《热能与动力机械测试技术》实验指导书

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验一 温度传感器动态标定实验

一．实验目的

1．掌握热敏电阻传感器和热电偶传感器动态性能测试方法。 2．了解根据阶跃响应曲线求取传感器动态特性指标的方法。 3．熟悉测温传感器动态标定系统的结构、组成和使用方法。

二．试验装置

1．被校热敏电阻传感器

2．标准热电偶传感器及数字显示仪表 3．被校热电偶传感器

4．补偿导线及冷接点恒温器 5．恒温水槽 6．保温瓶

7．恒温油槽或高温电炉 8．大气温度计

9.标准水银温度计2只 10.数字存储示波器

11.微型计算机（带GP-IB接口）

三．实验原理

传感器动态标定实验的任务是用动态激励信号激励传感器,使传感器产生动态响应,根据动态标定实验的结果求出一个近似的数学模型（如传递函数），来描述传感器的动态特性，并求出它的动态性能指标。

温度源为恒温水槽(或恒温油槽)，其温度值由标准水银温度计测出。阶跃温度的幅值大小可以通过调节恒温水槽(或恒温油槽)的温度得到。输出信号的阶跃响应由数字存储示波器记录，记录结果可由示波器观察，同时经RS-232或GP-IB接口进入计算机，由计算机内的软件包计算其动态数学模型与动态性能指标。

测取传感器的阶跃响应是获取传感器动态特性的方法之一。阶跃响应的平稳性、快速性和稳态精度可用如下性能指标描述：

时间常数T——输出上升到稳态值的63%所需要的时间。

响应时间T2——输出达到稳态值的95%或98%所需要的时间。

调节时间Ts——在阶跃响应曲线的稳态值附近，取±5%作为误差带，响应曲线达到并不

再超出该误差带所用的最小时间。

峰值时间Tp——阶跃响应曲线超出其稳态值而达到第一个峰值所需要的时间。

上升时间Tr——阶跃响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需要的时间（对欠阻尼系统，

通常指从0上升到稳态值所需要的时间）。

延迟时间Ta——阶跃响应曲线上升到稳态值的50%所需要的时间。

1

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

超调量σ%——在阶跃响应过程中，超出稳态值的最大偏离量与稳态值的百分比。 σ%=[Y(Tp)-Y(?)]/Y(?) 稳态误差Ess——当时间t趋于无穷时，传感器阶跃响应的实际值（即稳态值）与期望值[即输入量X(t)]之差。

Ess=X(t)-Y(?) 上述性能指标中，延迟时间Ta、上升时间Tr和峰值时间Tp均表征系统响应初始段的快慢；时间常数T、响应时间T2和调节时间Ts表示系统过渡过程持续的时间，从总体上反映了系统的快速性；超调量σ%是反映系统响应过程的平稳性；稳态误差Ess则反映了系统复现输入信号的最终（稳态）精度。

四．实验方法和实验步骤

（一）热敏电阻传感器的动态校准 1．求取正阶跃响应：

1）将被测温度传感器置于盛有冰水混合物的保温瓶内（温度为0℃），调节恒温水槽的温度为80℃，设置数字存储示波器的采样间隔。

2）待标准水银温度计示值稳定后，将被测温度传感器迅速插入水槽中，使温度传感器受到一个从0℃至80℃的阶跃温度的激励。

3）用数字存储示波器记录和显示传感器的阶跃响应曲线，由计算机读取传感器的阶跃响应数据，并形成数据文件。

2．求取负阶跃响应：

1）将被测温度传感器置于恒温水槽中，调节恒温水槽的温度为80℃，设置数字存储示波器的采样间隔。记录大气温度计的示值。

2）将温度传感器迅速插入盛有冰水混合物的保温瓶内，得到从室温至0℃的负阶跃温度的激励。

3）用数字存储示波器记录和显示传感器的阶跃响应曲线，由计算机读取传感器的阶跃响应数据，并形成数据文件。

（二）热电偶传感器的动态校准

1）将被测热电偶温度传感器置于盛有冰水混合物的保温瓶内，调节补偿电路使输出热电势为0V，调节测量仪表使显示值为0℃，设置数字存储示波器的采样间隔。

2）使恒温油槽（或高温炉）保持在500℃，温度值由标准热电偶传感器测出，并由数字显示仪表显示。

3）将被测热电偶快速插入油槽（或高温炉）内，记录热电势的变化过程。由计算机读取传感器的阶跃响应数据，并形成数据文件。

五．试验报告

1．根据记录的热敏电阻温度传感器或热电偶温度传感器的动态校准实验数据，画出阶跃响应曲线。

2

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

2．根据实验曲线分别求出热电阻温度传感器或热电偶温度传感器的时间常数T和传递函数。

H(s)=K/(Ts+1) K——静态传递系数（当ω=0时）。

3．根据传感器阶跃响应分别求出延迟时间Ta、上升时间Tr、响应时间T2、调节时间Ts和稳态误差Ess。

测量数据记录表

热敏电阻温度传感器动态标定实验记录表(正阶跃响应)

