热能与动力工程测试技术严兆大期末考试总结

发射率是指实际物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射能量的比率测量人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。

它用特定的工具和方法，通过试验将被测量与单位同类量相比较，在比较中确定出两者比值。

稳态参数数值不随时间而改变或变化很小的被测量。

瞬变参数随时间不断改变数值的被测量（非稳态或称动态参数),如非稳定工况或过渡工况时内燃机的转速、功率等。

范型仪器是准备用以复制和保持测量单位，或是用来对其他测量仪器进行标定和刻度工作的仪器，准确度很高，保存和使用要求较高。

实用仪器是供实际测量使用的仪器，它又可分为试验室用仪器和工程用仪器，特点是前者需要提供标定资料后者不需要，前者比后者有更高精确度。

恒定度仪器多次重复测量时，其指示值稳定的程序，称为恒定度。

通常以读数的变差来表示.灵敏度它以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例S来表示。

灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量,感量是足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值。

一般仪器的灵敏度阻滞应不大于仪器允许误差的一半。

指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，又称时滞。

测量值与真值之差称为误差。

因子在试验中欲考察的因素称为因子。

因子又可分为没有交互作用和有交互作用的因子，前者是指在试验中相互没有影响的因子，而后者则在试验中互相有制抑作用。

水平每个因子在考察范围内分成若干个等级，将等级称为水平压电晶体具有压电效应的晶体称为压电晶体中间温度定律用两种不同的金属组成闭合电路，如果两端温度不同，则会产生热电动势。

其大小取决于两种金属的性质和两端的温度，与金属导线尺寸、导线途中的温度及测量热电动势在电路中所取位置无关均质材料定律如用同一种金属组成闭合电路则不管截面是否变化，也不管在电路内存在什么样的温度梯度，电路中都不会产生热电动势中间导体定律在热电偶插入第三种金属，只要插入金属的两端温度相同，不会使热电偶的热电动势发生变化。

热电偶的优点测量范围宽，精度高；可实现远距离多点检测；可制成小尺寸，热惯性小，适于快速动态测量、点温测量和表面温度测量。

标准电极定律在热电偶插入第三种金属，插入金属的两端温度不同，发生附加热电动势后的总热电动势，等于各接点之间所产生热电动势的代数和压电效应是指某些结晶物质沿它的某个结晶轴受到力的作用时，其内部有极化现象出现，在其表面形成电荷集结，其大小和作用力的大小成正比，这种效应称为正压电效应。

相反，在晶体的某些表面之间施加电场，在晶体内部也产生极化现象，同时晶体产生变形，这种现象称为逆压电效应光电效应当具有一定能量E的光子投射到某些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变化，从而实现了光—电转换过程外光电效应在光线作用下能使电子逸出物质表面的称为外光电效应，有光电管、光电倍增管等。

内光电效应:在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应。

属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。

光生伏特效应:在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为光生伏特效应，转换元件有光电池和光敏晶体管等。

用单位辐射通量不同波长的光分别照射光电管，在光电管上产生大小不同的光电流。

这里，光电流I与光波波长λ的关系曲线称为光谱特性（用不同波长的光分别照射光电管，在光电管上产生不同大小的光电流，光电流I与光波长λ的关系曲线称为光谱特性曲线。

特性曲线峰值对应的波长称为峰值波长，特性曲线占据的波长范围称为光谱响应范围）曲线，又称频谱特性光电特性（光电管在固定阳极电压下，光通量Φ与光电流I之间的关系为光电特性。

光电管的光电特性基本呈线性关系，斜率为其灵敏度）霍尔效应:金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应伏安特性（光电管在光通量一定的情况下，阳极电压与阳极电流的关系为伏安特性，阳极电压大于50V时，光电流开始饱和，阳极电流近似于常数。

