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第3章测量装置的
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第二章测量系统的动态特性课件解析.ppt63页
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测量系统的动态特性 第一节
测量系统在瞬变参数测量中的动态特性 一、测量系统的动态特性 用来描述测量系统在动态测量过程中输出量Y与输入量X之间的关系或是反映测量系统对于随时间变化的输入量的响应特性。 二、测量系统动态特性分析的目的： 研究动态测量中所产生的动态误差。 三、测量系统动态特性分析的意义 通过研究与分析，能够在动态参数测量中选择合适的测量系统并与所测参数相匹配，使测量的动态误差限制在试验要求的允许范围内。
四、测量系统的动态特性的数学描述 测量系统的动态特性通常采用常系数线性常微分方程来描述.其输入量x和输出量y之间的关系： 2-1 式中:y为输出量；x为输入量；t为时间；数组a0，a1，…，an与b0，b1，…，bm为与被测对象的物理参数有关的常数。
2-1 式的解法 y t 可以通过对因变量的Laplace变换（拉普拉斯变换）求解
Laplace变换： 将时域函数 f t
定义在t≥0 转换成s域函数F s ，即 L（ f t
） F（s） L- Laplace变换运算符号 s-?Laplace算子 对方程进行变换时，在初始条件为零的条件下，（2-1）式中可用
分别代替 , ,…, ,得到: X s ,Y s -测量系统的输入量x t 和输出量y t 的Laplace变换 由上式解出Y s ,再由 Y s y t y t 即是测量系统对一定输入量x t 的响应。
五、传递函数 　　研究测量系统的动态特性常引用传递函数的概念。 　　传递函数：是指用输出信号对输入信号之比来表示信号间的传递关系，并用H表示。由式　 ２－３ 可得算子形式的传递函数 若用方框图表示： 传递函数只是描述系统的动态性能，不说明系统的物理结构，只要动态特性相似，不同的系统可以有相似的传递函数。 如热电偶和阻容滤波器，光线示波器振子和弹簧测力
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学习班的资料，大家分享第一章&&状态监测的基本知识一、有关的名词和术语机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。机械振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。以下介绍在振动测量和分析中经常用到的有关名词和术语。<font color="#. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。振幅的大小可以表示为峰－峰值（P－P）、单峰值（0－P）、有效值（RMS）或平均值（Average）。峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的1/2。只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振动测量中一般则很少使用。图1－1
振动的峰－峰值、单峰值、有效值和平均值 它们之间的换算关系是：峰峰值＝2×单峰值＝2×21/2×有效值表述振动幅值的大小通常采用振动的位移、速度或加速度值为度量单位。一般在振动测量中，除特别注明外，振动位移（D）以峰－峰值表示，单位一般是微米（μm）或密耳（mil）；振动速度（V）常用有效值表示，单位用毫米／秒（mm/s）或英寸／秒（IPS）。振动速度的有效值又称为“振动烈度”。有的行业的设备振动标准就是以“振动烈度”来作为基础的。振动加速度（A）积分一次即为振动速度；而振动速度再积分一次就成了振动位移。即：