序初始温稳态温号 度(℃) 度(℃) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 传感器初始电 传感器示波器电示波器时延迟稳态电压灵敏度间坐标 时间 上升时间 响应时间 调节时间时间常数 稳态误差Ess 压(V) 压(V) (V/div) (s/div) Ta(s) Tr(s) T2(s) Ts(s) T(s)

热敏电阻温度传感器动态标定实验记录表(负阶跃响应)

序初始温稳态温号 度(℃) 度(℃) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

传感器初始电 传感器示波器电示波器时延迟稳态电压灵敏度间坐标 3 时间 上升时间 响应时间 调节时间时间常数 稳态误差Ess 压(V) 压(V) (V/div) (s/div) Ta(s) Tr(s) T2(s) Ts(s) T(s) 《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

热电偶温度传感器动态标定实验记录表(正阶跃响应) 序初始温稳态温号 度(℃) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 度(℃) 传感器初始电压(V) 传感器稳态电压(V) 示波器电示波器压灵敏度时间坐 延迟时间 上升时间Tr(s) 响应时间T2(s) 调节时间Ts(s) 时间常数T(s) 稳态误差Ess (V/div) 标(s/div) Ta(s) 热电偶温度传感器动态标定实验记录表(负阶跃响应)

序初始温稳态温号 度(℃) 度(℃) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 传感器初始电 传感器示波器电示波器时延迟稳态电压灵敏度间坐标 时间 上升时间 响应时间 调节时间时间常数 稳态误差Ess 压(V) 压(V) (V/div) (s/div) Ta(s) Tr(s) T2(s) Ts(s) T(s)

4

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验二 压力表的静态标定实验

一．实验目的

1.学习压力表的静态标定方法。

2.了解压力表静态校准设备的基本工作原理及使用方法。 3.掌握压力表的非线性误差的计算方法。

二．实验装置

1. B009型活塞式压力计

2. 活塞式压力计用标准砝码一套 3. 弹簧管式标准压力表 4. 弹簧管式被校压力表

5. 各种工具（扳手、螺丝刀等）

三.实验原理

压力测量装置的静态标定采用静重比较法，即标准砝码的重力通过已知直径和重量的柱塞作用于密封的液体系统，从而产生如下标准压力：

4g(M1?M2) P??D22

式中 P－标准压力（Pa）； g－当地的重力加速度（m/s）；

M1－标准砝码的质量（kg）； M2－柱塞的质量（kg）； D－柱塞直径（m）；

此标准压力作用于压力传感器或压力表的敏感元件上，使压力测量装置产生相应的输出，根据产生的已知压力和测得的被校压力测量装置的输出，便可确定输入和输出的关系。

压力表静态特性测定原理是通过标准砝码，借助于活塞式压力计向被校压力表施加压力，压力指示值由标准压力表给出，根据标准砝码的标称值、标准压力表的指示值及被校压力表的指示值，便可得到被校压力表的在各校准点上的误差，从而绘出被校压力表的静态特性曲线、误差校正曲线，进一步计算静态特性曲线的线性度和迟滞误差。

四.实验方法和实验步骤

1．将被校压力表和标准压力表装在活塞式压力计接头上，调节活塞式压力计至水平位置。 2．打开活塞式压力计通向活塞盘的切断阀和贮油器阀门，缓慢逆时针转动旋转手柄，将油缸的活塞退至最后侧（最大位置），使整个管道充满油液。顺时针旋转手轮，将油压入油杯，观察是否有小气泡从油杯中升起，反复操作，直到不出现小气泡时为止。当油泵吸满油后，关闭贮油器阀门，并分别打开通向被校压力表和标准压力表的阀门。

