動力工程測試技術第一講：緒論

1、 2015年02月n教材：教材： ，華中科技大學出版社，華中科技大學出版社，2001.42001.4。動力工程現代測試技術動力工程現代測試技術參考書：參考書： 1. 現代測試技術現代測試技術 張優(yōu)云張優(yōu)云 、陳花鈴等、陳花鈴等 機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，19961996。 2. 現代測試技術現代測試技術 漢澤西、肖志紅等漢澤西、肖志紅等 機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，19931993。 3. 熱能與動力工程測試技術熱能與動力工程測試技術 趙慶國等，趙慶國等， 化學工業(yè)出版社，化學工業(yè)出版社，20062006。 4. 現代測試技術及虛擬儀器現代測試技術及虛擬儀器 曹玲之，曹玲之， 北京航

2、空航天大學出版社北京航空航天大學出版社,2004,2004。動力工程現代測試技術動力工程現代測試技術n課程內容：課程內容： 本課程主要介紹熱能與動力工程領域中常見物理量本課程主要介紹熱能與動力工程領域中常見物理量( (溫度、壓力、速溫度、壓力、速度、流量、噪聲、應變度、流量、噪聲、應變等等）的傳感器工作原理、測量電路原理和信號分）的傳感器工作原理、測量電路原理和信號分析方法。析方法。內容如下內容如下動力工程現代測試技術動力工程現代測試技術n本課程學習要求：本課程學習要求： (1) 掌握；掌握，掌握。 (2)掌握，并能。掌握一階、二階線性系統(tǒng)動態(tài)特性和測試方法掌握一階、二階線性系統(tǒng)動態(tài)特性和測試

3、方法。 (3)掌握、常用的工作原理和性能，并能正確選用。 (4)對，并能初步應用于、和和中。動力工程現代測試技術動力工程現代測試技術 本課程是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎課，具有很本課程是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎課，具有很強的實踐性。強的實踐性。 、三元并重三元并重n考試考試 考試成績考試成績 8080分分 閉卷考試閉卷考試( (基本概念、計算和問答題）基本概念、計算和問答題） 平時成績平時成績 2020分分: : 出勤率出勤率 1010分；點名缺一次扣分；點名缺一次扣3 3分分 研討講稿研討講稿 10 10 時間：時間： （每次（每次 8 8人）人）、等等緒緒

4、 論論 緒緒 論論 緒緒 論論在測試方法上在測試方法上，由接觸測量向非接觸測量發(fā)展接觸測量向非接觸測量發(fā)展，避免了傳感器對被測物理量場的干擾。 在測量的時間域上在測量的時間域上，由熱物理量的靜態(tài)測量靜態(tài)測量發(fā)展為熱物理量的動態(tài)測量動態(tài)測量；在測量的空間域上，在測量的空間域上，由被測物理量的個別點的測量個別點的測量發(fā)展到整整個物理量場個物理量場的測量在數據處理上，在數據處理上，由手工采集或儀表記錄手工采集或儀表記錄發(fā)展到計算機采集、計算機采集、儲存與處理儲存與處理；在測量的功能上，在測量的功能上，由單純的測量單純的測量發(fā)展到測量與控制相結合測量與控制相結合，又進一步發(fā)展為測量、控制、診斷及圖像顯

5、示相結合測量、控制、診斷及圖像顯示相結合。緒緒 論論在測試方法上在測試方法上，由接觸測量向非接觸測量發(fā)展接觸測量向非接觸測量發(fā)展，避免了傳感器對被測物理量場的干擾。緒緒 論論在測量的時間域上在測量的時間域上，由熱物理量的靜態(tài)測量靜態(tài)測量發(fā)展為熱物理量的動態(tài)測量動態(tài)測量； 緒緒 論論在測量的空間域上在測量的空間域上，由被測物理量的個別點的測量個別點的測量發(fā)展到整個物理量場整個物理量場的測量。緒緒 論論在數據處理上，在數據處理上，由手工采集或儀表記錄手工采集或儀表記錄發(fā)展到計算計算機采集、儲存與處理機采集、儲存與處理；向自動化發(fā)展。向自動化發(fā)展。 可實現在最少人工參與的情況下，對測試對象實現自動測

