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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,熱工儀表及測(cè)量技術(shù),壽青云 主講,教材：,建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù),參考書目：,熱工測(cè)量原理及其現(xiàn)代技術(shù)，張秀彬著，,TK31/ZZ367,熱工參數(shù)測(cè)量與處理，呂崇德著，,TK3/ZL977,第一章 測(cè)量的基本知識(shí),第一節(jié) 測(cè)量的意義和測(cè)量方法,一、測(cè)量的意義,1測(cè)量的意義：,測(cè)量是人類對(duì)自然界中客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過程。在這一過程中，人們借助于專門工具，通過試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，求得被測(cè)量的值，獲得對(duì)于客觀事物的定量的概念和內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)。,測(cè)量技術(shù)可分為若干分支，如,力學(xué)測(cè)量、電學(xué)測(cè)量
2、、熱工測(cè)量,等。,熱工測(cè)量是指,溫度、濕度、壓力、流量、煙氣成分,等參數(shù)的測(cè)量。,2應(yīng)用方面,（1）,過程監(jiān)測(cè)：,對(duì)過程參數(shù)的監(jiān)測(cè)。,（2）,過程控制：,為生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制提供依據(jù)。,（3）,試驗(yàn)分析與系統(tǒng)辨識(shí)：,解決科學(xué)上的和過程上的問題，一般需要綜合運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)的方法。測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)分析，是測(cè)量技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用。,二、測(cè)量方法,測(cè)量的定義：,就是用實(shí)驗(yàn)的方法，把被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定兩者的比值，從而得到被測(cè)量的量值。,使測(cè)量結(jié)果有意義的要求：,用來進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)該是國際上或國家所公認(rèn)的，且性能穩(wěn)定。,進(jìn)行比較所用的方法和儀表必須經(jīng)過驗(yàn)證。,測(cè)量的基本方程式：,X
3、=aU,式中，X 被測(cè)量；,U 標(biāo)準(zhǔn)量（即選用的測(cè)量單位）；,a 被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)字比值。,測(cè)量方法,就是實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較的方法。,測(cè)量方法的分類（按測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的方式分）：,（,1,）,直接測(cè)量法：,使被測(cè)量直接與選用的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，或者預(yù)先標(biāo)定好了的測(cè)量儀表進(jìn)行測(cè)量，從而直接求得被測(cè)量數(shù)值的測(cè)量方法。,（,2,）,間接測(cè)量法：,通過直接測(cè)量與被測(cè)量有某種確定函數(shù)關(guān)系的其它各個(gè)變量，然后將所測(cè)得的數(shù)值代入函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，從而求得被測(cè)量數(shù)值的方法。,（3）,組合測(cè)量法：,測(cè)量中使各個(gè)未知量以不同的組合形式出現(xiàn)（或改變測(cè)量條件以獲得這種不同組合），根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)，
4、通過解聯(lián)立方程組以求得未知量的數(shù)值，這類測(cè)量稱為組合測(cè)量。,測(cè)量方法的其它分類方式：,按不同的測(cè)量條件分：,等精度測(cè)量與非等精度測(cè)量,按被測(cè)量在測(cè)量過程中的狀態(tài)不同分：,靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量,第二節(jié) 測(cè)量系統(tǒng)的組成及其功能,一、測(cè)量系統(tǒng)的組成,測(cè)量系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：傳感器、變換器或變送器、傳輸通道和顯示裝置。,傳感器,變換器,傳輸通道,顯示裝置,被測(cè)量,測(cè)量值,二、測(cè)量環(huán)節(jié)的功能,1、傳感器（敏感元件）,它是測(cè)量系統(tǒng)直接與被測(cè)對(duì)象發(fā)生聯(lián)系的部分。,理想敏感元件應(yīng)滿足的要求：,敏感元件輸入與輸出之間應(yīng)該有穩(wěn)定的單值函數(shù)關(guān)系。,敏感元件應(yīng)該只對(duì)被測(cè)量的變化敏感，而對(duì)其它一切可能的輸入信號(hào)不敏感
