动力工程测试技术第一讲绪论

1、 2015年02月n教材：教材： ，华中科技大学出版社，华中科技大学出版社，2001.42001.4。动力工程现代测试技术动力工程现代测试技术参考书：参考书： 1. 现代测试技术现代测试技术 张优云张优云 、陈花铃等、陈花铃等 机械工业出版社，机械工业出版社，19961996。 2. 现代测试技术现代测试技术 汉泽西、肖志红等汉泽西、肖志红等 机械工业出版社，机械工业出版社，19931993。 3. 热能与动力工程测试技术热能与动力工程测试技术 赵庆国等，赵庆国等， 化学工业出版社，化学工业出版社，20062006。 4. 现代测试技术及虚拟仪器现代测试技术及虚拟仪器 曹玲之，曹玲之， 北京航

2、空航天大学出版社北京航空航天大学出版社,2004,2004。动力工程现代测试技术动力工程现代测试技术n课程内容：课程内容： 本课程主要介绍热能与动力工程领域中常见物理量本课程主要介绍热能与动力工程领域中常见物理量( (温度、压力、速温度、压力、速度、流量、噪声、应变度、流量、噪声、应变等等）的传感器工作原理、测量电路原理和信号分）的传感器工作原理、测量电路原理和信号分析方法。析方法。内容如下内容如下动力工程现代测试技术动力工程现代测试技术n本课程学习要求：本课程学习要求： (1) 掌握；掌握，掌握。 (2)掌握，并能。掌握一阶、二阶线性系统动态特性和测试方法掌握一阶、二阶线性系统动态特性和测试

3、方法。 (3)掌握、常用的工作原理和性能，并能正确选用。 (4)对，并能初步应用于、和和中。动力工程现代测试技术动力工程现代测试技术 本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很强的实践性。强的实践性。 、三元并重三元并重n考试考试 考试成绩考试成绩 8080分分 闭卷考试闭卷考试( (基本概念、计算和问答题）基本概念、计算和问答题） 平时成绩平时成绩 2020分分: : 出勤率出勤率 1010分；点名缺一次扣分；点名缺一次扣3 3分分 研讨讲稿研讨讲稿 10 10 时间：时间： （每次（每次 8 8人）人）、等等绪绪

4、 论论 绪绪 论论 绪绪 论论在测试方法上在测试方法上，由接触测量向非接触测量发展接触测量向非接触测量发展，避免了传感器对被测物理量场的干扰。 在测量的时间域上在测量的时间域上，由热物理量的静态测量静态测量发展为热物理量的动态测量动态测量；在测量的空间域上，在测量的空间域上，由被测物理量的个别点的测量个别点的测量发展到整整个物理量场个物理量场的测量在数据处理上，在数据处理上，由手工采集或仪表记录手工采集或仪表记录发展到计算机采集、计算机采集、储存与处理储存与处理；在测量的功能上，在测量的功能上，由单纯的测量单纯的测量发展到测量与控制相结合测量与控制相结合，又进一步发展为测量、控制、诊断及图像显

5、示相结合测量、控制、诊断及图像显示相结合。绪绪 论论在测试方法上在测试方法上，由接触测量向非接触测量发展接触测量向非接触测量发展，避免了传感器对被测物理量场的干扰。绪绪 论论在测量的时间域上在测量的时间域上，由热物理量的静态测量静态测量发展为热物理量的动态测量动态测量； 绪绪 论论在测量的空间域上在测量的空间域上，由被测物理量的个别点的测量个别点的测量发展到整个物理量场整个物理量场的测量。绪绪 论论在数据处理上，在数据处理上，由手工采集或仪表记录手工采集或仪表记录发展到计算计算机采集、储存与处理机采集、储存与处理；向自动化发展。向自动化发展。 可实现在最少人工参与的情况下，对测试对象实现自动测

6、量可实现在最少人工参与的情况下，对测试对象实现自动测量、分析处理并输出结果。、分析处理并输出结果。在测量的功能上，在测量的功能上，由单纯的测量单纯的测量发展到测量与控制测量与控制相结合相结合，又进一步发展为测量、控制、诊断及图像测量、控制、诊断及图像显示相结合显示相结合。绪绪 论论n传感器方面传感器方面 利用新发现的利用新发现的材料材料和新发现的和新发现的生物生物、物理物理、化学效应化学效应开发出的开发出的新型传新型传感器感器生物酶血样分析生物酶血样分析传感器传感器热热/光光电量电量光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材料荧光材料制作的电制作的电子鼻传感子鼻传感器器绪绪 论论 传感器传感器+嵌入式

