热工测试技术

二 测量方法与对象 1．对象 力学测量 位移、速度、加速度、尺寸、 转矩、惯量、振动…… 热工测量 压力、温度、湿度、流量、 浓度(ppm)、粒径(PM10)、功率…… 电学测量 电压、电流、电阻、磁场、 电功率……
状态： 等精度—— 非等精度—— 动态——（台风如何形成的，地震预报……） 稳态—— 接触式—— 非接触式——（光学，辐射……） 点测量—— 场测量——
2、转换和处理部分 将感受元件输出信号转换成显示部分易于接 收的信号。 一般传感器输出的信号很小，如电压为毫伏 级，电阻为微欧级，这就需要信号放大。 如输出信号为电感，电阻，电容量，一般需 通过电路将其转换处理为电压或电流信号。
3、信号显示传输 直接显示——指针式仪表，模拟显示与 数值显示 A/D转换（接口技术） 计算机 计算 机辅助测试系统（CAT）——数据采集， 分析、运算（软件），显示，拷贝 数字仪表
U型管内水的张力和粘性力 环境温度、湿度、压力偏差 仪表轴摩擦 用买菜电子秤去秤金项链，价格为零 大量程仪表测小量程 斜视、仰视、俯视看指针 安装工艺、间隙 CKD、DKD、SKD组装与 原装差异 零位漂移 其误差产生的原因经分析可知，一般可以 消除或尽可能降低（代价）
2）随机误差 定义——在等精度的重复测量中，受大量 微小的随机作用，测量误差的出现没有一 定的规律，其数值的大小和符号均不固定， 难以消除。 随机误差始终存在，顺从统计规律，决定 测量的精密度，即表示测量值相互接近的 程度（测量值的重复性） 紊流流动、紊流燃烧、四季气温 为提高测量精度，就得进行多次测量
3）过失误差（粗大误差） 定义——人为过失造成歪曲测量结果（失 真、记录、方法、仪器、操作错误……） 应按一定的准则将坏值予以剔除 正确度与精密度的综合，反映了测量的准 确度 ——正确度高，准确度一定高 精密度高，准确度不一定高 有时系统误差和随机误差不能严格区分， 如电视机、电脑、仪表工作不稳定
测 试 误 差 分 析
测 试 系 统 特 性
传 感 器 技 术
Baidu Nhomakorabea
智 能 虚 拟 仪 器
温 度 流 量 测 量
压 力 流 速 测 量
转 速 扭 矩 测 量
烟 度 湿 度 测 量
学习方法： 学习方法：
热工测试技术是一门与动力机械工 精密仪器、材料科学、 程、精密仪器、材料科学、微电子 技术、 技术、信息技术密切相关的快速发 展的学科。 展的学科。为弥补书本教材内容滞 后于学科发展的问题， 后于学科发展的问题，在教学内容 上我们采编了很多素材和案例。 上我们采编了很多素材和案例。
一 测量的意义
测量过程是采集和表达被测物理量，同时与标准 作比较。 测量是人类对自然界的客观事物取得数量观念的 一种认识过程（日常生活中的“三表”、天气预报、 卫星导航定位、地质勘探、考古研究半衰期、空气 质量指数、B超、CT、核磁共振……） 科学技术发展与测量技术的不断完善是紧密相关 的（实验物理学家、实验科学、高能加速器、激光 测速仪、运动会的电子显示计时仪……以实验为依 据和基础……）
2．测量方法 直接测量——被测物理量直接与校准物理 量单位进行比较，或测量结果直接从预先标 定好的测量仪器上得到 （如水温计、压力 表、电流电压表、U型管测压） 间接测量——未知量与若干个变量相关， 现分别对若干个变量进行测量，然后按一定 的函数关系确定其被测量，存在误差传递与 综合、函数关系的正确性。
例： 口腔体温表，满量程42℃，绝对误差为0.1℃， ＝±0.0023＝±0.23％≈±2.5‰
2． 误差的表达形式 绝对误差 ∆x = x − x0 ——只表示误差 ′ 量值的大小 ， 结果表达 x 0 = x ± ∆ x