V＝2πfD；
A＝2πfV＝（2πf）2D以上仅仅是对简谐振动而言是正确的，因其频率f值为一常数；而对于一个复杂振动或波形来说，由于其振动频率f值的多重性而会带来误差。b．周期：物体完成一个完整的振动所需要的时间，以T0表示。单位一般是用“秒”来表示。例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。
c．频率：是指振动物体在单位时间（1秒）内所产生振动的次数，即Hz，以f0表示。很显然，f0＝1／T0。对于旋转机械的振动来说，存在下述令人感兴趣的频率：a）转动轴的旋转频率；b）各种振动分量的频率；c）机器自身和基础或其它附着物的固有频率。由于某些机器故障仅仅在某些特定的频率下才产生振动，这种现象就有助于区别各种不同种类的机器故障。例如：不平衡故障的结果一定会导致工频能量的异常升高。但是，反过来我们必须注意到，振动频率和机器故障的关系并不是一一相对应的。也就是说，某一特定频率的振动，可能和多种机器的故障有关联。因此，我们不要企图将某一固定的振动频率与某一特定的机器故障建立直接的联系。在对旋转机械进行振动分析与故障诊断时，振动的频率是非常重要的参量，是分析振动原因的重要依据，它有助于我们对机器的故障进行判别，根据振动频率可以初步查明振动的性质和来源。但是，它仅仅只是一种参量而已。为了得到正确的诊断结论，我们还必须对机器所有的参量进行估计和分析。振动频率可采用赫兹（HZ）、周/ 分钟(CPM)、 转/分钟（RPM）等度量单位，或以相对于转速频率的倍数为度量单位， 如一倍频（1X）、二倍频（2X）、半频（0.5X）…...，等等。d．相位：是指旋转机械测量中某一瞬间机器的选频振动信号（如基频）与轴上某一固定标志（如键相器）之间的相位差。相位可用来描述某一特定时刻机器转子的位置，一个好的相位测量系统能够确定每一个传感器所在的机器转子上“高点”相对机器轴系上某一固定的标志点的位置。而平衡状态的变化将会引起“高点”位置的变化，这种变化也会通过相位角的变化而表示出来。相位的度量单位为度（°），通常振动相位在0°～360°范围之间变化。振动的相位在振动分折中十分重要，它不仅反映了不平衡分量的相对位置，在动平衡中必不可少，而且在故障诊断中也能发挥重要作用。下面专门说一下振动位移、速度、加速度三者之间的相位关系。以单摆的简谐振动为例：图1－2
振动位移、速度、加速度三者之间的相位关系把一个单摆横向来看，当重锤向上摆，通过起始点0时，其位移为零，而速度为正方向最大，加速度为零；当重锤运动到上死点时，位移为正方向最大，此时速度为零，加速度为负方向最大；重锤向下回零时，位移为零，速度为负方向最大，加速度为零；当重锤运动到下死点时，位移为负方向最大，而此时速度为零，加速度为正方向最大。结论：振动速度相位超前振动位移90°；& && &振动加速度相位超前振动速度90°；
振动加速度相位超前振动位移180°。相位如果没有明确指明，其角度增加的方向总是与转子的转动方向相反。<font color="#. 通频振动、选频振动、工频振动通频振动表示振动原始波形的振动幅值。选频振动表示所选定的某一频率正弦振动的幅值。工频振动表示与所测机器转子的旋转频率相同的正弦振动的幅值。对于工作转速为6000r/min的机器，工频振动频率是100HZ。工频振动又叫基频振动。<font color="#. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动径向振动是指垂直于机器转轴中心线方向的振功。径向振动有时也称为横向振动。水平振动是指与水平方向一致的径向振动。垂直振动是指与垂直方向一致的径向振动。轴向振动是指与转轴中心线同一方向的振动。<font color="#. 同步振动、异步振动同步振动是指与转速频率成正比变化的振动频率成分。