熱能與動(dòng)力機(jī)械測試技術(shù)

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1、第一章概述重點(diǎn)：測量的種類、測量儀器的組成、分類和主要性能指標(biāo)、測量儀器的動(dòng)態(tài)特性和標(biāo)定難點(diǎn)：二階儀器的頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)特性、二階測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的確定第一節(jié)熱能與動(dòng)力機(jī)械測試技術(shù)發(fā)展概況測試技術(shù)對(duì)自然科學(xué)、工程技術(shù)發(fā)展的重要性，越來越為人們所認(rèn)識(shí)和重視，并已成為科學(xué)研究不可缺少的重要手段。與其他學(xué)科一樣，在熱能與功力機(jī)械領(lǐng)域中，測試技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)漫長的歷程。50年代以前，作為參數(shù)測量的感受元件較多屬于機(jī)械式傳感器，如彈簧壓力表、膨脹式溫度汁等。進(jìn)入60年代后，開始應(yīng)用非電量電測技術(shù)和相應(yīng)的二次儀表，使測試技術(shù)上了一個(gè)新的臺(tái)階。隨著計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)的發(fā)展，測

2、試技術(shù)開始了—個(gè)新的發(fā)展階段。80年代開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)和智能化儀表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測和處理；隨后，即80年代至今，許多新型傳感技術(shù)的相繼出現(xiàn)，諸如激光全息攝影技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、紅外CT技術(shù)、超聲波測試技術(shù)等高新技術(shù)，均已逐步深入到熱能與動(dòng)力機(jī)械研究的各個(gè)領(lǐng)域，用于對(duì)燃燒過程、流動(dòng)過程、燃燒產(chǎn)物的濃度和粒度場、傳熱傳質(zhì)過程等的高速瞬變動(dòng)態(tài)參數(shù)的測量，從而使得對(duì)熱能與動(dòng)力機(jī)械的研究，從宏觀過程的研究深入到微觀、瞬變過程的研究。許多研究成果表明，這些高科技的傳感技術(shù)．加上智能化的二次儀表和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，起到了極其重要的作用。由于對(duì)熱能與動(dòng)力機(jī)械中各種過程內(nèi)在規(guī)律的深入研

3、究，對(duì)過去的傳統(tǒng)觀念作出了新的解釋，并有新的發(fā)現(xiàn)，從而大大促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測試技術(shù)已逐步成為一門完整、獨(dú)立的學(xué)科，同時(shí)它又是與傳感技術(shù)、電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及控制理論等相互交叉的學(xué)科。這一學(xué)科的發(fā)展，無疑將會(huì)大大促進(jìn)熱能與動(dòng)力機(jī)械工程領(lǐng)域科學(xué)研究和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。第二節(jié)測量的基本概念測量是人類對(duì)自然界中客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過程。它是用特定的工具和方法．通過試驗(yàn)手段將被測物理量與另一同名的作為單位的物理量比較，以確定兩者之間的比值。因此，測量過程實(shí)際上是確定一個(gè)數(shù)值未知的物理量的過程。在熱能與動(dòng)力機(jī)械工程中，被測的基礎(chǔ)物理量有：溫度、壓力

4、、流量、功率、轉(zhuǎn)速等。由于這些物理量的性質(zhì)以及測量的目的和要求不同，所以測量方法和所用的儀器也各異。一、測量方法按照得到最后結(jié)果的過程不同，測量方法可分為下述三類。1．直接測量凡被測量的數(shù)值可以直接從使用的測量儀器上讀得的，稱為直接測量，如用壓力計(jì)測量壓力、用溫度計(jì)測量溫度等。直接測量是測量的基礎(chǔ)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)物理量，直接測量時(shí)常用的方法有如下幾種：（1）直讀法用度量標(biāo)準(zhǔn)直接比較，或從儀表上直接讀出被測量的絕對(duì)值，如用刻度尺測量長度，用彈簧秤測定質(zhì)量等。（2）差值法從儀表上直接讀出兩量之差值作為所求之量．如用U形液柱式差壓計(jì)測量介質(zhì)的壓差，（3）代替法用已知量代替被測量，即調(diào)整

5、已知量．使兩者對(duì)儀表的影響相等，此時(shí)被測量即等于已知量，如用光學(xué)高溫計(jì)測量溫度。（4）零值法使被測量對(duì)儀表的影響被同類的已知量的影響相抵消，則被測量便等于已知量，如用天平秤測定物質(zhì)的質(zhì)量、用電位計(jì)測量熱電勢等。測量方法的選擇應(yīng)取決于測試工作的具體條件和要求。在滿足測量精度的前提下，應(yīng)力求簡便、迅速，不苛求使用高精度的儀表。2．間接測量被測量的數(shù)值不能直接從測量儀器上讀得，而需要直接測量得到與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的量、然后經(jīng)過運(yùn)算得到被測量的數(shù)值。凡屬此類測量，均稱為間接測量。如內(nèi)燃機(jī)功率(KW)，可借助下述函數(shù)關(guān)系求得式中，T為內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)矩（N·m）；n為轉(zhuǎn)速（r/min

6、）。首先，T及n分別采用轉(zhuǎn)矩儀和轉(zhuǎn)速儀直接測量，然后用上述函數(shù)關(guān)系計(jì)算相應(yīng)的功率P。3．組合測量測量中使各個(gè)未知量以不同組合形式出現(xiàn)(或改變測量條件以獲得不同的組合)，根據(jù)直接測量或間接測量所得數(shù)據(jù)，通過求解聯(lián)立方程組求得未知量的數(shù)值。凡屬此類測量，均稱為組合測量。在組合測量中，未知量與被測量之間存在一定的關(guān)系。例如，用鉑電阻溫度計(jì)測量介質(zhì)溫度時(shí)，電阻值和溫度的關(guān)系為式中，為t（℃）時(shí)的鉑電阻值()；為0℃時(shí)的鉑電阻值()；a、b為鉑電阻的溫度系數(shù)(/℃)。為確定鉑電阻的溫度系數(shù)，首先需測得在不同溫度下的電阻值，然后再經(jīng)組合解聯(lián)立方程組，以獲得a、b的數(shù)值。組合測量在動(dòng)力機(jī)

7、械中較為常用，如汽輪機(jī)空載下由功率損失與轉(zhuǎn)速關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)公式，以確定轉(zhuǎn)速系數(shù)與指數(shù)等。二、非穩(wěn)態(tài)和瞬變參數(shù)的測量隨時(shí)間不斷改變數(shù)值的被測量，稱為非穩(wěn)態(tài)和瞬變參數(shù)(或稱動(dòng)態(tài)參數(shù)〕，如非穩(wěn)定工況或過渡工況時(shí)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率；在制冷過程中冷庫的溫度等等。這些參數(shù)隨時(shí)間變化的函數(shù)可以是周期函數(shù)、隨機(jī)函數(shù)等。此類參數(shù)需要用顯示式記錄方式觀察和記錄被測量的變化過程和大小。對(duì)緩慢變化現(xiàn)象的參數(shù)，可以用慢掃描示波器、X—Y函數(shù)記錄儀或其他機(jī)械式記錄儀來測量變化圖形。對(duì)一些快速瞬變參數(shù)，則需采用靈敏度更高的記錄或顯示儀器，如用電測