热能与动力工程整理课件(20220215181126)

1、第一章1 测量的意义：测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过程。在这一过程中，人 们借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观 事物的定量的概念和内在规律的认识。2 测量技术可分为假设干分支，如力学测量、电学测量、热工测量等。 动力机械测量是指温度、湿度、压力、流量、烟气成分等参数的测量。3应用方面1过程监测：对过程参数的监测。 2过程控制：为生产过程的自动控制提供依据。 3试验分析与系统辨识：解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验 的方法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。4 测量的定义： 就是用实验的方法， 把

2、被测量与同性质的标准量进行比拟， 确定两者的比值， 从而得到被测量的量值。使测量结果有意义的要求： 用来进行比拟的标准量应该是国际上或国家所公认的，且性能稳定。 进行比拟所用的方法和仪表必须经过验证5 灵敏度的选取 一般希望测试系统的灵敏度高，且在满量程范围内是恒定的。这是因为： 因为 S 较大，同样的输入可有较大的输出； 但是，并不是灵敏度越高越好，而应合理选择；S 不能太大，因为 S ，测量范围 ，同时稳定性差，难以读数。6.线性度 (非线性度 )? 理想状态下，希望输出值与输入值间成正比关系，实际上，往往不成正比而输出量 为一曲线，这一曲线称为标定曲线。理想上那条直线称为拟合曲线。? 标

3、定曲线和拟合曲线的最大差值与满量程之比称作线性度。第四章 电阻应变式传感器的优缺点优点：由于应变片的尺寸小，重量轻，因而具有良好的动态特性，而且应变片粘贴在试 件上对其工作状态和应力分布没有影响。适用于静态测量和动态测量。 测量应变的灵敏度和精确度高，可测1-2微应变，误差小于1%。 测量范围大，既可测量弹性变形，也可测量塑性变形，变形范围从1 %-20%。 能适应各种环境，可在高低温、超低压、高压、水下、强磁场以及辐射和化学腐蚀 等恶劣环境下使用。缺点：大应变状态下具有较明显的非线性； 输出信号较弱。 二、半导体压阻式传感器优点：1) .灵敏度高：是金属丝式的 50-100 倍2) .固有频

4、率高，响应快3) . 结构简单，可实现微型化4) .精度高? 缺点：? 电阻和灵敏度系数的热稳定性差，国内都在100 c以下，国外多用 150 C以下，如采用水冷或温度补偿措施，工作温度可达500 C。此外，其量程小，在测量大应变时，非线性较严重。受腐蚀性气体影响大、工艺复杂、要求严格、本钱较高等。 第二节 .非水分子亲和力型湿敏传感器? 测量原理：利用潮湿空气和枯燥空气的热传导之差来测定湿度；利用微波在含水蒸 汽的空气中传播，水蒸汽吸收微波使其产生一定的能量损耗，传输损耗的能量与环 境空气中的湿度有关以此来测定湿度；利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定 空气中的湿度。第五节 压电式传感器特

5、点 :? 工作频带宽，灵敏度高，结构简单，体积小，重量轻，工作可靠。应用范围：? 各种动态力、机械冲击、振动测量、生物医学、超声、通信、宇航等领域。 第六节 磁电式传感器1 磁电式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。它把被测物理量的变化转变为 感应电动势，是一种机 -电能量变换型传感器，不需要外部供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围一般为101000Hz，适用于振动、转速、扭矩等测量。? 这种传感器的尺寸和重量都较大。2 在大多数情况下，对温度传感器的选用，需考虑以下几个方面的问题： 1被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。 2

6、测温范围的大小和精度要求。3测温元件大小是否适当。4在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。5被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。6价格如何，使用是否方便。3.金属热电阻? 铂、铜为广泛应用的热电阻材料。半导体热敏电阻? 半导体热敏电阻是利用某些半导体材料的电阻值随温度变化的特性。? 按物理特性，可分为三类：1负温度系数的热敏电阻NTC2正温度系数的热敏电阻PTC3临界温度系数的热敏电阻CTR：多用于温度测量和补偿；：用于恒温、加热控制或温度开关；：用于温度开关。4 负温度系数热敏电阻与热电阻相比：电阻温度系数大，灵敏度高，约是热电阻的10陪 结构简单，体积小，可测

7、量点温度 电阻率高，适宜动态测量 便于远距离控制，使用寿命长 ,但互换性差，非线性严重。 第八节 光电转换元件一光电管? 特性主要取决于光电阴极的材料，根本特性是光谱特性、光电特性和伏安特性? 在入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种材料只对一定波长范围的入射光敏感，这就是光谱特性? 不同波长的光照在光电管上产生大小不同的光电流2 使用光敏晶体管时，不仅要根据不同型号的具体参数保持其光电流、工作电压、耗散 功率、环境温度等不要超出极限值，而且还要注意保持光的入射方向不变，否那么将影响 光照效应? 光电开关管：识别有无物体通过，主要测量转速光电开关以其结构和工作方式的

8、不 同，可分为沟式、对射式、反光板反射式、扩散反射式、聚焦式、光纤式等类型。3 生物传感器的概念：生物传感器 Biosensor 是利用某些生物活性物质所具有的高度 选择性，来识别待测生物化学物质的一类传感器。? 生物传感器的原理： 生物传感器的结构一般是在根底传感器( 电化学装置 上再耦合一个生物敏感膜称为感受器或敏感元件 。生物敏感膜紧贴在探头外表上，再用 一种半渗透膜与被测溶液隔开。当待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏 感物质时，形成复合体，随之进行生化和电化学反响，产生普通电化学装置能感知 的 O2、 H2、 NH4+ 、 CO2 等，并通过电化学装置转换为电信号。生物敏感膜?

