上海理工大学测控考试动力工程测控技术

2007/2008 学年第 一 学期    动力工程测控技术 课程试卷（A）    授课班级__    ___

学号__________姓名____________班级_____________得分_________任课教师___________

一、基础知识选择题：（每空格1分，共35分）

1．采用一路A/D转换器实现多个信号采集时使用的电子元器件是______；采用一路D/A转换器实现多个模拟量输出时采用的电子元器件是________。

 (a) 模拟多路开关   (b) 采样保持器   （c）反模拟多路开关  （d）继电器

2．发现存在固定系统误差的方法是 。 

(a) 采用离差观察法   (b) 增加测量次数 （c）采用阿贝-赫梅特准则 （d）采用比较法

3．绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大称为。当测量次数趋于无穷大时，全部误差的代数和趋于零称为。

（a）单峰性    (b) 对称性（c）有界性（d）抵偿性

4．计量是将物理量与其作比较的一种实验科学。复现七个基本单位定义的设备称为。

(a) 单位定义    (b) 测量工具  （c）基准   （d）标准

5．某压力测量值为2860Pa，符合国际单位量值表示惯例。

（a）2.86 KPa   （b）2860Pa    （c）2.860 KPa 

6．两热电偶的测点分别在温度为T1和T2的热源中（T1 > T2），冷端保持0℃，电位差计的读数分别为U1和U2。如果两热电偶反接，这时电位差计的读数为；如果两热电偶并联，这时电位差计的读数为；如果两热电偶串联，这时电位差计的读数为。

(a) （U1-U2）/2      (b) U1+U2    （c）（U1+U2）/2    （d）U1-U2

7．  反映测量装置正、反行程校准曲线在同一校准级上输出值不一致的程度，也称为变差。表示在规定的同一校准条件下，对测量装置按同一方向在全量程范围内多次校准，各次校准曲线之间的不一致程度。

     (a) 非线性      (b) 灵敏度    （c）重复性   （d）迟滞性 

8． 用热电偶测量高速气流的温度实际上测量的是。

     (a) 总温      (b) 有效温度    （c）静温  

9. 利用壁面静压孔测量气流压力，孔的对测量结果产生影响。

（a）直径、轴线方向和形状   （b）轴线方向    （c）形状    （d）直径

10.  涡轮流量计是将流量转换为涡轮的；孔板流量计是依据孔板前后的来确定流量的；涡街流量计是将旋涡产生的与流量成线性关系作为测量依据的。

（a）转数   （b）压差    （c）频率    （d）位移

11.  在测压传感器中，下列传感器分别归类于：属于电阻式传感器，属于磁电式传感器，属于压电式传感器，其中是自源传感器。      

（a）霍尔半导体压力传感器  （b）石英晶体压力传感器    

（c）  金属应变片压力传感器

12.  信号源地线并联接地比串联接地要；信号源地线多点并联接地适合于信号。

（a）好      （b）差    （c）高频    （d）低频

13.  在自动检测压力实验中，标准的压力值是由读取的。

(a) 计算机   (b) 活塞式压力计  （c）压力表

14.  用热电偶测得管壁与来流空气的温差电势为E1，来流空气的温度为T0，该热电偶的热电势-温度的拟合式为E= f1（T）和T=f2（E），则管壁温度为。

   （a）T0+ f2（E1） （b）f2（E1）-T0   （c）f1 （E1+ f2（T0））   （d）f2 （E1+ f1（T0））

15. 传感器需要冷端补偿，在恒定冷端的方法中，将传感器放入冰粒中的做法是。

（a）热电偶   （b）热电阻   （c）正确的   （d）错误的

16．热电偶测温的热电势由构成，与热电偶的有关。

（a）接触电势和感应电势   （b）感应电势和温差电势   （c）温差电势和接触电势

d) 粗细   e)材料    f）沿线温度变化   g）长短

17 “对同一准确度的仪表，量程越大，绝对误差也越大” 的说法是； “回归作图时，曲线经过的地方一定要经过所有的数据点”的说法是。

（a）正确的     (b) 错误的   

18. 对二阶系统的阶跃响应，阻尼比小于1时的动态特性；对二阶系统的频率响应，阻尼比大于1且输入与系统固有频率相同时的幅频特性。

(a) 为衰减正弦振荡   (b) 不出现振荡  （c）发生谐振

19. 下列体现了动力工程测控技术发展的一些特点。

（a）非接触测量     (b) 广泛应用计算机   （c）精度更高、响应更快    

（d）测量空间场    （e）挑战测量极限    （f）以上都是

二、综合题（共65分）

有一个电锅炉，需要用计算机自动检测其温度、压力、蒸汽流量、水位和电流，并控制加热功率和阀的开关或者开度。其中温度、压力、电流传感器为模拟量输出，水位、蒸汽流量传感器为数字量输出；电加热功率和蒸汽阀开度根据负载可调，具体调节方法是将电加热分三组，两组可开关，另一组用调功器微调；蒸汽阀也可调开度，进水阀根据高低水位仅可开关。