一般情况（但不是全部情况）下，同步成分是旋转频率的整数倍或者整分数倍，不管转速如何，它们总保持这一关系，如一倍频（1X），二倍频（2X），三倍频（3X）……，半频（1/2X）,三分之一倍频（1/3X）……等。异步振动是指与转速频率无关的振动频率成份，也可称为非同步运动。<font color="#. 谐波、次谐波、亚异步、超异步一个复杂振动信号所含频率等于旋转频率整数倍的信号分量，也称谐波、超谐波或同步。一个复杂振动信号中所含频率等于旋转频率分数倍的信号分量，也称为次谐波或分数谐波。亚异步振动是指频率低于旋转频率的非同步振动分量。超异步振动是指频率高于旋转频率的非同步振动分量。<font color="#. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动转子的相对轴振动是指转子轴颈相对于轴承座的振动，它一般是用非接触式电涡流传感器来测量。转子的绝对轴振动是指转子轴相对于大地的振动，它可用接触式传感器或用一个非接触式电涡流传感器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。两个传感器所测量的值进行矢量相加就可得到转子轴相对于大地的振动。轴承座振动是指轴承座相对于大地的振动，它可用速度传感器或加速度传感器来测量。<font color="#. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动自由振动一般是指力学体系在经历某一初始扰动（位置或速度的变化）后，不再受外界力的激励和干扰的情形下所发生的振动。根据扰动的类型，力学体系以自身的一种或多种固有频率发生自由振动。受迫振动是指在外来力函数的激励下而产生的振动。通常，受迫振动按照激励力的频率振动。自激振动是指由振动体自身所激励的振动。维持振动的交变力是由运动本身产生或控制的。自激振动通常有下述特点：①
振动频率为亚异步或超异步，与转子转速不同步。②
自激振动的频率以转子的固有频率为主。③
多数为径向振动。④
振幅可能发生急剧上升，直到受非线性作用以极限圆为界。⑤
振幅的变化与转速或负荷关系密切。⑥
失稳状态下的振动能量来源于系统本身。随机振动是指当描述系统振动的状态变量不能用确切的时间函数来表述，无法确定状态变量在某瞬时的确切数值，其物理过程具有不可重复性和不可预知性时，也就是在任何时刻，其振动的大小不能正确预知的振动。<font color="#. 高点和重点高点是指当转轴和振动传感器之间的距离最近时，转轴上振动传感器所对应的那一点任一时刻的角位置。也意味着当振动传感器产生正的峰值振动信号时，转轴表面振动传感器对应点的位置。高点可能随转子的动力特性的变化（如转速变化）而移动。重点是指在转轴上某一特定横向位置处，不平衡矢量的角位置。重点一般不随转速变化。在一定的转速下，重点和高点之间的夹角称为机械滞后角。<font color="#. 刚度、阻尼和临界阻尼刚度是一种机械或液压元件在负载作用下的弹性变化量。一般机械结构的刚度包括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于结构的材料和几何尺寸，而动刚度既与静刚度有关，也与连接刚度和共振状态有关。阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转换成另一种能量形式，一般是热能），这种能量转换抑制了每次振荡的振幅值。当转轴运动时，阻尼来自轴承中的油、密封等。临界阻尼是指能够保证系统回到平衡位置而不发生振荡所要求的最小阻尼。<font color="#. 共振、临界转速、固有频率共振是振幅和相位的变化响应状态，由对某一特殊频率的作用力敏感的相应系统所引起。一个共振通常通过振幅的显著增加和相应的相位移动来识别。在共振发生时，当激振频率稍有变化（频率上升或下降）时，其振动响应就会明显地减小。每一个转子，连同支持它的轴承组成的系统，都有若干阶横向振动的固有频率，每一阶固有频率又有它所对应的振型。