熱能與動力工程整理課件(20220215181126)

1、第一章1 測量的意義：測量是人類對自然界中客觀事物取得數(shù)量概念的一種認(rèn)識過程。在這一過程中，人 們借助于專門工具，通過試驗(yàn)和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計算，求得被測量的值，獲得對于客觀 事物的定量的概念和內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識。2 測量技術(shù)可分為假設(shè)干分支，如力學(xué)測量、電學(xué)測量、熱工測量等。 動力機(jī)械測量是指溫度、濕度、壓力、流量、煙氣成分等參數(shù)的測量。3應(yīng)用方面1過程監(jiān)測：對過程參數(shù)的監(jiān)測。 2過程控制：為生產(chǎn)過程的自動控制提供依據(jù)。 3試驗(yàn)分析與系統(tǒng)辨識：解決科學(xué)上的和過程上的問題，一般需要綜合運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn) 的方法。測量技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)分析，是測量技術(shù)的一個典型應(yīng)用。4 測量的定義： 就是用實(shí)驗(yàn)的方法， 把

2、被測量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比擬， 確定兩者的比值， 從而得到被測量的量值。使測量結(jié)果有意義的要求： 用來進(jìn)行比擬的標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)該是國際上或國家所公認(rèn)的，且性能穩(wěn)定。 進(jìn)行比擬所用的方法和儀表必須經(jīng)過驗(yàn)證5 靈敏度的選取 一般希望測試系統(tǒng)的靈敏度高，且在滿量程范圍內(nèi)是恒定的。這是因?yàn)椋?因?yàn)?S 較大，同樣的輸入可有較大的輸出； 但是，并不是靈敏度越高越好，而應(yīng)合理選擇；S 不能太大，因?yàn)?S ，測量范圍 ，同時穩(wěn)定性差，難以讀數(shù)。6.線性度 (非線性度 )? 理想狀態(tài)下，希望輸出值與輸入值間成正比關(guān)系，實(shí)際上，往往不成正比而輸出量 為一曲線，這一曲線稱為標(biāo)定曲線。理想上那條直線稱為擬合曲線。? 標(biāo)

3、定曲線和擬合曲線的最大差值與滿量程之比稱作線性度。第四章 電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于應(yīng)變片的尺寸小，重量輕，因而具有良好的動態(tài)特性，而且應(yīng)變片粘貼在試 件上對其工作狀態(tài)和應(yīng)力分布沒有影響。適用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。 測量應(yīng)變的靈敏度和精確度高，可測1-2微應(yīng)變，誤差小于1%。 測量范圍大，既可測量彈性變形，也可測量塑性變形，變形范圍從1 %-20%。 能適應(yīng)各種環(huán)境，可在高低溫、超低壓、高壓、水下、強(qiáng)磁場以及輻射和化學(xué)腐蝕 等惡劣環(huán)境下使用。缺點(diǎn)：大應(yīng)變狀態(tài)下具有較明顯的非線性； 輸出信號較弱。 二、半導(dǎo)體壓阻式傳感器優(yōu)點(diǎn)：1) .靈敏度高：是金屬絲式的 50-100 倍2) .固有頻

4、率高，響應(yīng)快3) . 結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)微型化4) .精度高? 缺點(diǎn)：? 電阻和靈敏度系數(shù)的熱穩(wěn)定性差，國內(nèi)都在100 c以下，國外多用 150 C以下，如采用水冷或溫度補(bǔ)償措施，工作溫度可達(dá)500 C。此外，其量程小，在測量大應(yīng)變時，非線性較嚴(yán)重。受腐蝕性氣體影響大、工藝復(fù)雜、要求嚴(yán)格、本錢較高等。 第二節(jié) .非水分子親和力型濕敏傳感器? 測量原理：利用潮濕空氣和枯燥空氣的熱傳導(dǎo)之差來測定濕度；利用微波在含水蒸 汽的空氣中傳播，水蒸汽吸收微波使其產(chǎn)生一定的能量損耗，傳輸損耗的能量與環(huán) 境空氣中的濕度有關(guān)以此來測定濕度；利用水蒸汽能吸收特定波長的紅外線來測定 空氣中的濕度。第五節(jié) 壓電式傳感器特

5、點(diǎn) :? 工作頻帶寬，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，工作可靠。應(yīng)用范圍：? 各種動態(tài)力、機(jī)械沖擊、振動測量、生物醫(yī)學(xué)、超聲、通信、宇航等領(lǐng)域。 第六節(jié) 磁電式傳感器1 磁電式傳感器簡稱感應(yīng)式傳感器，也稱電動式傳感器。它把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)?感應(yīng)電動勢，是一種機(jī) -電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍一般為101000Hz，適用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量。? 這種傳感器的尺寸和重量都較大。2 在大多數(shù)情況下，對溫度傳感器的選用，需考慮以下幾個方面的問題： 1被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠(yuǎn)距離測量和傳送。 2

