建筑环境测试技术

有关建筑环境测试的详细内容，主要任务:获取建筑环境相关参数，作为建筑环境设计与控制的依据，为建筑环境的营造系统的研究和改进、产品 的检验以及设备的维修提供技术数据。

建筑环境测试技术

• 绪论
  • 环境测量、热工仪表
  • 主要任务：获取建筑环境相关参数，作为建筑环境设计与控制的依据，为建筑环境的营造系统的研究和改进、产品的检验以及设备的维修提供技术数据。
  • 内容：测量原理，仪表的性能、用途、选用原则、检测方法、误差分析
  • 发展
    • 在线测试
    • 宏观、微观
    • 新技术、新原理、新材料
      • 微电子技术→智能仪表
      • 功能材料→信息传感器开发
      • 半导体集成→集成式传感器
    • 集成化测试系统
• 测量基础知识
  • 什么是测量？
    • 借助特殊工具和方法→通过实验手段→被测量与同性质的标准量进行比较
  • 被测量（按时间划分）
    • 静态参数（测量过程中数值大小保持不变）举例：大气压力，制冷压缩机稳定工况下的转速
    • 动态参数（数值随时间变化）举例：空调设备刚启动时，房间的温度、湿度等
  • 变换是测量的核心
  • 测量精度
    • 准确度（测量值偏离被测真值的程度→取决于系统误差）
    • 精密度（测量值的重复性程度→取决于随机误差）
    • 精确度（测量结果与真值的一致程度→系统误差＋随机误差）
  • 测量方法
    • 1）直接、间接、组合测量
      • 直接：直接求得被测量数据；间接：测量值与被测量存在某种函数关系
    • 2）（非）等精度测量
    • 3）（非）接触测量
    • 4）动（静）态测量
    • 选取原则：1.被测件特征，2.测量准确度，3.测量环境，4.现有测量设备
  • 测量系统的组成：
    • 被测量→传感器→变送器→传输通道→显示装置（模拟式，数字式，屏幕式）→测量值
  • 测量仪表分类基本性能
    • 分类（显示记录形式、被测参数、工作原理、仪表用途、使用方法）
      • 标准器具
      • 实验仪表
    • 基本性能
      • 量程
      • 精度
      • 稳定性
      • 静态特性p13
        • 灵敏度
        • 灵敏限（分辨率）
        • 线性度
        • 变差
        • 漂移
      • 动态特性
        • 时间常数表示仪表的动态响应特征
  • 选取原则
    • 被测量本身的特性
    • 所要求的测量准确度
    • 测量环境
    • 现有测量设备
• 测量误差与数据处理
  • 绝对误差（测量值-真值）
  • 相对误差（绝对误差/真值×100％）
  • 仪表的基本误差和允许误差（最大绝对误差/量程×100％）
  • 误差分类（测试误差的性质）
    • 系统误差
    • 随机误差
      • 特性（正态分布）
        • 单峰性
        • 对称性
        • 有界性
          • ±σ＝68.3％
          • ±2σ＝95.5％
          • ±3σ＝99.7％
        • 抵偿性
    • 粗大误差
  • 测量误差的评价指标
    • 标准误差
      • σ＝√∑（xi-x）²/n-1
    • 算数平均值的标准误差
      • σx＝σ/√n
    • 极限误差
      • ±3σ区间
    • 最优概值的极限误差
      • 3σx
  • 误差的合成
    • 随机误差的合成
      • q个独立随机误差的方和根
    • 系统误差的合成
      • 确定系统误差的合成
        • 代数合成法
        • 绝对值合成法
        • 方和根合成法
      • 不确定系统误差的合成
    • 系统误差与随机误差的合成
  • 间接测量的误差传递
    • 函数系统误差的传递公式
    • 函数随机误差的传递公式
  • 间接测量的误差分配
    • 等作用分配误差
    • 按可能性调整误差
    • 验算调整后的总误差
  • 数据处理
    • 有效数字
      • 四舍六入，五凑双
      • 加减运算→小数点后有效数字最少
      • 乘除运算→有效数字最少的
      • 其他运算：开方、乘方有效数字多一位
    • 直接测量值的整理
      • 注意判别异常点