在一定的转速下，某一阶固有频率可以被转子上的不平衡力激起，这个与固有频率一致的转速就被称为临界转速。当系统作自由振动时，其振动的频率只与系统本身的质量（或转动惯量）、刚度和阻尼有关。这个由系统的固有性质所决定的振动频率，称为系统的固有频率。<font color="#. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振当以频率f激振，因频率f/n（n等于2及其以上的正整数）接近于系统的固有频率而引起的共振称为分谐波共振。当以频率f激振，因频率nf（n等于2及其以上的正整数）接近于系统的固有频率而引起的共振称为高次谐波共振。参数激振是指由质量、弹性等因素随时间周期变化的激振。由极不对称的截面或由此引起的不同的抗弯强度可能产生参数振动。<font color="#. 涡动、正进动和反进动转轴的涡动（或称为进动）常定义为转轴的中心围绕轴承的中心所作的转动。 正进动是指与转轴转动方向相同的涡动。反进动是指与转轴转动方向相反的涡动。<font color="#. 同相振动和反相振动在一对称转子中，若两端支持轴承在同一方向（垂直或水平）的振动相位角相同时，则称这两轴承的振动为同相振动。若两端支持轴承在同一方向（垂直或水平）的振动相位角相差180°时，则称这两轴承的振动为反相振动。 根据振动的同相分量和反相分量可初步判断转子的振型。<font color="#. 轴振型和节点轴振型是在某一特定转速下，作用力所引起的转子合成偏离形状，是转子沿轴向的偏离的三维表示。节点是在所给定的振型中，轴上的最小偏离点。由于残留不平衡状态的改变，或其它力函数的改变，或者约束条件的改变（如轴承间隙的变化），节点都可能图1－3
振型和节点 很容易地沿轴向改变它的位置。节点也常指轴上最小绝对位移点。节点两边的运动相角差180°。<font color="#. 转子挠曲转子挠曲是指转**性弯曲值，现场习惯称为挠度。转子挠曲分为静挠曲和动挠曲，静挠曲是静止状态的转子在自重或预载荷作用下产生的弹性弯曲值，沿转子轴线上不同的点，静挠曲值不同；动挠曲是旋转状态的转子在不平衡力矩和其它交变力作用下产生的弹性弯曲值，转子动挠曲又分同步挠曲和异步挠曲两种，这两种挠曲将直接叠加到转轴振动上。<font color="#. 电气偏差、机械偏差、晃度电气偏差系非接触式电涡流传感器系统输出信号误差的来源之一，转轴每转一圈，该偏差就重复一次。传感器输出信号的变化并不是来自探头所测间隙的改变（动态运动或位置的变化），而通常是来自于转轴表面材料电导率的变化或转轴表面上某些位置局部磁场的存在。（转子磁化后，其频谱特征为2X、4X、6X等比较高，且差不多高。）机械偏差也是电涡流传感器系统输出信号误差的来源之一。传感器所测间隙的变化，并不是由转轴中心线位置变化或转轴动态运动所引起的，通常来源于转轴的椭圆度、损坏、键标记、凹陷、划痕、锈斑或由转轴上的其它结构所引起的。转轴的晃度，或称为轴的径向偏差，是电气偏差和机械偏差的总和。在轴的振动标准中规定，其数值不能超过相当于许用振动位移的25％或6μm这两者中的较大值。通常涡流传感器在低转速（约工作转速的10％左右）下测得的轴的振值基本就相当于转轴的晃度值。大部分情况下，晃度与振动为同一方向，相反的情况很少。<font color="#. 偏心和轴心位置在转子平衡领域，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的数值，此偏心是引起转轴振动最主要的激振力；而在机组运行监测中偏心是指轴颈中心偏离轴瓦中心的距离，也称为偏心位置或轴心位置，通过对偏心的监测可以发现转子承受的外加载荷和轴瓦工作状态。<font color="#. 间隙电压、油膜压力间隙电压是指电涡流传感器测量的直流电压，其值反映了轴颈和探头间的间隙。由此可给出转子扬度、支承载荷、轴心位置等有关信息。油膜压力反映了轴承支承油膜的厚度及稳定性，该压力能帮助诊断轴瓦稳定性等方面的问题。二、传感器的基本知识1.
