本科生教育

热工测量技术课程教学大纲

课程编号:08130071

课程类别:专业教学课程

授课对象:热能与动力工程专业

开课学期:第五学期

学分:2学分

主讲教师:俞卫刚

指定教材:郑正泉、姚贵喜、马芳梅、戴汝平,《热能与动力工程测试技术》,华中科技大学出版社,2001

教学目的:《热工测量技术及测量仪表》是热能,动力,建筑环境与设备工程等专业的技术基础课。学习本课的目的是为了了解热工测量的一般理论,学会使用一般的热工测量仪器和仪表,并学会运用数据处理理论和热工测量仪表进行简单实验布置及完成数据处理得出科学的结果。使学生达到以下基本要求:

1.了解热工测量的一般理论及过程。

2.掌握测量中的误差与数据处理理论。

3.掌握常用热工测量用仪器仪表的使用技术。

4. 掌握误差分布理论及简单实验布置。

教学内容

绪论

课时:1周,共2课时

测量及其技术的作用,特点,分类。测量的意义。

 

第一章 测量系统概论及误差分析简介

课时:4周,共8课时

教学内容

第一节测量的基本概念

一、被测量

二、测量过程

测量及其过程的定义。

三、测量方法

精度。误差。测量方法分类。

四、测量系统

测量系统组成:感受件,中间件,显示件。

五、测量元件

六、测量仪表的主要性能

仪表分类。测量仪表的范围与选用。精度,稳定性,静态特性,动态特性。

第二节误差的基本知识

一、测量误差的分类

随机误差定义及其特性。误差函数的分布规律。

二、误差理论基础

直接测量的平均值,方差,标准误差,有效数字和测量结果表达。

间接测量最优值,标准误差,误差传播理论,微小误差原则,误差分配。

三、接测量中的误分析

组合测量原理,最小二乘法原理,组合测量的误差。

变量关系测量原理及其应用,经验公式法。

相关系数,回归分析,显著性检验及分析。

过失误差处理:拉依达准则,GRUBS法,t-分布法等。

系统误差处理:性质,发现方法,判别准则,消除方法。

误差的合成定律。

思考题:

1、在实验中有哪些测量方法?直接测量与间接有哪些不同之处?

2、举例说明一个复杂测量系统的组成,并说明各部分的作用?

3、仪表的性能有哪些?工业上常用仪表的精度等级有哪些?

4、何谓仪表的频响特性?为何要求仪表有良好的频响特性?

5、误差分布曲线有何特点?

6、误差的表示方法有哪些?常用的有几种?它们之间的定量关系如何?

第二章 温度测量

课时:2周,共4课时

教学内容

第一节 测温原理及温标

一、测温的热力学原理

二、温标

温标:热力学温标,国际实用温标,摄氏温标,华氏温标。

第二节 热电偶测温技术

一、热电偶测温原理

热电效应

二、热电偶回路的基本定律及其应用

热电回路性质及理论,热电材料,热电偶结构,使用方法。

三、热电偶参比端温度的恒定及补偿

四、热电势测量电路

五、几种常用的热电偶及其性能

六、热电偶总温探针及其在高速气流温度测量中的应用。

第三节

热电阻测温技术

一、电阻测温原理

热电阻测温原理计性质

二、金属热电阻温度计

常用材料

三、热电阻结构

常用组件

四、半导体电阻温度计

五、电阻测温线路

使用方法。

第四节其它形式的温度计

一、二极管温度计

二、光学高温计

三、红外测温仪

热辐射测温原理及其应用:单色辐射温度计,全色辐射温度计,比色辐射温度计。

第五节温度计的选择、安装与标定

一、温度计的选择

二、常温及高温测量中温度计的安装

三、低温测量中温度计的安装

四、温度计的标定

五、温度计标定的自动化

测温布置技术。

思考题:

1、有两个热接点的温度分别为200℃和800℃,问能否用两支热电偶串联起来,一次性地测量该两点的平均温度?如果能,在技术与操作上应有哪些要求?

2用镍铬-镍硅(K)热电偶和与其配套的动圈仪表(量程0800)测量温度时,未用补偿导线和补偿器,仪表机械零点在标尺0℃处:

(1)当仪表指示在200℃处,冷端温度为25℃时,对象温度应为多少?