7、计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器（变送器）（变送器） 智能压力网智能压力网络传感器络传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字总线数字温度传感器温度传感器新原理、新材料、新工艺新原理、新材料、新工艺 集成化集成化、智能化智能化、微型化微型化、多功能化多功能化，微电子技术、微细加工技术微电子技术、微细加工技术 高精度高精度、高灵敏度高灵敏度、高可靠性高可靠性、低成本低成本 绪绪 论论 绪绪 论论l 奇士乐奇士乐(KISTLER)(KISTLER)。 灵敏度比石英晶体高灵敏度比石英晶体高5 5倍倍 线性度和温漂很好线性度和温漂很好 绪绪 论论n测量信号处理方面测量信

8、号处理方面计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 用用PCPC机仪器板卡机仪器板卡 代替传统仪器代替传统仪器 计算机软件计算机软件 代替硬件分析电路代替硬件分析电路n测试系统由测试系统由模拟式、数字式模拟式、数字式智能化方向发展智能化方向发展 以计算机为中心的测试系统复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断绪绪 论论n主要传感器和测试仪器生产厂商主要传感器和测试仪器生产厂商 工业自动化类传感器工业自动化类传感器 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心） http:/ /噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦B&

9、amp;K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/ 论论 测量分析仪器测量分析仪器 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商)http:/ 论论3.3. 是实验科学的一部分，主要研究各种是实验科学的一部分，主要研究各种和和方法。方法。 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。必不可少的手段，起着人的感官的作用。绪绪 论论可可以只有一个模块，如以只有一个模块，如。它直。它直接将被温度变化转化接将被温度变化转化液面示值

10、。没有电量液面示值。没有电量转换和分析电路，很转换和分析电路，很简单，但精度底，无简单，但精度底，无法实现测量自动化。法实现测量自动化。 为提高测量精度和为提高测量精度和自动化程度，以便自动化程度，以便于和其它环节一起于和其它环节一起构成自动化装置，构成自动化装置，通常先将被测物理通常先将被测物理量转换为电量，再量转换为电量，再对电信号进行处理对电信号进行处理和输出。如图所示和输出。如图所示的的。 绪绪 论论绪绪 论论对某些可能要发生的现象的验证；对某些可能要发生的现象的验证； ; ; 对某些过程进行控制和调节。对某些过程进行控制和调节。 是确定采取那一种是确定采取那一种科学技术原理科学技术原

11、理来实现实验目的。一个试来实现实验目的。一个试验系统包含有几个子系统，每个系统或子系统包含有一个以验系统包含有几个子系统，每个系统或子系统包含有一个以上的主要参数的测量。上的主要参数的测量。绪绪 论论 是指对设计的实验系统配置是指对设计的实验系统配置辅助性测量仪器辅助性测量仪器、连接管路连接管路、控制与调节控制与调节用用阀阀门门或或电路电路以及其它装置。以及其它装置。-水力测功机、电涡流测功器、发电机、干电阻、水电阻水力测功机、电涡流测功器、发电机、干电阻、水电阻-加热；加热；-加热器、冷却器、温度控制器、管路等；加热器、冷却器、温度控制器、管路等；-加热器、冷却器、温度控制器、管路等；加热器

12、、冷却器、温度控制器、管路等；-模拟高压大气压力模拟高压大气压力 其它试验系统：其它试验系统：l 如：如：-加水搅拌系统加水搅拌系统-重油处理系统重油处理系统绪绪 论论 是指在这个实验过程中是指在这个实验过程中，通常一个实验过程中都要同，通常一个实验过程中都要同时测取很多基本数据，根据这些时测取很多基本数据，根据这些来寻求一些来寻求一些或或。： 是指对是指对、找出规律，同时发现各种可能因素对测量、找出规律，同时发现各种可能因素对测量结果的影响包括结果的影响包括: : 、 参数敏感性分析、参数敏感性分析、数据可靠性分析数据可靠性分析等等根据实测和分析结果可以写出实验报告根据实测和分析结果可以写出

13、实验报告绪绪 论论3.2 测量原理测量原理 是指用什么科学技术原理去是指用什么科学技术原理去、和和信号并对其进信号并对其进行加工处理。行加工处理。 如如压力测量压力测量：弹簧式压力计、电阻式压力计、压电式压力计等：弹簧式压力计、电阻式压力计、压电式压力计等弹性元件在压力作用下发生弹性变形弹性元件在压力作用下发生弹性变形电阻丝的阻值随电阻丝的伸缩而发生变化电阻丝的阻值随电阻丝的伸缩而发生变化压电材料在受压后会产生电荷压电材料在受压后会产生电荷 绪绪 论论同一测量原理也可以用于不同参数的测量同一测量原理也可以用于不同参数的测量：温度测量、压力测量、应力、应力等温度测量、压力测量、应力、应力等位移、

