第2章1.传递函数是指零初始条件下输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
（√）2.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构。
4.测量系统的动态特性一般可以从时（间）域和频（率）域两方面进行分析。
5.用试验测定动态参数的方法有频率响应法、阶跃响应法、随机信号法。
6.测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，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：串联环节：并联环节：正反馈环节：负反馈环节：7.试述测量系统的动态响应的含意、研究方法及评价指标。
答：含义：在瞬态参数动态测量中，要求通过系统所获得的输出信号能准确地重现输入信号的全部信息，而测量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重要指标。
研究方法：对测量系统施加某些已知的典型输入信号，包括阶跃信号、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量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态特性，以此评价测量系统。
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。
若将幅值误差限制在5%以下，试求所能测量的最高频率成分，此时相位差是多少？解：s0025.0=τ，%5)0025.0(111)(111)(1)(22≤+-=+-=-=ωωτωωAA则)/(5.131srad<ω或Hzf9.202/=<πω相位差:-=-=-=2.18)0025.05.131()(arctgarctgωτω11.对某二阶系统进行动态标定时，测得最大过冲Ad=1.5以及在响应曲线上由n个周期取平均值的衰减周期Td=2s。
试求该系统的阻尼比及系统固有频率。
（√）2.绝对误差和相对误差均可为正值或负值。
（√）3.在测量中不可能消除系统误差。
5.就大多数测量而言，其随机误差都服从正态分布规律。
6.论述系统误差产生的原因及消除方法。
答：系统误差是由某些具有规律性的、影响程度可以确定的因素所引起的，如仪器本身及其安装使用方法、环境条件、测试人员的操作习惯等（其中，仪器误差：测量仪器本身不完善或老化所产生的误差；安装误差：测量仪器的安装和使用不正确而产生的误差；环境误差：测量仪器使用环境条件与仪器使用规定的条件不符而引起的误差；方法误差：测量方法或计算方法不当所形成的误差，或是测量和计算所依据的理论本身不完善等原因而导致的误差；操作误差：也称人为误差，观察者先天缺陷或观察位置不对或操作错误而产生的误差。
）消除方法：①根源控制，每一次测量之前都应该对测量过程可能产生系统误差的环节作详细分析，正确选择、安装、调整和操作测量仪器，严格遵守使用环境条件要求。
②预检法，也称校准法，预先检定测量仪器的系统误差，制作误差曲线或者校准曲线，以之修正或校准实际测量结果。
③交换法，测量过程通过变换某些条件（如被测对象的位置等），使产生系统误差的因素相互抵消，达到减小或消除误差的方法。
7.随机误差正态分布曲线有何特点。
1）单峰性。
概率密度峰值出现在被测量的平均值附近，即误差接近零位置；且标准差σ越小，曲线越狭窄陡峭。
2）对称性。
绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。
3）抵偿性。
由上述对称性可以推断，当重复测量次数无限多（n→∝）时，正负误差互相抵偿，即随机误差的平均值趋于零。
意味着增加重复测量次数可以减小测量结果的随机误差。
8.直接测量疏失误差计算的一般步骤。
答：一般步骤：①剔除疏失误差。
②修正系统误差。
③最后在确定不存在疏失误差与系统误差的情况下，对随机误差进行分析和计算。
其中随机误差的计算步骤为：1.计算平均值；2.计算平均值与测量值的偏差；3.计算均方根误差和极限误差；4.计算算术平均值的均方根误差和极限误差；5.计算算术平均值的相对极限误差；6.得出被测量的值；7.检查偏差中有大于极限误差者，应将该次测量看做误差为差错予以剔除，然后按上述步骤重新计算。
9.回归分析是试验数据处理的一种数学方法，它有何特点。
答：1）两个变量不是对等关系，进行回归分析时，应该先根据研究目的确定自变量和因变量；2）回归方程的作用在于给定自变量的值估计推算因变量的值，回归方程表明变量间的变动关系；3）回归方程中自变量的系数成为回归系数，回归系数有正负号，正号表明回归方程配合的是一条上升的直线，负号表明回归方程配合的是一条下降直线；4）回归方程要求自变量是给定数值，因变量是随机变量。
