热工测量仪表第1章ppt课件.ppt

热工测量仪表热工测量仪表张华张华 赵文柱赵文柱 编著编著冶金工业出版社冶金工业出版社课程描述课程描述n 本课程是电厂热工仪表及自动装置专业、电厂集控运行专本课程是电厂热工仪表及自动装置专业、电厂集控运行专业及电厂热能动力工程专业的主干专业课业及电厂热能动力工程专业的主干专业课。共分为五章内共分为五章内容，详细地介绍了热工测量的基础知识，温度测量、压力容，详细地介绍了热工测量的基础知识，温度测量、压力测量、流量测量、物位测量等方面的知识。在介绍传统测测量、流量测量、物位测量等方面的知识。在介绍传统测量仪表的基础上，加入了一些先进的智能型仪表，充分反量仪表的基础上，加入了一些先进的智能型仪表，充分反映了热工测量中运用的新知识、新技术、新工艺、新方法。映了热工测量中运用的新知识、新技术、新工艺、新方法。n 涉及学科面广，加强实用性和突出对应用能力的培养。涉及学科面广，加强实用性和突出对应用能力的培养。基本信息基本信息课课程学分：程学分：3.03.0分分 授课班级：仪表授课班级：仪表13-113-1、13-213-2理论课时：理论课时：3030学时学时 实验课时：实验课时：8 8学时学时授课教师：授课教师：mouou mouou 电话：电话：* * * * * * * * * * * * 邮箱：邮箱：* * * * * * * * * * * *授课时间与地点：授课时间与地点： 实验授课计划实验授课计划序号序号实验内容实验内容实验一实验一实验装置的基本操作实验装置的基本操作实验二实验二一阶单容上水箱对象特性测试实验一阶单容上水箱对象特性测试实验实验三实验三上水箱液位上水箱液位PIDPID整定实验整定实验实验四实验四釜内胆温度二位式控制实验釜内胆温度二位式控制实验课程要求与学习结果课程要求与学习结果n本课程应在掌握：热工仪表基础知识、掌握温度、压力、本课程应在掌握：热工仪表基础知识、掌握温度、压力、物位、流量等测量知识及相关仪表（重点）；尤其温度、压物位、流量等测量知识及相关仪表（重点）；尤其温度、压力测量原理与仪器装置的使用；熟悉热工显示仪表及仪表装力测量原理与仪器装置的使用；熟悉热工显示仪表及仪表装置的安装与故障维修知识，并有一定的实际动手调试维护能置的安装与故障维修知识，并有一定的实际动手调试维护能力。力。本课程学习须知本课程学习须知n认真听课，善于思考，多提出问题；实验中要多动手操作认真听课，善于思考，多提出问题；实验中要多动手操作n在听课、看书的基础上才能完成好作业。在听课、看书的基础上才能完成好作业。成绩考核成绩考核n 学生考核总成绩须达到学生考核总成绩须达到6060分，成绩比例为：期末考试成绩分，成绩比例为：期末考试成绩占总成绩的占总成绩的70%70%，平时成绩占总成绩的，平时成绩占总成绩的30%30%（书面作业及到（书面作业及到课率）。课率）。考核规定考核规定n 期末考试采用闭卷期末考试采用闭卷+ +笔试方法，题型有选择题、填空题、笔试方法，题型有选择题、填空题、简答和应用题；考试范围为课本简答和应用题；考试范围为课本+ +课堂讲授课堂讲授+ +课外作业。课外作业。n 有下列情况之一者不得参加期末考核有下列情况之一者不得参加期末考核( (即没有考核成绩即没有考核成绩) )：n （1 1）课堂听课）课堂听课+ +讨论课低于讨论课低于1 10 0学时（学时（2 2）交作业低于）交作业低于5 5次次教材及参考文献教材及参考文献n张东风热工测量及仪表，中国电力出版社，张东风热工测量及仪表，中国电力出版社，2007.42007.4n潘汪杰热工测量及仪表，中国电力出版社，潘汪杰热工测量及仪表，中国电力出版社，2005.52005.5n齐志才，刘红丽自动化仪表，中国林业出版齐志才，刘红丽自动化仪表，中国林业出版社社 2007 2007第一章第一章 绪论绪论测量的基本知识1测量方法2测量分类3测量误差4例：曹冲称象例：曹冲称象方法：比较法方法：比较法；装置：船、石头、小秤；装置：船、石头、小秤；检查检查、测量测量，从而得到：，从而得到：定性定性、定量定量的结果。的结果。第一节第一节 测量的基本知识测量的基本知识一、测量的基本概念一、测量的基本概念二、测量的意义二、测量的意义三、测量的应用三、测量的应用一一. .测量的基本概念测量的基本概念n 测量：就是利用实验手段把待测量与已知的测量：就是利用实验手段把待测量与已知的同性质的标准量进行直接或间接的比较，确同性质的标准量进行直接或间接的比较，确定两者的比值，从而得到被测量量值的过程。定两者的比值，从而得到被测量量值的过程。n 目的：获得被测量的定量信息。目的：获得被测量的定量信息。 n 关键：比较关键：比较 n 举例：测量物体长度、测量人体温度举例：测量物体长度、测量人体温度测量的构成要素测量的构成要素n 测量对象与被测量测量对象与被测量n 测量环境测量环境n 测量方法测量方法n 测量单位测量单位n 测量资源（测量仪器、辅助设施，测量人员等）测量资源（测量仪器、辅助设施，测量人员等）n 数据处理和测量结果数据处理和测量结果二、测量的意义二、测量的意义n 意义意义：认识自然界中客观事物，逐步掌握事物本质认识自然界中客观事物，逐步掌握事物本质和揭示自然规律。