本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书为战略性新兴领域“十四五”高等教育系列教材。
本书知识体系重点突出，内容上注重经典知识与前沿技术的结合，目标上强调新工科背景下的质疑批判、创新性思维和工程实践。针对新时期燃气轮机试验测试技术领域知识体系构建、学生素质提升和能力发展的现实需求，本书主要介绍测试技术基础、燃气轮机参数测试仪器仪表和试验技术。书中重点讲述了燃气轮机基础研究、设计制造和运行过程中涉及的各种参数，如温度、压力、流量、燃气组分的测量方法及仪表；服务运行过程中的机械量，如应力、位移、振动、转速、叶尖间隙等参数的测量方法及仪表；燃气轮机试验规范与整机性能、排放、噪声等试验技术。
本书可作为普通高等院校燃气轮机、航空发动机及能源动力等相关专业的教材，也可供有关工程技术人员参考。

高等院校教师

前言
第1章概论1
1.1燃气轮机试验测试的作用与意义1
1.2燃气轮机试验测试技术发展趋势3
1.2.1非接触多维全场动态测试技术3
1.2.2智能化传感器技术4
1.2.3无线传感器技术5
1.2.4虚拟仪器技术5
1.2.5分布式网络化测试技术6
1.3本书的内容体系7
1.4测量的基本概念8
1.4.1测量的定义8
1.4.2测量方法9
1.5测量仪表的组成11
1.5.1传统测量系统12
1.5.2现代测试系统15
1.6信号传输17
1.6.1仪表内的信号传输17
1.6.2测试系统的信号传输19
1.7测量系统的基本特性23
1.7.1测量系统静态特性23
1.7.2测量系统动态特性26
1.8测量系统的检定与校验31
第2章测量误差与不确定度33
2.1测量误差的基本概念33
2.1.1误差的定义33
2.1.2误差的分类33
2.1.3测量的精密度、正确度和
准确度34
2.2随机误差分析与处理35
2.2.1随机误差的分布规律35
2.2.2测量值及其随机误差估计36
2.2.3测量结果的置信度37
2.2.4测量结果的表示38
2.3粗大误差分析与处理39
2.4系统误差分析与处理41
2.4.1系统误差的判定42
2.4.2削弱或消除系统误差的方法44
2.4.3系统误差对测量结果的影响45
2.5函数误差与误差合成46
2.5.1函数误差46
2.5.2随机误差的合成47
2.5.3未定系统误差合成及其与随机
误差的合成48
2.5.4误差分配49
2.5.5最佳测量方案的确定50
2.6测量结果的不确定度评定52
2.6.1不确定度的基本概念52
2.6.2标准不确定度的评定54
2.6.3合成标准不确定度58
2.6.4扩展不确定度59
2.6.5测量结果的表示61
第3章接触式温度测量技术64
3.1温度测量概述64
3.1.1经验温标与热力学温标64
3.1.2国际温标66
3.1.3温度测量方法简介67
3.2膨胀式温度计68
3.2.1玻璃管液体膨胀式温度计68
3.2.2固体膨胀式温度计69
3.2.3压力式温度计69
3.3热电偶温度计70
3.3.1热电偶测温原理70
3.3.2热电偶的基本定律72
3.3.3热电偶冷端温度补偿方法74
3.3.4标准化与非标准化热电偶76
3.3.5热电偶的构造及应用79
3.3.6热电动势测量82
3.3.7热电偶在燃气轮机温度测量上的
应用86
3.3.8工业热电偶的校验88
3.4热电阻温度计89
3.4.1热电阻测温的原理89
3.4.2常用热电阻与热敏电阻90
3.4.3热电阻测温元件结构92
3.4.4热电阻阻值测量93
3.4.5工业热电阻的校验96
第4章热辐射及其他温度测量技术98
4.1热辐射式温度计98
4.1.1热辐射测温基本原理98
4.1.2单色辐射高温计100
4.1.3辐射温度和全辐射温度计102
4.1.4比色温度计及多波长温度计103
4.1.5辐射温度计在燃气轮机温度
测量上的应用107
4.2其他温度测量技术109
4.2.1示温涂料法109
4.2.2磷光测温法110
4.2.3晶体测温法112
第5章压力及差压测量技术115
5.1液柱式压力计116
5.1.1U形管压力计116
5.1.2单管式压力计116
5.1.3斜管式微压计117
5.1.4液柱式压力计的测量误差
及其修正118