(传递误差是针对整个系统而言，而非系统中的疏失误差)在系统中引入负反馈开辟了补偿顺联环节误差的新途径，因为在系统的误差计算公式中，顺联与负反馈误差的符号相反，可以减小或抵消误差，使整个系统误差大大减小，以提高测量精度。
14.什么叫做等精度测量和非等精度测量，为什么在非等精度测量中引入“权”的概念计算更为合理？答：等精度测量是指在测量条件（包括测量仪器、测量人员、测量方法及环境条件等）不变的情况下，对某一被测量进行的多次测量。
非等精度测量，是指在不同测量条件下，即或者用不同的仪器，或者采用不同测量方法，或者不同测量次数以及由不同测量者进行的测量，各次测量结果的精度不同。
在非等精度的情况下，对更加可靠的数据采用更大的权值，则会使得结果更加合理。
第4章1.从敏感元件与被测对象的接触状态分，测温方法有接触式和非接触式。
（√）2.从敏感元件与被测对象的接触状态分，测温方法有直接接触式和间接接触式。
非接触式测温方法中主要包括基于经典热辐射理论的热辐射测温方法和基于激光技术的散射光谱法、激光干涉法等。
4.使用玻璃管液体温度计应注意零点漂移、露出液柱的校正这两个问题。
5．温标有哪几种？彼此之间的关系如何？答：温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。
热力学温标T与摄氏温标t的关系为：T=t+273.15；摄氏温标tC与华氏温标tF的关系为：)32(95-=Fctt。
6.为何水银温度计可作为精密标准温度计？答：水银不粘玻璃，不易氧化，在相当大的温度范围内保持液态，在200℃以下，其膨胀系数几乎和温度成线性关系。
7.简述接触式和非接触式温度测量方法各自的特点。
答：1）由于接触式温度测量方法必须将敏感元件与被测对象接触，因此容易破坏被测温度场，非接触式温度测量方法则无此问题。
3）由于敏感元件材料有耐温极限，所以接触式测温有温度限制范围，非接触式测温则无此问题。
8．全浸入式玻璃管水银温度计插入被测介质中到10℃处，指示值为70℃。
露出液面的平均温度为25℃，求被测介质实际温度。
解：t=γn(tBtA)=0.00016(7010)(7025)=0.432℃故被测介质的实际温度为70.432℃。
9．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：热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。
因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。
10．辐射式温度计有哪几种？简述各自的工作原理。
答：单色辐射式光学测温计：利用亮度比较取代出射度比较进行测温；全辐射高温计：通过测量物体全部辐射能来确定物体的温度；比色高温计：利用两种不同波长的辐射强度的比值来测量温度；红外测温仪：将物体发射的红外线具有的辐射能转变为电信号，根据对应关系确定温度。
11．简述红外测温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有的辐射能转变为电信号，根据对应关系确定温度。
红外热像仪利用红外扫描原理测量物体的表面温度分布，它摄取来自被测物体各部分射向仪器的红外辐射通量的分布，利用红外探测器的水平扫描和垂直扫描，按顺序直接测量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辐射通量的分布图像。
第5章1、有一U型管压力计，封液为水，测量时封液液柱高度h＝500mm，求左右两端介质的压力差。
解：根据U型管压力计的计算公式-==pppρgh12已知水的密度ρ=1000kg/m3，g=9.8m/s2，h=0.5m故：p4900ghPa1000=ρ==95.8.答：左右两端介质的压力差为4900Pa。
2、简述电阻式、电容式、压电式压力传感器结构特点及应用范围。
答：电阻式传感器又称应变式传感器，是应用最为广泛的测力传感器，其测量范围大，测量精度高。
应变片一般由基底、敏感栅、覆盖层和引出线4部分组成。
敏感栅是应变片的核心部分，其作用是感受被测构件的变形，并将应变转换成电阻的变化，敏感栅的材料是金属，应用最多的是康铜和镍铬合金。
基底和覆盖层的作用是固定和保护敏感栅。
引出线的作用是从敏感栅引出信号。
电容式传感器是通过将力作用下位移的变化转换为电容量的变化进行力与压力测量的，具有功率小、阻抗高、动态特性好、结构简单等优点。
常在结构上采用对称配置的差动式电容传感器，并用交流电桥测量其输出。
