热力测试技术

一、课程介绍

《热力测试技术》是阐述热能与动力工程领域中各主要测量参数的测量方法、测试系统、测试数据整理与分析等方面的一门学科基础课，它既有系统的理论又有较强的实践性和技术性。本课程的主要任务是使学生掌握热力测试的主要测试方法，测试仪表的一般选用原则，以及测试结果的整理和误差分析；掌握热力测试中的基本参数（温度、压力、流量）以及内燃机功率、有害污染物、振动和噪声测量中所使用仪器的基本原理、选用原则、测量误差形成原因的确定；通过典型实验，使学生掌握基本实验方法、仪器使用操作规范、数据的获取及处理分析能力，提高实际应用技术水平。同时，本课程在培养学生实际工程应用能力的基础上，着重测量方法和原理的掌握，使学生打下良好的热力测试技术的理论基础，并能适应未来新型测试仪表的学习和使用。

Introduction

The "Thermal Testing Technology" is a discipline basic course that describes the measurement methods, test systems, test data collection and analysis of mainly measurement parameters in the field of thermal and power engineering. This course not only has systematic theory but also has strong practicality and technicality. The main task of this course is to enable students to master the primary test method of thermal testing, the general principle of selection test instruments, the sorting and analysis of the test results. It also can make students master the work principles、selection principles and the cause of the error measurement of measurement instruments for basic parameters (temperature, pressure, flow), internal combustion engine power, harmful pollutants, vibration and noise and so on. Meanwhile, through the typical experiments students can master the basic experimental method, instrumentation practices specifications, data acquisition and analysis abilities and improve practical application. This course focuses on making the students master the measurement methods and principles that based on the practical application abilities, and lay a good foundation of thermal testing technology, and be able to learn and use new type of instrument in the future.

课程基本信息

1. 教学大纲

   1、教学目的

   《热力测试技术》是能源与动力工程专业的主要专业课之一。该课程为专业必修课.该课程是连接能源与动力工程基本理论和工程实际过程的重要环节。测试技术作为重要的实验手段，在能源工程及热能与动力工程中占有重要的地位。

   该课程应在物理学、热力学、传热学和流体力学的先修基础上完成。其教学目的与任务是：使学生掌握各热工参数的测量方法和基本原理。常用仪器、仪表的选择和使用。对测量结果能够进行初步的误差分析和数据处理。特别着重加深学生对仪表原理的认识，结合实际工程热力设备的具体对象，了解各项热工测量方法和特性，为今后使用各种新型仪表奠定一定基础。通过本课程的学习，培养学生独立进行热工试验测试的能力。并具有较为全面的热工测试技术知识和较为深入的理论基础。

   2、教学要求

   熟悉主要热工参数的测量方法，了解典型仪器的基本工作原理、特性。

   掌握常用热工仪表的基本特点，并能正确选择各热工参数的测量方法、测量仪表及检 测方法，并能正确安装使用。

   能分析计算参数测量误差，明确误差的来源，具有一定的数据分析和处理能力。

   在培养学生实际工程能力的基础上，着重测量方法原理的掌握，使学生打下良好的热工测量理论基础，以适应未来新型测试仪表的使用。

   课程在以讲授课程基本内容的基础上，注重学生独立能力的培养，在必要的教学环节上，加强习题课和讨论课；重视实验和实践环节的教学工作，为课程设计和毕业设计打下一定基础。

   3、预备知识或先修课程要求

   要求同学掌握概率与数理统计、物理、流体力学、电工学、工程热力学、传热学等课程。

   4、教学方式

   以课堂教授为主，配以适当的讨论。课堂讲授中采用多媒体授课和板书授课相结合；实验部分以学生分组操作为主，教师仅起指导及监督作用。

   5、实验环境和设备

   1)实验环境：热能工程系实验室、内燃机工程系实验室

   2)实验设备：热电偶制作与标定实验、热电偶串并联实验、电阻温度计标定及不同线制接法实验、物体表面温度场测量实验、热流密度测量实验、湿度露点测量实验、压力测量实验、管内空气流速、流量测量实验、多种流量表流量测量实验、泵与风机性能测试实验、内燃机示功图制取实验、发动机排气污染物测试实验

   6、课程教学内容及学时分配

   第1章 绪论（2学时）

   1.1热工测试技术课程的目的、任务和基本要求（0.5学时）

   1.2热力测试技术发展概况（0.5学时）

   1.3 热工测量的基本概念，测量方法分类（1学时）

   教学重点：热工测量的基本概念，基本参数，测量的分类含义

   习题作业：无

   学习要求：掌握热工测量的基本概念，基本参数，测量的分类。

   第2章 测量误差分析（3学时）

   2.1 测量误差的来源与分类（0.5学时）

   2.2系统误差（0.5学时）

   2.3随机误差（0.5学时）

   2.4随机误差计算（1学时）

   2.5有效数字与计算方法（0.5学时）

   教学重点：准确度、精密度、精确度定义及三者关系；测量误差分类及定义；系统误差产生原因及消除方法；随机误差分布特性；标准误差、可信度、残差、极限误差定义；随机误差直接测量和间接误差测量计算；有效数字定义及计算方法。

