热能与动力机械测试技术

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1、第一章概述重点：测量的种类、测量仪器的组成、分类和主要性能指标、测量仪器的动态特性和标定难点：二阶仪器的频率响应和阶跃响应特性、二阶测试系统的动态特性参数的确定第一节热能与动力机械测试技术发展概况测试技术对自然科学、工程技术发展的重要性，越来越为人们所认识和重视，并已成为科学研究不可缺少的重要手段。与其他学科一样，在热能与功力机械领域中，测试技术的发展也经历了一个漫长的历程。50年代以前，作为参数测量的感受元件较多属于机械式传感器，如弹簧压力表、膨胀式温度汁等。进入60年代后，开始应用非电量电测技术和相应的二次仪表，使测试技术上了一个新的台阶。随着计算机与电子技术的发展，测

2、试技术开始了—个新的发展阶段。80年代开始应用计算机和智能化仪表，以实现对动态参数的实时检测和处理；随后，即80年代至今，许多新型传感技术的相继出现，诸如激光全息摄影技术、光纤传感技术、红外CT技术、超声波测试技术等高新技术，均已逐步深入到热能与动力机械研究的各个领域，用于对燃烧过程、流动过程、燃烧产物的浓度和粒度场、传热传质过程等的高速瞬变动态参数的测量，从而使得对热能与动力机械的研究，从宏观过程的研究深入到微观、瞬变过程的研究。许多研究成果表明，这些高科技的传感技术．加上智能化的二次仪表和计算机的应用，起到了极其重要的作用。由于对热能与动力机械中各种过程内在规律的深入研

3、究，对过去的传统观念作出了新的解释，并有新的发现，从而大大促进了学科的发展。随着科学技术的进步，测试技术已逐步成为一门完整、独立的学科，同时它又是与传感技术、电子及计算机技术、应用数学及控制理论等相互交叉的学科。这一学科的发展，无疑将会大大促进热能与动力机械工程领域科学研究和应用技术的发展。第二节测量的基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。它是用特定的工具和方法．通过试验手段将被测物理量与另一同名的作为单位的物理量比较，以确定两者之间的比值。因此，测量过程实际上是确定一个数值未知的物理量的过程。在热能与动力机械工程中，被测的基础物理量有：温度、压力

4、、流量、功率、转速等。由于这些物理量的性质以及测量的目的和要求不同，所以测量方法和所用的仪器也各异。一、测量方法按照得到最后结果的过程不同，测量方法可分为下述三类。1．直接测量凡被测量的数值可以直接从使用的测量仪器上读得的，称为直接测量，如用压力计测量压力、用温度计测量温度等。直接测量是测量的基础。对于稳态物理量，直接测量时常用的方法有如下几种：（1）直读法用度量标准直接比较，或从仪表上直接读出被测量的绝对值，如用刻度尺测量长度，用弹簧秤测定质量等。（2）差值法从仪表上直接读出两量之差值作为所求之量．如用U形液柱式差压计测量介质的压差，（3）代替法用已知量代替被测量，即调整

5、已知量．使两者对仪表的影响相等，此时被测量即等于已知量，如用光学高温计测量温度。（4）零值法使被测量对仪表的影响被同类的已知量的影响相抵消，则被测量便等于已知量，如用天平秤测定物质的质量、用电位计测量热电势等。测量方法的选择应取决于测试工作的具体条件和要求。在满足测量精度的前提下，应力求简便、迅速，不苛求使用高精度的仪表。2．间接测量被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，而需要直接测量得到与被测量有一定函数关系的量、然后经过运算得到被测量的数值。凡属此类测量，均称为间接测量。如内燃机功率(KW)，可借助下述函数关系求得式中，T为内燃机曲轴转矩（N·m）；n为转速（r/min

6、）。首先，T及n分别采用转矩仪和转速仪直接测量，然后用上述函数关系计算相应的功率P。3．组合测量测量中使各个未知量以不同组合形式出现(或改变测量条件以获得不同的组合)，根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联立方程组求得未知量的数值。凡属此类测量，均称为组合测量。在组合测量中，未知量与被测量之间存在一定的关系。例如，用铂电阻温度计测量介质温度时，电阻值和温度的关系为式中，为t（℃）时的铂电阻值()；为0℃时的铂电阻值()；a、b为铂电阻的温度系数(/℃)。为确定铂电阻的温度系数，首先需测得在不同温度下的电阻值，然后再经组合解联立方程组，以获得a、b的数值。组合测量在动力机

7、械中较为常用，如汽轮机空载下由功率损失与转速关系建立经验公式，以确定转速系数与指数等。二、非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬变参数(或称动态参数〕，如非稳定工况或过渡工况时内燃机的转速、功率；在制冷过程中冷库的温度等等。这些参数随时间变化的函数可以是周期函数、随机函数等。此类参数需要用显示式记录方式观察和记录被测量的变化过程和大小。对缓慢变化现象的参数，可以用慢扫描示波器、X—Y函数记录仪或其他机械式记录仪来测量变化图形。对一些快速瞬变参数，则需采用灵敏度更高的记录或显示仪器，如用电测