压电传感器的工作原理是基于某些物质的压电效应，这些物质在外力作用下表面会产生电荷，经过电荷放大器的放大，可以实现电测的目的。
热能与动力工程测量中，常用石英晶体作为压电材料。
电阻和电容式压力传感器常用于静态或准静态压力的测量，压电式传感器主要用于动态压力的测量。
这会严重影响传感器的动态特性，造成动态压力测量的失真，这一点在进行动态压力测量时必须予以考虑。
空腔和管道的容积，导压管长度和内径对动态压力测量时的容腔效应和滞后有很大的影响。
4、试解释图5-20所示的内燃机缸内动态压力采集系统工作原理答：缸内动态压力测量系统的组成如下图所示：1－计算机系统2－曲轴转角信号发生器3－光栅盘4－光源5－内燃机6－压电传感器7－压力信号转换单元8－采样单元内燃机气缸动态压力测量中，最常用的传感器是石英晶体压电传感器，传感器输出的信号经电荷放大器进行放大。
上止点位置和曲轴转角信号是缸内动态压力测量的另外两个非常重要的信号，上止点位置信号可用磁电式或电容式传感器获取，也可采用气缸压缩线法确定，曲轴转角信号现多采用绝对式角数字编码器确定。
来自压力传感器并经放大的信号用作压力信号源，压力信号是连续的，这种连续信号由转角脉冲信号来触发采样，将连续的压力信号转变为一个个相应的阶梯形信号，即将连续的信号转换为离散的数字信号，输入计算机数据采集系统进行信号采集。
采样单元由采样保持器和模数转换器组成，采样保持器在曲轴转角信号触发下对电压信号进行采样，并使采样值在模数转换器进行模数转换的过程中保持不变。
计算机系统对采样单元进行控制并且对采集的数据进行显示和分析处理。
第6章1.皮托管测速为接触式测量，而LDV为非接触式测速方法。
（√）2.恒流式热线风速仪通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。
（√）3.皮托管利用流体总压与静压之差来测量流速。
4.探头的头部尺寸决定了皮托管测速的空间分辨率，受工艺、刚度、强度和仪器惯性等因素的限制，目前最小的皮托管头部直径约为0.1～0.2mm。
5.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，散射光与入射光之间的频率偏离量称作多普勒频移。
6.用皮托管－U型管装置测量空气流动，测得压差为19.7kPa，绝对静压为100kPa，空气温度15℃，皮托管的校正系数为1，试计算空气流速。
答：（1）恒流式，在热线风速仪的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，电阻值也随之改变。
因此，通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。
（2）恒温式子热线风速仪工作过程中，通过套接热线两端的电压以保持热线的电阻不变，这样就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。
特点：恒流式因热线热惯性的影响，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。
因此，现在的热线风速仪大多采用频率特性较好的恒温式。
另外，在实际应用中，由于测速公式的含糊关系不易确定，通常都采用实验标定曲线的方法，或把标定数据通过回归分析整理成经验公式。
应用时，如果被测流体的温度偏离热线标定时的流体温度，则需要进行温度修正，为此可以采用自动温度补偿电路。
9.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：基本光路系统大致有三种，即参考光束系统、单光束系统和双光束系统。
在参考光束系统中，光束经微粒散射后强度将大大削弱，系统需采用1：9的比例将光源发射的光束分割成参考光与信号光，以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，孔径过大会使光电检测器接收到的频率信号加宽，过小将使检测器接收到的散射光信号太弱，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，目前已经较少应用。
双光束系统的速度分量vn和差拍信号fD之间的关系与其他两种在表达形式上完全相同，但其多普勒频移与光电检测器的接收方向无关，因此得以最广泛应用。
10.简述激光多普勒测速技术（LDV）的主要优点。
答：1）对流场无干扰。
2）输出特性的直线性相当好，不必进行标定。
3）除流体折射率外，测量精度不受其它物理参数的影响。
4）空间分辨率高，无惯性因而频响特性好。
5）测速范围广，可以从10-3mm/s级的低速到超音速。
6）测量方向特性稳定。
