《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(习题解答)-课后习题及答案.docx

1 .传递函数是指零初始条件卜输出联的拉杵拉斯变换与输入M的拉普拉斯变换之比，32 .传递函数既描述了系统的动态性能,也说明了系统的物理结曲.(X)3 .篇频特性和相频特性共同去达了测业系统的频率响应特性，4 .测量系统的动态特性一般可以从时(间)城和频(率)域两方面进行分析.5 .用试验测定动态参数的方法有蛔幽邈、阶一响应法、随机信号法.6 .测量系统的输出度与输入地之间关系可泥用传递函数表示,试说明串联环节、并联环节及反馈联接的传递函数的表示方法.答：申岷环节:/、NS)Z(三)XS)(三)=的=而方=%(Q/(三)并联环节：="S)+/(三)才(三)“(q)=&-X(三)+QS)*(三)正反馈环节:嗡=式S)-H(三)Hb(三)负反馈环节：7,试述测埴系统的动态响应的含意、研究方法及评价指标。答:含义：在瞬态参数动态测战中.要求通过系统所获知的输出信号能准确地重现输入佰号的全部信息,而泅录系统的动态响应正是用来评价系统正确传递和显示输入信号的Hi要指标。研咒方法：对测玳系统施加某些已知的典型幼入信号.包括阶跋信号、正弦信号、脉冲信号、斜升信号,通常是采用阶跃信号和正弦信号作为输入盘来研究系统对典型信号的响应，以了解测珏系统的动态特性，以此评价测电系统，评价指标：稳定时间t,、最大过冲址人.8 .某一力传感器拟定为二阶系统，其固有频率为800Hz,阻尼比为0.14。间使用该传感器作频率为400HZ正弦变化的外力测试时.其提帕和相位角各为多少？解：9 .用一阶系统对100Hz的正弦信号进行测量时，如果要求振幅误差为10%以内，时间常数应为多少？如果用该系统对5。HZ的正弦信号进行测试,其幅值误差和相位误差为多少？解：1A(>)=1-(>)=1-.=I-.10%1.+(wr)21.+(!OO×211r)2则r7.71×10j5(2)A(d>)=1-()=I-J=1-12.81%1.+(<wr)2I+(50x2×7.71×10-)2T取7.71X10'时，(c)=-arctg=-arctg(50×2,×7.71×IO'1)2=-13.62°相位误差小于等于13.62*10 .用传递曲数为1/(0.0025/D的一阶系林进行周期信号测量.若将幅值谀差限制在5%以下，试求所能测量的最高物率成分，此时相似差是多少？解：r=0002%,AA(O)=I-AQ=I-J=I-,5%1.+(r)21.+(O.(X)25<)j则3<131.5(/WZ/s)或/V/2万=20.9Hz相位差：(ft>)=-Utv1.giifT=-vz(1.31.5×().(M)25)-18.2°11 .对某二阶系统进行动态标定时,测得最大过冲At-1.5以及在响应曲线1.u1.1.n个周期收平均值的衰减周期兀=2s。试求该系统的阻尼比及系统固有频率.9 .为什么热电偶要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿彳i哪些方法？答：热电供热电势的大小是拄珀温度和冷端的函数差,为保证输出热电势是被冽温度的单值解数，必须使冷端温度保持恒定：热电偈分度农给出的热电协是以冷端甜度0c为依据.否则会产生误差.因此，常采用一些措施来消除冷锻血度变化所产生的影响,如冷端怛温法、冷茄祖度校正法、补偿导线法、补借电桥法.10 .辅射式ifi度计有哪几种？简述各自的工作原理，答：单色辎射式光学测温计：利用亮度比较取代出射度比较进行测温：全描射而温计：通过测域物体全部辎射能来确定物体的温度：比色而温计：利用两种不同波长的相时强度的比曲来测显温度：红外测温仪:将物体发射的红外筏具有的辐射能转变为电信号,根据时应关系确定温度.11 .简述纣外测讯仪和红外热像仪的工作原理.