5、。,在測(cè)量過程中，敏感元件應(yīng)該不干擾或盡量少干擾被測(cè)介質(zhì)的狀態(tài),。,2、,變換器（變送器）,它是傳感器和顯示裝置中間的部分，它是將傳感器輸出的信號(hào)變換成顯示裝置易于接收的部件。,對(duì)變換器的要求：性能穩(wěn)定，精確度高，使信息損失最小。,3、顯示裝置,它是測(cè)量系統(tǒng)直接與觀測(cè)者發(fā)生聯(lián)系的部分,顯示裝置的基本形式：,模擬式顯示元件,數(shù)字式顯示元件,屏幕式顯示元件,4、傳輸通道,它是儀表各環(huán)節(jié)間輸入、輸出信號(hào)的連接部分。,分為電線、光導(dǎo)纖維和管路等。,第三節(jié) 測(cè)量誤差與測(cè)量精度,一、測(cè)量誤差的概念,測(cè)定值與被測(cè)量真值之差稱為,測(cè)量的絕對(duì)誤差,，或簡稱測(cè)量誤差。,=x X,0,式中，測(cè)量誤差；,x 測(cè)定值（
6、例如儀表指示值）；,X,0,被測(cè)量的真值。,真值一般無法得到，所以用實(shí)際值X代替X,0,。,對(duì)于絕對(duì)誤差，應(yīng)注意下面幾個(gè)特點(diǎn)：,絕對(duì)誤差是,有單位的量,，其單位與測(cè)定值和實(shí)際值相同。,絕對(duì)誤差是,有符號(hào)的量,，其符號(hào)表示出測(cè)定值與實(shí)際值的大小關(guān)系。,測(cè)定值與被測(cè)量實(shí)際值之間的,偏離程度和方向,通過絕對(duì)誤差來體現(xiàn)。,示值的絕對(duì)誤差與約定值之比值稱為,相對(duì)誤差,，其為無量綱數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。,一般約定值,m,有如下幾種取法：,m,取,測(cè)量儀表的指示值,x,時(shí)，,稱為,標(biāo)稱相對(duì)誤差,；,m,取,測(cè)量的實(shí)際值,X,時(shí)，,稱為,實(shí)際相對(duì)誤差,；,m,取,儀表的滿刻度值,時(shí)，,稱為,引用相對(duì)誤差,。,對(duì)于
7、相同的被測(cè)量，用絕對(duì)誤差評(píng)定其測(cè)量精度的高低。但對(duì)于不同的被測(cè)量，則應(yīng)采用相對(duì)誤差來評(píng)定。,測(cè)量過程中存在測(cè)量誤差是不可避免的，任何測(cè)量值只能近似反映被測(cè)量的真值。,測(cè)量過程中無數(shù)隨機(jī)因素的影響，使得即使在同一條件下對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行重復(fù)測(cè)量也不會(huì)得到完全相同的測(cè)量值。,被測(cè)量總是要對(duì)敏感元件施加能量才能使測(cè)量系統(tǒng)給出測(cè)量值，這就意味著測(cè)量值并不能完全準(zhǔn)確的反映被測(cè)參數(shù)的真值。,例1.1：,二、測(cè)量誤差的來源,1、,儀器誤差,它是由于設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢定等的不完善以及儀器使用過程中元器件老化、機(jī)械部件磨損、疲勞等因素而使測(cè)量儀器設(shè)備帶有的誤差。,減少儀器誤差的主要途徑是根據(jù)具體測(cè)量任務(wù)，正確地選
8、擇測(cè)量方法和使用測(cè)量儀器。,2、,人身誤差,它指由于測(cè)量者感官的分辨能力、視覺疲勞、固有習(xí)慣等而對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象與結(jié)果判斷不準(zhǔn)確而造成的誤差。,減少人身誤差的途徑,3、,影響誤差,它是指各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差。,主要的影響因素是環(huán)境溫度、電源電壓和電磁干擾等。,4、,方法誤差,它是所使用的測(cè)量方法不當(dāng)，或?qū)y(cè)量設(shè)備操作使用不當(dāng)，或測(cè)量所依據(jù)的理論不嚴(yán)格，或?qū)y(cè)量計(jì)算公式不適當(dāng)簡化等原因而造成的誤差，也稱理論誤差。,原則上可通過理論分析和計(jì)算或改變測(cè)量方法來加以消除或修正。,三、測(cè)量誤差的分類,1系統(tǒng)誤差,在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)或者保持
9、不變，或按一定的規(guī)律變化，這類誤差稱為,系統(tǒng)誤差,。,恒值誤差,變值誤差：累進(jìn)性、周期性、按復(fù)雜規(guī)律變化,恒值,累進(jìn)性,按復(fù)雜規(guī)律變化,周期性,系統(tǒng)誤差的特征,2,隨機(jī)誤差,在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，由于受到大量的、微小的隨機(jī)因素的影響，測(cè)量誤差的絕對(duì)值的大小和符號(hào)沒有一定的規(guī)律，且無法簡單估計(jì)，這類誤差稱為,隨機(jī)誤差,。,指測(cè)量者無法嚴(yán)格控制的因素,隨機(jī)誤差就,個(gè)體而言是無規(guī)律,的，不能通過實(shí)驗(yàn)的方法來消除。,但在等精度條件下，只要測(cè)量次數(shù)足夠多，那么就會(huì)發(fā)現(xiàn)：,從總體來說隨機(jī)誤差服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,，可以從理論上來估計(jì)隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。,隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差既有區(qū)別