5.2弹性式压力计118
5.2.1弹性元件特性119
5.2.2弹性元件的材料120
5.2.3弹簧管压力计120
5.2.4膜式压力计121
5.2.5波纹管式压力计122
5.2.6弹性压力计的误差及修正124
5.3压力传感器及变送器124
5.3.1电位器式压力传感器125
5.3.2应变式压力传感器126
5.3.3压电式压力传感器129
5.3.4电感式压力传感器132
5.3.5电容式压力传感器133
5.3.6霍尔效应压力传感器137
5.3.7压力传感器在燃气轮机中的
应用140
5.4压力变送器的校验143
5.4.1压力变送器计量性能要求143
5.4.2压力变送器校验设备143
5.4.3压力变送器校验规程146
第6章流量测量技术148
6.1容积式流量计149
6.1.1容积式流量计测量原理149
6.1.2容积式流量计的类型及结构149
6.1.3容积式流量计误差分析151
6.2速度式流量计152
6.2.1涡轮流量计154
6.2.2涡街流量计156
6.2.3电磁流量计159
6.2.4超声波流量计163
6.2.5热式流量计167
6.3差压式流量计170
6.3.1皮托管流量计170
6.3.2均速管流量计173
6.3.3浮子流量计174
6.3.4节流变压降流量计177
6.4质量流量计188
6.4.1直接式质量流量计189
6.4.2推导式质量流量计191
6.4.3温度、压力补偿式质量流量计192
6.5流量计在燃气轮机中的应用193
6.6流量测量仪表的检定与校验194
第7章旋转机械参数测量技术198
7.1应力测量198
7.1.1钻孔法198
7.1.2纳米压痕法200
7.1.3X射线衍射法201
7.1.4超声波法203
7.2转速和扭矩测量205
7.2.1转速测量205
7.2.2扭矩测量209
7.3振动测量213
7.3.1相对式测振仪215
7.3.2惯性式测振仪217
7.3.3涡电流式振动位移传感器221
7.3.4辅助振动测试仪器222
7.4叶尖间隙测量225
7.4.1放电探针法226
7.4.2电容法226
7.4.3电涡流法227
7.4.4激光三角测量法228
第8章燃气组分测试技术229
8.1燃气取样方法229
8.2气相色谱法230
8.2.1测量原理231
8.2.2系统结构232
8.3质谱分析法234
8.3.1测量原理235
8.3.2系统结构235
8.4非色散红外技术238
8.4.1测量原理238
8.4.2系统结构239
8.5傅里叶变换红外光谱技术240
8.5.1测量原理240
8.5.2系统结构241
8.6差分吸收光谱技术241
8.6.1测量原理242
8.6.2系统结构242
8.7化学发光法243
8.7.1测量原理243
8.7.2系统结构244
8.8脉冲紫外荧光光谱法245
8.8.1测量原理246
8.8.2系统结构247
8.9拉曼光谱法248
8.9.1测量原理248
8.9.2系统组成249
8.10氧化锆电池法251
8.10.1测量原理251
8.10.2系统结构253
第9章燃气轮机先进测试技术254
9.1流动可视化技术254
9.1.1阴影法254
9.1.2纹影法258
9.2流场测试技术262
9.2.1粒子图像测速262
9.2.2激光多普勒测速265
9.3燃气组分浓度场与温度场测试技术266
9.3.1可调谐半导体激光吸收光谱
技术266
9.3.2平面激光诱导荧光技术271
9.3.3热端部件表面温度场激光诱导磷
光测量技术275
9.4智能传感器277
9.4.1智能传感器的定义与构成277
9.4.2智能传感器的功能和特点278
9.4.3传感器智能化的实现方式280
9.4.4传感器智能化的实现技术284
9.5虚拟仪器286
9.5.1虚拟仪器的硬件287
9.5.2虚拟仪器软件开发平台290
9.5.3虚拟仪器未来发展趋势291
9.6网络化智能传感器292
第10章燃气轮机试验规范与整机
试验技术295
10.1燃气轮机试验概述295
10.1.1燃气轮机试验的意义295
10.1.2燃气轮机试验的一般流程296
10.2燃气轮机试验种类296
10.2.1不同阶段的燃气轮机试验296
10.2.2试验程序298
