动力工程测试技术绪论
《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(电子课件)第11章 振动测量(刘老师)
第11章 振动测量
11.2 振动测量的基本原理
测振仪模型一般可简化为由惯性元件质 量m和弹性元件弹簧k组成，并悬挂在刚 性的刚体上，框架安置在被测振动体上，
并随振动体振动。设振动体的振幅为
x1,m的振幅为x2，则m相对于框架的振动
为x2-x1。如忽略阻尼，质量m振动的微分 方程为
m x2 k ( x2 x1 ) 0
第11章 振动测量
11.3 测振系统概述
（1）电压放大器
加速度计-电缆-电压放大器电路
等效电路
实际上，Ri与Ra的阻值很大，相应的R值也较大。电压放大器输
入电压的最大值可写为：
um DF0 DF0 C C a Cc Ci
式中，D——压电晶
体的压电系数；F——作用于压电体上的周期力 F F0 sin t 。其中
Cc随着连接电缆的长度变化。若加长电缆，则灵敏度下降。
第11章 振动测量
11.3 测振系统概述
（2）电荷放大器 电荷放大器的输出电压与输入电荷成正比例，
它是一个具有电容负反馈的高输入阻抗的高增益运
算放大器。
u0 Aq a qa 1 A C F C F
电荷放大器的优点如下：
①电荷放大器的输出电压与连接电缆的长度无关。 ②电荷放大器的低频截止频率取决于反馈网络参数。
第11章 振动测量
11.1 概述
机械振动的分类
（1）从产生振动的原因来分： 自由振动：系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度)的激励而引起
的振动
受迫振动：系统在持续的外作用力激励下的振动 自激振动：没有外激励作用的情况下，由系统自身激发所产生的一种
振动，简称自振
第11章 振动测量
现代力学测试技术
动态力学测试技术
用于研究材料在动态载荷作用下的力学性能，如冲击、疲 劳等试验。在航空航天、汽车、军事等领域有重要应用。
断裂力学测试技术
主要研究材料在裂纹扩展过程中的力学性能，如断裂韧性 、裂纹扩展速率等。在结构安全评估、材料耐久性等方面 有重要意义。
无损检测技术
在不破坏被检测对象的前提下，利用声、光、磁等物理现 象对材料或构件进行内部缺陷或性能变化的检测。广泛应 用于航空航天、石油化工等领域。
磁结构分析
中子具有磁矩，可用于研究材料的磁结构和磁畴行为。
电子显微镜观察
01
透射电子显微镜（TEM）
利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，观察材料的微观形貌、
晶体结构和缺陷。
02
扫描电子显微镜（SEM）
用电子束扫描样品表面，通过检测样品发射的次级电子等信号，获取表
面形貌和成分信息。
03
原位力学测试
有限元法在复杂结构力学测试中的应用
针对复杂结构如复合材料、多孔材料等，有限元法可建立精细化的模型，准确预测其力学 行为。
离散元法
离散元法基本原理
将连续体离散为一系列刚性元素的集合，元素之间通过接触力相互作用，通过求解元素运动方程 得到整体结构的力学响应。
离散元法在破碎、磨损等问题中的应用
针对涉及大变形、破碎和磨损等问题的力学测试，离散元法可有效模拟元素间的相互作用和破坏 过程。
金属、非金属、复合材料等材料的抗疲劳性能测 试，如桥梁、建筑、机械零部件等。
振动试验
振动试验原理
通过施加振动载荷，模拟实际使用中的振动环境，测试材料的抗 振性能。
振动试验设备
电磁振动台、液压振动台等。
振动试验应用
电子电器产品、航空航天产品、轨道交通产品等的抗振性能测试。
《动力工程测试技术》课程教学改革与实践
《动力工程测试技术》课程教学改革与实践发布时间：2022-05-13T02:17:17.832Z 来源：《教育学文摘》2021年10月总第388期作者：彭海勇张海波[导读] 《动力工程测试技术》课程是我校能源与动力工程专业的必修课，作为能源与动力工程专业的必修课，探索合适的教学方法是非常重要的。
本文基于能源与动力工程专业对《动力工程测试技术》课程的教学目标及要求，并结合现代能源动力行业对能源与动力工程专业人才的需求，从知识、能力和素质培养等方面出发，对教学理念、教学模式及课程实践方面等相应的教学改革方案和策略进行了探讨。
由教学实践表明，所提出的教改方案和策略的实施有助于改善该课程的教学效果。
彭海勇张海波上海工程技术大学机械与汽车工程学院201620摘要：《动力工程测试技术》课程是我校能源与动力工程专业的必修课，作为能源与动力工程专业的必修课，探索合适的教学方法是非常重要的。
本文基于能源与动力工程专业对《动力工程测试技术》课程的教学目标及要求，并结合现代能源动力行业对能源与动力工程专业人才的需求，从知识、能力和素质培养等方面出发，对教学理念、教学模式及课程实践方面等相应的教学改革方案和策略进行了探讨。
由教学实践表明，所提出的教改方案和策略的实施有助于改善该课程的教学效果。