7）可以测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。
11.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技术的特点是能够在不破坏流场状态的情况下测量整体流场的瞬时速度信息。
因而，对于LDV，微粒的直径最好为干涉条纹宽度的1/2或条纹间距的1/4左右，这样可以获得最佳质量的多普勒信号，同时其需具备良好的跟随性、较高的散射效率以及良好的物理化学性质；PIV系统对示踪粒子的种类、粒径、播散量有具体的要求，要求示踪粒子具有高的散射效率，具有良好的物理化学性质，同时需要示踪粒子能够很好地跟随流体的运动速度和方向，使用时应该严格遵照以获得较好的测量结果。
第7章1.根据测量方法的基本特点，一般可将目前所使用的流量计归纳为容积型流量计、速度型流量计、质量型流量计这三大类型，其中涡轮流量计属于速度型流量计。
2.电磁流量计（简称EMF）是基于（法拉第）电磁感应定律进行工作的。
3．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？选用时应考虑哪一些主要因素？答：流量分为瞬时流量和累计流量，累计流量又有体积流量和质量流量之分。
常用流量测量方法有容积型流量测量、速度型流量测量和质量型流量测量。
容积型的有：椭圆齿轮式流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板式流量计、伺候式容积流量计、皮膜式流量计和转筒流量计。
容积式流量计工作原理简单，测量结果受流体流动状态的影响较小，精确度高，适合于测量高粘度、低雷诺数的流体，但不适宜用于高温高压和肮脏介质的流量测量。
速度型流量计的有：差压式（又称节流式）流量计、转子式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、旋涡流量计、超声波流量计。
速度流量计有着良好的使用性能，可用于高温高压流体测量，其精度较高；但是，由于它们以平均流速为测量依据，因此，测量结果受流动条件（如雷诺数、涡流，以及截面上流速分布等）的影响较大，这对精确测量带来困难。
质量型流量计分为直接型、推导型和温度压力测量补偿型。
直接型有量热式质量流量计、角动量式质量流量计、振动陀螺式质量流量计、马格努斯效应式质量流量计、科里奥利力式质量流量计。
考虑的因素有：流体性质、用途、工况等。
4.简述节流式流量计的组成及工作原理。
答：节流式流量计由节流装置、差压信号管道（导压管）和差压计三部分组成。
流体通过节流元件所产生的差压信号经导压管传入差压计，差压计根据具体的测量要求把差压信号以不同的形式传递给显示仪表，从而实现对被测流体差压或流量的显示、记录和自动控制。
5．根据节流式流量计的工作原理和误差分析理论，说明为什么对同一节流式流量计测量流量的上下限比值有一定的范围要求？解：根据反应流量与节流压降关系的流量方程：ραεβπρπαεp2D4p2d4q222V＝＝式子中，流量系数α与节流装置的流动状态（雷诺数DRe）有关。
流量改变则流速发生变化，雷诺数DRe也会随之改变，当雷诺数变化较大时，流量测量就不准确。
6.通常从哪几个方面对涡轮流量计进行修正？答：流体粘度的影响、流体密度的影响、流体压力和温度的影响、流动状态的影响。
7．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：可以进行以下修正：1.节流元件开孔尺寸d因温度变化的修正；2.被测流体密度变化修正；3.通过综合修正系数进行修正。
温压补偿流量测量系统设计：可以在一般节流式流量计上添加补偿电桥和压力变送器进行温压补偿，使工况流体（气体）状态值接近标况值。
8．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该注意的主要问题。
（2）流体密度的影响：涡轮流量计是一种速度型流量计，它根据流体速度的大小测量流体的体积流量。
当被测流体的密度值受状态参数（温度、压力）的影响而发生明显变化时，应在测量回路中加入密度（或温度、压力）补偿器，以补偿相应的测量误差。
（3）流体压力和温度的影响：当被测流体的压力和温度与流量计标定时的状态有较大偏离时，将使涡轮变送器的结构尺寸及其内部的流体体积发生变化，从而影响到流量计的特性。
（4）流动状态的影响：涡轮流量计的仪表特性直接受流体流动状态的影响，其中对涡轮变送器进口处的流速分布尤为敏感。
进口处流速的突变和流体的旋转可使测量误差达到不能忽略的程度，而这些流动状态的形成主要取决于该处的管道结构。
使用涡轮流量计时应该注意的主要问题有：（1）安装涡轮流量计前，管道要清扫。