2

3．自零开始，以每次递增10kg/cm加载。每次加载后，慢慢顺时针转动旋转手柄压缩油液，使油压逐渐上升。当柱塞连同标准砝码在压力油的作用下上升到规定高度后（即砝码托盘下杆套底边位于活塞杆标记线位置），用手轻轻转动砝码托盘，使砝码和柱塞一同旋

5

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

转，以减小柱塞与缸体之间的摩擦力。记下此时载荷数及被校压力表和标准压力表读数，依次增加砝码重量直至标定载荷。

4．自停加最大载荷起，每次递减10kg/cm2。每次减载后，慢慢逆时针转动旋转手柄，当柱塞连同标准砝码下降到规定高度后（即砝码托盘下杆套底边位于活塞杆标记线位置），用手轻轻转动砝码托盘，使砝码和柱塞一同旋转，记下载荷数和相应的被校压力表和标准压力表读数。依次去掉砝码重量直至所加载荷为0。

五．实验报告

1．将原始测量数据填入记录表格中。

2．绘制压力表的静态特性曲线、误差校正曲线标定曲线，计算线性度和迟滞误差。 3．计算被标定压力表的精度等级。

实验数据记录表

正 行 程 校 准 序砝码标称标准压力表指示值(Mpa) 被校压力表绝对误差序指示值(Mpa) (Mpa) 砝码标称标准压力表指示值(Mpa) 逆 行 程 校 准 被校压力表绝对误差指示值(Mpa) (Mpa) 号 值(kg/cm2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 号 值(kg/cm2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

6

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验三 压力传感器的静态标定实验

一．实验目的

1.学习压电晶体传感器的静态标定方法。

2.了解压力传感器静态校准设备的基本工作原理及使用方法。 3.掌握压电晶体传感器的非线性误差的计算方法。

二．实验装置

1.CY-YD-205 581型压电晶体传感器 2.B009型活塞式压力计

3.活塞式压力计用标准砝码一套 4.弹簧管式标准压力表 5. YE5850型电荷放大器

6. FLUKE 8050A型数字电压表 7. 高阻表

8．各种工具（扳手、螺丝刀、高频起子等）

三．实验原理与实验方法

1.压电晶体传感器静态特性测定原理：

压电晶体传感器的静态标定是根据静压平衡原理，借助于活塞式压力计向传感器施加压力，压力指示值由标准压力表指示，传感器随产生正比于力的负荷，此电荷量送至电荷放大器放大，放大后的信号以电压形式输出至数字电压表。由此可测定压力与输出电压之间的关系和压电变换的线性度及灵敏度。

2．压电晶体传感器灵敏度测定原理

传感器灵敏度可用下式表示： SQ=V0/pK 式中：SQ——传感器灵敏度

V0——电荷放大器输出电压（mV）；

2

p——标准砝码值kg/cm；

K——电荷放大器的灵敏度（mV/pc），K=K1/K2

2

K1——电荷放大器的电荷放大级增益控制旋钮指示值（mV/kg/cm）；

2

K2——电荷放大输出级控制旋钮指示值（pc/kg/cm）；

-12

1pc=10 库仑

根据在各校准点测得的电荷放大器输出电压和施加的载荷以及标定过程中电荷放大器的灵敏度，利用上式进行计算，便可得到传感器灵敏度特性曲线。

四.实验步骤

1．将压电传感器，电荷放大器系统方入烘箱中烘四小时以上取出，用高阻表测量传感器

7

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

阻值。此阻值应大于10 欧，不足此数应经烘干去潮后再进行测量，直至大于此值。 2．调整活塞式压力计至水平位置。将传感器装在活塞式压力计接头上，并拧紧保证不漏油。接好压电传感器与电荷放大器和数字电压表的信号线。

3．将电荷放大器的电荷灵敏度旋钮选在给定值。打开电荷放大器及直流数字电压表的电源开关，预热十分钟。观察放大器零位输出的漂移程度，调整放大器零点。

4．打开活塞式压力计贮油器阀门，按照要求加满蓖麻油并排除管道中的空气，然后缓慢逆时针转动旋转手柄，将油缸的活塞退至最后侧（最大位置），使整个管道充满油液，然后关闭贮油器阀门。然后分别打开通向被校传感器和测量缸的阀门。

2

5．由零开始，每次按10kg/cm依次递增加载。每次加载后，慢慢顺时针转动旋转手柄压缩油液，同时用手轻轻转动砝码托盘，使砝码和柱塞一同旋转，以减小柱塞与缸体之间的摩擦力。当柱塞连同标准砝码在压力油的作用下上升到规定高度后（即砝码托盘下标记位于刻度线位置），停止旋动手论，保持原位置不变。记下加载后数字电压表和标准压力表