(2)若对象温度未变化,冷端温度为50℃,则仪表将指示在什么温度?

第三章 压力测量

课时:2周,共4课时

教学内容

第一节 压力的基本概念

一、压力的定义

二、压力的分类

第二节 稳态压力的测量

一、流体稳态压力测量的基本原理

二、流体静压的测量及静压探针

三、滞止压力的测量及总压探针

四、压力探针的测量误差分析

第三节 稳态压力指示仪表

一、液柱式压力计

重力平衡式压力测量:液柱式压力计,活塞式压力计。

二、弹性式压力计

弹力平衡式压力测量:弹簧管式压力计,膜式压力计,波纹管式压力计。

第四节动态压力测量

一、应变式压力传感器

二、压电式压力传感器

压力信号变送及传感:电阻应变传感器,电容传感器,

三、电感式压力传感器

电感传感器

四、电容式压力传感器

五、压阻式压力传感器

压阻式压力计,压电式压力计。

压力仪表的选用和安装。

六、压磁式压力传感器

七、霍尔效应压力传感器

霍尔应变传感器

第五节

压力传感器及压力测量系统的标定

一、静态标定

二、动态标定

第六节 压力仪表的安装及测压系统的组成

一、普通压力测量系统

二、水蒸气压力测量系统

三、易蒸发液体压力测量系统

四、层分离及相分离液体压力测量系统

五、凝固性液体压力测量系统

第七节 真空测量

一、基本概念

二、低真空测量仪

三、高真空测量仪

四、磁控放电真空计

五、放射性电离真空计

六、真空测量仪表的使用与安装

思考题:

1、根据压力的定义说明静止流体的静压和稳态运动流体的静压之间的差别。

2、静压探针和总压探针在结构上有什么不同?它们分别是根据什么原理制成的?

3、静压探针通常有哪几种形式?各有什么特点?

4、总压探针通常有哪几种形式?总压探针选用的原则是什么?

5、压力探针的测量误差是由哪些因素造成的?如何减小这些误差?

6、常用的液柱式压力计有哪几种形式?各有什么特点?

7、弹性式压力计通常有哪几种形式?试述它们的测压范围和使用注意事项。

第四章 流速与流量的测量

课时:3周,共6课时

教学内容

第一节 液体速度大小的测量

一、速度探针

二、可压缩性气流速度测量的影响

流速测量原理。

第二节 二维流场中流动方向的测量

一、方向探针

二、二维流场中流向的测量

动力测速法:L型动压管,园柱型三孔测速仪,三管型测速仪

第三节 三维流场中流向的测量

一、测量方法

二、测量探针

第四节 热线风速仪

一、探头及其形式

热敏电阻法。

二、工作原理和测速的数学表达式

机械风速仪的测量原理及结构。

三、热线测速的方法

热线风速仪的测量原理及结构:恒温测量法和恒功率测量法

四、热线风速仪的方向特性

流速测量布置技术

第五节 激光多普勒测速仪

一、激光多普勒测速仪的工作原理

二、激光多普勒测速仪的光学部件

三、激光多普勒测速仪信号处理系统

第六节 流量测量方法概述

第七节 节流压差式流量计

一、基本原理

节流法测流量原理,测量范围,节流装置类型及使用方法。

二、标准节流装置

三、标准节流装置的有关参数

四、标准节流装置中的管道

五、流量测量误差

第八节 速度式流量计

一、涡轮流量计

容积法测流量:称量式测流量,齿轮流量计。

二、涡街流量计

三、进口流量管

其他流量计:转子流量计,靶式流量计,涡轮式流量计,

电磁式流量计,超声波流量计,激光流量计。

四、流速法测量流量

流量测量的布置技术。

第九节 其它形式的流量计

一、罗茨流量计

二、浮子流量计

思考题:

1、简述测速探针测量速度的原理。

2、在高速气流中测速,为何要考虑可压缩性的影响?