振动传感器现场振动测试采用的传感器一般有非接触式电涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和复合传感器（它是由一个非接触传感器和一个惯性传感器组成）四种。每一种传感器都有它们固有的频响特性，其决定了各自的工作范围。如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数会产生较大的偏差。下表列出了振动测量中常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺点等。表1－1 常用的振动传感器及其性能和适应范围
传感器种类频响特性测量适用范围优点缺点电涡流传感器0～5000HZ或0～10000Hz转轴相对振动轴心轨迹轴承油膜厚度轴位移和胀差转速和相位非接触测量测量范围宽灵敏度高抗干扰能力强不受介质影响结构简单对被测材料敏感存在机械偏差和电气偏差的可能及影响安装较复杂速度传感器10～500Hz 或10～1000HZ轴承座的绝对振动不需电源，简单方便灵敏度高输出信号大、输出阻抗低，电气性能稳定性好，不受外部噪声干扰 动态范围有限尺寸和重量大弹簧件易失效受高温影响较大加速度传感器0.2～10000HZ或更高轴承座的绝对振动频响范围宽体积小、重量轻灵敏度高不易在高温环境下使用装配困难、成品率低复合传感器0～<font color="#00HZ转轴绝对振动转轴相对振动轴承座的绝对振动转轴在轴承间隙内的径向位移非接触测量无磨损牢固可靠对被测材料敏感安装较复杂2.
电涡流振动位移传感器的工作原理图1－4
电涡流传感器结构图& && && &&&图1－5
电涡流传感器原理图 由前置放大器的高频振荡器向传感器的头部线圈供给一个高频电流，线圈所产生的交变磁场在具有铁磁性能的被测物体的表面就会产生电涡流，由该电涡流所产生的磁场在方向上与传感器的磁场相反，因而对传感器具有阻抗。当传感器与被测物体的表面间隙较小的时候，电涡流也较强，阻抗较大，传感器最终的输出电压变小；当传感器与被测物体的表面间隙变大的时候，电涡流会变弱，阻抗变小，传感器最终的输出电压变大。涡流的强弱与间隙的大小成正比，因而，传感器的输出与振动位移成正比。<font color="#.
电动力式振动速度传感器的工作原理
振动速度传感器的结构示意图固定在壳体内部的永久磁铁，随着外壳与振动物体一起振动，同时，由于内部由弹簧固定着的线圈不能与磁铁同步运动，磁铁的磁力线被线圈以一定的速度切割，从而产生了电动势输出。而所输出的电动势的大小则与磁通量的大小和线圈参数（在此处均系常数）以及线圈切割磁力线的速度成正比，所以我们可以得到和磁铁的运动速度成正比的输出电动势，即：传感器的输出电压与被测物体的振动速度成正比。⒋ 压电式加速度传感器的工作原理
压电式加速度传感器是以某些晶体元件受力后会在其两个表面产生不同电荷的压电效应为转换原理。图1－7
压电式加速度传感器某些晶体，当沿着一定的方向受到外力的作用的时候，其内部的晶格会发生变化，产生极化现象，同时在晶体的两个表面上便产生了符号相反的电荷；当外力去掉以后，就又恢复到原来的不带电状态；当作用力方向改变时，所产生的电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而力的大小与物体的运动加速度大小成正比：F＝ma，上述现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一交变电场，晶体本身将产生机械变形，这称为逆压电效应，亦称电致伸缩效应（应用在电声器材如喇叭、超声波探头等）。压电加速度计的频响范围极宽，最高可达几十KHz，测量范围特大，最大可达十几万个g，多用于高频振动检测中，如齿轮、滚动轴承等的接触式测量中。一般需与电荷放大器配合使用，且电荷放大器前的连接电缆较易受到干扰。现在，有些加速度传感器（如PCB）把放大电路集成到传感器内，这样一来，外界干扰的影响极小，可靠性也得到了大幅度的提高。
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丰行天下-海川化工论坛 版权所有--- Powered by1.1简述测量仪器的组成与各组成部分的作用
答：感受件、中间件和效用件。感受件直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；中间件将传感器的输出信号经处理后传给效用件，放大、变换、运算；效用件的功能是将被测信号显示出来。
