热能与动力工程测试技术严兆大期末考试总结.docx
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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UOC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UOC、短路电流ISC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进行温度补偿:
一是因温度变化引起的应变片敏感栅的电阻变化及附加变形;二是因试件材料与敏感栅材料的线胀系数不同,从而使应变片产生附加应变。
常用的温度补偿法:
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。
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。
感温元件的散热途经基本上有两种:
一是由感温元件向周围冷壁的辐射散热和传热,二是沿着感温元件向外部介质的传导散热(包括感温元件露在外部介质中的部分辐射散热)。
后者在静态或中低速流动介质中测量时会引起较大误差。
感温元件的误差来源:
安装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,感温元件的响应时滞热电偶温度计的校验:
热电偶在使用一段时间后,由于氧化、腐蚀、还原等因素的影响,原分度值会逐渐产生偏差,使测量准确度下降,因此热电偶需要定期校验。
接触式温度计的膨胀式温度计利用物质的体积随温度升高而膨胀的特性制作的温度计。
分类玻璃管液体温度计,压力式温度计(压力式温度计是基于密闭系统内的气体或液体受热后压力变化的原理而制成的,它由温包、毛细管和弹簧管所构成的密闭系统和传动指示机构组成)非接触式温度计非接触测温感温元件不与被测对象相接触,而是利用物体产生辐射能量的大小来测量温度。
接触式温度计和非接触式温度计有如下特点:
1)由于接触式温度计必须将感温元件与被测物体接触,因此容易破坏被测温度场,非接触式温度计则无此问题;2)接触式温度计感温元件与被测物体达到热平衡需要一定时间,所以产生的时间滞后比较大,非接触式测温计直接测量被测物体的热辐射,响应速度快;3)由于感温元件难以承受很高的温度,所以接触式温度计测量高温时受到限制,非接触式温度计无此问题)由于低温时物体热辐射很小,所以非接触式温度计不适合测量低温;5)一般来说,接触式温度计的测量精度比非接触式温度计高。
示功图内燃机气缸内工质压力随曲轴转角或气缸容积变化的关系。
由示功图可得:
计算表征发动机性能的指示参数,如平均指示压力、指示功率、机械效率、指示效率等;获得发动机工作过程中的重要参数,缸内温度,放热率等;动力计算及强度计算。
示功图采集过程的误差分析:
1、测压通道引起的误差:
传感器与燃烧室间有一段传递压力的通道,此外由于加工工艺等原因还存在的空腔Vy,由此会由于前述的空腔效应产生以下误差:
(1)改变了发动机的原有状态:
增加余隙,减小压缩比,使气缸动态压力发生变化。
(2)容腔和滞后:
气体的弹性和阻尼作用使传递到压力传感器的压力相位滞后,尤其在气缸压力突变时,其脉冲压力波在通道中交替传递与反射,形成通道内气体的自振,即“腔振”。
为减少“腔振”的影响,应尽量缩短通道长度,减小空腔容积,要求通道的自振频率至少要大于被测信号上限频率的两倍以上2、上止点引起的误差:
上止点位置是根据示功图进行放热率、平均指示压力等计算的依据。
偏差1°曲轴转角,就可能使平均指示压力计算产生约5.5%的误差,放热率峰值计算产生约5%的误差。
为了提高上止点位置精度,除了硬件方面的考虑外,还可用软件方法进行修正,热力学修正是常用的方法3、温度变化引起的误差:
压力传感器对温度的变化很敏感,使测量结果发生漂移;为减小温度变化对传感器的影响,应十分注意传感器在测试时的冷却条件,也可采用带温度补偿片的压电传感器。
内燃机气缸动态压力测量方法:
机械方法基本不再使用,普遍采用的是电测方法。
连续示功图曲线离散方法:
横向集点法:
对应某些确定的压力值,采集气缸内压力与之相平衡的曲轴转角(基本不再用);纵向集点法:
在确定的曲轴转角下采集相应的缸内气体压力值。
流体压力在热能与动力机械中所测量的压力,通常是指流体压力。
曲轴转角信号的测定:
1光电法:
在光栅盘外圈按所要求的角分辨率加工一定数目的转角光栅,在内圈加工一条光栅对应上止点位置信号,当光源通过光栅到达另一侧由两个光电元件组成的接收器时,分别产生曲轴转角和上止点两组信号2磁电法在曲轴上安装一个齿盘,磁电式传感器不动。
当曲轴旋转、齿盘上的每个齿经过传感器时,都会产生一个感应电动势脉冲,齿盘的齿数决定了曲轴每转产生的脉冲数,以此来确定曲轴转角的度数。
3上止点基准法:
由于两个上止点信号之间的曲轴转角为360°,当内燃机运转时,可根据不断产生的上止点信号和发动机转速,利用计算机数据处理系统来求得曲轴转角信号上止点位置的确定:
由于活塞与曲柄连杆机构受力变形、活塞受热膨胀以及轴承间隙的变化等,使得实际动态上止点位置与静态几何上止点位置有一定差异—1、磁电法(静止上止点):
上止点位置对正时,凸尖正好对准磁铁中心线c-c,电动势曲线中的C点即为上止点2、气缸压缩线法(动态上止点)到拖或灭缸测得缸内压缩压力曲线,曲线上部作若干条平行于大气压力线的直线,连接直线中点即可得到上止点位置3电容法(动态上止点)活塞作往复运动时,电容传感器的电容量发生变化,电容量出现最大值时,即认为活塞处于上止点位置;绝对压力以完全真空作为零标准的压力。
在用绝对压力表示低于大气压时,把该绝对压力叫真空度。
表压力以当地大气压作为零标准的压力。
通常,所谓压力就是指表压力。
压力:
流体对单位面积上的垂直作用力,即物理学中的“压强”。
振动的基本概念:
振动是工程中极为常见的现象,尤其在热能动力机械工程中更是如此。
有害的振动可能产生噪音,影响机器的正常工作,造成人体不适,甚至导致零部件损坏。
振动烈度振动速度的均方根值。
当量振动烈度为了评价内燃机整机的振动水平,标准一般规定要测量多个测点在x,y,z三个方向的振动。
噪声一种声音,具有声波的一切特性,物理学中的声学知识均适用于噪声。
声场声波传播的空间统称为声场。
自由声场允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间。
混响声场允许声波在任何方向作无吸收传播的空间。
声压声波波动引起传播介质压力变化的量值。
声压级表示声压的大小,用成倍比关系的绝对数量来表示声音的强弱。
声能声波的传播过程中质点受激产生振动,同时也产生压缩及膨胀的形变,因此介质中既有振动的动能又有形变的位能,这两部分相加就是声能。
声能密度单位体积的声能定义为声能密度。
声功率单位时间内声源传播的总声能称为声功率,W。
声能流密度单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能。
声强声能流密度在一个周期内的时间平均值。
频程在进行噪声测量时,需要测量噪声强度关于频率的分布,通常将声频范围划分为若干区段,这些区段称为频程(频带)。
频谱图以测量选用的频率或1倍频程(频带的上下限频率之比为2:
1的频程)、1/3倍频程(对1倍频程3等分后得到的频程)的中心频率为横坐标,以响应的频谱能级或频程声压级(各频程上所检测到的噪声声压级)为纵坐标,所绘制的图形即为噪声的频谱图响度级(phon)。
响度级:
选取1000Hz的纯音为基准声,如果待测的声音听起来与某一基准声一样响,则该基准声的声压级dB值就是待侧声音的响度级。
噪声通过一种专门设计的频率修正电路后,某些频率成分将被衰减。
在噪声测量中,这种电路称为频率计权网络,用带有频率计权网络的仪器测得的噪声值为计权声级。
统计声级在一定时间内,对不稳定噪声的各个测量值进行统计、分级评定的表示值。
等效声级基于能量等效原则,用能量相等的稳定声级评定某固定点连续变化的A声级传声器。
磁阻式传感器又称为变磁通式传感器或变气隙式传感器,常用来测量旋转物体的角速度。
可分为开路变磁通式传感器和闭合磁路变磁通式传感器。
流动相待检测的气体流过检测系统时,称其为流动相。
固定相:
在检测体统中,对流动相样品不同成分有不同的吸附或溶解或离子交换作用的不流动的物质(或介质)。
色谱图是记录按时间先后次序的一组峰值信号的图,各峰值信号曲线与横轴所围面积与总曲线与横轴所围面积之比即为该气相对应成分的组分。
烟度就是指烟气浓度。
压阻效应:
很多固体材料在受到应力作用后,电阻率发生变化,这种效应叫做压阻效应。
热电现象:
两种不同导体A和B组成闭合回路,若两连接点温度T和T0不同,则在回路中就产生热电动势(电动势大小只取决于两金属的性质和两端的温度,与金属导线尺寸、导线途中温度和热电动势测量点位置无关,因此,热电偶可用于温度的测量),形成热电流,这种现象叫做热电现象。
辐射温度:
温度为T的物体全辐射出射度M等于温度为Ts的绝对黑体全辐射出射度M0时,则温度Ts称为被测物体的辐射温度。
辐射温度计:
单色辐射式光学高温计:
利用亮度比较取代出射度比较进行测温,当物体的温度高于700℃时就会明显发出可见光,并具有一定的亮度,其单色亮度与单色辐射出射度M0λ成正比,主要有灯丝隐灭式光学高温计和光电高温计。
全辐射高温计:
通过测量物体全部辐射能来确定物体温度的,根据黑体的全辐射定律设计的高温计称为全辐射高温计。
全辐射高温计是基于被测物体的辐射热效应进行工作的。
在整个波长范围内,依据辐射能量与温度的关系,并用辐射系数修正后,来确定物体的实际温度。
比色高温计:
利用两种不同波长的辐射强度的比值来测量温度的,由维恩位移定律可知,当温度升高时,绝对黑体的最大辐射能量向波长减小的方向移动,因而两个固定波长λ1和λ2的亮度比值随温度而变化。