′ 结果的精度 ，结果表达 x 0 = (1 ± δ ) ⋅ x
相对误差 δ = x × 100% ——能表达测量
∆x
工程上不注明允许误差，是不可取的
例：转速 如测量值为 (1500 ± 1) r/min (750 ± 1) r/min 例：温度(42.0 ± 0.1)℃
上海主要大桥
松浦大桥1976年建成通车，是黄浦江上第一座 大型桥梁，也是黄浦江上唯一的铁路、公路两用 桥梁。 南浦大桥1991年建成，主桥846m， 全长7149m ± 杨浦大桥1993年建成，主桥1172m，全长7658m 徐浦大桥1997年建成，主桥1000m，全长6017m 奉浦大桥1995年建成， 全长2318m 卢浦大桥2002年10月18日“世界第一拱”精准 合龙，投资22亿，钢结构550m，宽28.75m，主桥 750m，全长3900m。20℃，± 1℃误差10mm。
五 、测量数据与误差表达 对某物理量进行等精度n次测量，得到一组 测量值，如何表示其测量结果，如何对一些 可疑值进行处理，数据的可信度是多少？ 一般步骤： 记录测量时日期及大气状态 记录仪器仪表本身的测量精度，生产厂家、 型号 测量次数n要求足够大（避免随机、过失误 差…...） 拟定一个危险率（可能把好值判错的概率 或把坏值判为好值的概率）
±
上海地理
上海市，位于北纬31度14分， 东经121度29分。 上海市面积6340.5平方公理，南北长约120公里，东西宽 约100公里。 其中市区面积2643.06平方公里，郊县面积 3697.44平方公里； 陆地面积6219平方公里，水面面积 122平方公里。境内辖有崇明岛，面积为1041平方公里， 为我国第三大岛。 上海年平均气温16℃左右。 全年无霜期约230天，年平 均降雨量在1200毫米左右，但一年中60％的雨量集中在5 至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三个雨期。7、8 月份气温最高，月平均约28℃；1月份最低，月平均约 4℃。
测量技术反映了一个国家经济发展的总体水平（激光三坐标测 量、快速成型技术） 完善测量技术，防止和减少误差的产生（中医搭脉、B超、CT 、核磁共振；测量是控制的依据，控制是测量的目的 测量是控制的依据， 测量是控制的依据 控制是测量的目的，质与量 ，DNE，消费者协会3.15，生产线的加工自动检测与诊断…… ） 测量技术是研究有关测量方法和测量工具的专门学科（有测量 必有误差，如何控制在被允许的范围内，可信度、不合格率 ppm，汽车零部件生产的检测，误差的处理准则） 计量是将物理量与其单位定义作比较的一种实验科学，是测量 的特例
教学方法： 教学方法：
解决课本教学存在的问题： 解决课本教学存在的问题： 1.测试技术应用、发展部分空洞； 测试技术应用、 测试技术应用 发展部分空洞； 2.传感器部分没有实物对象 、 枯燥无 传感器部分没有实物对象、 传感器部分没有实物对象 味； 误差分析和综合理论部分难懂。 以案例和实验为主线： 误差分析和综合理论部分难懂 以案例和实验为主线： 3.误差分析和综合理论部分难懂。
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，具有很强实践性。 基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设 实验和仿真实验。 实验和仿真实验。 只有通过足
够的实验和 仿真实验操 作，才能得 到应有的实 际动手能力 培养和更好 的掌握书本 知识。 知识。
理论学习、实 理论学习、 践学习、 践学习、研究 学习三元并重. 学习三元并重.