1.2测量仪器的主要性能指标及各项指标的含义是什么
答：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间等。精确度表示测量结果与真值一致的程度；恒定度为仪器多次重复测量时，指示值的稳定程度；灵敏度以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例表示；灵敏度阻滞又称感量，是足以引起仪器指针从静止到做微小移动的被测量的变化值；指示滞后时间为从被测参数发生改变到仪器指示出该变化值所需时间，或称时滞。
2.3试述常用的一、二阶测量仪器的传递函数及它的实例
答：一阶测量仪器如热电偶；二阶测量仪器如测振仪。
2.4试述测量系统的动态响应的含义、研究方法及评价指标。
答：测量系统的动态响应是用来评价系统正确传递和显示输入信号的指标。研究方法是对系统输入简单的瞬变信号研究动态特性或输入不同频率的正弦信号研究频率响应。评价指标为时间常数τ（一阶）、稳定时间????和最大过冲量????（二阶）等。
2.6试说明二阶测量系统通常取阻尼比ξ=0.6~0.8范围的原因
答：二阶测量系统在ξ=0.6~0.8时可使系统具有较好的稳定性，而且此时提高系统的固有频率????会使响应速率变得更快。
3.1测量误差有哪几类？各类误差的主要特点是什么？
答：系统误差、随机误差和过失误差。系统误差是规律性的，影响程度由确定的因素引起的，在测量结果中可以被修正；随机误差是由许多未知的或微小因素综合影响的结果，出现与否和影响程度难以确定，无法在测量中加以控制和排除，但随着测量次数的增加，其算术平均值逐渐接近零；过失误差是一种显然与事实不符的误差。
3.2试述系统误差产生的原因及消除方法
答：仪器误差，安装误差，环境误差，方法误差，操作误差(人为误差)，动态误差。消除方法：交换抵消法，替代消除法，预检法等。
3.3随机误差正态分布曲线有何特点?
答：单峰性、对称性、有限性、抵偿性。
4.1什么是电阻式传感器？它主要分成哪几种？
答：电阻式传感器将物理量的变化转换为敏感元件电阻值的变化，再经相应电路处理之后转换为电信号输出。分为金属应变式、半导体压阻式、电位计式、气敏式、湿敏式。
4.2用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用的温度补偿方法有哪几种？
答：在实际使用中，除了应变会导致应变片电阻变化之外，温度变化也会使应变片电阻发生误差，故需要采取温度补偿措施消除由于温度变化引起的误差。常用的温度补偿方法有桥路补偿和应变片自补偿两种。
4.4什么是电感式传感器？简述电感式传感器的工作原理
答：电感式传感器建立在电磁感应的基础上，是利用线圈自感或互感的变化，把被测物理量转换为线圈电感量变化的传感器。
4.5什么是电容式传感器？它的变换原理如何
答：电容式传感器是把物理量转换为电容量变化的传感器，对于电容器，改变??ｒ，ｄ和Ａ都会影响到电容量Ｃ，电容式传感器根据这一定律变换信号。
4.8说明磁电传感器的基本工作原理，它有哪几种结构形式？在使用中各用于测量什么物理量？
答：磁电式传感器是把被测参数的变化转换为感应电动势的传感器，是以导线在磁场中运动产生电动势的原理为基础。直线运动式用于测量线速度、线位移、线加速度；旋转运动式用于测量角速度、角位移、角加速度。
4.9热电偶有哪几条基本定律？说明他们的使用价值
答：均质材料定律，说明热电偶必须是多种材料组成；中间导体定律，说明插入第三种导体不会使热电偶的热电动势产生变化；中间温度定律，给出了间接测量热电势的方法；标准电极定律，可以从几个热电极与标准电极组成热电偶时所产生的热电动势求出这些热电极彼此任意组合时的热电动势。
4.12什么是霍尔效应？试举两个霍尔传感器在动力机械测量中典型应用的例子
答：霍尔效应指在半导体薄片垂直方向上加一磁场，当在薄片的两端有控制电流流过时，在薄片的另两端会产生一个大小与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的电压。霍尔传感器可用于转速测量、位移测量以及做为接近开关等。
5.3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：由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。