6、測溫范圍的大小和精度要求。3測溫元件大小是否適當(dāng)。4在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。5被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。6價格如何，使用是否方便。3.金屬熱電阻? 鉑、銅為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料。半導(dǎo)體熱敏電阻? 半導(dǎo)體熱敏電阻是利用某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化的特性。? 按物理特性，可分為三類：1負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻NTC2正溫度系數(shù)的熱敏電阻PTC3臨界溫度系數(shù)的熱敏電阻CTR：多用于溫度測量和補(bǔ)償；：用于恒溫、加熱控制或溫度開關(guān)；：用于溫度開關(guān)。4 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與熱電阻相比：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約是熱電阻的10陪 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可測

7、量點(diǎn)溫度 電阻率高，適宜動態(tài)測量 便于遠(yuǎn)距離控制，使用壽命長 ,但互換性差，非線性嚴(yán)重。 第八節(jié) 光電轉(zhuǎn)換元件一光電管? 特性主要取決于光電陰極的材料，根本特性是光譜特性、光電特性和伏安特性? 在入射光照度一定時，光電元件的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種材料只對一定波長范圍的入射光敏感，這就是光譜特性? 不同波長的光照在光電管上產(chǎn)生大小不同的光電流2 使用光敏晶體管時，不僅要根據(jù)不同型號的具體參數(shù)保持其光電流、工作電壓、耗散 功率、環(huán)境溫度等不要超出極限值，而且還要注意保持光的入射方向不變，否那么將影響 光照效應(yīng)? 光電開關(guān)管：識別有無物體通過，主要測量轉(zhuǎn)速光電開關(guān)以其結(jié)構(gòu)和工作方式的

8、不 同，可分為溝式、對射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式、聚焦式、光纖式等類型。3 生物傳感器的概念：生物傳感器 Biosensor 是利用某些生物活性物質(zhì)所具有的高度 選擇性，來識別待測生物化學(xué)物質(zhì)的一類傳感器。? 生物傳感器的原理： 生物傳感器的結(jié)構(gòu)一般是在根底傳感器( 電化學(xué)裝置 上再耦合一個生物敏感膜稱為感受器或敏感元件 。生物敏感膜緊貼在探頭外表上，再用 一種半滲透膜與被測溶液隔開。當(dāng)待測溶液中的成分透過半透膜有選擇地附著于敏 感物質(zhì)時，形成復(fù)合體，隨之進(jìn)行生化和電化學(xué)反響，產(chǎn)生普通電化學(xué)裝置能感知 的 O2、 H2、 NH4+ 、 CO2 等，并通過電化學(xué)裝置轉(zhuǎn)換為電信號。生物敏感膜?

9、 利用生物體內(nèi)具有奇特功能的物質(zhì)制成的膜? 與被測物質(zhì)接觸時伴有物理、化學(xué)變化的生化反響? 可以進(jìn)行分子識別? 生物敏感膜是生物傳感器的關(guān)鍵元件，它直接決定著傳感器的功能與質(zhì)量 第五章 溫度測量 一、溫度與溫標(biāo)1 溫度 溫度是表征物體冷熱程度的物理量 溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量 溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量 溫度的宏觀概念是建立在熱平衡根底上的。任意兩個冷熱程度不同的物體相互接 觸，它們之間必然會發(fā)生熱交換現(xiàn)象，熱量要從溫度高的物體傳向溫度低的物體， 直到兩物體之間的溫度完全一致時，這種熱傳遞現(xiàn)象才能停止。這也就是熱力學(xué)第 零定律所描述的，系統(tǒng)溫度相等是建立熱平衡的充

10、要條件。溫度的微觀概念說明：物體溫度的上下標(biāo)志著組成物體的大量分子無規(guī)那么運(yùn)動的劇 烈程度，即對其分子平均動能大小的一種量度。顯然物體的物理化學(xué)特性與溫度密 切相關(guān)。選作溫度計的物質(zhì)，其性質(zhì)必須滿足以下條件：物質(zhì)的某一屬性 G僅與溫度T有關(guān)，即G = G(T)，且必須是單調(diào)函數(shù)，最 好是線性的。隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測量的， 且輸出信號較強(qiáng)， 以保證儀表的靈敏度 和測量精確度。應(yīng)有較寬的測量范圍。 有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。2 溫標(biāo)? 溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)和測量溫度的根本單位。各種 溫度計的刻度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。1經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)? 它是借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)