和揭示自然规律。n 用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认的，且性能稳定的，且性能稳定n 进行比较所用的方法和仪表必须经过验证进行比较所用的方法和仪表必须经过验证测量结果有意义的要求测量结果有意义的要求n 著名科学家门捷列夫有一著名科学家门捷列夫有一句名言：句名言：“没有测量，就没有测量，就没有科学。没有科学。” n 月日月日n “世界计量日世界计量日” ” n 检测就是去认识检测就是去认识 西门子西门子（德国）（德国）三、测量的应用三、测量的应用n 过程监测：过程监测：对过程参数的监测。对过程参数的监测。n 过程控制：过程控制：为生产过程的自动控制提供依据。为生产过程的自动控制提供依据。n 试验分析与系统辨识：试验分析与系统辨识：解决科学上的和过程上的解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。应用。 第一章 绪论测量的方法2 测量的基本知识1 测量的分类3 测量误差4n 测量方法：测量方法：实现被测量与标准量比较的方法。实现被测量与标准量比较的方法。u按测量结果产生的方式分：按测量结果产生的方式分： （1）直接测量法：直接测量法：使被测量直接与选用的标准量进行比较，使被测量直接与选用的标准量进行比较，或者预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被或者预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法。测量数值的测量方法。 （2）间接测量法：间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系关系的其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。进行计算，从而求得被测量数值的方法。（3 3）组合测量法组合测量法：测量两个或两个以上相测量两个或两个以上相关未知量，改变测量条件使各个未知量以不关未知量，改变测量条件使各个未知量以不同组合形式出现，根据直接测量或间接测量同组合形式出现，根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方程组以求得未所获得的数据，通过解联立方程组以求得未知量的数值。知量的数值。以下测量过程使用了哪种测量方法？以下测量过程使用了哪种测量方法？通过公式通过公式 P=UI 测量功率测量功率用铂电阻温度计测量温度，电阻值与温度的关用铂电阻温度计测量温度，电阻值与温度的关系是系是 Rt=R0(1+At+Bt2)用水银温度计测量介质温度用水银温度计测量介质温度绝对测量绝对测量简单、直观简单、直观准确度不高准确度不高相对测量相对测量准确度高准确度高测量系统结构复杂，成本高测量系统结构复杂，成本高按获得测量结果的方式分类按获得测量结果的方式分类（1 1）偏差法测量：偏差法测量：利用测量仪表指针对于利用测量仪表指针对于刻度初始点的偏移来读出被测量的的测量方刻度初始点的偏移来读出被测量的的测量方法。如万用表测量。法。如万用表测量。 特点：表内没有标准量具（如单位电流、特点：表内没有标准量具（如单位电流、单位电阻），只有经标准量具校准过的刻度单位电阻），只有经标准量具校准过的刻度盘。比较是将被测量与刻度盘比较。盘。比较是将被测量与刻度盘比较。 精度低，但简单迅速。精度低，但简单迅速。（2）零位法测量：零位法测量：调节已知标准量与被测量达调节已知标准量与被测量达到平衡状态（相等），读取标准量作为被测值。到平衡状态（相等），读取标准量作为被测值。n 特点：测量装置中有标准量具（如天平的砝码、特点：测量装置中有标准量具（如天平的砝码、电桥的标准电阻），测量过程是将被测量与标准电桥的标准电阻），测量过程是将被测量与标准量具比较，在平衡或指针指零时，读取标准量具量具比较，在平衡或指针指零时，读取标准量具的大小。的大小。n精度高，操作复杂，反应速度较慢精度高，操作复杂，反应速度较慢第一章 绪论 测量的分类3 测量的方法2 测量的基本知识 1 测量误差4根据被测对象在测量过程中所处的状态分根据被测对象在测量过程中所处的状态分（1）静态测量静态测量：被测量不随时间变化或被测量不随时间变化或变化缓慢，测比较稳定的量值。变化缓慢，测比较稳定的量值。举例：日常生活绝大多数测量。举例：日常生活绝大多数测量。（2）动态测量动态测量：被测量随时间变化，测：被测量随时间变化，测变化过程。变化过程。举例：环境噪声的测量。举例：环境噪声的测量。根据测量条件是否发生变化分根据测量条件是否发生变化分（1 1）等精度测量：测量过程中，测量仪）等精度测量：测量过程中，测量仪表、测量方法、测量条件等都保持不变。表、测量方法、测量条件等都保持不变。