1、请简要列举2种可用于以上测控系统的传感器或者仪表的原理。（10分）

2、如锅炉正常工作压力范围为0.4~0.6Mpa且压力波动较大，测量误差不大于被测压力的3%，为保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作和保证测量的准确度，请选择量程和准确度等级（请在0~1.0MPa 、0~1.6MPa、0~2.5MPa和 1.0级、1.5级、2.5级中选择）并简要说明理由。（10分）

3、如果工作压力从0.6MPa 阶跃降到0.4Mpa，某一阶压力传感器的时间常数为1s，2s 后传感器的输出压力值为多少？（8分）

4、如果系统中用了一个8位的Ｄ／Ａ转换器，输出范围为4~20mA并且是线性关系，试问输出的电流最小间隔是多少毫安？（7分）

5、电流传感器的技术指标指出其最大允许误差为±1.0%，经计量鉴定合格，自由度为15，设测量值在该区间的概率分布为均匀分布（k=）。电热元件在额定功率30KW和自然通风条件下的标定电阻值为（301.32±0.03）Ω，自由度为无穷大，其扩展不确定度区间具有99.73%的置信水平。该电流值在同一条件下重复采集8次，读数分别为10.25A，10.23A， 10.27A，10.17A，10.18A，10.24A，10.23A，10.26A，按5%的危险率用格拉布斯判据检查是否有异常数据。测量时忽略温度变化对结果的影响。要求报告95%置信水平下的测量结果、扩展不确定度、包含因子和有效自由度。(n=6、7、8时， 5%危险率的格拉布斯判据值分别为1.82、1.94、2.03；95%置信水平下自由度为15、16、17、18、19的包含因子分别为2.131、2.120、2.110、2.101、2.093)（20分）

请画出这个有多路模入模出和开关量输入输出的计算机测控系统的原则性框图。（10分）上 海 理 工 大 学

2007/2008 学年第 一 学期    动力工程测控技术 课程试卷（A）    授课班级__    ___

参

二、基础知识选择题：（每空格1分，共35分）

7．采用一路A/D转换器实现多个信号采集时使用的电子元器件是__a __；采用一路D/A转换器实现多个模拟量输出时采用的电子元器件是___c____。

 (a) 模拟多路开关   (b) 采样保持器   （c）反模拟多路开关  （d）继电器

8．发现存在固定系统误差的方法是 d。 

(a) 采用离差观察法   (b) 增加测量次数 （c）采用阿贝-赫梅特准则 （d）采用比较法

9．绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大称为a。当测量次数趋于无穷大时，全部误差的代数和趋于零称为d。

（a）单峰性    (b) 对称性（c）有界性（d）抵偿性

10．计量是将物理量与其a作比较的一种实验科学。复现七个基本单位定义的设备称为c。

(a) 单位定义    (b) 测量工具  （c）基准   （d）标准

11．某压力测量值为2860Pa，c符合国际单位量值表示惯例。

（a）2.86 KPa   （b）2860Pa    （c）2.860 KPa 

12．两热电偶的测点分别在温度为T1和T2的热源中（T1 > T2），冷端保持0℃，电位差计的读数分别为U1和U2。如果两热电偶反接，这时电位差计的读数为d；如果两热电偶并联，这时电位差计的读数为c；如果两热电偶串联，这时电位差计的读数为b。

(a) （U1-U2）/2      (b) U1+U2    （c）（U1+U2）/2    （d）U1-U2

7．  d反映测量装置正、反行程校准曲线在同一校准级上输出值不一致的程度，也称为变差。c表示在规定的同一校准条件下，对测量装置按同一方向在全量程范围内多次校准，各次校准曲线之间的不一致程度。