答：红外测温仪将物体发射的红外线具彳f的辎射能转变为电信号,根据对应关系确定温度.红外热像仪利用红外扫描原理测域物体的表面温度分布，它摄取来自被测物体各部分射向仪涔的红外相射通量的分布,利用红外探测器的水平扫描和垂直扫描,按顺序直接涎瓜被测物体各部分发射出的红外辐射，综合起来就得到物体发射的红外辎射通此的分布图像.(51低速制动性低速制动性也是测功机的一4左要性能指标，它表示的是转速下降时，制动转矩的减少快慢程度。第10章I、论述色谱分析仪在气体组分鉴别和浓度测地中的作用、工作原理答：色谱分析仪由组分分离和组分浓度测量或定性分析两部分组成。组分分离的基本原理是：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），因固定相的吸附或溶解作用，混合物中的各种组分在流动相和固定相中产生浓度分配。由于困定相对不同的组分具有不同的吸附或溶解能力，因此，混合物经过色谱柱后，各种组分在流动相和固定相中形成的浓度分配关系不同，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。利用色谱进行混合物组分定性判别的堪本依据是色谱流出曲线（色谱峰图，常用的方法有两种：保留时间分析和加入纯物质比对分析法。保留时间是指被测组分开始进入色谱柱到潦出色谱柱后出现浓度最大值所需的时间，反映组分在色谱柱中滞留的时间长短.不同组分在保留时间上的显著差别是组分分离的必要条件。同样，当相关条件不变时，同一组分的保留时间相同。组分与保阳时间之间的一一对应关系正是进行组分定性分析的基础.加入纯物质比对分析法通常用来判别混合物中是否含有某种特定的组分。具体做法是：首先测取被测混合物的色谱峰图，然后在被测混合物中加入特定组分的纯物J贞，测取新的色谱峰图。比较前后两幅色谱峰图，如果原来图中的某一峰值在新图中获得增富，则说明被测混合物中含有特定组分；如果在新的图中出现了原来图中不存在的峰，则说明被测混合物中不含特定组分.进行组分浓度的定量测量时，色谱柱分高出来的各种组分被载气依次送入检测器，由检测器完成其浓度测定。检测器的种类很多,常用的仃热导检测器（TeD）、城火焰电离检测器（FID）、电子捕获型检测器（ECD）和焰光光度检测器（FPD）等，测试时需要根据被测组分选择使用。通常，测量CO和CO2等无机组分采用热导检测器：测员有机组份，特别是碳氢化合物（HC）时，则选用氢火焰电离检测器。电子捕获型检测器适用于含卤和含氧成分测量，焰光光度检测器适用于含硫成分的测量。此外，还可用红外分析技术进行浓度的测量。2、简述NDIR红外不分光分析仪的工作原理和用途特点。答：在排放气体所含的主要成分中，除了同原子的双原了气体（出、Nz和O?等）外，其它非对称分子气体，如CO、CO2、H9、No等在红外区均有特定的吸收带（波段）。这种特定的吸收带对于某一种分子是确定的、标准的，其特性如同,物质指纹1.也就是说，根据特定的吸收带，可以鉴别分子的种类，这是红外光谱分析的基本依据。利用这一原理制成的红外分光光度计可对混合气体进行定性分析，鉴别所含组分种类.通过进步利用光能吸收与组分浓度之间的关系,可以用丁各组分含量的定量测量。在热能与动力机械工程测量中，往往需要测定混合气体中某种已知组分的含S.如排放气体中Co或CO?的含量等，以之作为判断或控制燃烧过程的重要依据。在这种情况下，可以采用不分光的方法，通过测量特定吸收带内待测组分对红外辐射的吸收程度，即可确定其浓度。这种不分光测量方法的理论基础是比尔（Bi1.1.）定律，它描述f气体对一定波长的红外辐射的吸收强度与气体浓度之间的关系。典型的不分光红外气体分析仪由参比室、测量:室两部分和测量仪罂部分组成。参比室内封有某种不含待测组分的气体，称为比较气体“测量室则通以被测混合气体.