2

的读数。依次增加砝码重量直至所加砝码的载荷为100kg/cm。

22

6．由100kg/cm开始，每次按10kg/cm递减载荷, 每次减载后，慢慢逆时针转动旋转手柄，同时用手轻轻转动砝码托盘，使砝码和柱塞一同旋转。当柱塞连同标准砝码下降到规定高度后（即砝码托盘下标记位于刻度线位置），停止旋动手论，保持原位置不变。记下减载后数字电压表和标准压力表的读数。依次去掉砝码重量直至所加载荷为0。

五．实验报告

1．将原始测量数据填入记录表格中。

2．计算传感器灵敏度，绘出传感器灵敏度特性曲线。

3．绘制传感器的静态特性曲线、误差校正曲线标定曲线，计算线性度和迟滞误差。

8

12

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验数据记录表 正 行 程 校 准 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 砝码标标准压力数字电压传感器称值 表指示值表指示值灵敏度 2逆 行 程 校 准 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 砝码标称值 标准压力数字电压传感器灵表指示值表指示值 敏度 正、逆行程数字电压表指示值的平 (kg/cm2) （Mpa） （mV） (pc/kg) (kg/cm2) （Mpa） （mV） (pc/kg ) 均值（mV）归一灵敏度（ ㎏/㎝/V）

9

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验四 温度传感器(热电偶、热电阻)的使用与校验

一．实验目的：

1.了解热电偶及热电阻测温原理。 2.掌握热电偶及热电阻的测温方法。 3.进行热电偶及热电阻的校验。

二．实验原理及步骤：

热电偶是利用不同导体间的“热电效应”现象制成的。它与其它温度计比较有以下几个方面的优点：

1)测量范围宽，它的测温下限可达-250℃，上限可达2800℃，并有较高的准确度； 2)易于实现远距离多点检测，便于集中控制，数字显示和自动记录； 3)可制成小尺寸的热电偶，其热惯性小，适于快速动态测量、点温度测量和表面温度测量； 4)结构简单，易于制造。

1.热电偶温度传感器：

用于测温目的的热电偶的基本性质，将由以下试验确定。

1）等值定律：( Equivalence law )

The closed circuit is made of two kinds of metal (Figure1). If the temperature is different on double end, there is a thermoelectromotive force. The value is depended on the feature of metals and temperature of their ends. It is independent of plain conductor dimension, underway temperature of plain conductor and measuring position on circuit. The formula is E?f(t)?f(t0). E is thermoelectromotive force. The t and t0 is temperature of both contact points. The form of function (f) is related to the feature of both metals.

A

EAB（ t ） t t 0 EAB（t0 ）

B

Figure 1 Circuit made of A metal and B metal

实验步骤：a、用铜——康铜丝组成一闭合回路（如图）； b、将检流计（即电位差计）串接到回路中；

c、将回路的两个焊接点置与同温度下，检测回路中的电势值；

d、再将回路的两个焊接点分别置于不同温度下，检测回路中的电势值。

10

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

2）均值导体定律：( Homogeneous conductor law )

If the circuit is made of the same metal, there is no thermoelectromotive force in despite of section changes and temperature gradient in circuit.

A A

实验步骤：a、用铜——铜丝组成一闭合回路（两铜丝直径可相同亦可不同）； b、将检流计（即电位差计）串接到回路中；

c、将回路的两个端点置与不同温度下，检测回路中的电势值。

3）中间导线定律 ：( Central conductor law)

When you insert the third (or fourth, fifth and so on.) kind metal (It is common in practical application because thermocouple need weld and connect with measuring instrument.), there is no accessional thermoelectromotive force as long as the inserted metal double ends have the same temperature. (Despite that there is temperature gradient on some segment of the metal and the third metal is connected metal A and metal B (figure 2) or is middle of a certain metal (figure 3).)

t0 A A

C t t0 t0 B B C B t0 ′′Figure2 insert third metal in thermocouple Figure3 third metal insert in certain metal

t 0

t 0

实验步骤：a、测量单一热电配偶回路热电势值；

b、再将热电偶回路中插入第三种（或n种）均质导体，且保证插入的导体两 端温度相同（即处与同一环境下），检测回路中的电势值是否有变。

4）叠加定律：(Superposition law)

If you know the two thermoelectromotive force of metal A and B and that of metal B and C in figure 3, you can calculate the thermoelectromotive force between metal A and metal C. EAC=EAB+EBC

EAB represents the thermoelectromotive force of metal A and B; EBC represents the thermoelectromotive force of metal B and C; EAC represents the thermoelectromotive force of metal A and C.