    • 间接测量值的整理
    • 组合测量值的整理
      • 方法：最小二乘法
• 物位测量
  • 物位计
    • 液位计/界面计
    • 料位计
  • 测量方法
    • 力学原理（物位变化后，在物料某一位置的浮力、压力和重力等力的平衡状态变化， 测量新状态下传感器的力学信号即可反映新的物位）
      • 浮力原理
        • 浮子液位计（恒浮力测量）
        • 浮筒液位计（变浮力测量）
      • 静力学原理
        • 差压式液位计
          • 安装方式：导管式、法兰式
          • 法兰压力变送器（粘度大、有沉淀、易结晶、易凝固、具有腐蚀性介质 防止导管堵塞或腐蚀仪表）
          • 量程迁移：无迁移（正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通） 负迁移（加隔离罐或采用法兰式测压差） 正迁移（变送器位置低于液面基准面）
    • 机械运动原理
      • 重锤式物位计
    • 波传播原理
    • 电气式物位检测
      • 电阻式液位计
        • 原理：被测介质导电率与空气不同，物位变化引起电极电阻的变化， 通过电桥输出位电压变化信号
      • 电感式液位计
        • 原理：电感式液位计利用电磁感应现象，当液位变化引起线圈电感变化时， 感应电流也变化 既可用于连续测量，也可用于液位定点测量测量
      • 电容式液位计
        • 原理：当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度成正比。 同时，两种介质的介电常数的差值越大，灵敏度越高。
        • 适用对象：非导电液体和固体 对与导电液体，电极用绝缘物覆盖
        • 电容串联：取决于小电容 电容并联：电容值相加
    • 其他物位计
      • 超声波物位计
      • 微波物位计/射线式物位计
      • 利用接近开关进行物位测量
      • 称重式料位计
• 热量测量
  • 热阻式热流计
    • 原理：利用傅里叶定律，通过测量传感器两侧的温差， 结合传感器自身的热阻，计算通过传感器的导热热流，再根据热平衡原理， 以该热流代替通过被测物体的导热强度
    • 分类
      • 按阻值分
        • 高热阻型
          • 精度高，附加热阻和时间延迟大，适用厚壁稳态热流测量
        • 低热阻型
          • 反应灵敏，温差小，测热流误差大，适用于动态热流测量
      • 测温方式
        • 热电偶（热电堆）
          • 单个热电偶是单点测量，不能反应整个传感器两侧表面温差， 而且形成的热电势很小
        • 热电阻（热敏电阻）
      • 力学性能
        • 硬平板式
        • 可挠式
  • 辐射式热流计
    • 原理：利用辐射换热中的斯蒂芬—波尔兹曼原理，传感器与被测物体进行辐射换热而发生温度变化， 通过测量传感器的温度值来计算被测物体的辐射热量
    • 黑体辐射系数σ为5.7×10-8W/（m².K⁴）
    • 分类
      • 2π式热流计
      • 塞式热流计
      • 圆箔式热流计
  • 热量表
    • 原理：利用热力学焓差原理，通过测量单位时间进入设备或管道的流体流量和温度 来计算进入设备或管道的热量 或者通过测量单位时间流过设备或管道的流量及进出设备和管道的流体温差来计算设备或管道消耗热量
    • 组成
      • 流量计＋能量计算器＋温度传感器
  • 热水热量指示积算仪
    • 热水吸收或放出的热量，与热水流量和供回水焓差有关
  • 蒸汽热量指示积算仪
    • 通过蒸汽的流量、蒸汽与凝水焓差来计算热量
• 流量测量
  • 技术参数
    • 测量范围
    • 量程和量程比
    • 允许误差和精度等级
    • 压力损失
  • 瞬时流量
    • 质量流量qm，kg/s
    • 体积流量qv，m3/s
    • 重量流量qw，N/s
  • 测速方法
    • 差压式流量测量法—测量流体差压信号 根据流体节流原理进行流量测量
      • 节流装置
        • 适用条件
          • 1.流体必须是牛顿流体