10、又有聯(lián)系，二者之間并無絕對(duì)的界限，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。,對(duì)某一具體誤差，在某一條件下為系統(tǒng)誤差，而在另一條件下可為隨機(jī)誤差，反之亦然。,3,粗大誤差,明顯地歪曲了測(cè)量結(jié)果的誤差稱為,粗大誤差,，大多是由于測(cè)量者粗心大意造成的。,粗大誤差一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須立即從測(cè)量數(shù)據(jù)中剔除。,三、測(cè)量精度,1準(zhǔn)確度,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量值偏離被測(cè)量真值的程度稱為,測(cè)量的準(zhǔn)確度,。,它反映,系統(tǒng)誤差,的影響，,系統(tǒng)誤差越小，準(zhǔn)確度越高,。,2精密度：,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量值重復(fù)一致的程度，或者說測(cè)量值分布的密集程度，稱為,測(cè)量的精密度,。,它反映,隨機(jī)誤差,的影響，,隨機(jī)誤差越小，精密度越
11、高,。,3精確度,精密度與準(zhǔn)確度的綜合指標(biāo)稱為,精確度,，或稱精度。,它反映,隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差,的綜合影響。,精密度高的，準(zhǔn)確度不一定高；準(zhǔn)確度高的精密度不一定高；但精確度高的，則精密度與準(zhǔn)確度都高。,精密度高,準(zhǔn)確度高,精確度高,第四節(jié) 測(cè)量儀表的基本技術(shù)指標(biāo),1量程范圍,儀表能夠測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作,儀表的量程范圍,，簡稱量程。,在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對(duì)值。,問：某溫度計(jì)測(cè)量的最低溫度為-20，,最高溫度為100，它的量程是多少？,120,2靈敏度,在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量,L,與引起此變化的輸入量的變化量,X,b,之比值，定義為,儀表的靈敏
12、度,。,用,S,表示，即,式中，,S,儀表靈敏度,L,、,X,b,分別為輸入與輸出變化量,問：某測(cè)量范圍是0100MPa的壓力表，其滿,量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？,2.7度/MPa,3靈敏限（分辨率、死區(qū)）,它表明儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力指標(biāo)，即不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化幅度與量程范圍之比的百分?jǐn)?shù)。,4.儀器基本誤差,儀表測(cè)量值中的最大示值絕對(duì)誤差與儀表量程之比值稱為,儀表的基本誤差,。,5.儀器允許誤差,它表示對(duì)測(cè)量儀表所允許的誤差界限，即出廠的儀表都要保證基本誤差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值叫,允許誤差,。,6準(zhǔn)確度等級(jí),它指根據(jù)測(cè)量儀表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級(jí)或
13、級(jí)別。允許誤差去掉百分號(hào)的數(shù)值就是,準(zhǔn)確度等級(jí),，工程上稱為精度等級(jí)。,7.變差,在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行反復(fù)測(cè)量（正行程和反行程）時(shí)，所產(chǎn)生的最大差值與儀表量程之比值稱為,變差,，用表示。,正行程：,測(cè)量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增至量程的上限的測(cè)量過程。,反行程：,測(cè)量系統(tǒng)的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測(cè)量過程。,習(xí)題：,1.某測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，絕對(duì)誤差為1，測(cè)量下限為負(fù)值（下限的絕對(duì)值為測(cè)量范圍的10），試確定該表的測(cè)量上限值、下限值和量程。,（90，,10，,100,）,2.用測(cè)量范圍為50+150kPa的壓力表測(cè)量140kPa壓力時(shí)，儀表示值為
14、+142kPa，求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用相對(duì)誤差。,（+2kPa，,+1.43%，,+1.0%）,3.某1.5級(jí)測(cè)量范圍為0100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點(diǎn)校驗(yàn)時(shí)，其示值絕對(duì)誤差分別為0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，試問該表是否合格？,因?yàn)?.21.5%，所以該表合格。,儀器基本誤差小于允許誤差，儀器合格；反之則不合格。,4.現(xiàn)有2.5級(jí)、2.0級(jí)、1.5級(jí)三塊測(cè)溫儀表，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍分別為100+500、50550、01000，現(xiàn)要測(cè)量500的溫度，其測(cè)量值的相對(duì)誤差不超過2.5%，問選用哪塊表最合適？,解：(500+100)2.5%=15，15500100%=3%；,(550+50)2.0%=12，12500100%=2.4%；,(10000)1.5%=15，15500100%=3%；,所以準(zhǔn)確度2.0級(jí)量程范圍50550的測(cè)溫儀表最合適。,
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