11

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

5、 热电偶冷端温度补偿：

a、 冷端恒温法： (Cold end constant temperature technique)

在实验室的试验中，通常将冷端放入装有冰水混合物的保温容器内，使容器保持℃不变，这种方法比较精确。

b、冷端温度校正：

(Cold end temperature correction)

热电偶的分度是在冷端保持为 0℃ 条件下进行的，在实际使用中，若冷端温度tf不能

保持为0℃，则工作状态和用冷端温度0℃为所标定时产生的热电势就不同。 工作时，在热电偶冷端温度为tf的情况下：

E（tw ，t0）= E（tw ，tf）+ E（tf ，t0）

显然，只要测得温度tf就可以从分度表中查出校正值E（tf ，t0），然后算出校正后的热电动势E（tw ，t0）。

热电偶的热电动势与温差的关系在不同的温度段表现为一次方或二次方，甚至是更高次方。

标准水银温度计 tw t f 恒温水浴

实验步骤：

①、将热电偶参比端（冷端）置于冰瓶内：t0 = 0℃， 测量端（热端）放在空气中：tf 测量回路中的热电势：E 1（tf ，t0）

②、热电偶参比端（冷端）仍置于冰瓶内：t0 = 0℃， 将测量端（热端）放入恒温水浴：tw 测量回路的热电势：E 2（tw ，t0）

12

电位差计电位差计 t0 冰瓶 《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

③将热电偶参比端（冷端）改放在空气中：tf 测量端（热端）仍置于恒温水浴内：tw 测量其热电势：E 3（tw ，tf）

c、采用补偿导线：(Adopt compensating conductor)

The variation range of temperature may be great and the temperature of its cold end is difficult to measure because the cold end is near to the hot wall of conduct under setting condition. If you can put the cold end in the position where its temperature is known, you can compensate the cold end temperature by the above method. 热电偶 分度号 K S T 热电偶名称 镍铬—镍硅 铂铑10—铂 铜—康铜 补偿导线 正极 负极 材料 颜色 材料 颜色 铜 红 康铜 棕 铜 红 铜镍 绿 铜 红 康铜 棕 标准电动势/ mV t = 100 °C t0 = 0 °C 4.10±0.15 0.64±0.03 4.76±0.15

6）热电动势的测量：( Thermoelectromotive force measuring)

通常用电压计测量热电动势(mV),再根据该热电偶的分度号查分度表得到相应的温度值，若测温电压计用温度值显示,则电压计的分度号必须与热电偶的分度号相同。 用电位差计或自动电子电位差计来测量热电动势，则可消除由于回路电流的存在而引起的测量误差，因为电位差计或自动电子电位差计测量热电动势时，电路中无电流流通，且电位差计的精度也比动圈式电压计的精度高得多。

标准水银温度计

A B t w 恒温水浴

巡检仪 Cu50 + - + 转换开关 - - t f 冷端补偿器 + + - 电位差计 B A t 0 冰瓶 13 《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验步骤：

a、按上图接线；

b、将转换开关打到——“巡检仪”档，接通“热电偶——巡检仪”回路，测量其温度值； c、在测量温度不变的情况下，将转换开关打到——“电位差计”档，接通“热电偶——电位差计” 回路，测量热电势值，再由分度表查出对应温度值，并与 b 步骤所测温度比较，计算出误差值；（以该步骤测量值为标准值） d、改变测量端温度，重复 b、c 步骤。

7）热电偶制作：

将铜——康铜丝按图1、2、3、焊接： 电弧焊法

乙炔焊法 锡焊法

8）热电偶的分度：

自制热电偶应由标准热电偶标定后才可使用。标准热电偶的分度是根据热电偶热电动势E与温度t的对应关系决定的，可用下式表示：

E = a + bt +ct2

式中，常数a、b、c由三个基准点决定。例铂铑——铂热电偶被定作1968国际实用温标的标准温度计，决定a、b、c三个热电偶的温度分别是金的凝固点（1064.18℃）， 银的凝固点（961.98℃）和锑的凝固点（630.74℃）。 几种主要的热电偶都有统一的国家分度标准。

2.热电阻温度传感器：

大多数金属导体的电阻值Rt与温度t（℃）的关系可表示为：

Rt = Ro（1 + At + Bt + Ct）

式中Ro是0℃条件下的电阻值；A，B，C是与金属材料有关的常数。

大多数半导体材料可具有负温度系数，其电阻值RT与热力学温度T（K）的关系为：

RT = RT0expB?(1/T)?(1/T0)?