11、系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定 的溫標(biāo)。? 攝氏溫標(biāo) : 攝氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為0 度， 水沸點(diǎn)為 100 度，中間 等分為100格，每格為攝氏1度，符號為C。? 2. 熱電偶的檢定 比擬法和定點(diǎn)法。 用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時測量同一對象的溫度，然后比擬兩者示值，以確定 被檢電偶的根本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比擬法。? 有壓力為 3 MPa ，流速為 30 m/s ，五、接觸式溫度測量誤差溫度為386 C的蒸汽流過管道，采用四種不同的安裝方式測溫：? (b) 采用鉑熱電阻溫度計， 安裝在管道的拐彎處， 播入足夠的深度， 溫度計迎著氣流， 瞥道及套管外露局部保溫，溫度計示

12、值為386C； (a)采用鉑熱電阻溫度計，垂直于氣流方向插入，套管外露局部較長，且管道及套管外露局部未保溫，溫度計示值為 341 C，其誤差為-45 C; (c)采用玻璃管水銀溫度計，垂直于氣流方向插入，溫包處 于管道中心位；d)插入深度不夠，其他與(c)相同，溫度計示值為 371 C ,其誤差為-15C。第六章 壓力測量一、壓力表示方式 絕對壓力 PJ大氣壓力 PD表壓力 PB ： PB= PJ PD真空度PZ負(fù)壓：PZ = PD PJ差壓：兩個壓力之差，以大氣壓以外的任何壓力 為零標(biāo)準(zhǔn) 脈動壓：周期變化的動壓，非周期性為變動壓沖積壓：不連續(xù)而變化大的動壓二、壓力檢測方法1. 平衡法：通過儀

13、表使液柱高度的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理測量壓力2. 彈性法： 利用各種形式的彈性元件， 在被測介質(zhì)的表壓力或負(fù)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形 來反映被測壓力的大小3. 電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化三、壓力測量儀表的分類 壓力傳感器從其原理及結(jié)構(gòu)來看可分為：液柱式、機(jī)械式及電氣式(一)彈簧管壓力計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬 可測負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓氣流總壓1) .不敏感偏流角a p在實(shí)際測量時，使感受孔軸線始終完全對準(zhǔn)氣流方向不大可能，因此在實(shí)用上允許感受孔軸線與氣流方向有一定的偏角a。習(xí)慣上取使測量誤差為速度頭1%的偏

14、流角作為總壓管的不敏感偏流角，記ap,當(dāng)然a p的范圍越大對測量越有利。2) .管口型式與a p半園型、平直型和帶導(dǎo)流套型半圓型的a p最小帶導(dǎo)流套的最大，亞聲速區(qū)達(dá)土40 °± 45 °3) .總壓管角度特性在使用總壓管時，如果偏流角a超過不敏感偏流角時，縱坐標(biāo)示值開始下降。各種總壓管的不敏感偏流角a p，還不同程度地受馬赫數(shù) Ma的影響。偏流角a不 大時，Ma數(shù)的影響不顯著；當(dāng)a增大時，隨著 Ma的增大，總壓的測量誤差也越來越大。選用總壓管時，要根據(jù)氣流的速度、流道的條件和對氣流方向的不敏感性來決定所 用總壓管的結(jié)構(gòu)形式。在滿足要求的前提下，其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)越簡單

15、越好；同時在保 證結(jié)構(gòu)剛度的情況下，應(yīng)使總壓管具有較小的尺寸，以減少對流場的干擾。二 內(nèi)燃機(jī)氣缸動態(tài)壓力測量方法 機(jī)械方法測量示功圖已經(jīng)根本上不再采用，普遍采用的是用電測方法測量動態(tài)壓力。把氣 缸壓力、曲軸轉(zhuǎn)角等非電量通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鬓D(zhuǎn)換為電量。在這種測量方法中，運(yùn)動部件的質(zhì)量和位移很小，自振頻率很高，因而能滿足高速 內(nèi)燃機(jī)測量的要求。在內(nèi)燃機(jī)氣缸動態(tài)壓力測量中，最常用的傳感器就是石英晶體壓電傳感器九章 第五節(jié) 超聲波法? 超聲波液位計利用波在介質(zhì)中的傳播特性。? 因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可

16、測出液位上下。? 超聲波液位計按傳聲介質(zhì)不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；? 按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。相互組 合可以得到六種液位計的方案。222 單探頭液位計使用一個換能器，由控制電路控制它分時交替作發(fā)射器與接收器。? 雙探頭式那么使用兩個換能器分別作發(fā)射器和接收器，對于固介式，需要有兩根金屬 棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。333 超聲波液位測量有許多優(yōu)點(diǎn)： 與介質(zhì)不接觸，無可動部件，電子元件只以聲頻振動，振幅小，儀器壽命長； 超聲波傳播速度比擬穩(wěn)定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等 對檢測幾乎無影響，因此適用于有毒、腐