热能与动力机械测试技术.ppt

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1、热能与动力机械测试技术,测试：意义更为广泛的测量，具有试验性质的测量确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作。,广义上是人的认知行为，借助专门的仪器、设备，设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理，从而获得与被测对象有关的信息，最后将其结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。,被测信息：,传感器、检测仪器、检测装置、检测系统,全部操作：,信号采集、信号处理、信号显示、信号输出,物理量（光、电、力、热、磁、声、）,被测对象：,宇宙万物（固液气、动物、植物、天体）,化学量（PH、成份）,生物量（酶、葡萄糖、）,测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处

2、理方法。,测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。,通过测试可以揭示事物的内在联系和发展规律，从而去利用它和改造它，推动科学技术的发展。科学技术的发展历史表明，科学上很多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时，其它领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备，促进了测试技术的发展。,简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度低，无法实现测量自动化。,为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。

3、如图所示的声级计。,测试技术的研究内容,被测量的测量原理(物理、化学、生物等现象及其定律压电效应、热电效应、电磁效应等)测量方法 直接与间接、电测与非电测等测试系统（结构设计或选用装置、特性）数据处理（正确可靠的结果）,在工程领域、科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。特别是近代自动控制技术已越来越多地运用测试技术，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。,测试技术是综合实力的真正体现！测试手段水平决定科学研究的深度和广度！,1、工业自动化中的应用,a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、

4、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。,在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。,密歇根大学的机械手装配模型,广州中鸣数码的机器狗,b)AGV自动送货车,超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。,香港理工AGV模型,c)生产加工过程监测,密歇根大学数字化工厂,以加工一个零件为例,毛坯,成品,检验出厂,半成品,检测过程,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数作 用：现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,

5、2、流程工业设备运行状态监控,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,扬子石化50MW热电机组监测系统阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统荆门电厂200MW机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢30KW以上风机监测系统宝钢精轧F2轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统,3、产品质量测量,在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。,图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对

6、抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。,汽车扭距测量,机床加工精度测量,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术,普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱 死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,4、楼宇控制与安全防护,为使

7、建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。,图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。,5、家庭与办公自动化,在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。,透光率传感器,固态指纹传感器、IC卡和密码保护具有身份认证功能的防盗锁,全自动洗衣机以人们洗衣操作的经验作为模糊控制的依据，采用多种传感器将洗衣状态信息检测出来，并将这些信息送到微电脑中，经微电脑处理后，选

8、择出最佳的洗涤参数，对洗衣全过程进行自动控制，达到最佳的洗涤效果。,利用衣量传感器来检测洗衣时衣物量的多少，从而决定设定水位的高低。利用衣质传感器来检测衣物重量、织物种类，从而决定最优洗涤温度、洗涤时间。利用水温传感器来检测开机时的环境温度和注水结束时的水温，为模糊推论提供信息。,利用水质传感器来检测水的硬度，进而决定添加洗衣粉的量以期达到最佳洗涤效果。利用光传感器来检测洗涤液的透光率，从而间接检测洗净程度。利用传感器监测漂洗过程中的肥皂沫的变化决定漂洗的次数。利用传感器监测干衣过程中衣物电阻值的变化，决定烘干时间。与传统的定时烘干相比，更具灵活性。利用压力传感器实现电信号与机械力信号的相互转

9、换，以实现无级调水，从而达到省水、省电的目的。,5、其他应用,航天,农业,交通,医学,军事战斗力,1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%,2003年伊拉克战争 90%,1994年美国防部建立自动测试系统执行局,立体作战,美军研制的未来单兵作战武器-OICW,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术,激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。,美国国家导弹防御计划-NMD,监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,检测技术在航天领域举足轻重,飞行器测控-检

10、测飞行器姿态 发动机工况、控制与操纵,火箭测控-检测火箭状况、姿态、轨迹,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学,神舟飞船：,185台（套）仪器装置,教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、,涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡+D/A卡,软驱:速度,位置伺服,6、PC机中的测试技术应用,测试技术的发展趋势,1、传感器方面,传感器是测试、控制系统中的信息敏感和检测部件，它感受被测信息并输出与其成一定比例关

11、系的物理量（信号），以满足系统对信息传输、处理、记录、显示和控制的要求。利用物质特性构成的传感器称为“物性型”传感器或“物性型”敏感元件。新的物理、化学、生物效应用于物性型传感器是传感技术的重要发展方向之一。每一种新的物理效应的应用，都会出现一种新型的敏感元件能测量某种新的参数。例如，除常见的力敏、压敏、光敏、磁敏材料之外，还有声敏、湿敏、色敏、气敏、味敏、化学敏、射线敏材料等。,HP公司加速度传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传感器,20世纪90年代后，个人计算机价格大幅度降低，出现了用PC机仪器板卡应用软件构成的计算机虚拟仪器。虚拟仪器采用