式中RT0是热力学温度为T0（K）时的电阻值；B是与半导体材料有关的常数。

两种工业常用电阻温度计的技术指标

14

2

2

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书 分度号 R100/Ω Pt100 100 R100/R0 R0的允许误差 精度等级 Ⅰ Ⅱ Ⅱ 最大允许误差/℃ -200--0℃; ±(0.15+4.5×10t) 0--500℃; ±(0.15+3.0×10t) -200--0℃; ±(0.3+6.0×10t) -3-3-3-31.3910±0.0007 ±0.05% 1.3910±0.001 1.425±0.001 ±0.1% ±0.1% 0--500℃; ±(0.3+4.5×10t) Cu50 50 Ⅱ级: 0--500℃;±(0.3+3.5×10t) -3

9）热电阻的标定：

有两点必须进行标定，即0 C时的电阻值R0和100 C时的电阻值R100 ，并检查100C

0

时的电阻值R100对于0 C时的电阻值R0之比（即R100/ R0）是否符合规定。

0

0

0

补充：

发动机温度传感器

1、 冷却水温度传感器

检测发动机冷却水温度，向ECU输入温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号，同时也是其它控制系统的控制信号。 2、 进气温度传感器

检测进气温度，向ECU输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。 （发动机上所用温度传感器多为热电阻温度传感器）

实验步骤：用数字万用表测量不同温度下1、2、3、4号热敏电阻和Pt100的电阻值。

15

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

实验五 热式空气流量传感器的静态标定实验

一. 实验目的

1．学习热式空气流量传感器的静态标定方法和静态特性的测量方法。

2．通过静态标定实验，了解热式空气流量传感器静态校准系统的工作原理。 3．熟悉测量系统静态特性的评价指标和静态误差的计算方法。

二. 实验内容

利用热式空气流量传感器静态校准系统，测量传感器在稳定输入作用下静态特性，并计算其主要静态性能指标，对传感器的质量进行评价。

三. 实验装置与仪器

1． 热线/热膜式空气流量传感器。 2．750W变頻调速器

16

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

3．鼓风机

4．LCQ层流流量计 5．平衡式压差计。

6．FLUKE 8050A型数字电压表或数字万用表 7．稳压电源(５Ｖ、１２Ｖ)

四. 实验原理和实验方法

利用由变频器控制的鼓风机，产生稳定的空气流动。实验中各校准点的空气流量通过标准流量计(本实验中由层流流量计+平衡式压差计)测量。通过调整变频器的频率以改变鼓风机转速(或调整流量调节阀开度)，使管路中形成不同的空气流量。测量在稳态流量时热式空气流量传感器的输出电压，获取传感器在各标定点下的测量数据，并绘制静态特性曲线。根据实验曲线求出传感器的静态误差、传感器静态灵敏度等参数。

实验装置结构框图和设备连接图如图1和图2所示。

17

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

五. 实验步骤

1.打开电源，将两台直流电源的输出分别调整到5Ｖ和12Ｖ，关闭电源。

2.按照装置图连接好线路，再次打开电源，利用数字电压表或数字万用表测量直流电源各输出电压值，如果发现带负载后电源电压偏低或偏高，转动微调旋钮将电源电压仔细调整到5Ｖ和12Ｖ。

3.调整平衡式压差计的压差高度为零，再调整平衡式压差计的内窥镜调零旋钮，使内窥镜内的工作液面内三角尖对准，利用数字电压表和数字万用表，测量流量为零时传感器的静态电压值、进气压力、进气温度、大气压力、大气温度和大气湿度。

4.打开电源开关，使鼓风机运转。调节进气阀门调整手柄或变频器转速，使平衡式压差计的液柱高度上升10mm水柱。当调整平衡式压差计的内窥镜调零旋钮，使内窥镜内的工作液面内三角尖对准时，记录平衡式压差计的压力、传感器输出电压、进气压力和温度。 5.逐次调节进气阀门调整手柄或变频器转速，增加管路内空气流量，使平衡式压差计工作液面每次上升10mm，记录以上各参数填入下表，直到平衡式压差计的压力指示值到管内达到最大流量水柱时为止。