10.2.3验收试验298
10.3燃气轮机试验标准规范301
10.3.1国际标准体系301
10.3.2国内标准体系302
10.3.3标准化进程与未来发展302
10.4燃气轮机整机试验技术303
10.4.1燃气轮机热力性能试验303
10.4.2燃气轮机排放试验306
10.4.3燃气轮机噪声试验309
10.4.4燃气轮机振动试验314
参考文献319

《“十四五”国家战略性新兴产业发展规划》要求，要深入实施战略型紧缺人才培养教学资源储备计划，推进重点领域教学资源建设，开展新型教材研发。为此，2022年教育部成立重点领域教学资源及新型教材建设项目专家工作组，重型燃气轮机是第一批确定的四个重点领域之一。为加强高等院校战略性新兴领域卓越工程师培养，教育部于2023年开展了战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设工作。“重型燃气轮机”教材建设团队入选国家战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设团队（全国共有来自22个领域的69支团队），开展专业核心教材建设，并同步开展核心课程、重点实践项目建设工作，形成优质教学资源库。这些充分反映了“重型燃气轮机”这一重点领域的人才培养和教材建设等工作的重要性和紧迫性。
燃气轮机是一种集众多高技术于一体，且涉及诸多学科的先进动力机械装置，被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”，在地面发电、航空推进、舰船动力、油气输运、工业驱动等国民经济和国防军事领域得到了广泛的应用。某种意义上，燃气轮机是成为制造强国的重要标志，是关系国家安全、综合竞争力的国之重器，对我国实现高水平科技自立自强和经济高质量发展具有重大引领带动作用。2016年，我国在“十三五”期间全面启动实施了“航空发动机及燃气轮机（简称两机）”科技重大专项，急需培养一批掌握两机基础理论知识和相关专业技术的创新型人才。
对燃气轮机而言，试验与测试技术是与设计、材料工艺并列的燃气轮机研发三大支撑技术之一，是建立和完善燃气轮机设计理论和仿真计算模型的重要基础，是考核燃气轮机新材料、新技术、新结构、新工艺的有效途径，也是验证燃气轮机性能、可靠性、耐久性的必要手段。作为燃气轮机专业方向的核心课程教材，本书涵盖了测试技术基础、测量误差与不确定度，以及燃气轮机参数测试技术、先进测试技术、试验技术等内容，是一本相对全面讲授燃气轮机设计、服务运行过程中各种参数（如温度、压力、流量、燃气组分、位移、振动、叶尖间隙、转速）的测量方法及仪表的教材。为了适应未来先进燃气轮机研发对专业人才的需求，本书结合燃气轮机测试技术研究的新进展和未来发展趋势，如流场、温度场与组分浓度场非接触光学测试技术、智能传感器、虚拟仪器、网络化仪器等，力求将燃气轮机涉及的相关测试基础理论和专业知识贯穿于全书中，并在内容组织上兼顾内容全面、概念清晰、重点突出。
本书由东南大学能源与环境学院许传龙教授担任主编，上海理工大学能源与动力工程学院周骛教授、浙江大学能源工程学院吴学成教授、西安交通大学能源与动力工程学院刘观伟工程师担任副主编，共同负责全书的策划和具体章节内容的确定，参加本书编写的还有东南大学朱效宇助理研究员、上海交通大学蔡伟伟教授、浙江大学吴迎春研究员、上海理工大学蔡天意讲师。其中，许传龙负责第1章部分内容、第3章、第5章、第6章、第7章的编写和全书统稿，周骛和蔡天意负责第10章的编写，吴学成、吴迎春和蔡伟伟负责第8章和第9章的编写，刘观伟负责第1章部分内容和第2章的编写，朱效宇负责第4章的编写。本书的编写还得到了中国科学院工程热物理研究所刘艳高级工程师、上海发电设备成套设计研究院有限责任公司刘伟高级工程师、中国联合重型燃气轮机技术有限公司石高级工程师等我国燃气轮机领域有关试验测试专家的帮助，特此致谢！
本书的编写得到了各参编单位的大力支持，并参考了大量的学术论文、研究成果和标准规范等学术与技术资料，重型燃气轮机重点领域教学资源及新型教材建设项目专家工作组在研讨中也提出了许多宝贵意见，在此一并表示感谢。
鉴于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

编者