关键词：动力工程测试技术能源与动力工程教学改革《动力工程测试技术》课程定位：本课程是能源与动力工程专业的学科专业课，是能源与动力工程专业人才培养中的关键课程之一，是工科类专业所需知识体系的一个重要组成部分。
《动力工程测试技术》主要内容：主要介绍动力工程领域参数的测试原理、方法和仪表使用，了解测试技术的基本概念，测量误差的类别及分析方法，测量仪表的组成和特性，常用显示仪表及传感器的工作原理和使用方法，并认识其在实现生产自动化控制等过程中所起作用。
一、教学目标《动力工程测试技术》课程性质：专业选修课程；开课时间：大学本科三年级(第5学期)。
能源与动力工程测试技术
《能源与动力工程测试技术》课程简介《能源与动力工程测试技术》以目前能源与动力工程领域内常用的测试技术为讲解对象，其内容涵盖误差分析、测试仪器基本理论、传感器、流速测量、压力测量、流量测量、振动噪声测量、叶片泵的能量性能试验等。
本课程侧重对常用测量仪器的原理及使用过程的了解。
通过学习本课程，学生将了解本领域内常用的电容式和电阻式传感器、流速、压力等关键参数的测量仪器与测量方法，并掌握包括试验台构成、试验要求、试验过程、数据处理系统等环节的叶片泵能量性能试验过程。
本课程面向能源与动力工程专业本科三年级学生，要求先修课程：机械原理、电工电子学、理论力学和材料力学。
《能源与动力工程测试技术》是能源与动力工程专业的一门重要技术基础课程。
测试技术是推动能源与动力工程领域技术进步的重要力量，该课程与本领域内的技术发展水平与仪器发展现状密切结合。
本课程在强调测试理论和设计能力的同时，着力提高学生分析工程问题和解决工程问题的能力，其主要任务是使学生掌握以下知识和能力：（1）掌握误差分析的基本理论与运算过程；（2）掌握电容和电阻式传感器的基本原理；（3）掌握常用的测压、测速、测流量的原理与仪器使用方法；（4）掌握叶片泵实验台的构成、实验步骤和数据处理方法。
本课程侧重测试技术的工程应用，从实际的角度出发，面向重点专业产品，讲授针对性的技术，根据技术发展调整课程内容，相应地删减关于已淘汰仪器和设备的内容。
从国家高等教育界近两年对视频公开课和慕课（MOOC）的关注不难看出，网络化教学已势不可挡。
本课程构建了独立的课程网站，将一些基本的课程信息上网，同时将实验室现有的实现条件和实验成果进行展示。
本课程根据专业特点设置探究、协作、自主和虚拟仿真四类实验项目，在课程基础之上进行教学拓延，学生完成实验可获得相应的创新学分。
在多年的建设过程中，本课程的教学得到了学生的认可，也取得了一些荣誉，如“842课程”验收优秀、校重点精品在线课程、省重点教材等，目前本课程正在建设MOOC课程。
热能与动力工程测试技术
第一章1、测量方法按最后得到结果过程不同分为三类：直接测量、间接测量、组合测量按过程分为：稳态、非稳态测量2、按工作原理，测量仪器都包括感受件、中间件和效用件3、测量仪器按其用途可分为范型仪器和实用仪器两类4、测量仪器的主要性能指标：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞和指示滞后时间第二章1、测量仪器或测量系统的动态特性的分析就是研究动态测量时产生的动态误差，主要用以描述在动态测量过程中输出量和输入量之间的关系。
2、传递函数实用输出量和输入量之比表示信号间的传递关系3、串联环节：两个传递函数非别为H1（s）和H2（s）环节串联后测量系统。
该系统特点是前一环节的输出信号为后一环节的输入信号4、单位阶跃输入信号特点是t=0时信号以无限大的速率上升；当t>0时信号保持定值，不随时间变化。
第三章1、绝对误差=测量值—真值相对误差=绝对误差/真值≈绝对误差/测量值系统误差：在测量过程中，出现某些规律性的以及影响程度有确定的因素所引起的误差2、消除系统误差的方法：消除产生系统误差的根源用修正方法消除系统误差常用消除系统误差的具体方法：交换抵消法、替代消除法、预检法3、综合系统误差的方法：代数综合法、算数综合法、几何综合法4、正态分布规律中随机误差特性：单峰性、对对称性、有限性、抵偿性5、进行随机误差计算前步骤：首先剔除过失（或粗大）误差修正系统误差最后在确定不存在粗大误差与系统误差的情况下，对随机误差进行分析和计算6、非等精度测量：在不同测量条件下，用不同的仪器、不同的测量方法、不同的测量次数以及由不同的测量者进行的测量，各次测量结果的精度不同。
7、间接测量：被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，二十需要通过测取与被测量有一定关系的直接测量的量，再经过计算求得。
例3-6 3-8 3-10第四章1、传感器是能感受被测量并按照一定规律转换成电信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