6、量可實現在最少人工參與的情況下，對測試對象實現自動測量、分析處理并輸出結果。、分析處理并輸出結果。在測量的功能上，在測量的功能上，由單純的測量單純的測量發(fā)展到測量與控制測量與控制相結合相結合，又進一步發(fā)展為測量、控制、診斷及圖像測量、控制、診斷及圖像顯示相結合顯示相結合。緒緒 論論n傳感器方面?zhèn)鞲衅鞣矫?利用新發(fā)現的利用新發(fā)現的材料材料和新發(fā)現的和新發(fā)現的生物生物、物理物理、化學效應化學效應開發(fā)出的開發(fā)出的新型傳新型傳感器感器生物酶血樣分析生物酶血樣分析傳感器傳感器熱熱/光光電量電量光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材料熒光材料制作的電制作的電子鼻傳感子鼻傳感器器緒緒 論論 傳感器傳感器+嵌入式

7、計算機嵌入式計算機 智能傳感器智能傳感器（變送器）（變送器） 智能壓力網智能壓力網絡傳感器絡傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數字總線數字溫度傳感器溫度傳感器新原理、新材料、新工藝新原理、新材料、新工藝 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，微電子技術、微細加工技術微電子技術、微細加工技術 高精度高精度、高靈敏度高靈敏度、高可靠性高可靠性、低成本低成本 緒緒 論論 緒緒 論論l奇士樂奇士樂(KISTLER)(KISTLER)。 靈敏度比石英晶體高靈敏度比石英晶體高5 5倍倍 線性度和溫漂很好線性度和溫漂很好 緒緒 論論n測量信號處理方面測量信號

8、處理方面計算機虛擬儀器技術計算機虛擬儀器技術 用用PCPC機儀器板卡機儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器 計算機軟件計算機軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路n測試系統(tǒng)由測試系統(tǒng)由模擬式、數字式模擬式、數字式智能化方向發(fā)展智能化方向發(fā)展 以計算機為中心的測試系統(tǒng)復雜對象或系統(tǒng)的多路、多參數檢測；數據存貯、傳輸、處理或復雜分析加工；故障診斷緒緒 論論n主要傳感器和測試儀器生產廠商主要傳感器和測試儀器生產廠商 工業(yè)自動化類傳感器工業(yè)自動化類傳感器 美國美國霍尼威爾霍尼威爾公司（有全球最大公司（有全球最大傳感器傳感器技術研究中心）技術研究中心） http:/ /噪聲傳感器噪聲傳感器 丹麥丹麥B&a

9、mp;K（振動測量、聲學測量領域最富盛名振動測量、聲學測量領域最富盛名）http:/ 論論 測量分析儀器測量分析儀器 美國國家儀器公司美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產商全球最大的計算機虛擬儀器生產商)http:/ 論論3.3. 是實驗科學的一部分，主要研究各種是實驗科學的一部分，主要研究各種和和方法。方法。 測試技術是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量測試技術是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。必不可少的手段，起著人的感官的作用。緒緒 論論可可以只有一個模塊，如以只有一個模塊，如。它直。它直接將被溫度變化轉化接將被溫度變化轉化液面示值。

10、沒有電量液面示值。沒有電量轉換和分析電路，很轉換和分析電路，很簡單，但精度底，無簡單，但精度底，無法實現測量自動化。法實現測量自動化。 為提高測量精度和為提高測量精度和自動化程度，以便自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起于和其它環(huán)節(jié)一起構成自動化裝置，構成自動化裝置，通常先將被測物理通常先將被測物理量轉換為電量，再量轉換為電量，再對電信號進行處理對電信號進行處理和輸出。如圖所示和輸出。如圖所示的的。 緒緒 論論緒緒 論論對某些可能要發(fā)生的現象的驗證；對某些可能要發(fā)生的現象的驗證； ; ; 對某些過程進行控制和調節(jié)。對某些過程進行控制和調節(jié)。 是確定采取那一種是確定采取那一種科學技術原理科學技術原理