（2 2）不等精度测量：测量过程中，测量）不等精度测量：测量过程中，测量仪表、测量方法、测量条件等中某一个仪表、测量方法、测量条件等中某一个因素或几个因素发生变化。因素或几个因素发生变化。根据被测量的属性分根据被测量的属性分（1 1）电量测量电量测量：电流、电压、功率、频：电流、电压、功率、频率、相位、电阻、电容、电感、带宽、增率、相位、电阻、电容、电感、带宽、增益等等。益等等。（2 2）非电量测量非电量测量：温度、湿度、压力、：温度、湿度、压力、机械力等等。机械力等等。发展趋势：非电量设法通过适当的传感器发展趋势：非电量设法通过适当的传感器转换为电量来进行测量。转换为电量来进行测量。根据被测参数的不同分根据被测参数的不同分（1 1）热工测量热工测量：温度、压力、流量、物：温度、压力、流量、物位测量。位测量。（2 2）成分测量：测量气体、液体和固体）成分测量：测量气体、液体和固体成分，酸碱度等。成分，酸碱度等。（3 3）机械量测量：位移、形状、力矩、）机械量测量：位移、形状、力矩、质量、转速、加速度等。质量、转速、加速度等。根据敏感元件是否与被测介质接触分根据敏感元件是否与被测介质接触分（1 1）接触式测量；（）接触式测量；（2 2）非接触式测量）非接触式测量第一章 绪论 测量的分类3 测量的方法2 测量的基本知识 1 测量误差4一、测量误差的概念一、测量误差的概念真值真值：被测量的准确数值（只能靠近，无法准确知道）。被测量的准确数值（只能靠近，无法准确知道）。误差检测结果与真值的差（永远存在）。误差检测结果与真值的差（永远存在）。真值实际中难以获得，常用约定真值或相对真值代替。真值实际中难以获得，常用约定真值或相对真值代替。 约定真值的获取约定真值的获取：权威组织推荐的值；多次测量算数：权威组织推荐的值；多次测量算数平均值。平均值。 相对真值的获取相对真值的获取：（1 1）一般测量：高一级测量仪表的误差小于等于低一）一般测量：高一级测量仪表的误差小于等于低一级测量仪表误差的级测量仪表误差的1/31/3；（2 2）精密测量：高一级测量仪表的误差小于等于低一）精密测量：高一级测量仪表的误差小于等于低一级测量仪表误差的级测量仪表误差的1/10 1/10 测量误差的分类测量误差的分类误差来源误差来源：测量设备、装置、测量方法、测测量设备、装置、测量方法、测量环境、测量人员误差等。量环境、测量人员误差等。测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 ( (测量值测量值) )与与被测参数的真实值之间的差距。被测参数的真实值之间的差距。 测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同, ,可以分为三类：可以分为三类：系统误差系统误差 疏忽误差疏忽误差粗大误差粗大误差 系统误差系统误差 又叫做规律误差。在一定的测量条件下，对同一个被又叫做规律误差。在一定的测量条件下，对同一个被测进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或测进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误的误差。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误差差。特点特点：在多次重做同一实验时，误差总是同样的偏大：在多次重做同一实验时，误差总是同样的偏大或偏小。数值具有规律性。或偏小。数值具有规律性。出现的原因出现的原因：检测装置不完善、测量方法不完善、操作检测装置不完善、测量方法不完善、操作使用不当、环境影响等。使用不当、环境影响等。减小系统误差的方法减小系统误差的方法：校准测量仪器，改进实验方校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验。法，设计在原理上更为完善的实验。测量正确度与系统误差测量正确度与系统误差n 正确度正确度：大量测定的均值与真值的接近程度。：大量测定的均值与真值的接近程度。表示测量结果中系统误差大小的程度。表示测量结果中系统误差大小的程度。n 注意注意：测量正确度不是一个量，不能用数值：测量正确度不是一个量，不能用数值表示；测量正确度与系统测量误差有关。表示；测量正确度与系统测量误差有关。n 二者关系二者关系：有确定规律的系统误差越小，正：有确定规律的系统误差越小，正确度越高。确度越高。出现的原因出现的原因：测量过程中种种不稳定随机因素的测量过程中种种不稳定随机因素的影响，温度、环境、气压等。影响，温度、环境、气压等。 随机误差随机误差 偶然误差或不定误差。在相同条件下，多次测量同偶然误差或不定误差。在相同条件下，多次测量同一量时，一系列有关因素微小的随机波动而形出现一量时，一系列有关因素微小的随机波动而形出现误差，误差的大小符号以不可预见方式变化。误差，误差的大小符号以不可预见方式变化。