12、计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器。将传统测量仪器中的公共部分（如电源、操作面板、显示屏幕、通信总线和CPU）集中起来用计算机共享，通过计算机仪器扩展板卡和应用软件在计算机上实现多种物理仪器。,虚拟仪器的突出优点与计算机技术结合，仪器就是计算机，主机供货渠道多、价格低、维修费用低，并能进行升级换代；虚拟仪器功能由软件确定，不必担心仪器是否能永远保持出厂时既定的功能模式，用户可以根据实际生产环境变化的需要，通过更换应用软件来拓展虚拟仪器功能，适应科研、生产的需要；另外，虚拟仪器能与计算机的文件存储、数据库、网络通讯等功能相结合，具有很大的灵活性和拓展空间。在现代网络化、计算机化的生产、制

13、造环境中，虚拟仪器更能适应现代制造业复杂、多变的应用需求，能更迅速、更经济、更灵活地解决工业生产、新产品实验中的测试问题。,智能化虚拟化网络化微型化软件化,特点：1.测试方法：由接触测量向非接触测量发展，如传统的测温、测速方法全是接触式的，不可避免的会对被测物理量场造成干扰，使测量产生误差，近代的激光测速和红外测温都是非接触式的，就避免了产生这方面的误差。2.测量时间：由物理量的静态测量发展为动态测量。离线在线实时 3.测量空间：由个别点的测量发展到整个场上的测量。纳米 天体 4.数据处理：由被测数据的手工采集或仪表记录发展到计算机采集、存储与处理。5.测量功能：由单纯的测量发展到测量与控制相

14、结合。,主要传感器和测试仪器生产厂商,3、测量分析仪器,留给我们的思考题,现代战争,科索沃战争：中国驻南联盟大使馆被炸,伊拉克战争：斩首行动 Decapitation Strike 震慑行动：Operation Shock and Awe 2003年3月20日10时34分2003年5月2日上午9时（北京时间）,1999年05月08日,精确制导炸弹的精确度,留给我们的思考题,误炸与误伤（2003年伊拉克战争）,3月23日，一枚“爱国者”导弹击落了一架在伊拉克和科威特边界飞行的英国空军的一架“旋风”战斗机，造成两名飞行员死亡。3月24日，一架美国空军的 F-16战斗机用反辐射导弹 A G M-88

15、把一个用来控制“爱国者”导弹发射的相控阵雷达击毁。4月2日，一枚“爱国者”导弹将正在伊拉克中部卡尔巴拉地区执行近距空中支援任务的 F/A-18战斗机击落，造成一名飞行员死亡。4月6日，一架美军的 F-15战斗机在伊拉克北部误炸了一支由美军特种部队和库尔德人武装组成的车队，造成一人死亡、多人受伤。3月21日，美军发生两架直升机相撞事件。开战之初，美军的一架 A 10攻击机还攻击了英军的装甲车队。,留给我们的思考题,中日农产品贸易摩擦,2000年12月，日本宣布对自中国进口的大葱、鲜香菇等进行调查。2001年03月27日，日本农林水产省大臣谷津义男宣布，从4月1日起到10月底，对所有进口农产品实施

16、检疫管理。2001年04月23日零时起，日本对中国出口的大葱、鲜香菇、蔺草席实施的临时紧急限制进口措施开始生效，一直持续到11月8日。2002年04月，日本认为从中国进口的菠菜、松蘑、青豆荚等蔬菜的毒死蜱(一种农药)的含量超标。并将检出的个案通过媒体大肆炒作。国际上通行的标准是每公斤零点零五毫克，而日本针对中国农产品却提出了每公斤零点零一毫克的苛刻标准。,技术壁垒：痕量检测技术,留给我们的思考题,不沾锅的毒性“特富龙”全氟辛酸检测,技术壁垒：痕量检测技术,2004年7月8日 美国环保署（EPA）表示，由于杜邦公司20年来均未通报制造特富龙的一种关键原料全氟辛酸铵，可能会给人类健康带来潜在危害，

17、拟对其处以数亿美元的重罚。,特富龙（Teflon）是美国杜邦公司对其研发的所有碳氢树脂的总称。由于其独特优异的耐热（180260）、耐低温（200）、自润滑性及化学稳定性能等，曾被称为“拒腐蚀、永不沾的特富龙”。它在不粘锅，其他如衣物、家居、医疗甚至宇航产品中也有广泛应用。,国家质检总局已经组织中国检验检疫科学研究院研究出不粘锅“特富龙”涂层中全氟辛酸的测定方法（包括气相色谱法和液相色谱法），对不同环境下（包括高温条件下）全氟辛酸铵的含量及特性进行研究；同时将就全氟辛酸对人体健康的危害进行研讨和论证。,全氟辛酸铵 Ammonium Perfluoroocatanate,商品名称：全氟烷基羧酸铵