5.5辐射式温度计有哪几种。简述各自的工作原理
答：单色辐射式光学高温计，利用亮度比较取代辐射出射度比较进行测温；全幅射高温计，根据绝对黑体的全幅射定律设计；比色高温计，根据维恩位移定理设计。
6.3简述压阻式、压电式、电容式压力传感器的结构特点及应用范围
答：压阻式传感器核心部分是一块圆形膜片，在膜片上应用集成电路成型工艺制成的等值硅电阻构成平衡电桥的四个桥臂，膜片四周用一硅圆环固定，膜片的两端有两个压力腔，一个是和被测系统相连接的高压腔，另一个是和大气相通的低压腔，膜片两边出现压力差时，膜片上个点存在应力，四个电阻值发生变化，输出相应电压，用于测量稳定压力；压电式传感器由压电元件和电压放大器组成，传感器受到压力后由于压电效应输出微弱的电压，通过放大器放大信号之后输出，压电片串联则电压灵敏度较高，并联则电荷灵敏度高，用于测量高频脉动压力；电容式中心感压膜片受压力作用发生形变，从而改变电容，测量电容变化量即可得到被测压差，用于测量压差。
6.7试解释内燃机缸内动态压力采集系统工作原理
答：示功图计算机信号采集系统原理图见P139图6-32
7.2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：恒流式热线风速仪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，电阻值随之改变，但因热线惯性的影响，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；恒温（恒电阻）式热线风速仪在工作过程中，通过调节热线两端的电压以保持热线的电阻不变，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，其电桥可实现自平衡。
7.3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：参考光束系统光束经微粒散射后，其强度将大大削弱，因此系统采用1：9的比例将光源发射的光束分割成参考光和信号光，使光电检测器接收到的参考光强度与被散射的信号光强度具有相同量级，这样才能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，孔径过大过小都会降低测量精度，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，目前较少应用；双光束系统多普勒频移与光电检测器的接收方向无关，故得以最广泛应用。
7.4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能够测量整体流场的瞬时速度信息，包括流体流动中的小尺度结构，且对流场无扰动。LDV要求示踪粒子能够很好地跟随流体的运动，具有高的散射效率，具有良好的物理化学性质；PIV
则对示踪粒子的种类、粒径、播散量都有具体要求。
8.1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？选用时应考虑哪些主要因素
答：流量可用质量单位表示，也可用体积单位表示。流量测量方法有通过计量单位时间内被测流体充满或排出某一定容容器V的次数计算流量；通过测量流通截面上的流体流速或与流速有关的各种物理量计算出流量；直接用与质量流量直接有关的原理进行测量；同时测取流体密度和体积流量，通过运算推到出质量流量；通过温度压力补偿计算流量的方法。流量计为容积型流量计、速度型流量计和质量型流量计。应根据用途、工况条件、被测流体的性质、安装条件等方面选择流量计。
8.3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：应进行流量系数、流体膨胀校正系数、流体密度及节流元件开孔直径的修正。
8.5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注意的主要问题
答：主要因素为流体粘度的影响、流体密度的影响、流体压力和温度的影响以及流动状态的影响。在使用时应注意考虑各个影响因素，并根据影响因素对涡轮流量计进行校正。
8.6简述光纤流量计和超声波流量计的工作原理、特点及其发展趋势