在被测气体进入测量室之前，两气室中均无待测组分，红外辐射在选定的狭窄波段（被测组份的吸收带）上未被吸收，这时，半导体检测器上交替接收到的红外辐射通M相等，检测器只有直流响应，检测电路中的交流选频放大器的输出为零。进入测量状态后，当含有待测组分的被测气体流经测量室时，由对特定波段红外辐射的吸收作用，使透过测量空的辐射通量减弱，减弱的程度取决r被测气体中待测组分的浓度；而透过参比室的辐射通盘始终保持不变的，所以透过测量室和参比室的红外料射通量不再相等，半导体检测器接收到的是交变的红外辐射，交流选频放大器的输出不再为零。经过适当标定，就可以根据输出信号的大小确定待测组分的浓度。3、综述0,CO,Co”HC以及NO等燃烧气体排放组分浓度的测量方法答：目前常用来测量02含量的仪器为氧化错氧量分析仪，它是利用氧化倍浓差电池所形成的氧浓差电势与Ch含量之间的量位关系进行领含地测班的°普通氧化铭品体中所含的辄离子空穴浓度很小，即使在高温卜.，虽然热激发会增加氧离子空穴,但其浓度仍然十分有限，不足以作为良好的固体电解质。实验研究证明.若在普通氧化错中掺入一定数量的其它低价氧化物,如氧化钙（CQ）或氧化钮（YzOj）等,则不仅因为应力的改变而提高了晶体的稳定性，而且还因为ZZ4被C1.或Y-置换而生成氧离子空穴.也就是说，普通氧化幡中掺入氧化钙或氧化忆后，氧离子空穴浓度大大蟠加，当温度升高到800C左右时，即成为一种良好的氧离了导体。在氧化牯材料的两恻分别涂以多孔性的铀电极（也称箱黑）.让一侧处丁参比气体（如空气）中，另一侧处被测气体（如烟气）中。参比气体中的氧浓度高于被测气体，当氧离子通过辄化倍中的氧离子空穴，从浓度高的参比恻向浓度低的测量测迁移时，电极上闪电荷积累而产生电动势。由于该电动势与氧化法两侧气体的氧浓度有关，故称作氧浓惹电动势，通过测量较浓差电势便可测量6浓度。CO和COa常采用热导检测器进行浓度测量，它是利用热传导性能随被测气体组分浓度改变而变化的原理实现测量的，工作时，纯我气潦经检测器的参比室，而载气与被测组份的混合物流经测量室。测量室和参比室内分别置有附值相等的热敏电阻，它们分别接在测量电桥两个相邻的桥再上。电桥的另外两个桥皆为固定电阻。在非测量状态1.电桥平衡。测量时，因两路气体的热传导性能存在差异，两个热敏电网之间因散热程度不而出现电网差值，致使电桥失去平衡，气体热传导性能的差别大小与被测组分浓度有关，即两个热敏电阻的电阻差值与浓度有关，因此，通过测量电桥的输出信号可以确定被测组分浓度的大小。HC常采用氢火焰电离检测器进行质量浓度测量“城火焰电离检测器的工作原理是HC在火馅中的电掰现象“被测气体由载气推动与Hz混合，混合后的气体喷出时，在空气助燃下由电热丝点燃。在燃烧火焰中HC产生离了和电子，其数目随HC所含C原子数目的增加而增加.这些离子和电子在周围电场的作用下.按一定的方向运动而形成电流，电流的大小即反映HC组份的浓度。NO常采用化学发光法测量其浓度.它是利用NO-O3反应体系的化学发光现象实现测战的。NO和Oa在反应室中混合后聘产生化学反应，反应中的过剩能量促成了激发态NOJ分子的产生。激发态NO/分子在跃迁到基态而趋于稳定的同时，会发射波长范围为063m的光子（v）,即近红外谱纹，其发光强度与反应物No和6的浓度成正比，只要6的数量足够多，以致可以忽略OJ浓度在反应过程中的变化，那么，就可以认为发光强度与NO的浓度成正比，即通过检测发光光强就可以确定NO的浓度。4,简述空气动力学粒径谱仪和扫描电迁移率粒度谱仪各自的工作原理答：空气动力学粒径谱仪通过测域颗粒物通过两束平行激光束的飞行时间从而测得颗粒物的空气动力学粒径。带悬浮微粒的气体（气溶胶）分流成为鞘气和样气，样气经喷嘴加速并在鞘气的包裹下通过检测区域。由于惯性作用不同，不问粒径的颗粒物经过加速喷嘴时产生不同的加速度，粒径越大，加速度越小。颗粒物飞出喷嘴后，在检测区域直线通过两束距离很近的平行激光束，产生单独连续的双峰飞行时间信号。