     (a) 非线性      (b) 灵敏度    （c）重复性   （d）迟滞性 

8． 用热电偶测量高速气流的温度实际上测量的是b。

     (a) 总温      (b) 有效温度    （c）静温  

9. 利用壁面静压孔测量气流压力，孔的a对测量结果产生影响。

（a）直径、轴线方向和形状   （b）轴线方向    （c）形状    （d）直径

10.  涡轮流量计是将流量转换为涡轮的a；孔板流量计是依据孔板前后的b来确定流量的；涡街流量计是将旋涡产生的c与流量成线性关系作为测量依据的。

（a）转数   （b）压差    （c）频率    （d）位移

11.  在测压传感器中，下列传感器分别归类于：c属于电阻式传感器，a属于磁电式传感器，b属于压电式传感器，其中b是自源传感器。      

（b）霍尔半导体压力传感器  （b）石英晶体压力传感器    

（c）  金属应变片压力传感器

12.  信号源地线并联接地比串联接地要a；信号源地线多点并联接地适合于c信号。

（a）好      （b）差    （c）高频    （d）低频

13.  在自动检测压力实验中，标准的压力值是由b读取的。

(a) 计算机   (b) 活塞式压力计  （c）压力表

14.  用热电偶测得管壁与来流空气的温差电势为E1，来流空气的温度为T0，该热电偶的热电势-温度的拟合式为E= f1（T）和T=f2（E），则管壁温度为d。

   （a）T0+ f2（E1） （b）f2（E1）-T0   （c）f1 （E1+ f2（T0））   （d）f2 （E1+ f1（T0））

15. a传感器需要冷端补偿，在恒定冷端的方法中，将传感器放入冰粒中的做法是d。

（a）热电偶   （b）热电阻   （c）正确的   （d）错误的

16．热电偶测温的热电势由    c   构成，与热电偶的    e   有关。

（a）接触电势和感应电势   （b）感应电势和温差电势   （c）温差电势和接触电势

d) 粗细   e)材料    f）沿线温度变化   g）长短

17 “对同一准确度的仪表，量程越大，绝对误差也越大” 的说法是a； “回归作图时，曲线经过的地方一定要经过所有的数据点”的说法是b。

（a）正确的     (b) 错误的   

18. 对二阶系统的阶跃响应，阻尼比小于1时的动态特性a；对二阶系统的频率响应，阻尼比大于1且输入与系统固有频率相同时的幅频特性b 。

(a) 为衰减正弦振荡   (b) 不出现振荡  （c）发生谐振

19. 下列f体现了动力工程测控技术发展的一些特点。

（a）非接触测量     (b) 广泛应用计算机   （c）精度更高、响应更快    

（d）测量空间场    （e）挑战测量极限    （f）以上都是

二、综合题（共65分）

有一个电锅炉，需要用计算机自动检测其温度、压力、蒸汽流量、水位和电流，并控制加热功率和阀的开关或者开度。其中温度、压力、电流传感器为模拟量输出，水位、蒸汽流量传感器为数字量输出；电加热功率和蒸汽阀开度根据负载可调，具体调节方法是将电加热分三组，两组可开关，另一组用调功器微调；蒸汽阀也可调开度，进水阀根据高低水位仅可开关。

1、请简要列举2种可用于以上测控系统的传感器或者仪表的原理。（10分）

答：学生举2种，工作原理叙述清楚即可，灵活掌握。 （每个5分）

2、如锅炉正常工作压力范围为0.4~0.6Mpa且压力波动较大，测量误差不大于被测压力的3%，为保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作和保证测量的准确度，请选择量程和准确度等级（请在0~1.0MPa 、0~1.6MPa、0~2.5MPa和 1.0级、1.5级、2.5级中选择）并简要说明理由。（10分）

答：为保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3，根据最大工作压力有:A>0.6/(2/3)=0.9Mpa。

为保证测量的准确度，最小工作压力不应低于仪表满量程的1/3，根据最小工作压力有: A<0.4/(1/3)=1.2Mpa。

因此应选择弹簧管压力表的量程为0~1.0Mpa。           （5分）

由题意，被测压力的最大允许绝对误差为0.4×3%=0.012 Mpa，这就要求所选仪表的相对百分误差小于0.012/（1.0-0）×100%=1.2%，故选准确度等级为1.0级。                                                  （5分）

3、如果工作压力从0.6MPa 阶跃降到0.4Mpa，某一阶压力传感器的时间常数为1s，2s 后传感器的输出压力值为多少？（8分）

（8分）

4、如果系统中用了一个8位的Ｄ／Ａ转换器，输出范围为4~20mA并且是线性关系，试问输出的电流最小间隔是多少毫安？（7分）

（7分）

5、电流传感器的技术指标指出其最大允许误差为±1.0%，经计量鉴定合格，自由度为15，设测量值在该区间的概率分布为均匀分布（k=）。电热元件在额定功率30KW和自然通风条件下的标定电阻值为（301.32±0.03）Ω，自由度为无穷大，其扩展不确定度区间具有99.73%的置信水平。该电流值在同一条件下重复采集8次，读数分别为10.25A，10.23A， 10.27A，10.17A，10.18A，10.24A，10.23A，10.26A，按5%的危险率用格拉布斯判据检查是否有异常数据。测量时忽略温度变化对结果的影响。要求报告95%置信水平下的测量结果、扩展不确定度、包含因子和有效自由度。(n=6、7、8时， 5%危险率的格拉布斯判据值分别为1.82、1.94、2.03；95%置信水平下自由度为15、16、17、18、19的包含因子分别为2.131、2.120、2.110、2.101、2.093)（20分）

答：①对电流表读数判别粗大误差： I平均=10.229A，s=0.036，

    故无粗大误差。                  （5分）

②由数学模型P平均=I2平均R=31526W，                               （2分）

③ 不确定度评定：UB（I）=0.05906A，UA（I）=0.01274A，UC（I）=0.06042A，

                 U（R）=0.01Ω，UC（P）=372.42W                （5分）

γeff（I）=16.35，γeff（R）=，γeff（P）=16.35→16（3分）

                  K0.95=2.120，U0.95=790W                         （4分）

④在95%置信水平下的测量结果P=31526±790W，故扩展不确定度为790W、包含因子为2.120，有效自由度为16。                              （1分）

6、请画出这个有多路模入模出和开关量输入输出的计算机测控系统的原则性框图。（10分）

    答：学生自行设计的合理即可。