3、简述二元气流的测向原理。

4、简述圆柱形三孔探针测量气流方向、总压、静压和速度的方法及步骤。

5、如何利用球形五孔测量空间气流方向。

6、简述孔板测量流量的基本原理,说明它的使用条件。

第五章 液面测量

课时:1周,共2课时

教学内容

第一节 低温液体液面的测量

一、电阻式低温液面计

液位测量原理

二、超导式低温液面计

三、电容式低温液面计

直读式测液位,压力法测液位,浮力法测液位,电容法测液位,

四、差压式低温液面计

液位测量的布置及误差消除方法。

第二节 常温及高温液面的测量

一、静压式液面计

二、连通器式液面计

三、差压式水位计

思考题:

1、试述电阻式低温液面计的工作原理和电热丝的作用。

2、定点式超导液面计和连续式超导液面计的结构和测量电路有何不同?

3、电容式低温液面计和电容式压力传感器在原理上和结构上有哪些差异?

4、差压式低温液面计是由哪几个主要部件组成的?它为什么不宜用于液氢、液氦?

5、什么叫做汽包重量水位?如何计算汽包当地水位指示值与汽包重量水位值的差别?

6、在锅炉运行中差压式汽包水位计的主要误差来源是什么?

第六章 气体成份

课时:1周,共2课时

教学内容

第一节 气相色谱分析法

一、色谱法原理

气体成份测量原理,采样方法。

二、分析系统的组成

三、色谱柱及固定相

四、检测器

五、色谱图及色谱仪的定量分析

第二节 氧气分析仪

一、氧化锆氧气分析仪

磁性氧量计测量法。氧化锆氧量计测量法。气相色谱分析仪测量法。

二、热磁式氧气分析仪

第三节 红外气体分析仪

第四节 化学发光气体分析仪

第五节 烟度计

一、波许烟度计

二、哈里特奇烟度计

三、PHS烟度计

四、重量式烟度计

气体成份的工业与实验室测量要点。

思考题:

1、如何由色谱图得知某组分的浓度?色谱图中的基线位置取决于什么?

2、氧化锆氧气分析仪的工作原理是什么?从其结构上来看,欲提高其测量精确度应如何加以考虑?

3、热磁式氧量计的基本工作原理是什么?什么是磁风?它是如何形成的?

4、红外气体分析仪的工作原理是什么?

5、排烟中的烟度怎样测量?试举几种烟度的测量方法。

第七章 转速及功率测量

课时:2周,共4课时,实验2课时

教学内容

第一节 转速测量方法概述

第二节 数字式转速表

一、转速传感器

二、数字式测速仪

第三节 激光转速仪

第四节 功率测量概述

第五节 转距的测量

一、相位差式转矩仪

二、应变式转距测量仪

第六节 电机功率测量

第七节 测功器

一、电力测功器

二、水力测功器

思考题:

1、试述转速传感器按原理分哪几种?它们是如何将转速转变为电信号的?

2、阐述数字式测速仪测量原理。

3、试述磁电式转矩传感器测量转距的原理;传感器主要组成部分及作用;并说明传感器要分成多种规格

4、阐述数字转距测量仪时基信号器系数开关选择的依据是什么?

5、应变转距测量系统由哪几部分组成?

 

参考书目:

1、吴永生,方可人.热工测量及仪表.北京:电力工业出版社,1981.

2、何适生.热工参数测量及仪表.北京:水利电力工业出版社,1990.

3、叶大均.热力机械测试原理.北京:机械工业出版社,1984.

4、宋耑,燕欣之.热工测试技术及研究方法.北京:中国建筑工业出版社,1986.

5、吕祟德等.热工参数测量与处理.北京:清华大学出版社,1990.

6、徐大中.热工与制冷测试技术.上海:上海交通大学出版社,1985.

7、朱德祥.流量仪表原理和应用.上海:华东化工学院出版社,1992.

8、严兆大.内燃机测试技术.杭州:浙江大学出版社,1994.

9、张仲礼等.热学式分析仪器. 北京:机械工业出版社,1984.

10、周昌震行.分析仪器. 北京:机械工业出版社,1984.

11、刘允嘉,杨本法.动力机械测试基础.上海:上海交通大学出版社,1988.

12、张秀彬.热工测量原理及其现代技术.上海:上海交通大学出版社,1995.

执笔人:俞卫刚

_2005___12___1__

 


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