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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,第三級,第四級,第五級,*,*,*,熱工儀表及測量技術(shù),壽青云 主講,教材：,建筑環(huán)境測試技術(shù),參考書目：,熱工測量原理及其現(xiàn)代技術(shù)，張秀彬著，,TK31/ZZ367,熱工參數(shù)測量與處理，呂崇德著，,TK3/ZL977,第一章 測量的基本知識,第一節(jié) 測量的意義和測量方法,一、測量的意義,1測量的意義：,測量是人類對自然界中客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識過程。在這一過程中，人們借助于專門工具，通過試驗(yàn)和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，求得被測量的值，獲得對于客觀事物的定量的概念和內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識。,測量技術(shù)可分為若干分支，如,力學(xué)測量、電學(xué)測量
2、、熱工測量,等。,熱工測量是指,溫度、濕度、壓力、流量、煙氣成分,等參數(shù)的測量。,2應(yīng)用方面,（1）,過程監(jiān)測：,對過程參數(shù)的監(jiān)測。,（2）,過程控制：,為生產(chǎn)過程的自動控制提供依據(jù)。,（3）,試驗(yàn)分析與系統(tǒng)辨識：,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。測量技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)分析，是測量技術(shù)的一個典型應(yīng)用。,二、測量方法,測量的定義：,就是用實(shí)驗(yàn)的方法，把被測量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定兩者的比值，從而得到被測量的量值。,使測量結(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。,測量的基本方程式：,X
3、=aU,式中，X 被測量；,U 標(biāo)準(zhǔn)量（即選用的測量單位）；,a 被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)字比值。,測量方法,就是實(shí)現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較的方法。,測量方法的分類（按測量結(jié)果產(chǎn)生的方式分）：,（,1,）,直接測量法：,使被測量直接與選用的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，或者預(yù)先標(biāo)定好了的測量儀表進(jìn)行測量，從而直接求得被測量數(shù)值的測量方法。,（,2,）,間接測量法：,通過直接測量與被測量有某種確定函數(shù)關(guān)系的其它各個變量，然后將所測得的數(shù)值代入函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，從而求得被測量數(shù)值的方法。,（3）,組合測量法：,測量中使各個未知量以不同的組合形式出現(xiàn)（或改變測量條件以獲得這種不同組合），根據(jù)直接測量或間接測量所獲得的數(shù)據(jù)，
4、通過解聯(lián)立方程組以求得未知量的數(shù)值，這類測量稱為組合測量。,測量方法的其它分類方式：,按不同的測量條件分：,等精度測量與非等精度測量,按被測量在測量過程中的狀態(tài)不同分：,靜態(tài)測量與動態(tài)測量,第二節(jié) 測量系統(tǒng)的組成及其功能,一、測量系統(tǒng)的組成,測量系統(tǒng)由四個基本環(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,被測量,測量值,二、測量環(huán)節(jié)的功能,1、傳感器（敏感元件）,它是測量系統(tǒng)直接與被測對象發(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)該只對被測量的變化敏感，而對其它一切可能的輸入信號不敏感
5、。,在測量過程中，敏感元件應(yīng)該不干擾或盡量少干擾被測介質(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變換成顯示裝置易于接收的部件。,對變換器的要求：性能穩(wěn)定，精確度高，使信息損失最小。,3、顯示裝置,它是測量系統(tǒng)直接與觀測者發(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、輸出信號的連接部分。,分為電線、光導(dǎo)纖維和管路等。,第三節(jié) 測量誤差與測量精度,一、測量誤差的概念,測定值與被測量真值之差稱為,測量的絕對誤差,，或簡稱測量誤差。,=x X,0,式中，測量誤差；,x 測定值（
6、例如儀表指示值）；,X,0,被測量的真值。,真值一般無法得到，所以用實(shí)際值X代替X,0,。,對于絕對誤差，應(yīng)注意下面幾個特點(diǎn)：,絕對誤差是,有單位的量,，其單位與測定值和實(shí)際值相同。,絕對誤差是,有符號的量,，其符號表示出測定值與實(shí)際值的大小關(guān)系。,測定值與被測量實(shí)際值之間的,偏離程度和方向,通過絕對誤差來體現(xiàn)。,示值的絕對誤差與約定值之比值稱為,相對誤差,，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,測量儀表的指示值,x,時，,稱為,標(biāo)稱相對誤差,；,m,取,測量的實(shí)際值,X,時，,稱為,實(shí)際相對誤差,；,m,取,儀表的滿刻度值,時，,稱為,引用相對誤差,。,對于