真空光电管一般工作于饱和部分，内阻达几百兆欧。

）光敏电阻的基本特性：光照特性：光敏电阻的光电流I 和照度E的关系为光照特性。

不同类型的光敏电阻光照特性不同，多为非线性光谱特性对不同波长的入射光，光敏电阻的灵敏度不同。

温度特性：光敏电阻的光学与电学性质受温度变化的影响很大，随温度升高，其暗电阻和灵敏度都下降，同时温度变化也影响其光谱特性。

右图中，峰值随温度上升向短波区移动。

因此，有时为了提高元件的灵敏度或为了能使用远红外光而采取降温措施。

伏安特性在给点的照度下，光敏电阻两端所加电压U与流过电流I的关系曲线为伏安特性曲线。

由于光敏电阻阻值在一定照度下为定值，因此伏安特性呈线性，无饱和现象。

频率特性光敏电阻光电流的变化存在一定关系，这种关系用时间常数表示。

时间常数时光敏电阻突然由黑暗变为受光照时，电导率变化到终值的63.2%所需的时间。

如图，不同材料的光敏电阻频率特性不同。

光电池基本特性：光照特性：外接负载电阻相对于光电池本身电阻很小时形成短路电流ISC 。

ISC与照度呈线性关系，开路电压U OC与照度非线性，因而测量时光电池作电流源的形式使用。

光谱特性如图，不同材料，峰值位置不同，故应用的光谱范围不同。

依次，实际使用中根据光谱特性，选择合适的光源性质或光电池。

例如，硅光电池对于白炽钨灯在热力学温度2850K时能获得最佳光谱响应。

频率特性光电池的PN结面积和极间电容大，因而频率特性较差。

由图可看出与硒光电池比较，硅光电池的频率特性较好。

温度特性温度特性是指光电池的开路电压U OC、短路电流I SC随温度t 变化的关系。

由于光电池内阻随着照度增强而减小，所以应用光电池作为测量元件时，负载电阻的大小应根据光强的具体情况而定。

总之，负载电阻在可能的情况下应尽量取得小些，以保持光电流与照度间的线性关系。

光敏晶体管特性：光照特性：输出电流与照度间的关系。

照度小于2000lx时，光照特性近线性。

光谱特性：锗管的暗电流比硅管大，所以性能较差，当使用可见光或探测赤热物体时，倾向于硅管，但用红外光进行探测时，锗管因灵敏度较高而应用较多。

伏安特性如图，不同辐照度下的伏安特性就像一般晶体管中不同基极电流时的输出特性一样。

将发射极E与基极B间的PN结附近产生的光电流看作基极电流，就可将光敏晶体管看成一般的晶体管。

频率特性从频率特性曲线可知，减小负载电阻能提高频率响应特性。

霍尔元件基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。

传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。

用应变片进行测量时要胀系数不同，从而使应变片产生附加应变。

除了应变会导致应变片电阻变化外，温度变化也会使应变片电阻发生变化，由此带来的误差称为温度误差。

桥路补偿（又称补偿片法。

电路原理如右图，两片具有相同特性的应变片，将其轴线相互垂直地黏在同一个弹性件表面，应变片的纵轴x-x方向与受力方向一致的为工作片，另一片为补偿片，因位置靠得很近，故可认为二者等温。

当电桥平衡时，RaR2=RbR1，固定电阻的阻值相等，温度变化时，两个应变片上引起的电阻增量也相等，并保持平衡。

电桥的输出由于Ra的变化而产生）应变片自补偿（采用黏贴在试件表面上的一种特定的应变片，当温度变化时，使电阻增量等于零或相互抵消。

常用方法如下：1）选择特定的应变片。

使应变片实现温度自补偿的原理是当温度环境改变时使应变片不产生电阻变化。

2采用双金属敏感栅自补偿应变片。

这种应变片又称组合式自补偿应变片。

3热敏电阻补偿）金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应（金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象），应变片的温度补偿：实际使用中，除了应变会导致应变片电阻变化外，温度变化也会使应变片电阻发生变化，由此带来的误差称为温度误差。

产生温度误差的原因：1、因温度变化引起的应变片敏感栅的电阻变化及附加变形。

2、因试件材料与敏感栅的线胀系数不同，从而使应变片产生附加应变。

应变片优点（灵敏度和精确度高性能稳定；尺寸小重量轻结构简单使用方便响应快；适应性强，可在高温、超低温高压水下强磁场及核辐射等恶劣环境下使用便于多点测量、远距离测量等）温度表示物体冷热程度的物理量，从分子运动论的观点看，温度也是物体内部分子运动平均动能大小的一个量度标志。

温标用来量度温度高低的尺度称为温度标尺，简称温标（热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标tC=5/9（tF-32）。

（玻璃管温度计应该注意的问题：）零点漂移玻璃的热胀冷缩会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度计时，应定期校验零点位置。

露出液柱的校正玻璃液体温度计的温度刻度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的。

测量时外露部分处于环境温度下，若环境温度与标定分度时的温度不同，可按下式修正P102。

玻璃管液体温度计的特点：精确度高，读数直观，结构简单，价格便宜，使用方便。

不能远程运输，不能用于自动测量系统。

热电阻温度计：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性制作的温度计。

热电阻温度计由热电阻、变送器、连接导线和显示仪表等几部分组成，特点：测量精度较高。

响应速度快。

整个测量范围内呈线性关系。

可实现远距离测量显示和自动记录热电阻温度计的校验1比较法：将标准水银温度计标准铂电阻温度计与被校热电阻温度计一起插入恒温源中，在规定的几个温度点下读取标准温度计和被测温度计的示值进行比较，其偏差不能超过规定的最大误差。

根据所需要校准的温度范围可选取冰点槽、恒温油槽或是恒温盐槽作为恒温源。

2两点法。

接触式温度计（测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值）的测量误差：1热力学平衡条件使他们组成热力学系统，并经历足够的时间使两者完全达到热平衡2当被测对象温度变化时，要使传感器的热容和热阻为零，但实际中热容和热阻不可能为零，测温误差不可避免。

3安装误差。

热电偶与被测表面接触方式不同引起的误差：辐射引起的误差、热传导引起的误差、高速气流的温度测量误差、感温元件的响应。

热电偶温度计：原理：利用热电效应制作的感温元件。

接触式温度计的误差：接触式温度计感温元件需要满足的条件：1、热力学平衡条件感温元件与被测对象成孤立的热力学系统，经历足够时间二者达到热平衡。

传感器的热容和热阻为零，被测对象温度变化时，感温元件的温度能实时地跟着变化。

感温元件传热的基本情况：感温元件接受的热量基本上来自两个方面：一是被测介质传给感温元件的热量，包括介质对感温元件的导热、辐射和对流换热；二是由于感温元件阻挡流动介质而在其附近发生气流绝热压缩，因而使流体的动能转变为热能，这种现象在测量高速气流的温度时应当予以足够重视。