特点特点：误差的大小和方向都不固定，不可预见，误差的大小和方向都不固定，不可预见，也无法测量或校正。也无法测量或校正。减小随机误差的方法减小随机误差的方法：利用概率理论和统计学的方：利用概率理论和统计学的方法，分析随机误差的分布特性，减小误差的影响。法，分析随机误差的分布特性，减小误差的影响。测量精密度与随机误差测量精密度与随机误差精密度精密度：多次测量结果重复一致的程度。：多次测量结果重复一致的程度。当测量结果集中，重复性好时，则认为当测量结果集中，重复性好时，则认为精密度高。精密度高。二者的关系二者的关系：随机误差小，精密度高。：随机误差小，精密度高。粗大误差粗大误差n 主要是某些偶尔主要是某些偶尔突发性突发性的异常因素引起。的异常因素引起。n 测量方法不当、测量操作疏忽、未按流程操测量方法不当、测量操作疏忽、未按流程操作、外界条件干扰（电源电压突然增高或降作、外界条件干扰（电源电压突然增高或降低，雷电干扰、机械冲击等低，雷电干扰、机械冲击等）问：下列误差属于哪类误差？问：下列误差属于哪类误差？（1 1）用一块普通万用表测量同一电压，重复）用一块普通万用表测量同一电压，重复测量测量2020次后所得结果的误差。次后所得结果的误差。（2 2）观测者抄写记录时错写了数据造成的误）观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。差。（3 3）在流量测量中，流体温度、压力偏离设）在流量测量中，流体温度、压力偏离设计值造成的流量误差。计值造成的流量误差。随机误差随机误差粗大误差粗大误差系统误差系统误差a a规律性系统误差小规律性系统误差小 正确度高正确度高。 结果分散性大结果分散性大 随机误差大随机误差大 精密度低精密度低。b b规律性系统误差大规律性系统误差大 正确度低正确度低。 结果重复性好结果重复性好 随机误差小随机误差小 精密度高精密度高。c c规律性系统误差小规律性系统误差小 正确度高正确度高。 结果重复性好结果重复性好 随机误差小随机误差小 精密度高精密度高。二、误差的表示方法二、误差的表示方法绝对误差绝对误差40 xx 式中，式中， 测量误差；测量误差； x 测定值（例如仪表指示值）；测定值（例如仪表指示值）； x0 被测量的真值。被测量的真值。真值一般无法得到，所以用实际值真值一般无法得到，所以用实际值X代替代替X0按误差的表示方法划分按误差的表示方法划分 相对误差相对误差绝对误差绝对误差相对误差表示方法相对误差表示方法最大引用误差最大引用误差实际相对误差实际相对误差引用相对误差引用相对误差%100%100000 xxxxr%1000Lr绝对误差与量程之（百分）比绝对误差与量程之（百分）比最大绝对误差与量程之（百分）比。最大绝对误差与量程之（百分）比。0100%mmrL最大引用误差表征测量系统的测量准确度，最大引用误差表征测量系统的测量准确度，其值越小，准确度越高。其值越小，准确度越高。 仪表的仪表的r romom越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的r romom越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的最大引用误差越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的最大引用误差去掉去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有等级。目前常用的精确度等级有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结7举例举例例例1-1 某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为100100600600，仪表的最，仪表的最大绝对误差为大绝对误差为66，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。 0100%mmrL去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为1.21.2。由于国家规。由于国家规定的精度等级中没有定的精度等级中没有0.80.8级仪表，同时，该仪表的误差级仪表，同时，该仪表的误差超过了超过了1.01.0级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为仪表的精度等级为1.51.5级级。 解：该仪表的最大引用误差为解：该仪表的最大引用误差为6100%1.2%600 100 思考思考例例1-2某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表，校验该表时得到的最大绝对误差为时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的准确度等，试确定该仪表的准确度等级。级。