答：光纤流量计通过将流量信号转变为膜片上的位移信号或压力差信号，通过Y行光纤传感器输出相应的光脉冲信号，从而确定被测流量大小；超声波流量计是基于超声波在介质中的传播速度与该介质的流动速度有关这一现象，通过测量超声波在顺流和逆流中的传播速度差求流速，进而换算出流量。超声波流量计的特点是非接触测量，不扰动流体流动状态，不产生压力损失；不受被测流体物理、化学特性影响；输出特性呈线性。
9.1根据压差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9-1b和式（9-2）的测量方法
答：因为压差式液位计的理论 依据是不可压缩流体的静力学原理，不可压缩流体假定流体密度不变，而液体及其蒸汽密度变化较大时，不可压缩流体假定就失效了，液位与压差的关系不定，压差的变化不能完全反映出液位的变化。
9.2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测液体液位的变化而变化，从而引起电容量的改变这种关系进行液位测量；测量非导电液体的电容式液位传感器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。见P184\P185
10.2转矩测量有哪几种方法？各有什么典型测量仪器（同时掌握曲线含义、测绘方法）
答：转矩测量主要有传递法、平衡力法和能量转换法。典型测量仪器有钢铉转矩测量仪(P194)、光电式转矩仪（P194）、光学式转矩仪（P196）、磁电式转矩仪（P197）、应变式转矩仪（P197）、磁致伸缩式转矩仪（P198）
11.1论述色谱分析仪在气体组成部分鉴别和含量测量中的作用、工作原理以及具体应用时需要注意的主要问题
答：色谱分析仪的原理是被分析的混合物在流动气体或液体（称流动相）的推动下，流经一根装有填充物（称固定相）的管子（称色谱柱），由于固定相对不同的组分具有不同的吸附能力，因此混合物经过色谱柱之后，各种组分在流动相和固定相中的含量分配不同，最终导致从色谱柱流出的时间不同，从而达到组分分离的目的；利用色谱分析仪可以对混合物的各种组分进行定性或定量分析。应用时应注意控制流量、温度，同时注意色谱流程的操作条件有严格的稳定性和一致性要求。 11.2简述红外分光分析仪和红外不分光分析仪的工作原理和用途特点
答：在燃气或排放气体所含主要成分中，除了同原子的双原子气体外，其他非对称分子气体在红外区都有特定的吸收带(波段)，这种特定的吸收带对某一种分子是确定的、标准的，依据特定的
吸收带，可以鉴别分子的种类，这就是红外光谱分析的基本原理。红外不分光分析仪用以测量已知组分的含量，通过测量特定吸收带内待测组分对红外辐射的吸收程度可确定其含量。红外分析仪要求被测气体是干燥而清洁的，在分析组分前需要对分析样品进行除湿、除尘处理。对于红外分光分析仪，多组分分析需要一定的扫描时间，不适用于连续测量。
11.3综述??2、CO、C??2、HC以及NO等燃烧气体排放组分含量的测量方法
答：??2：氧化锆氧量分析仪，利用氧化锆浓差电池形成的氧浓差电动势与氧气含量之间的量值关系进行测量；
CO、C??2、HC以及NO：可采用红外分光分析仪和红外不分光分析仪；
N????：化学发光法，利用NO-??3反应体系的化学发光现象测量。
11.4比较分析吸收式和透光式烟度测量方法的特点
答：透光法利用烟气对光的吸收作用，即通过测量光从烟气中的透过度确定烟度；吸收法先用滤纸收集一定量的烟气，再通过比较滤纸表面对光的反射率的变化测量烟度。
13.1简述下列物理量的定义并分辨相互之间的关系：声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、响度、响度级、计权声级（A声级、B声级、C声级）等
答：声压指声波波动引起传播介质压力变化的量值，声压级的单位为分贝，是一个相对于基准的比较指标，用以反映声音的相对强度
单位时间内声源传播的总声能为声功率，声功率的相对大小为声功率级
单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能为声能流密度，声能流密度在一个周期内的时间平均值为声强，声强的相对大小为声强级
响度是人耳对声音的感受，响度级是根据人耳的听觉特性提出的噪声评定值
计权声级是指用带有频率计权网络的仪器测得的噪声值。
A计权网络模拟人耳40phon等响度曲线设计，主要衰减人耳不敏感的低频声音，对中频段声音有一定衰减
B计权网络模拟人耳70phon等响曲线设计，仅对低频段声音有一定衰减
C计权网络模拟人耳100phon等响度曲线设计，对整个听觉范围内的声音基本上无衰减