北京奥运会在100米蝶泳决赛中，菲尔普斯最后 的成绩是50秒58，查维奇是50秒59。 判断游泳比赛获得胜利的标准不是看谁先触壁， 而是谁首先给安装在终点墙壁上的计时器以足够的 压力。而水下摄像机所拍到的影像只是成为判断计 时器成绩的辅助工具。 有效计时需要运动员在每平方厘米的作用单位上 施加3公斤的重量才可以。但在游泳比赛中，加上 运动员冲刺时水波的作用力，运动员可能只需要每 平方厘米施加1.5公斤的作用力就可以。
三 、测量系统组成 测量系统组成是为一定的测量目的与要求而设计 一般由感受元件（传感器），转换、放大、处 理，信号显示传输三部分组成 一次仪表 二次仪表 显示 1、感受元件 一般将感受的被测物理量变换为电参数向外传输 （非电量参数……如温度……水银柱位移信号） 要求不破环原先的状态（流场），抗干扰能力 强，线性度好，动态变换速度尽可能快
奥运计量工作
要求检测仪器具有足够灵敏、准确，可靠。 比赛场地的长度标准化、比赛器械的规格标准 化、比赛成绩的精确计算（如时间的精确度可达 到1/1000秒 ），以及比赛环境温度、湿度和风速 等的计量。 食品安全检测、兴奋剂检查。 拳击、柔道、举重等比赛项目运动员称重。 游泳池两池壁间的平行度 、田径跑道的弯道坡 度和起跑线的倾斜度。 各场馆对光源和灯具的严格要求。 提供电磁环境监测计量标准。
四、 测量误差与测量精度 1． 基本概念 从物理量的单位定义到工作量具之间有一系 列的量值传递过程 真值——需要测量的物理量客观存在的真实 数值 测量值——任何测量值只能近似的反映客观 的真实值，即肯定存在着误差（与测量环境 状态，测量仪表精度，测量方法的完善性， 测量人员的素质，测量对象的差异，测量数 值的随机性有关）
课程网络学习资源： 课程网络学习资源：
1.热工测试技术电子教案 热工测试技术电子教案 2.热工测试技术网络课件 热工测试技术网络课件
http://www.sjtuirc.sjtu.edu.cn/jpkc/wangwen/index.htm
轨迹跟踪
仓储模型
机械手
培养学生在实践中对知识融会贯通， 培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习 和解决问题的能力 。
热工测试技术
第一章
测量技术概述
课程内容： 课程内容：
本课程主要介绍工程热物理、动力机械工程等领域 本课程主要介绍工程热物理、 中常见物理量(压力、应变、转矩、功率、位移、加速度、 中常见物理量(压力、应变、转矩、功率、位移、加速度、 噪声、温度、流速、流量、污染物等）的传感器测量原理、 噪声、温度、流速、流量、污染物等）的传感器测量原理、 测量电路原理和测试系统特性、测量误差分析。 测量电路原理和测试系统特性、测量误差分析。 主要内容如下
δ = 0.067% δ = 0.133%
δ = 0.24%
δ = 0.10%
(100.0 ± 0.1)℃
3. 测量误差的来源与分类 根据误差产生的原因分三类 1）系统误差 定义：对某物理量进行等精度的系统测 量，误差的绝对值和符号均保持稳定 （常值），或者按照一定的规律变化 （变值） 来源：由仪表制造、安装精度、采用方 法、环境状态、测量人员的严密程度所 致 系统误差决定了测量的正确度，说明测 量结果偏差真值的程度
上海950年一遇地震，烈度7 3280年一遇地震，烈度8.5 12级台风 36 m/s，风荷载使卢浦大桥相当于自重30～50 ％的力，造成上下数十厘米的等幅振动，软土基上建拱 桥，水平推力2万吨 。
轿车车身由300－500由具有复杂空间曲面薄板冲 压零件，经100多个装配工位（薄板、模具、定位、 焊接）。 “3Sigma法则”，即在稳态下不合格品率达到 3Sigma 2.72‰（10-3，千分率）的水平，而现在则提出 “6Sigma法则”，即在稳态下不合格品率达到2PPB （PPM即Parts Per Million，10-6，百万分率，PPB即 Parts Per Billion，10-9，十亿分率）的十亿分率水平。 也就是说，对不合格品率的要求比过去严格了2.2‰ / 0.002PPM=135万倍。
发 动 机 性 能 参 数 测 量
煤气包高度测量
桥梁固频测量
机翼模态分析
索道检测
第一章 测量技术概述
本章学习要求： 本章学习要求： 1.1 测量的意义、测量方法 1.2 测量系统的组成 1.3 典型的智能化测量系统 1.4 测量误差与测量精度 1.5 测量数据与误差的表达
第一章
热工测量技术概述
秦始皇在统一六国后便立即建立了统一的度量衡制度 度量衡制度， 度量衡制度 并对破坏这一制度的人科以严厉的惩罚。说明测量和标准 测量和标准 对促进当时生产发展和社会进步的重要性。 知识的获取往往从测量开始，人类在自身的社会发展中 创造并发展了测量学。 测量的广博性－如今测量已渗透到人类活动的每个领域 。 任何一门学科都可以在测量学中找到它的踪迹。