因此,测量亮度比就可确定黑体的温度,比色高温计就是根据此原理设计的。
用这种方法测得的温度称为比色温度。
比色温度可定义为:
当温度T的物体在两波长下的亮度等于温度为Ts的黑体在同样波长下的亮度比值时,Ts就为这个物体的比色温度。
激光多普勒效应当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时,微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率,这种现象叫做激光多普勒效应。
亮度温度在波长为λm的单色辐射中,若物体在温度T时的亮度Bλ和绝对黑体在温度为Ts时的亮度BOλ相等,则把Ts称为被测物体的亮度温度。
气流压力气流单位面积上所承受的法向表面力。
静压动压总压:
静压:
作用在与流体流动方向平行的平面上的压力。
是指克服管道阻力的压力。
动压:
总压与静压之差。
把气体流动中所需动能转化成压力的形式,是指带动气体向前运动的压力。
总压:
总压是指气流等熵或绝热的滞止后的压力,又称滞止压力,为静压与动压之和。
不敏感偏流角:
为了获得满意的测量结果,要求总压管口在工艺制作上无毛刺且壁面光滑,并要求感受孔轴线对准来流方向,实际无法办到。
故在实用上允许感受孔轴线偏离气流方向一定夹角。
习惯取测量误差为速度头1%的偏流角为不敏感偏流角,记作。
容腔效应:
由于测压元件前的空腔和导压管的存在,必然导致压力信号的幅值衰减和相位滞后(空腔的容积越大,导压管越长,内径越小,则固有频率越低)。
为了改善测量系统的动态性能,除了选择固有频率高的传感器外,更应注意使导压管尽量短,内径尽量大,传感器元件前的空腔尽量小。
造成温度计时滞的因素有:
感温元件的热惯性(由感温元件本身原来的温度T1过渡到新的温度T2是需要一定的时间)和指示仪表的机械惯性(感温元件将所获得的热信号传送到仪表的指示装置需要一定的时间)。
除利用皮托管测量流速外(皮托管测速技术:
皮托管由总压探头和静压探头组成,利用流体总压与静压之差,即动压来测量流速,故也称动压管。
由于其主要测量对象为气体,因此又有风速管制称。
皮托管结构简单、制造使用方便、价格低廉,经过标定和修正,精度较高,因而工程测速中最常用,皮托管测取的是流场空间某点平均速度。
属于接触式测量,因而探头的头部尺寸决定了皮托管测速的空间分辨率,目前最小的皮托管头部直径为0.1~0.2mm),现代常用的测速技术有:
热线(热膜)测速技术(几何尺寸小、对气体流动干扰小、可测量一般探针难以测量的地方,热惯性小,适合气流脉动测量,测速量程扩大至500m/s频率上限高达80kHz,应用范围大。
主要用于测量气体的平均流速、脉动速度和流动方向)、激光多普勒测速技术(优点:
对流场无干扰,输出特性的线性好,无需标定,空间分辨率高、无惯性、测速范围广,测速方向特性稳定,可测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。
原理:
当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时,微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率,这种现象就叫激光多普勒效应,其中散射光与入射光之间的频率偏移量称为多普勒频移,其与微粒的运动速度成正比,因此测得多普勒移频即可得到流体的速度。
基本光路系统:
参考光速系统、单光束系统、双光束系统。
多普勒测量系统中,利用光混合干涉条纹的移动特性来判断流速方向。
)检测多普勒频移的两种基本方法:
直接检测(通过直接测量散射光频率求取多普勒频移,因受测量仪器频响特性限制,只能用于有限场合)和外差检测(目前常用的检测方法,通过将多普勒频移的检测转换为两束光波之间频率差进行检测。
外差法的基本光路大致有三种:
参考光束系统单光束系统和双光束系统)。
散射微粒激光多普勒流速仪以流体中的微粒作为媒介测量流体流速。
一般流体自然存在的杂质足以作为散射微粒。
少数情况下(如燃烧火焰传播速度和高速风洞中风速测量等),由于被测流体中自然存在的微粒太小或含量不能满足测量需求,或测量光路的分布形式受到限制而需要增加被测流体的散射强度时,就有必要人为添加散射微粒;散射微粒直径选取原则:
通常,微粒的直径最好为干涉条纹宽度的1/2或条纹间距的1/4左右,这样可以获得最佳质量的多普勒信号。
当被测流体为空气等气体,而微粒与流体的质量比达到10³~104时,必须充分考虑微粒尺寸对其流动跟随性的影响。
根据资料,微粒直径在0.4~0.8μm时能够响应10kHz的湍流运动;而高速气流下尽可能采用小尺寸微粒,同时加大激光器功率,以改善散射光强度。
还应注意,微粒直径过小将产生布朗运动,从而降低测速精度。
当被测流体为液体时,由于微粒与被测流体之间的密度差较小,故没有
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