基本知识学习.pptx

第1页/共63页第2页/共63页第3页/共63页第4页/共63页第5页/共63页第6页/共63页第7页/共63页本课程的基本信息1.总学时：48学时，其中实验教学8学时，理论教学40学时。2.考核标准：期末考试成绩占60分（闭卷考试），实验占2020分，出勤、提问、作业占20分。3.学习本课程的基本要求：1 1）不缺课，认真听讲、记笔记，及时完成作业，及时复习，主动参阅有关参考书及资料；2 2）具备流体力学、传热学、电子电路、微机原理及应用等方面的基础知识；3 3）认真做实验。第8页/共63页5.主要内容：6.本课程特点：内容散，涉及的学科多，不易掌握。7.建议：8.主要教学参考书及资料：热工参数测量与处理，吕崇德主编，清华大学出版社，2001热工检测仪表，王玲生主编，冶金工业出版社，1986热工测量仪表，张华赵文柱编著，冶金工业出版社，2006第9页/共63页第一章概述本章主要内容：1.测量的概念；2.测量的意义；3.测量的方法；4.测量系统及组成；5.测量误差与测量精度；6.测量技术的发展状况；7.评定仪表的技术指标。重点：测量方法、测量系统及组成、评定仪表的技术指标。难点：评定仪表的技术指标及相关计算。第10页/共63页1.1测量的概念测量（measurement)是人类认识自然界中客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质和揭示自然界规律的一种手段，即对客观事物取得数量概念的一种认识过程。第11页/共63页从计量学的角度讲，测量就是用实验的方法，把被测量与同性质的标准量进行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的量值的过程。则被测量的值可表示为：X=aU式中：X:被测量；U:标准量；a:被测量与标准量的数字比值。第12页/共63页欲使测量结果有意义，测量必须满足以下条件：1.用来测量比较的标准量应该是国际上或国家公认的，且性能稳定；2.进行比较所用的方法和仪器必须经过校准验证。第13页/共63页1.2测量的意义人类的知识许多是依靠测量得到的。信息产业是21世纪的首要产业。仪器仪表也制造业是信息产业的龙头。在军事上，仪器仪表是“战斗力”。现代仪器仪表还是当今社会的“物化法官”。科学技术与生产水平的高度发达，要求有更先进的测试技术与仪器作基础。在现代装备系统的设计和制造工作中，测试工作已占首位。第14页/共63页一些生产过程或装备使用监测仪表数量的统计数据：生产过程（装备）生产过程（装备）监测仪表数量（台）监测仪表数量（台）大型发电机组大型发电机组3000大型石油化工厂大型石油化工厂6000钢铁厂钢铁厂20000一个电站一个电站5000一辆汽车一辆汽车30100一架飞机一架飞机3600第15页/共63页因此，无论是在科学实验中还是在生产过程中，一旦离开了测量，必然会给工作带来巨大的盲目性。第16页/共63页1.3测量方法测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。按测量结果产生的方式分，测量方法可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法。1.直接测量法：是被测量直接与选用的标准量进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量，从而直接得到被测量数值的测量方法。第17页/共63页2.间接测量法：通过直接测量与被测量有某种函数关系的其它各个变量，然后将所测量的数值带入函数关系进行计算，从而得到被测量数值的方法。第18页/共63页组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形式出现（或改变测量条件以获得不同的组合），根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过联立方程求解的到未知量的数值。第19页/共63页其他分类方法：按测量条件分：等精度测量与非等精度测量；按被测量在测量过程中的状态分：静态测量和动态测量。第20页/共63页按被测量的属性分：电量测量和非电量测量。按对测量结果的要求不同分：工程测量和精密测量。按被测参数不同分：热工测量、成份测量和机械测量等第21页/共63页1.4测量系统及组成为实现一定的测量目的而将设备进行的组合称为测量系统。任何测量系统都是由有限个具有一定功能的测量环节组成的。测量环节是指建立输入和输出两种物理量之间某种函数关系的基本部件。有四个基本环节：敏感元件、变换元件、显示元件和传送元件。第22页/共63页一、敏感元件（传感器）的作用一、敏感元件（传感器）的作用传感器-被测信息按照一定的规律转换成某种可用信号输出器件/装置敏感元件变换元件显示元件传感器（重要、关键）测量系统：物理量、化学量、生物量/其他便于处理和传输的信号人的五官：眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉第23页/共63页传感器是科学的感觉器官第24页/共63页第25页/共63页理想的敏感元件应满足以下几方面的要求：稳定的函数关系；只对被测信号敏感，对一切可能的输入信号不敏感；在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。第26页/共63页二、变换元件的作用：将敏感元件输出的信号变换成显示元件易于接收的信号，即变换成性质上、强弱上显示元件所能接收的信号。要求其性能稳定、精度高，信息损失小。第27页/共63页热电偶温度变送器第28页/共63页三、显示元件的作用：测量系统与观察者发生联系的部分。要求将被测信号变成人们的感官能识别的形式。（翻译）可以进行指示、记录。第29页/共63页2023/2/6有三种基本形式：模拟显示元件：用指示器与标尺的相对位置的变化表示被测量的大小。其特点是结构简单、价格低廉、易产生视差，以曲线形式记录。数字式显示元件：以数字的形式显示被测量的大小。其特点是不产生视差、反应迅速、精度高，但直观性差，有量化误差。屏幕显示元件：CRT、液晶显示。模拟数字均可，其特点是形象、数据量大，便于比较判断，价格较贵。第30页/共63页第31页/共63页四、传送元件的作用：将信号从一个环节送到另一个环节，建立环节输入输出信号之间的联系。如导线、导管、光纤、无线电等。