2、常用的温度补偿方法：桥路补偿，应变片自补偿，热敏电阻补偿（热敏电阻处在与应变片相同的温度条件下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，阻值也要下降）3、电感式传感器主要分为：自感式和互感式两大类4、常见的自感式电感传感器有：变气隙式、变截面式和螺管式三种5、电容式传感器中ε（为极板间介质的介电常数），d（为极板间的距离），A（为两极板相互遮盖的面积）三个参数都影响到电容量C6、压电效应：某些结晶物质，当沿它的某个结晶洲施加力的作用时，内不会出现极化现象，从而在表面形成电荷集结，电荷量与作用力的大小成正比7、热电现象：两种不同的导体A和B组成闭合回路，若两连接点温度T和T0不同，则在回路中就产生热电动势，形成热电流8、光电转换元件：光电管，光敏电阻，光电池，光敏晶体管9、霍尔效应：一块长为l，宽为b，厚为d的半导体薄片，若在薄片的垂直方向上加一磁感应强度为B的磁场，当在薄片的两端有控制电流I流过时，在此薄片的另两端会产生一个大小和控制电流I(A)和磁感应强度B(T)的乘积成正比的电压UH(V)。
热能与动力工程测试技术(附答案)
1.测量方法：直接测量：凡是被测量的数值可以从测量仪器上读出，常用方法１．直读法２．差值法3.替代法4.零值法间接测量：被测量的数值不能直接通过测量仪器上读出，而直接测量与被测量有一定函数关系的量，通过运算被测量的测值。
组合测量：测量中各个未知量以不同的组合形式出现，根据直接测量与间接测量所得的数据，通过方程求解未知量的数值2.测量仪器：可分为范型仪器和实用仪器一、感受件：它直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号。
应满足条件：1.必须随测量值的变化发生相应的内部变化 2.只能随被测参数的变化发出信号 3.感受件发出的信号与被测参数之间必须是单值的函数关系二、中间件：起传递作用，将传感器的输出信号传给效用件常用的中间件：导线，导管三、效用件：把被测信号显示出来。
分为模拟显示和数字显示3.测量仪器的主要性能指标：一、精确度：测量结果与真值一致的程度，系统误差与随机误差的综合反映二、恒定度：仪量多次重复测量时，其指示值的稳定程度三、灵敏度：认仪器指针的线位移或角位移与引起变化值之间的比例四、灵敏度阻滞：在数字测量中常用分辨率表示五、指示滞后时间：从被测参数发生变化到仪器指示出现该变化值所需时间4.传递函数是用输出量与输入量之比表示信号间的传递关系。
H（s）（s）（s）作用：传递函数描述系统的动态性能，不说明系统的物理结构，只要动态特性相似，系统可以有相似的传递函数串联环节：H（s）1（s）H2（s）并联环节H（s）1(s)2（s）反馈环节H（s）(s)/1(s)(s)5.测量系统的动态响应：通常采用阶跃信号和正弦信号作为输入量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态特性，依次评价测量系统测量系统的阶跃响应：一阶测量系统的阶跃响应二阶测量系统的阶跃响应测量系统的频率响应：一阶测量系统的频率响应二阶测量系统的频率响应7.误差的来源：每一参数都是测试人员使用一定的仪器，在一定的环境下按一定的测量方法和程序进行的，由于受到人们的观察能力，测量仪器，方法，环境条件等因素的影响，所得到的测量值只能是接近于真值的近似值，测量值与真值之差称为误差。
热能与动力工程测试技术(第2版)教学配套课件严兆大主编第六章压力测量
1.L形总压管
L形总压管的结构如图6-17所示，它制造简单，安 装和使用比较方便，且支杆对测量结果的影响较 小，是最常见的总压管。其缺点是不敏感偏流角αp 比较小，一般为±10°～±15°。
07236-05A
2.圆柱形总压管
圆柱形总压管的结构如图6-18所示，它的最大优点 是可以做成很小的尺寸，且工艺性能好、使用方 便，但其不敏感偏流角也较小。
07236-05A
3.带导流套的总压管
图6-17 L形总压管的结构 07236-05A
3.带导流套的总压管
图6-18 圆柱形总压管的结构 07236-05A
3.带导流套的总压管
图6-19 带导流套的总压管 07236-05A
4.多点总压管
图6-20 梳状总压管 a) 凸嘴型 b) 凹窝型 c) 带套型 07236-05A
四、典型测压传感器
图6-11 石英晶体压电传感器结构 a) 普通型 b)与火花塞做成一体的石英晶体压电传感器
1—弹性膜片 2—传力件 3—底座 4—石英片 5—玻璃导管 6—胶玻 璃导管 7—引出导线接头 8—导
电环 9—金属箔 10—火花塞 11—传感器
07236-05A
1. 石英晶体压电传感器
二、动态标定
图6-28 激波管内的工作过程 a)压力传播过程 b)压力—时间图 07236-05A
二、动态标定
07236-05A
图6-29 激波管标定系统传 感器的输出曲线U=f(t)
第五节 压力测量系统的动态特性
一、容腔效应 二、传输管道的数学模型和频率特性
07236-05A
一、容腔效应
在动态压力测量系统中，压力传感器是按动态参数测量的要求设计制 造的，它的固有频率很高，响应也很快，但由于测压元件前的空腔和 导压管的存在，必然导致压力信号的幅值衰减和相位滞后，这种效应 称为动态压力测量的容腔效应。