14、振动、压力、应变、流量、转速等位移、振动、压力、应变、流量、转速等位移、压力、流量、液位和成分含量等位移、压力、流量、液位和成分含量等 每个测量原理每个测量原理即是测量仪器的一个信号（输出）随另一个即是测量仪器的一个信号（输出）随另一个参数（输入）之间的变换关系参数（输入）之间的变换关系。这些变化分属于不同的科学。这些变化分属于不同的科学技术领域：电学量、力学量、热学量、光学量、生物学量技术领域：电学量、力学量、热学量、光学量、生物学量绪绪 论论3.3 测量方法测量方法是指为了得到所需的物理参数而用是指为了得到所需的物理参数而用什么方法什么方法去获得去获得也就是根根据基本的也就是根根据基本的测

15、量原理，如何来实现对一个具体的物理量的测量测量原理，如何来实现对一个具体的物理量的测量。（分散在各章节）。（分散在各章节）从输入信号和被测物理量的关系分：从输入信号和被测物理量的关系分： u直接测量法：直接测量法：借助于测量系统，将被测量转换成某一中间量，再将这借助于测量系统，将被测量转换成某一中间量，再将这个中间量同标准量相比较，根据中间量与标准量之间的关系，可知道被测个中间量同标准量相比较，根据中间量与标准量之间的关系，可知道被测量的大小。如量的大小。如 玻璃管温度计、表盘式压力表玻璃管温度计、表盘式压力表 u间接测量法：间接测量法：是对与被测量有确定函数关系的其它参数（原始参数）是对与被

16、测量有确定函数关系的其它参数（原始参数） 进行测量，然后再根据函数关系计算出被测量。如进行测量，然后再根据函数关系计算出被测量。如 应力测量应力测量。绪绪 论论 从测量系统本身的输出显示方式分：从测量系统本身的输出显示方式分： 偏差测量法、零位测量法偏差测量法、零位测量法u偏差测量法：偏差测量法：在未接入信号前，仪表指针、刻度或显示的数字为零；在未接入信号前，仪表指针、刻度或显示的数字为零；当接入被测信号后，仪表指针、刻度或显示的数字偏离零位而直接显示输当接入被测信号后，仪表指针、刻度或显示的数字偏离零位而直接显示输出信号。出信号。（读数方便，工程测量用）（读数方便，工程测量用）u零位测量法：

17、零位测量法：在未接入信号前，仪表指针、刻度或显示的数字为零；在未接入信号前，仪表指针、刻度或显示的数字为零；当接入被测信号后，仪表指针、刻度或显示的数字偏离零位，此时调节其当接入被测信号后，仪表指针、刻度或显示的数字偏离零位，此时调节其它装置的旋钮使仪表指针、刻度或显示的数字重新回到零位，再根据旋钮它装置的旋钮使仪表指针、刻度或显示的数字重新回到零位，再根据旋钮调节的幅度来确定被测信号的大小。调节的幅度来确定被测信号的大小。（精度高，避免负载效应，标定用）（精度高，避免负载效应，标定用）绪绪 论论按敏感元件是否与被测对象有机械接触分：按敏感元件是否与被测对象有机械接触分： 接触测量法接触测量法

18、、非接触测量法非接触测量法按被测量值的性质分：按被测量值的性质分： 静态测量、动态测量静态测量、动态测量按测量性质分：按测量性质分： 时域测量、频域测量时域测量、频域测量绪绪 论论4. 是对某一物理量进行测量的整套系统。从是对某一物理量进行测量的整套系统。从可分：可分： 、模拟式测量系统模拟式测量系统 是指用某一是指用某一物理参数物理参数作为作为模拟量模拟量来来表示被测信号输出的表示被测信号输出的。以一个物理参。以一个物理参数来数来模拟模拟另一个物理参数另一个物理参数进行输出进行输出的测量系统通称为模拟系统。的测量系统通称为模拟系统。l 模拟测量系统按照测量原理可分为模拟测量系统按照测量原理可分为部分部分。 绪绪 论论传感器：传感器： 中间转换器中间转换器： 放大器、电桥、滤波器、放大器、电桥、滤波器、 调制和解调、摸数转换器调制和解调、摸数转换器 调制和解调器：调制和解调器：有些有些动态信号的频率很低动态信号的频率很低，难以放大难以放大，需先将这种信，需先将这种信号转换成便于处理的频率信号，对其号转换成便于处理的频率信号，对其放大后再将其转换成原来的频率信放大后再将其转换成原来的频率信号进行输出。号进行输出。输出装置输出装置：显示、记录仪器；控制器、调节器显示、记录仪器；控制器、调节器绪