这样便可使位移的变化转换成相应振荡幅度的调制信号。以此信号进行一定的处理和测量，即可测得位移的变化。

缺点：易损坏且无法修理，玻璃水银温度计生产时易产生汞害，损坏时污染环境 。

23．简述差压式流量计的工作原理。

答：差压式流量计是按照流体流动的节流原理来测量流量的。在圆管中与管道轴线垂直方向固定一个中间具有圆孔而孔径比管道直径小的阻挡件，称为节流件。当流体流过节流件时，流速增加，静压减少，在节流件前后产生静压力差。这个静压力差与管内平均流速或流量之间有一定的函数关系。用差压计测出阻挡件前后的压差．即可间接求出流体的流量。 4、差压式流量计由哪几部分组成？各有什么作用？

答：差压式流量计由节流装置、引压管、三阀组、差压计（或差压变送器）组成。

节流装置将流量信号转换成差压信号输出，引压管将节流装置的输出差压传送到显示仪表，三阀组可保证差压计正常启动和停止，差压计可指示出流量，差压变送器可将流量的差压信号转换成4~20mADC信号。

2、流量测量的主要方法和分类

差压式流量测量：节流变压降式、均速管式、楔形、弯管式以及浮子流量测量

速度式流量测量：涡轮式、涡街式、电磁式、超声波式 容积式流量测量：椭圆式、腰轮式、刮板式、活塞式 3、差压式流量测量

(2)为何要进行温度补偿：密度计受被测温度、压力影响很大，一旦运行工况偏离设计工况，被测流体参数温度、压力将发生变化，将引起节流件前流体密度发生较大的变化，因而必须对得到的流量进行补偿。 (3)标准节流装置

组成：标准节流件＋取压装置＋直管段

? 流体和管道条件:只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，流体流经节流件前应达到充分紊流，流速为亚音速

标准孔板和标准喷嘴性能比较 ：

1）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装容易、省料、造价低； 2）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体时，喷嘴较孔板合适； 3）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也比标准喷嘴大 标准取压装置 1) 角接取压装置

2) 法兰取压装置

? (4) 皮托管 ? 均速管

? 浮子（转子）流量计（恒压降变截面流量计、变面积流量测量、面积流量测量） 4、速度式流量测量 (1)涡轮流量测量 测量原理与结构

利用置于流体中的涡轮的旋转角速度与流体速度成比例的关系，通过测量涡轮的转速来反映通过管道的体积流量 特点

1）精度较高（0.5%）；

2）测量范围宽,量程比大（qmax/qmin=6～10）； 3）惯性小，响应快（1～50ms）； 4）耐高压，压力损失小；

5）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多； 缺点

1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过大的液体的流量 (2)涡街流量测量 测量原理

在流体中放置一个有对称形状的非流线型阻流体（漩涡发生体）时，从阻流体下游两侧就会交替产生两列有规则的漩涡（卡门涡街）。

在一定的流量范围内漩涡分离的频率与管道内的平均流速成正比，与阻流体的宽度成反比 特点：

1）精确度比较高（1%～2%）

2）测量范围宽（量程比10：1或20：1） 3）无可动部件，可靠性高，压损小 4）结构简单牢固，安装维护方便费用较低；

5）适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸气和部分混相流体的流量测量。

安装：对直管段要求高 (3)电磁流量测量

测量原理：导电的流体介质在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，会在管道两边的电极上产生感应电动势 特点：

1）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量； 2）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小； 3）可测量具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，脏污介质、腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液固两相流的液体流量； 4）测量范围宽。 缺点：

1）被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制品等含有大量气体和电导率很低的液体流量；

2）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质的流量；

3）易受外界电磁干扰的影响 (4)超声波流速测量 传播时间法：

（时差法、相差法、频差法）

根据流体的流速不同，从而超声波传播的速度不同来测量流速的 多普勒法

利用流体中固体微粒或气泡对超声波的散射所产生的多普勒频移来确定流体速度 特点

1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量；

2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导电性、放射性流体的流量测量；

3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体流量测量。 缺点：

1）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，会影响声传播；

2）准确度不高，在2％左右；流体的声速是温度的函数，流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情况会影响测量结果，需要进行修正

4、容积式流量测量

测量原理：让被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把这部分流体从出口排出，根据单位时间内排出的流体体积可直接确定体积流量