热能与动力工程测试技术
1、何为动压？静压？总压？P129答：静压是指运动气流里气体本身的热力学压力。
总压是指气流熵滞止后的压力，又称滞止压力。
动压为总压与静压之差。
2、试画出皮托管的结构简图，说明皮托管的工作原理，并导出速度表达式（条件自拟，不考虑误差）。
P143~P1443、某压力表精度为1.5级，量程为0~2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求精确度、最大绝对误和差示值相对误差δ4、在选用仪器时，应在满足被测要求的前提下，尽量选择量程较小的仪器，一般应使测量值在满刻度要求的2/3为宜。
P55、测量误差可分为系统误差、随机（偶然）误差、过失误差。
6、随机误差正态分布曲线的四个特性为单峰性、对称性、有限性、抵偿性。
7、热电偶性质的四条基本定律为均质材料定律、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律。
8、流量计可分为：容积型流量计、速度型流量计、质量型流量计。
P1619、除利用皮托管测量流速外，现代常用的测速技术有：热线（热膜）测速技术、激光多普勒测速技术（LDV）、粒子图像测速技术。
10、简述金属应变式传感器的工作原理。
答：金属应变式传感器的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即导体或半导体在外力作用下产生机械形变时，电阻值也随之产生相应的变化。
P6311、在热能与动力工程领域中，需要测量的物理量主要有温度、压力、流量、功率、转速等。
12、按照得到最后结果的过程不同，测量方法可以分为直接测量，间接测量和组合测量。
13. 按工作原理，任何测量仪器都应包括感受件，中间件和效用件。
14. 测量误差按照产生误差因素的出现规律以及它们对测量结果的影响程度来区分可以将测量误差分为系统误差，随机误差和过失误差。
15. 系统误差的综合包括代数综合法、算术综合法和几何综合法。
16. 金属应变式电阻传感器温度补偿的方法有桥路补偿（补偿片法）和应变片自补偿。
17. 自感式电感传感器分为变气隙式、变截面式和螺管式。
18. 光电效应分为三类：外光电效应（元件有光电管、光电倍增管）、内光电效应（元件有光敏电阻、光导管）、光生伏特效应（元件光电池、光敏晶体管）19. 使用较多的温标有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。
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控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号； 曲轴角度传感器：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU作为确定点火
正时及工作顺序的基准信号； 氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在
最佳值（理论值）附近的的基准信号； 进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依
动力工程现代测试技术
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调 控制、停车管理、水/废水管 理和电梯监控。
指纹传感器
动力工程现代测试技术
NOX
NO +
NO2
O2
SO2
CO
H2S HCN
HCl
H2O
HF
NH3
dust
CO2
soot
HC
C-
total
烟尘浊度测量
动力工程现代测试技术
污 利利能
理话试制制统
器
染 用用利
土农货食 木林币品 建金 筑融
动力工程现代测试技术
（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主 流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重 要标志之一
（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创 新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新 成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创 新和及时创新的组成部分。
动力工程现代测试技术
被测物理量分类： •稳态物理量 •瞬态物理量
测量系统分类：
•模拟测量系统：直观、灵活、分辨能力无限、精度低，不适合计算
机连接
•数字测量系统：适用于计算机连接，需要模/数转换器，价格高，
动力工程现代测试技术
动力工程现代测试技术
动力工程测试技术
