(精品)第01章 测量的基本知识.ppt

建筑环境测试技术建筑环境测试技术建筑环境测试技术建筑环境测试技术课程简介课程简介课程性质课程性质：专业基础课：专业基础课课程内容课程内容：v测量与测量仪表的基本知识测量与测量仪表的基本知识;v温度、湿度、压力、流量、流速、液位、温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热流量、成分分析、噪声等各种建筑环境热流量、成分分析、噪声等各种建筑环境测试参数的测量原理，对应的各种测量仪测试参数的测量原理，对应的各种测量仪表的结构、原理与使用。表的结构、原理与使用。参考书目参考书目o1.建筑环境设备测试技术建筑环境设备测试技术，刘耀浩，天津大学出版社。，刘耀浩，天津大学出版社。o2.建筑热工及环境测试技术建筑热工及环境测试技术，丁力行，机械工业出版，丁力行，机械工业出版社。社。o3.热工检测技术热工检测技术，刘满堂，中国计量出版社。，刘满堂，中国计量出版社。o4.热工检测仪表热工检测仪表，王玲生，冶金工业出版社。，王玲生，冶金工业出版社。o5.自动检测技术自动检测技术，王绍纯，冶金工业出版社。，王绍纯，冶金工业出版社。o6.自动检测技术自动检测技术，王化祥，化工出版社。，王化祥，化工出版社。o7.流量测量仪表应用技巧流量测量仪表应用技巧，纪纲，化学工业出版社。，纪纲，化学工业出版社。o8.压力测量技术及仪表压力测量技术及仪表，杜水友，机械工业出版社。，杜水友，机械工业出版社。o9.温度的测量与控制温度的测量与控制，姜忠良等，清华大学出版社，姜忠良等，清华大学出版社第一章第一章 测量的基本知识测量的基本知识o授课时间授课时间：4学时学时o主主要要内内容容：测测量量、测测量量仪仪表表、计计量量的的基基本本概概念。念。o重重点点和和难难点点:仪仪表表误误差差的的计计算算、测测量量系系统统的的组成。组成。思考题思考题o按照测量手段进行分类，测量通常分为哪按照测量手段进行分类，测量通常分为哪几种类型？几种类型？o按照测量方式进行分类，测量通常分为哪按照测量方式进行分类，测量通常分为哪几种类型？几种类型？o测量系统由哪几个环节组成？测量系统由哪几个环节组成？o仪表的性能指标有哪些？仪表的性能指标有哪些？o如何进行仪表的正确选择？如何进行仪表的正确选择？第一节第一节 测量的基本概念测量的基本概念一一测量的定义测量的定义1概概念念：测测量量是是运运用用专专门门的的工工具具，根根据据物物理理、化化学学、生生物等原理，通过实验和计算找到被测量的量值。物等原理，通过实验和计算找到被测量的量值。2.定定义义：测测量量是是以以同同性性质质的的标标准准量量与与被被测测量量比比较较，并并确确定定被测量相对标准量的倍数。被测量相对标准量的倍数。表达式：表达式：L=X/U说明：说明：标准量应是国际或国家公认的。标准量应是国际或国家公认的。采用的方法或仪器需经验证。采用的方法或仪器需经验证。被测量被测量标准量标准量测量值测量值2 2间间接接测测量量：被被测测量量不不能能通通过过直直接接测测量量的的方方法法得得到到，而而必必须须通通过过一一个个或或多多个个直直接接测测量量值值利利用用一定的函数关系运算才能得到。一定的函数关系运算才能得到。二二测量方法测量方法v按测量手段分类按测量手段分类1 1直直接接测测量量：通通过过测测量量能能直直接接得得到到被被测测量量数数值值的测量。的测量。y=x y=x测量值测量值被测量被测量直接测量值直接测量值被测量被测量热量表热量表3 3组组合合测测量量：被被测测量量不不能能通通过过直直接接测测量量或或间间接接测测量量得得到到，而而必必须须通通过过直直接接测测量量的的测测得得值值或或间间接接测测量量的的测测得得值值建建立立联联立立方方程程组组，通通过过求求解解联联立立方方程程组组的的办办法法才才能能得得到到最后结果。最后结果。公式：公式：举例：电阻器温度系数的测量。举例：电阻器温度系数的测量。在此，温度系数在此，温度系数为被测量，可通过测得在为被测量，可通过测得在两个不同温度下的电阻值，即通过得到两个不同温度下的电阻值，即通过得到t t1 1、t t2 2、R Rt1t1、R Rt2t2四个直接测量值建立方程组通过计算即四个直接测量值建立方程组通过计算即可得到。可得到。若若R R2020未知，则可联立三个方程即可。未知，则可联立三个方程即可。