要求其能量损失小、失真小，不易引入干扰等。第32页/共63页1.5测量误差与测量精度误差（error)error)测量结果不可能准确地反映被测量的真值而存在的偏差即为测量误差。任何测量结果都有误差误差公理。待测量的大小在一定条件下都有一个客观存在的值，称为真值。我们通常所说的真值主要有以下三类：(1)理论真值或定义真值如基本物理常数中的冰点绝对温度 ，真空中的光速 等；第33页/共63页(2)计量学约定真值 根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最高科学技术复现的这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准、称为约定真值。第34页/共63页量SISI基本单位名称符号长度米，公尺metremetrem m质量公斤KilogramKilogramkgkg时间 秒secondseconds s电流安培ampereampereA A温度开KelvinKelvinK K物量(物质量)摩耳molemolemolmol亮度烛光candelacandelacdcd第35页/共63页(3)标准器相对真值 用比被校仪器高级的标准器的量值作为相对真值。如果高一级标准器的误差是低一级标准器误差的1/51/5（1/31/31/201/20），可认为前者为后者的相对真值。例如，用1.01.0级、量程为2A2A的电流表测得某电路电流为1.80A1.80A，改用0.10.1级、量程为2A2A的电流表测同样电流时为1.802A1.802A，则可将后者视为前者的相对真值。第36页/共63页为了便于对误差进行分析和处理，人们通常把测量误差从不同角度进行分类按照误差的表示方法可以分为绝对误差和相对误差；按照误差出现的规律，可以分为系统误差、随机误差和粗大误差；按照被测量与时间的关系，可以分为静态误差和动态误差等。第37页/共63页1.绝对误差与相对误差绝对误差（absolute error)absolute error)是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，用表示：=x-x0：测量误差；X:测量值；X0:真值。第38页/共63页相对误差(relativeerror)：绝对误差与约定值之比。用表示：m:约定值：指示值标称相对误差；实际值实际相对误差；满刻度值引用相对误差。第39页/共63页2.系统误差与随机误差系统误差(systematic error)(systematic error)：在重复性条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。其特征是在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化。第40页/共63页其误差的数值和符号不变的称为恒值系统误差。反之，称为变值系统误差。变值系统误差又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的几种类型。检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件的变化等原因都可能产生系统误差。第41页/共63页系统误差的特点是通过对测量值的修正，或者采取一定的预防措施，就能够消除或减少它对测量结果的影响。系统误差的大小表明测量结果的正确度。第42页/共63页随机误差(random error)(random error)：测量值与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。其特征是相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化。第43页/共63页随机误差的大小表明测量结果重复一致的程度，即测量结果的分散性。通常，用精密度表示随机误差的大小。第44页/共63页精确度是测量的正确度和精密度的综合反映。第45页/共63页 由于在任何一次测量中，系统误差和随机误差一般都同时存在。所以按其对测量结果的影响程度分三种情况处理：系统误差远大于随机误差的，基本上按纯系统误差处理；系统误差很小或已经修正时，可按纯随机误差处理；系统误差和随机误差影响差不多时，二者均不可忽略，应分别按不同方法处理。第46页/共63页粗大误差(gross error)(gross error)：明显歪曲测量结果的误差称作粗大误差，又称过失误差或粗大误差。含有粗大误差的测量值称为坏值或异常值。坏值应从测量结果中剔除。第47页/共63页坏值剔除后，正确的测量结果中不包含粗大误差。因此，要分析处理的误差只有系统误差和随机误差两种。第48页/共63页1.6测量技术的发展状况1.敏感元件向着高精度、大测量范围、小型化和高智能方向发展；2.测量技术的实时化与自动化；3.测量原理、测量手段的重大突破。第49页/共63页第50页/共63页第51页/共63页按照国际法制计量组织（OIMI）建议书No.34推荐，仪表的精确度等级采用以下数字：110n、1.510n、1.610n、2.010n、2.510n、310n、410n510n、610n，其中n=1、0、-1、-2、-3等。上述数列中禁止在一个系列中同时选用1.510n、1.610n，310n也只有证明必要和合理时才采用。第52页/共63页第53页/共63页第54页/共63页第55页/共63页第56页/共63页第57页/共63页第58页/共63页第59页/共63页4.4.检测系统的动态特性：反应时间仪表进行测量时，仪表的指示值总要经过一段时间才能显示出来，这段时间称为仪表的反应时间。反应时间反应时间：在响应曲线上，系统输出响应达到一个允许误差范围的稳态值，在响应曲线上，系统输出响应达到一个允许误差范围的稳态值，并永远保持在这一允许误差范围内所需的最小时间，称为反应时间。并永远保持在这一允许误差范围内所需的最小时间，称为反应时间。第60页/共63页动态响应曲线图第61页/共63页思考题1.举例说明什么是直接测量法、间接测量法和组合测量法。2.校验某仪表时得到该表的精确度为1.45%，那么此仪表的精度等级应为多少？由工艺允许的最大误差计算出某仪表的精度至少为1.45%才能满足工艺的要求，那么应选几级表？3.测量仪表的静态、动态指标分别是什么？4.测量仪表由哪几部分组成，各部分的作用是什么？第62页/共63页感谢您的观看。第63页/共63页