叶轮机械内部流动是相当复杂的,其流动的非定常主要表现为：逆压梯度、激波干涉、径向/周向复杂涡系掺混、流动失稳(旋转失速/喘振)、非均匀非对称流动、强三维,以及这些因素之间的非线性耦合。随着叶轮机械内部流动损失和失稳机理的研究不断深入,对实验测量技术提出了越来越高的要求。研究者们已经不满足于测量叶轮机械的效率,而是希望能够得到流场内部的损失大小及其分布规律。熵增是衡量损失最合理的量,快速响应熵探针的研制,对有效解释流场的损失机理,验证数值计算结果和湍流模型的正确性,进而提升叶轮机械全三维优化设计的能力和水平都具有十分重要的意义。叶轮机械内部流场的熵测量十分困难,主要表现在以下几个方面：1)转子的转动带来的固有非定常要求熵的测量具有非常高的频响,虽然目前微小硅压传感器能够得到较高的压力响应频率,但总温的快速响应很难实现；2)具有高频响的敏感元件都非常脆弱,在叶轮机械的实际工作环境中很难保证长时间安全工作；3)叶轮机械内部流场的涡结构复杂,来流方向多变且角度很大,因此需要在一个相当大的角度范围内都能得到稳定可靠的总压和总温测量；4)由于损失经常发生在角区或叶顶的局部区域,空间分辨率要求探头尺寸越小越好,给设计和制造带来很大的困难；5)熵不能直接测量只能通过总温总压计算得到,对于动态熵探针需要保证时空一致的条件下进行总温和总压两个参数的动态测量。本文发明了一种快速响应熵探针,通过同时进行总温和总压的动态测量,得到熵增,文中对探针的测量原理、设计制造、探针的标定、测量角度和频响等展开详细的研究。主要的内容分为以下三个部分：第一部分是快速响应熵探针的原理分析及设计。利用测得的动态总静压,结合高频响的热膜计算得到总温；热线(膜)具有高频响的特点,已经广泛应用于叶轮机械内部非定常流场的测量；采用kiel结构既可以用来解决来流大角度的问题,又可以保护探针内部的热丝,以适应真实条件下的恶劣工作环境；半无限长结构可以在尽量缩小探头直径的前提下维持足够的频响；探针高度集成了两个高频响压力传感器和热膜,根据动态的总压和总温,计算得到熵增。第二部分是快速响应熵探针的稳态和动态标定。熵探针的稳态标定同时需要可控的温度场、压力场和速度场,为此本文按照标定需要自行搭建了低速标定风洞实验台,对风洞出口的品质进行测试表明出口均匀稳定。利用压气机产生的脉冲信号对半无限引压管进行动态标定,得到总压传递函数曲线,保证了探针的动态频响水平。对不同过热比下的热膜进行的标定,证明热膜同时对温度和速度敏感。并对探针进行整体标定得到标定曲面图。第三部分是快速响应熵探针应用于转盘射流和低速轴流压气机的实验测量。测量结果表明,探针能够有效清晰地分辨出转盘射流和压气机的尾迹流场特征,具有良好的测量精度和频响。另外,熵探针的成本低,结构相对简单,也适应大角度的来流,动态测量的空间分辨率和时间分辨率均能够满足实验要求。为叶轮机械内非定常流场损失的测量,提供一些有价值的参考。