颗粒物飞出加速喷咻时加速度不同导致颗粒物通过检测区域的速度和时间不同，即飞行时间不同，故飞行时间包含了颗粒物的空气动力学粒径信息，通过测信飞行时间和标定即可确定颗粒物的粒径，扫描电迁移率粒度谱仪堪于荷电粒子在电场中的电迂移特性进行测地。荷电是指带电离子或电子和中性粒了碰撞并使其带电的过程。当气体和电场强度一定时，荷电粒子的电迁移特性与粒子的粒径成反比，粒径越大，电迁移率越低。典型扫描电迁移率粒度谱仪中，带悬浮微粒的气体（气溶胶）在进样口用旋风除尘常去除大粒径的颗粒,其余的样气在通过扩散荷电器时产生离了并使粒子荷电，因为荷电粒子被中心极杆排斥，故其在中心极杆的作用下从内向外运动，由于粒子的粒径不同时其电迁移性不同，因此不同粒径的粒子到达外部圆柱时所处的区域也不同。外部圆柱体上设有多级睁电计同时检测不同区域的电流,就可以快速准确地测取粒径分布。第11章1 .被广泛地应用于长距离、高准确度的位移测量的位移传感器是C.A.电感式传感器B.电容式传感器C激光位移传感器D光纤式传感器2 .测振系统分为机械测振系统、电子测振系统以及光学测振系统,3 .什么是加速度传感器的安装谐振缴率？它与传感器的固有频率之间有何关系？答：加速度传感器使用频率的上限取决于和传感器安装方法有关的安装谐振频率。从理论上来讲，当振动体的质量与传感器的惯性质量之比为无限大时，安装谐振频率与传感器固有频率相等。4 .简述模态测量的基本原理答：以某种激励作用在被测对象上，使之产生受迫振动，测出输入（激励）和输出（响应）的信息，从而确定出被测系统的固有频率、阻尼比以及振动形态等动态特性参数，进而寻求系统的最优参数及其兀配。第12章1 .传声器是一种声-电信号转换器件，有动圈式、压电式和电容式等种类。2 .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（对）3 .声功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算（对）4 .若A点的声功率是B点的1倍，则A点的声功率级比B点大B_dBA.10B.20C.40D.1.5在噪声测量中，声功率级不是直接检测出：，而是通过测量声压级或声强级换电而来，请问：（1）声压法和声强法测量各有什么特点？（2）为什么总是用声功率级作为固定式机械设备噪声的评价值，而不是声压级？答：（1）声用法特点：利用声级计进行噪声测量时，如果周围环境存在其他声源，则声级计读数仲讲包含被测噪声以外的噪声，这一噪称作背景噪声声强法特点：在实际声强测量中，测取的是每一测量堆元的声强。（2）声功率级是设备发出的噪声能量的全部，声压级是设备发出的噪声能域的一部分（一平方米）：用声功率级考核体现“总量控制”，能全面衡量设备发出噪声的大小。6 .有一个1/3倍频程带通吃波涔，其中心频率80nfHz,求上、卜截止频率解：由于:n=2%,n=2-%fn=fc-fc2当fn=80HZ时，则有丘=2-fn=2-J×80=71.3(Hz)fc2=2%=2己x80=89.8<Hz)7 .将一台柒油机放置在广场上进行噪声测量，在其中心位以半径Im的半球内测量8个点，声年级分别为80、81、83、80、81、83.82.81dB（八）,求该柴油机的平均声压级和声功率级：当测量球面半径变为2m时，平均声压级的测Ift值将变成多少？解：声压级平均值：Jm=Io1.g(AE之I1.oOj)代人求得/,pm=81.52dB：声功率级九=(1.pm-K2-K3)+IOIg(S/So),K2=IOIg(1+京),A=016(VT),在广场上测量故V为无穷大，因此修=0;勺=1。国a=。；故1.W=1.pm+101.g(5So)=81.52+101.g(2r1.)=89.5dB。当测量球面半径变为2m,1.w=1.pm+IOIg(S/So)=81.52+101g(8万1)=95.52dB。