o按测量方式分类按测量方式分类1偏偏差差法法：用用仪仪器器仪仪表表的的指指针针的的位位移移表表示示被被测测量量大小的方法。大小的方法。2零零位位法法：亦亦叫叫平平衡衡法法。测测量量时时用用被被测测量量与与标标准准量量比比较较，不不断断调调整整标标准准量量的的大大小小，当当指指零零器器为为0时时，即即可可根根据据标标准准量量的的大大小小得得到被测量的大小。到被测量的大小。RX3微微差差法法：偏偏差差法法与与零零位位法法相相结结合合构构成成微微差差法法。通通过测量被测量与标准量之差来得到待测量的值。过测量被测量与标准量之差来得到待测量的值。除了以上分类方法以外，还可分为精密测量与工除了以上分类方法以外，还可分为精密测量与工程测量、等精度测量与不等精度测量、本地测量程测量、等精度测量与不等精度测量、本地测量与远地测量等。与远地测量等。三三测量方法的选择原则测量方法的选择原则被测量本身的特性；被测量本身的特性；被测量的准确度；被测量的准确度；测量环境；测量环境；现有测量设备。现有测量设备。在在此此基基础础上上选选择择合合适适的的测测量量仪仪表表和和正正确确的的测量方法。测量方法。举例：电压表测量高内阻电路端电压。举例：电压表测量高内阻电路端电压。若若电电路路输输出出等等效效内内阻阻为为80k80k，当当电电压压表表内内阻阻分分别别为为10M10M、120 120 kk，对对应应的的数数字字电压表测得的电压为：电压表测得的电压为：V +-5V所以当测量电路的内阻较大时，要测量电路的端电压需要所以当测量电路的内阻较大时，要测量电路的端电压需要选用内阻高的数字电压表。选用内阻高的数字电压表。80k80k第二节第二节 测量仪表测量仪表一一测量系统的组成测量系统的组成 测测量量系系统统由由被被测测对对象象和和测测量量设设备备组组成成，测测量量设设备备一一般般由由传传感感器器、变变换换器器、显显示示装装置置、传输通道传输通道组成。对应的系统框图如下。组成。对应的系统框图如下。传感器变换器显示装置被测量传输通道1传传感感器器：是是测测量量系系统统与与被被测测对对象象直直接接发发生生联系的部分。联系的部分。对传感器的要求：对传感器的要求：输入与输出有稳定而准确的单值函数关系。输入与输出有稳定而准确的单值函数关系。非非被被测测量量对对传传感感器器作作用用时时，应应使使其其对对输输出出的的影影响小到忽略。响小到忽略。负载效应小。（负载效应：被测量受到仪表的负载效应小。（负载效应：被测量受到仪表的干扰而产生的偏离。）干扰而产生的偏离。）热电偶热电偶2 2变换器（变送器）变换器（变送器）将传感器的输出信号转换成显示装置易于将传感器的输出信号转换成显示装置易于接受的信号。包括机械放大，电信号放大，接受的信号。包括机械放大，电信号放大，电信号转换。电信号转换。电动单元组合仪表电动单元组合仪表标准电压电流信号标准电压电流信号oDDZII 电流:0-10mA;电压0-10VoDDZIII 电流:4-20mA;电压1-5VoDDZS 电流:4-20mA;电压1-5V电容式压力变送器电容式压力变送器温度变送器温度变送器3 3显示装置显示装置：分为模拟式、数字式、屏幕式：分为模拟式、数字式、屏幕式数字式数字式模拟式模拟式屏幕式屏幕式4 4传输通道传输通道：是是各各仪仪表表之之间间输输入入与与输输出出联联系系的的纽纽带带。传传输输通通道可以是导线、管道、光缆、无线电通讯等。道可以是导线、管道、光缆、无线电通讯等。二二测量误差与测量精度测量误差与测量精度1测量误差测量误差：测量值与被测量真值之差。：测量值与被测量真值之差。绝对误差绝对误差：相对误差相对误差：示值相对误差示值相对误差：被测量真值一般无法得到，在实际中通常以实际值代替。被测量真值一般无法得到，在实际中通常以实际值代替。被测量真值被测量真值测量值测量值o分类分类：系系统统误误差差：凡凡是是误误差差的的数数值值是是固固定定的的或或者者按照一定规律变化的误差。按照一定规律变化的误差。随随机机误误差差：在在测测量量过过程程中中存存在在许许多多随随机机因因素素对对测测量量造造成成干干扰扰，使使测测得得值值带带有有大大小小和和方向都难以预测的测量误差。方向都难以预测的测量误差。粗大误差粗大误差：明显歪曲测量结果的误差。：明显歪曲测量结果的误差。N(t)AxN(t)AxN(t)AxN(t)Ax只有随机误差累进系统误差恒定系统误差周期性系统误差2 2测测量量精精度度：描描述述测测量量值值偏偏离离真真值值的的程程度度，与与测量误差有着密切联系。