1、节流变压降流量计的工作原理？

节流变压降流量计的工作原理是：在管道内装入节流件，流体流过节流件流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，和其它条件下，节流件前后产生的差压随流量而变，两者之间并有确定的关系。

2、标准节流装置的节流件是什么？它的适用范围?相应的取压装置有哪些？管道条件？

标准节流装置的节流件是孔板和喷嘴；

标准节流装置只适用于：①测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；②在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；③流速小于音速，流动属于非脉动流；④流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。 相应的取压装置：标准孔板—角接取压、法兰取压 标准喷嘴—角接取压

管道条件：节流件上游侧10D以内管道内壁应没有肉眼可见的明显凸凹，相对粗糙度应在所对应的表格给出的限值内，必要时对此长度内的管道内壁进行拉光，这样不但能满足粗糙度要求，而且保证得到准确的管道内径D值和满足管道圆度的要求；管道圆度的要求是指：直径的任意单测值与平均值的偏差不得大于±0.3%，并且在离节流件上游端面起的2D长度的下游直管段上任何一个直径单测值与上述平均值的偏差不得大于±3%。 3、标准节流装置的流量公式（并说明各物理量）？

q????2v 4d2??p????14?2D22??p1 qv——体积流量；d或D——直径；?1——密度； ?p——差压；

?——流量系数；?——流束膨胀系数

1、 写出铂铑10-铂热电偶，镍絡-镍硅热电偶，镍絡-康铜热电

偶的分度号？并指出热电偶中在同一温度下哪种热电势最大哪种最小。S,K,E E最大，S最小 E>J(铁-康铜)>K>N（铂铑13-铂）>R>S>B（铂铑30-铂铑6）

2、简述产生误差的原因造成测量误差的原因有：a、测量方法引起的误差b、测量工具，仪表引起的误差c、环境条件变换引起的误差d、测量人员水平和观察能力引起的误差e、被测量对象本身变化所引起的误差

3、 简要解释压力测量仪表的量程调整、零点迁移？将输入最大

值和输出最大值对应成为量程调整；将输入最小值和输出最小值对应成为零点 调整。

4、 使用热电偶补偿导线是应该注意什么问题（1）补偿导线与

相应型号的热电偶配用（2）补偿导线在于热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，两对连接点要处于相同温度（3）补偿导线与热电偶连接点温度不得超过规定使用的温度范围（4）要根据所配仪表的不同要求选有补偿导线的线径。 5、 用比较法检定工业用热电偶需要哪些仪器和设备。二等标准

热电偶、管式电炉及控温设备、0.05级直接低电阻电位差计、多点切换开关，生电势不超过1微幅、冷端恒温器及二等水银温度计6、影响光学高温计测温准确的主要因素有哪些？有有效波长，吸收玻璃-亮度衰减器，非黑体辐射的修正。中间介质的影响，被测对象反射外来辐射的影响，环境温度的影响

6、 用热电偶测量某台梭式窑的温度时，有哪些影响测量准确的

误差因素？分度误差、冷端温度引起的误差，补偿导线的误差。热交换所引起的误差。测量线路和显示仪表的误差，其他误差

何谓辐射温度写出它和被测实际温度的关系式辐射温度：当被测物体的真实温度为T时，其辐射出射度M等于全辐射体（黑体）在温度Tp时的辐射出射度Mo，温度Tp称为被测物体的辐射温度。辐射温度与真实温度的关系ε(T)4

4

60T=ζoTp

ε(T)——被测物

体的辐射发射率 Tp——被测物体的辐射温度

12、测压仪表在安装、投入运行及使用过程中应注意哪些事项？(1)仪表投入使用前，应先对取压管路进行压力冲洗，然后待取压管路冷却，装上压力表投入使用。(2)差压计投用前先开平衡门，再开高压侧二次针形阀，再关闭平衡门，再开低压侧二次针形阀，尽量不让仪表受静压过载及冷凝水流失。(3)压力表投入后应检查传压的灵敏性，否则应重新冲管再启动。(4)对于未预先调整仪表机械零位的压力表，在使用中其读数应注意安装高度的液柱修正。(5)一些重要参数压力表，为方便运行中读数，将高度修正值Hρg用仪表机械零位调整法预先进行修正，则运行中不必再进行修正。(6)精密测量压力尚须考虑大气压力读数、

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