动力工程测试技术是人们认识客观世界的一个 重要手段，工业过程的控制、科学实验的实现、 各种数学模型和数值计算结果的验证等都离不 开测试技术。
动力工程现代测试技术
传感器的应用领域分布
需要量
111 110 103
111
93
817876Fra bibliotek7055
59 61
47
61 47
36
34 31 31
27
26 21 24 20 14
信 电 科 设 交 输机机家照汽飞船气海环医防光热机
息 信 技 备 通 电床器用相车机舶象洋境疗火能能械
处 电 测 控 控 系 人电机
动力工程现代测试技术
测试系统的组成
被测量
信息获取
感受件
信号传递及加工
信息显示
中间件
效用件
动力工程现代测试技术
压 力 式 温 度 计
中间件
效用件
感受件
动力工程现代测试技术
测量方法分类
直接测量：被测量数据可以直接从测量仪器读出。
直读法 差值法 替代法 零值法
间接测量：测量与被测量有一定函数关系的物理量， 通过计算获得被测量的数值。 组合测量：根据直接测量或间接测量所得的数据， 通过求解方程组求得被测量的数值。
动力工程现代测试技术
绪论
第一章 绪论
测试技术的社会作用 测试的基本概念 测量仪器的组成与分类 测量仪表的特性 现代测试技术
动力工程现代测试技术
测试技术
测试技术的含义
测试技术是测量技术与试验技术的总称，是依靠一定的科学技 术手段定量的描述事物的状态变化和特征。
测试技术的基本任务——获取信息
门捷列夫 科学是从测量开始的,没有测量就没有科学，至少是没有精确的科 学、真正的科学。
钱学森 新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算 机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键和基础。
动力工程现代测试技术
测试技术的基本概念
测量：是指确定被测对象属性量值为目的的全 部操作。具体是指用特定的工具和方法，将被 测物理量与另一同名的作为单位的物理量相比 较，以确定两者之间的比值。 测量三要素：工具、方法、单位 测试：是具有试验性质的测量，或者可以理 解为测量和试验的综合。
（3）仪器是信息的源头技术
动力工程现代测试技术
测试技术的作用
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
动力工程现代测试技术
开尔文 当你能测量你所谈及的事物并将它用数字表示时，你对它便是有 所了解，当你不能测量它，不能将它用数字表达时，你的知识就 是贫瘠的。
方向器有转角传感器、转矩传感器、液压传感器； 悬架：有车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感
器、转角传感器等； 进气压力传感器,空气流量传感器,曲位置传感器,氧传感器,进气温度传
感器,水温传感器：爆燃传感器，有车速传感器，温度传感器 ，轴转 速传感器，压力传感器等，转角传感器、转矩传感器、液压传感器； 车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转角 传感器等
通过测试手段，对研究对象中的有关信息作出比较客观、准确 的描述，使人们对其有一个全面的认识，并达到进一步改造和 控制研究对象的目的。
从广义的角度来讲，测试工作涉及到试验设计、模型试验、传感 器、信号加工与处理（传输、加工和分析、处理）、误差理论、 控制工程、系统辨识和参数估计等内容。
动力工程现代测试技术
测试技术的应用领域
军事技术领域的应用 机电工程中的应用 流程工业设备运行状态监控 产品质量检测 楼宇控制与安全防护 家庭与办公自动化 PC机中的测试技术应用 环境保护
动力工程现代测试技术
举例
主汽温度+1%偏差，汽机效率减少3.7%；主汽流量-1%偏差， 成本增加1%
项目
• 大型发电机组 • 大型石油化工厂 • 钢铁厂 • 电站 • 飞机 • 汽车
据； 水温传感器：检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息； 爆燃传感器：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给ECU
根据信号调整点火提前角。
动力工程现代测试技术
用在底盘控制方面的传感器 这些传感器主要应用在变速器、方向器、悬架和ABS上。 变速器：有车速传感器、温度传感器、轴转速传感器、压力传感器等，
传感器数量
3000 6000 20000 5000 3600 30～200
动力工程现代测试技术
动力工程现代测试技术
用在电控喷油喷射发动机上的传感器 进气压力传感器：反映进气管内的绝对压力大小的变化，是向ECU
（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号； 空气流量传感器：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷油时