11、來實現實驗目的。一個試來實現實驗目的。一個試驗系統(tǒng)包含有幾個子系統(tǒng)，每個系統(tǒng)或子系統(tǒng)包含有一個以驗系統(tǒng)包含有幾個子系統(tǒng)，每個系統(tǒng)或子系統(tǒng)包含有一個以上的主要參數的測量。上的主要參數的測量。緒緒 論論 是指對設計的實驗系統(tǒng)配置是指對設計的實驗系統(tǒng)配置輔助性測量儀器輔助性測量儀器、連接管路連接管路、控制與調節(jié)控制與調節(jié)用用閥閥門門或或電路電路以及其它裝置。以及其它裝置。-水力測功機、電渦流測功器、發(fā)電機、干電阻、水電阻水力測功機、電渦流測功器、發(fā)電機、干電阻、水電阻-加熱；加熱；-加熱器、冷卻器、溫度控制器、管路等；加熱器、冷卻器、溫度控制器、管路等；-加熱器、冷卻器、溫度控制器、管路等；加熱器、

12、冷卻器、溫度控制器、管路等；-模擬高壓大氣壓力模擬高壓大氣壓力 其它試驗系統(tǒng)：其它試驗系統(tǒng)：l 如：如：-加水攪拌系統(tǒng)加水攪拌系統(tǒng)-重油處理系統(tǒng)重油處理系統(tǒng)緒緒 論論 是指在這個實驗過程中是指在這個實驗過程中，通常一個實驗過程中都要同，通常一個實驗過程中都要同時測取很多基本數據，根據這些時測取很多基本數據，根據這些來尋求一些來尋求一些或或。： 是指對是指對、找出規(guī)律，同時發(fā)現各種可能因素對測量、找出規(guī)律，同時發(fā)現各種可能因素對測量結果的影響包括結果的影響包括: : 、 參數敏感性分析、參數敏感性分析、數據可靠性分析數據可靠性分析等等根據實測和分析結果可以寫出實驗報告根據實測和分析結果可以寫出實

13、驗報告緒緒 論論3.2 測量原理測量原理 是指用什么科學技術原理去是指用什么科學技術原理去、和和信號并對其進信號并對其進行加工處理。行加工處理。 如如壓力測量壓力測量：彈簧式壓力計、電阻式壓力計、壓電式壓力計等：彈簧式壓力計、電阻式壓力計、壓電式壓力計等彈性元件在壓力作用下發(fā)生彈性變形彈性元件在壓力作用下發(fā)生彈性變形電阻絲的阻值隨電阻絲的伸縮而發(fā)生變化電阻絲的阻值隨電阻絲的伸縮而發(fā)生變化壓電材料在受壓后會產生電荷壓電材料在受壓后會產生電荷 緒緒 論論同一測量原理也可以用于不同參數的測量同一測量原理也可以用于不同參數的測量：溫度測量、壓力測量、應力、應力等溫度測量、壓力測量、應力、應力等位移、振

14、動、壓力、應變、流量、轉速等位移、振動、壓力、應變、流量、轉速等位移、壓力、流量、液位和成分含量等位移、壓力、流量、液位和成分含量等 每個測量原理每個測量原理即是測量儀器的一個信號（輸出）隨另一個即是測量儀器的一個信號（輸出）隨另一個參數（輸入）之間的變換關系參數（輸入）之間的變換關系。這些變化分屬于不同的科學。這些變化分屬于不同的科學技術領域：電學量、力學量、熱學量、光學量、生物學量技術領域：電學量、力學量、熱學量、光學量、生物學量緒緒 論論3.3 測量方法測量方法是指為了得到所需的物理參數而用是指為了得到所需的物理參數而用什么方法什么方法去獲得去獲得也就是根根據基本的也就是根根據基本的測量