9、 利用生物体内具有奇特功能的物质制成的膜? 与被测物质接触时伴有物理、化学变化的生化反响? 可以进行分子识别? 生物敏感膜是生物传感器的关键元件，它直接决定着传感器的功能与质量 第五章 温度测量 一、温度与温标1 温度 温度是表征物体冷热程度的物理量 温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量 温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量 温度的宏观概念是建立在热平衡根底上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接 触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体， 直到两物体之间的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也就是热力学第 零定律所描述的，系统温度相等是建立热平衡的充

10、要条件。温度的微观概念说明：物体温度的上下标志着组成物体的大量分子无规那么运动的剧 烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密 切相关。选作温度计的物质，其性质必须满足以下条件：物质的某一属性 G仅与温度T有关，即G = G(T)，且必须是单调函数，最 好是线性的。随温度变化的属性应是容易测量的， 且输出信号较强， 以保证仪表的灵敏度 和测量精确度。应有较宽的测量范围。 有较好的复现性和稳定性。2 温标? 温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的根本单位。各种 温度计的刻度数值均由温标确定。1经验温标? 它是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关

11、系，用实验方法或经验公式所确定 的温标。? 摄氏温标 : 摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0 度， 水沸点为 100 度，中间 等分为100格，每格为摄氏1度，符号为C。? 2. 热电偶的检定 比拟法和定点法。 用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比拟两者示值，以确定 被检电偶的根本误差等质量指标，这种方法称为比拟法。? 有压力为 3 MPa ，流速为 30 m/s ，五、接触式温度测量误差温度为386 C的蒸汽流过管道，采用四种不同的安装方式测温：? (b) 采用铂热电阻温度计， 安装在管道的拐弯处， 播入足够的深度， 温度计迎着气流， 瞥道及套管外露局部保温，温度计示

12、值为386C； (a)采用铂热电阻温度计，垂直于气流方向插入，套管外露局部较长，且管道及套管外露局部未保温，温度计示值为 341 C，其误差为-45 C; (c)采用玻璃管水银温度计，垂直于气流方向插入，温包处 于管道中心位；d)插入深度不够，其他与(c)相同，温度计示值为 371 C ,其误差为-15C。第六章 压力测量一、压力表示方式 绝对压力 PJ大气压力 PD表压力 PB ： PB= PJ PD真空度PZ负压：PZ = PD PJ差压：两个压力之差，以大气压以外的任何压力 为零标准 脉动压：周期变化的动压，非周期性为变动压冲积压：不连续而变化大的动压二、压力检测方法1. 平衡法：通过仪

13、表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力2. 弹性法： 利用各种形式的弹性元件， 在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形 来反映被测压力的大小3. 电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化三、压力测量仪表的分类 压力传感器从其原理及结构来看可分为：液柱式、机械式及电气式(一)弹簧管压力计结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽 可测负压、微压、低压、中压和高压气流总压1) .不敏感偏流角a p在实际测量时，使感受孔轴线始终完全对准气流方向不大可能，因此在实用上允许感受孔轴线与气流方向有一定的偏角a。习惯上取使测量误差为速度头1%的偏

14、流角作为总压管的不敏感偏流角，记ap,当然a p的范围越大对测量越有利。2) .管口型式与a p半园型、平直型和带导流套型半圆型的a p最小带导流套的最大，亚声速区达土40 °± 45 °3) .总压管角度特性在使用总压管时，如果偏流角a超过不敏感偏流角时，纵坐标示值开始下降。各种总压管的不敏感偏流角a p，还不同程度地受马赫数 Ma的影响。偏流角a不 大时，Ma数的影响不显著；当a增大时，随着 Ma的增大，总压的测量误差也越来越大。选用总压管时，要根据气流的速度、流道的条件和对气流方向的不敏感性来决定所 用总压管的结构形式。在满足要求的前提下，其结构形式应越简单

15、越好；同时在保 证结构刚度的情况下，应使总压管具有较小的尺寸，以减少对流场的干扰。二 内燃机气缸动态压力测量方法 机械方法测量示功图已经根本上不再采用，普遍采用的是用电测方法测量动态压力。把气 缸压力、曲轴转角等非电量通过适当的传感器转换为电量。在这种测量方法中，运动部件的质量和位移很小，自振频率很高，因而能满足高速 内燃机测量的要求。在内燃机气缸动态压力测量中，最常用的传感器就是石英晶体压电传感器九章 第五节 超声波法? 超声波液位计利用波在介质中的传播特性。? 因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可

16、测出液位上下。? 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；? 按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。相互组 合可以得到六种液位计的方案。222 单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。? 双探头式那么使用两个换能器分别作发射器和接收器，对于固介式，需要有两根金属 棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。333 超声波液位测量有许多优点： 与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长； 超声波传播速度比拟稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等 对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