6.从最大流量开始，逐次减小调节进气阀门调整手柄或变频器转速，降低管内空气流量，使平衡式压差计液柱高度每次下降10mm，记录以上各参数填入下表，直到平衡式压差计的压力指示值回到0为止。

7.关闭鼓风机电源和稳压电源。

六. 实验报告

1.将实验中所测数据填入实验数据记录表中，计算正、逆行程标定实验所测参数的平均值填入传感器静态参数计算表中。

2. 根据实验中所测数据，按下式计算各校准点的空气体积流量QV和空气质量流量QM，填入传感器静态参数计算表中。

对应于标准状态(大气压力为101.325kPa，大气温度为20℃)时的标准体积流量和标

18

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

准质量流量为：

Qvas?Kvas??P (L/s) (1)

Qmas?Kmas??P??as?Kvas??P??as?Qvas （g/s） (2)

Kvas －体积流量标准仪表系数；Kmas－质量流量标准仪表系数；

△P－层流元件前后的压差(mmH2O)；?as－干空气在标准状态时的密度(g/L)； 式中

Kmas?C0ReC1 (3) 而 Re?4Qmas (4) ?D?as Qmas－标准干空气的质量流量；D－流量计口径；?as－标准干空气的粘性系数； C0、C1－由流量计的标定数据确定的系数，在本实验中，对于： LCL-140型流量计，C0＝3.0043(g/mm-s)，C1＝－0.06155。 LCL-100型流量计，C0＝1.93(g/mm-s)，C1＝－0.0769。

在使用层流流量计时，由于层流元件前的实际空气压力和温度与标准状态的空气压力Ps和温度Ts不同，且空气为湿空气，因此必须按下式进行修正，计算实际的空气质量流量：

PT??RaQmwet?i?s?as?a?Qmas??PT??wet?Qmas (5)

PsTi?a?wetRwet?PT－进气压力Pi和进气温度Ti与标准状态的空气压力Ps和温度Ts不同时，进气气流为

干空气的修正系数。

PT? ?PT?i?s?as (6)

PsTi?a?wet－进气气流为湿空气时，相对于干空气的修正系数。

?wet??aRa (7)

?wetRwet式中：

R－气体常数；下标a表示该参数对应于干空气，下标wet表示该参数对应于湿空气。

在本实验中，上述计算可通过专门的计算软件EDAV.EXE完成。具体方法是： 建立数据文件EDAVI.DAT，按要求填入各参数对应的数据，存储并退出。键入EDAV并回车，运行计算软件EDAV.EXE，生成输出数据文件EDAVO.DAT，打开数据文件EDAVO.DAT，得到各校准点的空气体积流量QV和空气质量流量QM，并求其平均值，填入传感器静态参数计算表中。

3.分别以空气体积流量QV的平均值和空气质量流量QM的平均值为横坐标，以传感器输出电压V的平均值和传感器静态灵敏度为纵坐标，绘出传感器静态特性曲线和传感器静态灵敏度特性曲线。

测量数据记录表

19

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

表1 热式空气流量传感器静态标定实验数据记录表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 变频器显示值n(r/min) 平衡式压差计指示值L(mm水柱) 传感器输出电压V(mV) 进气压力P (mm水柱) 进气温度T(℃) 正行程 逆行程 正行程 逆行程 正行程 逆行程 正行程 逆行程 正行程 逆行程 环境参数： 大气温度(℃) 大气湿度(RH%) 大气压力(kPa)

表2 热式空气流量传感器静态参数计算表

20

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

序压差计指示传感器输出空气体积流量QV(L/s) 空气质量流量QM(g/s) 传感器静态灵敏度V/QV 传感器静态灵敏度V/QM 平均值L(mm电压平均值号 水柱) V(mV) 正行程 逆行程 平均值 正行程 逆行程 平均值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

21

《热能与动力机械测试技术》课程实验指导书

序压差计指示传感器输出空气体积流量QV(L/s) 空气质量流量QM(g/s) 传感器静态灵敏度V/QV 传感器静态灵敏度V/QM 平均值L(mm电压平均值号 水柱) V(mV) 正行程 逆行程 平均值 正行程 逆行程 平均值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j3rr.html