由测量误差决定。测量误差有着密切联系。由测量误差决定。正正确确度度说说明明测测量量值值与与真真值值之之间间的的接接近近程程度度，反反映系统误差大小的程度。映系统误差大小的程度。精精密密度度说说明明测测量量值值的的分分散散性性，反反映映随随机机误误差差大大小的程度。小的程度。准准确确度度反反映映系系统统误误差差和和随随机机误误差差合合成成大大小小的的程程度。度。对于测量者来说，正确度高的精密度不一定高，对于测量者来说，正确度高的精密度不一定高，反之亦然。但准确度高的正确度和精密度都高。反之亦然。但准确度高的正确度和精密度都高。三三测量仪表的主要性能指标测量仪表的主要性能指标1 1量量程程范范围围：仪仪表表能能够够测测量量的的最最大大输输入入量量与与最最小小输输入入量之间的范围称作仪表的量程范围。量之间的范围称作仪表的量程范围。量量程程：在在数数值值上上等等于于仪仪表表上上限限减减去去仪仪表表下下限限。LmLm；2 2仪表精度仪表精度（仪表精度等级）（仪表精度等级）仪表误差仪表误差示值绝对误差：示值绝对误差：引用误差：引用误差：基本误差：基本误差：允许误差允许误差：仪仪表表出出厂厂之之前前仪仪表表厂厂家家规规定定的的仪仪表表基基本本误误差不能超过某一个值。差不能超过某一个值。o仪仪表表精精度度等等级级：允允许许误误差差去去掉掉百百分分号号的的值值定定义义为仪表的精度等级。为仪表的精度等级。o精精度度等等级级的的国国家家系系列列一一般般为为0.010.01、0.020.02、0.040.04、0.050.05、0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、4.04.0、5.05.0等。等。举例举例1 1：仪表仪表1 1：量程范围：量程范围0 0500500，1.01.0级；级；仪表仪表2 2：量程范围：量程范围0 0100100，1.01.0级。级。结论：同一精度仪表窄量程仪表产生的绝对误差结论：同一精度仪表窄量程仪表产生的绝对误差小于同一精度宽量程仪表产生的绝对误差。小于同一精度宽量程仪表产生的绝对误差。举例举例2 2：仪表仪表1 1：量程范围：量程范围0 0500500，0.50.5级；级；仪表仪表2 2：量程范围：量程范围0 0100100，1.01.0级。级。仪表选择时，在满足测试要求的前提下，仪表选择时，在满足测试要求的前提下，尽可能选择小量程的仪表。尽可能选择小量程的仪表。3稳定性（稳定误差）稳定性（稳定误差）：是是指指在在规规定定的的时时间间、区区间间和和其其他他外外界界条条件件恒恒定定不不变变的的情情况况下下，仪仪表表示示值值变变化化的的大大小小。例例如如某某数数字字温温度表的稳定度为度表的稳定度为0.008%Lm+0.003Lx/8h。4输输入入电电阻阻：例例如如对对于于数数字字电电压压表表对对输输入入阻阻抗抗有有一一定要求。定要求。5灵敏度灵敏度：稳态下输出变化量对输入变化量的比值。：稳态下输出变化量对输入变化量的比值。X1 X2L2L112 例例如如某某一一数数字字温温度度表表的的分分辨辨率率为为0.1，即即该该温温度度表表能能区区分分的的最最小小温温度度变变化化为为0.10.1。跳变一个字温度变化跳变一个字温度变化0.10.1。通常分辨率为允许绝对误差的通常分辨率为允许绝对误差的1/31/3即可即可。灵敏度的另一种表示方法为分辨率。灵敏度的另一种表示方法为分辨率。6线线性性度度：实实际际示示值值与与理理论论示示值值差差值值的的最最大大值与仪表量程的比值。值与仪表量程的比值。Lm7动态特性动态特性：仪表的输出响应随输入变化：仪表的输出响应随输入变化的能力。的能力。课后作业课后作业：o1、某蒸汽供热系统的蒸汽压力控制指标为、某蒸汽供热系统的蒸汽压力控制指标为1.5Mpa，要求指示误差不大于，要求指示误差不大于+0.05Mpa，现用一只刻度范围为现用一只刻度范围为02.5Mpa，精度等级为，精度等级为2.5级的压力表，是否满足使用要求？为什么？级的压力表，是否满足使用要求？为什么？应选用什么级别的仪表？应选用什么级别的仪表？o2、用数字电压表测量一高内阻电路的端电压，、用数字电压表测量一高内阻电路的端电压，已知高内阻电路的输出阻抗为已知高内阻电路的输出阻抗为80K，输出端电，输出端电压为压为5V，若数字电压表的内阻为，若数字电压表的内阻为240K，试问，试问数字电压表测量的电压为多少？数字电压表测量的电压为多少？