7、相同的被測量，用絕對誤差評定其測量精度的高低。但對于不同的被測量，則應(yīng)采用相對誤差來評定。,測量過程中存在測量誤差是不可避免的，任何測量值只能近似反映被測量的真值。,測量過程中無數(shù)隨機(jī)因素的影響，使得即使在同一條件下對同一對象進(jìn)行重復(fù)測量也不會得到完全相同的測量值。,被測量總是要對敏感元件施加能量才能使測量系統(tǒng)給出測量值，這就意味著測量值并不能完全準(zhǔn)確的反映被測參數(shù)的真值。,例1.1：,二、測量誤差的來源,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)具體測量任務(wù)，正確地選
8、擇測量方法和使用測量儀器。,2、,人身誤差,它指由于測量者感官的分辨能力、視覺疲勞、固有習(xí)慣等而對測量實(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,它是所使用的測量方法不當(dāng)，或?qū)y量設(shè)備操作使用不當(dāng)，或測量所依據(jù)的理論不嚴(yán)格，或?qū)y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)算或改變測量方法來加以消除或修正。,三、測量誤差的分類,1系統(tǒng)誤差,在相同測量條件下，對同一被測量進(jìn)行多次測量，誤差的絕對值和符號或者保持
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,在相同測量條件下，對同一被測量進(jìn)行多次測量，由于受到大量的、微小的隨機(jī)因素的影響，測量誤差的絕對值的大小和符號沒有一定的規(guī)律，且無法簡單估計(jì)，這類誤差稱為,隨機(jī)誤差,。,指測量者無法嚴(yán)格控制的因素,隨機(jī)誤差就,個體而言是無規(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，只要測量次數(shù)足夠多，那么就會發(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)誤差對測量結(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，二者之間并無絕對的界限，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。,對某一具體誤差，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,明顯地歪曲了測量結(jié)果的誤差稱為,粗大誤差,，大多是由于測量者粗心大意造成的。,粗大誤差一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須立即從測量數(shù)據(jù)中剔除。,三、測量精度,1準(zhǔn)確度,對同一被測量進(jìn)行多次測量，測量值偏離被測量真值的程度稱為,測量的準(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：,對同一被測量進(jìn)行多次測量，測量值重復(fù)一致的程度，或者說測量值分布的密集程度，稱為,測量的精密度,。,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) 測量儀表的基本技術(shù)指標(biāo),1量程范圍,儀表能夠測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)差之絕對值。,問：某溫度計(jì)測量的最低溫度為-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：某測量范圍是0100MPa的壓力表，其滿,量程時指針轉(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,儀表測量值中的最大示值絕對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,它表示對測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,它指根據(jù)測量儀表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級或
13、級別。允許誤差去掉百分號的數(shù)值就是,準(zhǔn)確度等級,，工程上稱為精度等級。,7.變差,在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測量進(jìn)行反復(fù)測量（正行程和反行程）時，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：,測量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增至量程的上限的測量過程。,反行程：,測量系統(tǒng)的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測量過程。,習(xí)題：,1.某測溫儀表的準(zhǔn)確度等級為1.0級，絕對誤差為1，測量下限為負(fù)值（下限的絕對值為測量范圍的10），試確定該表的測量上限值、下限值和量程。,（90，,10，,100,）,2.用測量范圍為50+150kPa的壓力表測量140kPa壓力時，儀表示值為
14、+142kPa，求該示值的絕對誤差、實(shí)際相對誤差和引用相對誤差。,（+2kPa，,+1.43%，,+1.0%）,3.某1.5級測量范圍為0100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點(diǎn)校驗(yàn)時，其示值絕對誤差分別為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、2.0級、1.5級三塊測溫儀表，對應(yīng)的測量范圍分別為100+500、50550、01000，現(xiàn)要測量500的溫度，其測量值的相對誤差不超過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級量程范圍50550的測溫儀表最合適。,
熱工儀表及測量技術(shù)