          • 2.流体必须充满管道和节流装置且连续流动， 流经节流件前流动应达到充分紊流 流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变
          • 3.流动是稳定的或随时间缓变的
        • 结构形式
          • 标准孔板
          • 标准喷嘴
          • 文丘里管
        • 取压方式
          • 理论取压
          • 角接取压
          • 法兰取压
          • 径距取压
          • 损失取压
      • 转子流量计
        • 转子受到的浮力、节流压力差与重力平衡。流量增大，节流压力差增大，转子上移 流通截面增大，节流压力下降，力平衡恢复，新位置与流量相应
      • 靶式流量计
      • 毕托管流量计
    • 速度流量测量法—直接测量流速得到流量
    • 容积式流量测量法—利用标准小容积来连续测量流量
    • 质量流量测量法：以测量流体质量流量为目的
• 流速测试
  • 测速方法
    • 动力测压法
      • 原理：通过管道流体压力来测量流速
    • 散热效率测速法
      • 原理：在热交换原理基础上 利用传感器的散热速率与其上空流速的关系 通过传感器在动态热平衡中的散热率来测量流速
    • 激光测速法
      • （激光多普勒测速仪/粒子图像速度场仪）
      • 原理：激光多普勒平移原理 通过利用静止激光源照射流体 由于流体粒子散射光的频率与静止光源频率之差与粒子运动速度成正比 由此测流动速度
    • 机械测速法
      • 原理：建立在物体动力学的能量原理和动量原理基础上来测量流速
  • 测压管
    • 标准测压管（毕托管）
      • 上限：马赫数Ma＝0.25
      • 下限：被测流速在全压测孔直径上雷诺数Re＞200
      • 尽可能与气流方向一致
    • S形测压管
      • 优点
        • 可用于测量含尘气流
        • 可用于测量高流速
    • 均速管
    • 复合测压管
  • 热电风速仪
    • 原理：利用通电探头在流场中的散热量与流场流速之间存在一定关系
    • 分类
      • 恒流型（电流）
      • 恒温型（温度）
    • 热线探头分类
      • 一元探头（一元流动）
      • 二元探头（平面流动）
      • 三元探头（空间流速）
  • 叶轮风速仪
    • 原理：以气流流动动能推动机械装置来显示风速的仪表
  • 激光多普勒测速
    • 单点测量技术
  • 粒子图像测速技术
    • 显示流场流动的物理形态，提供瞬时全场流动的定量信息
• 压力测试
  • 单位：Pa N/m2
  • 压力单位换算表P96
  • 压力表示方法
    • 绝对压力
    • 大气压力
    • 表压力
    • 真空度
  • 压力测量方法
    • 液柱式压力检测法
      • 原理：液体静力学原理， 把被测压力转换成液柱高度来测量
    • 弹性式压力检测法
      • 原理：根据弹性元件受力变形的原理， 将被测压力转换为弹性元件的位移进行测量
    • 电气式压力检测法
      • 原理：利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量， 通过检测电量来检测压力
    • 活塞式压力检测法
      • 原理：将被测压力转换成活塞面积上所加砝码的重量进行测量
  • 霍尔压力传感器
    • 原理：在被测压力下，弹簧管的自由端产生位移，改变了霍尔片处于非均匀磁场之中的位置， 从而将机械位移量转换为霍尔电势
• 湿度测量
  • 测量方法p73
    • 绝对湿度（0℃，1.01325×105下，每立方米湿空气所含湿空气的质量）
    • 相对湿度（空气中水蒸气的分压力与同温度下饱和水蒸气分压力之比）
    • 含湿量（每千克干空气所含有的水蒸气量）
  • 主要仪表
    • 干湿球温度计
      • 原理：利用湿球温度下饱和蒸气分压力和干球温度下水蒸气分压力之差， 与干湿球温度之差之间存在的数量关系确定空气湿度
      • 分类
        • 普通干湿球温度计
          • 添加微型轴流风机—阿斯曼湿度计
        • 电动干湿球温度计
          • 改变：金属电阻→代替膨胀式温度计 设置轴流风机2.5m/s