15、原理，如何來實現對一個具體的物理量的測量測量原理，如何來實現對一個具體的物理量的測量。（分散在各章節(jié)）。（分散在各章節(jié)）從輸入信號和被測物理量的關系分：從輸入信號和被測物理量的關系分： u直接測量法：直接測量法：借助于測量系統(tǒng)，將被測量轉換成某一中間量，再將這借助于測量系統(tǒng)，將被測量轉換成某一中間量，再將這個中間量同標準量相比較，根據中間量與標準量之間的關系，可知道被測個中間量同標準量相比較，根據中間量與標準量之間的關系，可知道被測量的大小。如量的大小。如 玻璃管溫度計、表盤式壓力表玻璃管溫度計、表盤式壓力表 u間接測量法：間接測量法：是對與被測量有確定函數關系的其它參數（原始參數）是對與被測

16、量有確定函數關系的其它參數（原始參數） 進行測量，然后再根據函數關系計算出被測量。如進行測量，然后再根據函數關系計算出被測量。如 應力測量應力測量。緒緒 論論 從測量系統(tǒng)本身的輸出顯示方式分：從測量系統(tǒng)本身的輸出顯示方式分： 偏差測量法、零位測量法偏差測量法、零位測量法u偏差測量法：偏差測量法：在未接入信號前，儀表指針、刻度或顯示的數字為零；在未接入信號前，儀表指針、刻度或顯示的數字為零；當接入被測信號后，儀表指針、刻度或顯示的數字偏離零位而直接顯示輸當接入被測信號后，儀表指針、刻度或顯示的數字偏離零位而直接顯示輸出信號。出信號。（讀數方便，工程測量用）（讀數方便，工程測量用）u零位測量法：零

17、位測量法：在未接入信號前，儀表指針、刻度或顯示的數字為零；在未接入信號前，儀表指針、刻度或顯示的數字為零；當接入被測信號后，儀表指針、刻度或顯示的數字偏離零位，此時調節(jié)其當接入被測信號后，儀表指針、刻度或顯示的數字偏離零位，此時調節(jié)其它裝置的旋鈕使儀表指針、刻度或顯示的數字重新回到零位，再根據旋鈕它裝置的旋鈕使儀表指針、刻度或顯示的數字重新回到零位，再根據旋鈕調節(jié)的幅度來確定被測信號的大小。調節(jié)的幅度來確定被測信號的大小。（精度高，避免負載效應，標定用）（精度高，避免負載效應，標定用）緒緒 論論按敏感元件是否與被測對象有機械接觸分：按敏感元件是否與被測對象有機械接觸分： 接觸測量法接觸測量法、

18、非接觸測量法非接觸測量法按被測量值的性質分：按被測量值的性質分： 靜態(tài)測量、動態(tài)測量靜態(tài)測量、動態(tài)測量按測量性質分：按測量性質分： 時域測量、頻域測量時域測量、頻域測量緒緒 論論4. 是對某一物理量進行測量的整套系統(tǒng)。從是對某一物理量進行測量的整套系統(tǒng)。從可分：可分： 、模擬式測量系統(tǒng)模擬式測量系統(tǒng) 是指用某一是指用某一物理參數物理參數作為作為模擬量模擬量來來表示被測信號輸出的表示被測信號輸出的。以一個物理參。以一個物理參數來數來模擬模擬另一個物理參數另一個物理參數進行輸出進行輸出的測量系統(tǒng)通稱為模擬系統(tǒng)。的測量系統(tǒng)通稱為模擬系統(tǒng)。l 模擬測量系統(tǒng)按照測量原理可分為模擬測量系統(tǒng)按照測量原理可分為部分部分。 緒緒 論論傳感器：傳感器： 中間轉換器中間轉換器： 放大器、電橋、濾波器、放大器、電橋、濾波器、 調制和解調、摸數轉換器調制和解調、摸數轉換器 調制和解調器：調制和解調器：有些有些動態(tài)信號的頻率很低動態(tài)信號的頻率很低，難以放大難以放大，需先將這種信，需先將這種信號轉換成便于處理的頻率信號，對其號轉換成便于處理的頻率信號，對其放大后再將其轉換成原來的頻率信放大后再將其轉換成原來的頻率信號進行輸出。號進行輸出。輸出裝置輸出裝置：顯示、記錄儀器；控制器、調節(jié)器顯示、記錄儀器；控制器、調節(jié)器緒