18、分子式：C8HF15O2N 物化性质：可溶于水、甲醇、丙酮，熔点：130（分解）主要用途：用作分散剂、乳液聚合法合成PVC,留给我们的思考题,兴奋剂 Doping,加拿大著名短跑运动员本约翰逊在1988年汉城奥运会上因药检阳性而被取消金牌（9.79 秒）,1904年美国圣路易斯奥运会，美国马拉松运动员托马斯西柯斯服用了大量的混合了鸡蛋清的的士宁，成为奥运史上第一位有案可查的服药选手。1908年奥运会，意大利马拉松运动员多兰多彼得里跑到终点处虚脱倒地，被认为是服用了士的宁（strychnine）。1960年，丹麦自行车运动员克纳德延森在公路自行车比赛时突然死亡。1967年，英国历史上最杰出的自行

19、车运动员、1965年世界冠军汤米辛普森在环法赛途中死于法国境内的旺图山峰。在他的衣服口袋中发现了尚未服用完的安非他明（Amphetamine 苯丙胺）。1973年，前奥运会链球冠军海尔康诺利承认：“从1964年至1972年，作为我的投掷训练的组成部分，我像我的所有竞争对手一样，一直在使用合成类固醇。”现在像人体生长激素（HGH）这种因目前找不到满意的检测方法。,在所有的运动项目中，运动员滥用兴奋剂最严重的依次为自行车、田径、举重、游泳。,留给我们的思考题,兴奋剂检测 Doping Control,猫捉老鼠游戏,1964年东京奥运会，首次对自行车运动员进行了小规模的某些药物检测。1968年格勒诺

20、布尔冬季奥运会和墨西哥城夏季奥运会上，第一次在所有比赛项目中实施了全面的药物检测。1974年开始采用英国伦敦圣托马斯医院的雷蒙德布鲁克斯教授发明的一种既简单又可靠的分析合成代谢类固醇方法。1975年4月，国际奥委会宣布禁止使用代谢类固醇方法。德国科隆兴奋剂检测实验室的前领导人曼弗雷德多尼克教授发明“类固醇显形法”，即使某个运动员在药物检测前几个月已停止服药，仍然能查出该运动员是否使用了激素类药物。这位科学家不幸于1995年8月逝世。,1961年，国际奥委会医学委员会成立于希腊雅典，由阿瑟波里特爵士出任主席。1964年，由比利时的亚历山大德梅罗德亲王担任主席。,留给我们的思考题,兴奋剂检测 Do

21、ping Control,猫捉老鼠游戏,目前难以在尿检中查出的如缩氨酸、荷尔蒙及其同类产品像促红细胞生长素（EPO）、人体生长激素（hGH）等，可以通过血检进行。1991年，国际奥委会通过了一项议案，在其医务委员会下成立赛外检查委员会，进行飞行检查，简称“飞检”，亦称赛外检查，指的是在比赛以外期间进行的不事先通知的突出性兴奋剂抽查。国际奥委会已考虑在其总部（瑞士洛桑）建立一所兴奋剂检测实验室，组织一批医生和研究人员继续研究，以对付滥用药物者不断更新扩充的药物种类和服用方法。,自1964年以来,国际上一直采用的是尿检为主，血检为辅的检测原则。,魔鬼,正义,科学技术,IOC违禁药品与违禁方法,到2

22、004年，国际奥委会公布的违禁药品种类已经上升到9种，并且还有3种违禁方法。9大类药品分别是刺激剂、麻醉镇痛剂、大麻（酚）类、合成类固醇、肽类激素、受体阻滞剂、抗雌激素作用的制剂、利尿剂和糖皮质类固醇。三种违禁方法分别是指，提高输氧能力；药物的、化学的或物理的篡改手段；基因兴奋剂。刺激剂常用的有安非他明、可卡因、苯丙胺、咖啡因和麻黄素等40余种。麻醉镇痛剂以吗啡为代表。合成类固醇常见的有康力龙、大力补等，是使用频率最高的一类兴奋剂。当研究人员花费数年时间刚刚找到了检测促红细胞生长素（EPO）的新方法后不久，一种名为“达比波廷”（Darbepoetin）的违禁药物悄然在国际上流行开来，它属于作用更强的第二代EPO，而且不容易被查到。,留给我们的思考题,关于纳米的可操作性关于强激光的可操作性关于软件的可操作性电磁波辐射,灾难对测试技术的挑战,如何发现废墟下尚存的人员？狗鼻子的价值？狗鼻子的挑战蛇形机器人如何发现小型的恐怖器材？炸弹？塑料炸弹？清华核研院的工作：毒品、枪械枪械？塑料枪械？,奥运会潜在的安全问题的技术解决方案？,