    • 电阻式温度计
      • 氯化锂电阻式湿度计
        • 原理：随空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化 吸水电阻减小，反之，电阻增加
      • 氯化锂电阻式湿度传感器
      • 氯化锂电阻湿度变送器
    • 露点式湿度计
      • 氯化锂露点式湿度计
        • 原理：氯化锂饱和溶液的饱和水蒸气压力与被测空气的水蒸气压力相等时溶液的温度， 再根据空气的干球温度和露点温度求出空气的相对湿度
        • 维持温度稳定：电源变压器给铂电极提供24V交流电， 使铂丝电极电阻减小，电流增大，热效应使热敏层温 度增加，相应氯化锂饱和蒸气压力上升。当其压力大 于P时，热敏层水分蒸发，两极产生结晶盐，电阻增加， 电流减小，温度下降，饱和压力下降
      • 光电式露点湿度计
    • 电容式湿度计
      • 电容原理
        • 通过电化学的方法在金属铝表面形成一层氧化膜，进而在膜上沉积一薄层金属， 铝基体与金属构成一个电容器，氧化铝吸附水汽之后，引起电抗的变化。
    • 其他类型湿度传感器
• 温度测量
  • 基础知识
    • 温度（冷、热状态参数）
    • 温标（度量温度高低的尺度）
      • 热力学温标
      • 国际温标
      • 摄氏温标
        • θ＝T-T0（T0＝273.15，冰的三相点）
      • 华氏温标
        • F＝9/5×θ＋32
  • 测温仪表分类
    • 接触式
      • 体积变化
        • 固体热膨胀
        • 液体热膨胀
          • 原理：液体体积随温度升高而膨胀
        • 气体热膨胀
          • 压力式温度计原理：利用密闭容器内工作介质随温度的升高而压力增大
      • 变化电阻
        • 金属热电阻
        • 半导体热敏电阻
        • 热电阻测温
          • 原理：利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化来进行温度测量
          • 近似关系：Rt＝Rt0（1＋At＋Bt²）
          • 常用电阻
            • 铂电阻
              • 为什么采用三线制？ 答：因为连接导线的电阻随温度变化引起测量误差， 采用三线法可减小误差
            • 铜电阻
            • 半导体热敏电阻
              • 经验公式：Rt＝R0e[B（1/T-1/T0）]
          • 热电阻结构
          • 热电阻测温
      • 热电效应
        • 普通（昂贵）金属热电偶
        • 难熔金属热电偶
        • 非金属热电偶
        • 热电偶测温
          • 热电效应（塞贝克效应）：由两种不同导体或半导体组合成闭合回路 当两导体相连处温度不同，则回路中产生热电效应
          • 热电偶温度计是以热电效应为基础，通过热电动势来实现测温的仪表
          • 热电势
            • 接触电势（珀尔贴）
              • eAB(t)
            • 温差电势
              • E(t,t0)＝eAB(t)-eAB(t0)
          • 热电偶应用定律
            • 均质导体定律
            • 中间导体定律
            • 中间温度定律
          • 热电偶种类
          • 热电偶结构
            • 热电极
            • 绝缘管
            • 保护套
            • 接线盒
          • 热电偶冷端补偿
            • 冰点法
            • 冷端温度修正法
            • 补偿电桥法
            • 热电偶补偿导线法
          • 热电偶测温辅助仪表
          • 热电偶测温误差分析
    • 非接触式
      • 辐射测温
        • 亮度计
        • 全辐射法
        • 比色法
        • 辐射测温
          • 原理：普朗克定律