   习题作业：随机误差直接测量和间接误差测量计算

   学习要求：掌握随机误差分析理论。了解系统误差分析方法、有效数字与计算方法。

   第3章 测试仪表基本知识（2学时）

   3.1测量仪器组成和分类（0.5学时）

   3.2测试仪表的主要技术指标（1.0学时）

   3.3测量仪表的动态特性及误差（0.5学时）

   教学重点：测试仪表的基本功能及只要技术指标定义和计算，仪表定级及选择，一阶和二阶仪器的动态响应特性。

   习题作业：仪表使用相关计算。

   学习要求：本章要求学生了解测试仪表的基本功能和主要质量指标，理解仪表的动态特性和动态误差，掌握振幅—频率特性、相位—频率特性的分析和应用。

   第4章 温度测量（6学时）

   4.1温度、温标及温度测量的概念（0.5学时）

   4.2 常用测温仪器分类（0.5学时）

   4.3接触式温度计（4学时）

   4.4非接触式温度计（辐射式高温计和红外温度计）（1.0学时）

   教学重点：温度测量的基本方法原理和概念、测量误差来源和分类

   习题作业：无

   学习要求：理解温度、温标及温度测量的概念，及常用测温仪器分类；掌握膨胀式温度计（液体、固体、气体）的测量原理及使用方法；掌握热电偶工作原理，热电偶的材料及其特性，热电偶的冷端温度补偿，热电偶的结构、制作和应用，典型热电偶的测量线路及二次仪表的工作原理；掌握热电阻的工作原理、材料，热电阻结构与应用，典型热电阻的测量线路及二次仪表使用、及热电阻产生误差原因；掌握辐射式高温计的测温原理、了解应用和使用方法；掌握温度计测温的误差，温度计的校准方法。

   第5章 压力测量（5学时）

   5.1压力测量的基本概念（0.5学时）

   5.2常规测压方法和传感器（2.0学时）

   5.3气流压力测量（1.0学时）

   5.4内燃机气缸动态压力测量（1.0学时）

   5.5测压仪表的标定（0.5学时）

   教学重点：压力测量的基本概念、常用压力测试方法的基本工作原理和使用概要。

   习题作业：无

   学习要求：理解压力测量的基本概念，压力的基本定义；掌握机械式（液柱式、弹性式、活塞式）压力测量方法的原理、特性，使用方法；掌握电气式压力计测量方法的基本工作原理；了解压力测量在内燃机中的应用，测试系统基本组成、上止点相位的确定方法，示功图测录过程误差分析；了解压力测量仪表的选择和使用概要。

   第6章 流速、流量测量（7学时）

   6.1皮托管测速技术（0.5学时）

   6.2热线（热膜）测速技术（1.0学时）

   6.3激光多普勒及粒子图像测速技术（1.0学时）

   6.4流量计类型及选取原则（0.5学时）

   6.5节流式流量计（1.0学时）

   6.6涡轮流量计（0.5学时）

   6.7其他典型流量计（2.5学时）

   教学重点：各种流速、流量测量方式的原理及使用要点。

   习题作业：无

   学习要求：了解流量的概念，流量测量方法分类及主要形式；掌握容积式、速度式、差压式及质量式测量的基本原理及特性；重点掌握各种具体测量仪表的工作原理、特性、使用情况；了解工作原理的公式推导及主要仪表参数分析；重点掌握皮托管测速仪、多普勒激光测速仪、热线风速仪、节流式流量计、涡轮流量计及浮子流量计工作原理。了解其他典型流速和流量计工作原理，并了解其形式和特点，包括：椭圆齿轮流量计、旋转活塞流量计、腰轮流量计、刮板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计；靶式流量计，转子流量计、进口流量管；双涡轮质量流量计、量热式质量流量计、压差式质量流量计、格里奥流量计、角动量式流量计、组合式质量流量计、振动管密度计。重点掌握各种形式的基本测量原理和特点；了解节流装置管内流动状态及压力变化特性，以及取压力基本方法。了解标准节流装置的设计思想及使用情况。

   第7章 转速、扭矩和功率测量（3学时）

   7.1转速测量（0.5学时）

   7.2转矩测量（0.5学时）

   7.3功率测量（2.0学时）

   教学重点：各种测功器工作原理及工作特性。

   习题作业：无

   学习要求：掌握水力测功器的基本工作原理、工作范围及其依据、基本类型，测功器和发动机配合工作的稳定性；掌握直流电力测功器的工作原理、工作范围及其依据，以及运行方式；了解电涡流测功器基本构造、工作原理、工作范围及其依据；了解测功器的稳定性比较，使用方法、测功器误差及校正。了解典型扭矩仪工作原理；了解磁电式、光电式转速传感器的工作原理及其应用，转速基本测量方法。

   第8章 内燃机排气成分测定与分析（2学时）

   8.1色谱分析仪（0.5学时）

   8.2红外气体分析仪（0.25学时）

   8.3氧含量测量（0.25学时）

   8.4氮氧化物测量（0.25学时）

   8.5烟度测量（0.75学时）

   教学重点：气体成分和固体成分测量的基本方法及其测量原理。

   习题作业：无

   学习要求：理解典型气体成分测量仪器（氧含量、CO2/CO、HC、NOX和气体成分的色谱质谱等）的测量原理；理解烟度和微粒测量原理；掌握内燃机尾气测试中测试仪器的选择及应用。

   第9章 振动与噪声测量（2学时）

   9.1振动测量的基本原理（1.0学时）

   9.2典型测振仪与激振器（0.5学时）

   9.3噪声的基本概念（0.5学时）

   教学重点：振动产生原因、分类，振动测量的基本原理。

   习题作业：无

   学习要求：掌握振动产生原因、分类，振动测量的基本原理、系统及内燃机振动测量方法；了解声场、声压级、声功率和声级等的概念及计算方法；了解噪声评定值：响度级、计权升级、统计升级、等效声级的概念。

   7、实验项目内容、学时分配、实验小组

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

笔试（闭卷），成绩按照平时成绩30%和试卷成绩70%分布，其中平时成绩按照出勤、作业和实验完成情况评定。

9、其他说明

根据本专业的特点，授课及实验内容可以有所侧重或选择。