第1章测量的基本概念精选文档.ppt

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1、第1章测量的基本概念本讲稿第一页，共三十页第一章 测量的基本概念主要内容主要内容 一、热工测量的一、热工测量的意意义义二、测量方法二、测量方法三、热工测量系统的组成三、热工测量系统的组成五、仪表的主要质量指标五、仪表的主要质量指标六、仪表的检定六、仪表的检定本讲稿第二页，共三十页n1.热工测量：热工测量：热力状态参数热力状态参数;热力生产过程相关参数的测量。热力生产过程相关参数的测量。（压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、（压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、烟气成分）烟气成分）n 2.2.测量的定义：测量的定义：人们借助某种工具，通过某种方法，将人们借助某种工具，通过某种方法

2、，将被测量被测量X X0 0显示出来显示出来(单位为单位为U)U)。一、热工测量的意义一、热工测量的意义1)测量过程的三要素：测量过程的三要素：测量方法；测量单位；测量方法；测量单位；测量工具测量工具本讲稿第三页，共三十页一、热工测量的意义 3)测量误差原因:方法?(不完善,人主观性，环境影响)；工具?(不精确)；数值化后的比值位数 方法合理；单位稳定；工具准确测量值，与真值有误差测量值，与真值有误差真值，被测量的真实数值真值，被测量的真实数值2.2.测量的定义：测量的定义：2)2)测量值，真值测量值，真值本讲稿第四页，共三十页一、热工测量的意义3)热工测量的作用：热工测量的作用：反映设备运行

3、；为自动化装置提供反映设备运行；为自动化装置提供信号，为机组经济计算提供数据。信号，为机组经济计算提供数据。n随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕显示随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕显示来显示处理数据。来显示处理数据。本讲稿第五页，共三十页二、测量方法二、测量方法n直接测量法直接测量法:用测量仪器直接得到被测量。（直尺用测量仪器直接得到被测量。（直尺测量长度测量长度,压力表测压力压力表测压力,玻璃温度计测温度）玻璃温度计测温度）n间接测量法：通过直接测量其它变量，再按函数关系计算间接测量法：通过直接测量其它变量，再按函数关系计算求得被测量数值的方法（过热蒸汽的质量流量：测得的是

4、求得被测量数值的方法（过热蒸汽的质量流量：测得的是过热蒸汽的温度、压力和标准节流装置的差压信号信号，过热蒸汽的温度、压力和标准节流装置的差压信号信号，计算后得到流量）计算后得到流量）1.直接测量法和间接测量法直接测量法和间接测量法（被测（被测 值获取方式不同值获取方式不同)测量方法：测量方法：获得测量值的方法。获得测量值的方法。根据不同的分类标准，可包括根据不同的分类标准，可包括本讲稿第六页，共三十页n偏差测量法：被测量的作用在测量工具上，其偏偏差测量法：被测量的作用在测量工具上，其偏离测量工具的初始状态（零点），偏离量得到被离测量工具的初始状态（零点），偏离量得到被测量值。测量值。（单管压力

5、计测压：压力作用使管中水银（单管压力计测压：压力作用使管中水银柱偏离初始零刻度点，偏移量代表被测压力值）柱偏离初始零刻度点，偏移量代表被测压力值）n微差测量法：被测量被一个同类准确已知的恒定量平微差测量法：被测量被一个同类准确已知的恒定量平衡了大部分，剩下的差值用偏差法测量。测量结果是衡了大部分，剩下的差值用偏差法测量。测量结果是已知量值和偏差法测得值的代数和。已知量值和偏差法测得值的代数和。(检定热电偶：检定热电偶：测量被校热电偶的热电势与标准热电偶的微小差，来测量被校热电偶的热电势与标准热电偶的微小差，来评价要检验的热电偶的精度）评价要检验的热电偶的精度）2.偏差测量法、微差测量法、零差测

6、量法偏差测量法、微差测量法、零差测量法（被测（被测量与测量单位比较方式）量与测量单位比较方式）本讲稿第七页，共三十页n零差测量法：使已知量和被测量的差值为零，这时偏零差测量法：使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仅起检零作用，已知量即为测量值。差测量仅起检零作用，已知量即为测量值。隐含：隐含：(1)(1)已知量是连续可调的，随时可通过已知量是连续可调的，随时可通过 调节得到被调节得到被测量。测量。(2)(2)已知量可容易的准确测量已知量可容易的准确测量（用电位差计测量热电偶产生的（用电位差计测量热电偶产生的 热电势。）热电势。）2.偏差测量法、微差测量法、零差测量法偏差测量法、微差测量法、

7、零差测量法本讲稿第八页，共三十页n静态测量法：被测量在测量过程中不随时间变化，静态测量法：被测量在测量过程中不随时间变化，或变化速率相对于测量速率变化十分缓慢或变化速率相对于测量速率变化十分缓慢n动态测量法：测量过程中被测量随时间有明显变动态测量法：测量过程中被测量随时间有明显变化化3.静态测量法和动态测量法（静态测量法和动态测量法（测量过程中的状态）测量过程中的状态）本讲稿第九页，共三十页 三个基本部分组成：感受件、显示件、传送件1.1.感受件感受件1)1)定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出信定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出信号。也称：敏感元件、一次元件、发送器。如热电号。

8、也称：敏感元件、一次元件、发送器。如热电偶偶 2)2)要求要求：稳定性，选择性，线性性稳定性，选择性，线性性稳定性，选择性，线性性稳定性，选择性，线性性 输出信号必须随被测量变化输出信号必须随被测量变化 输出信号只能随被测量变化输出信号只能随被测量变化 输出信号与被测量之间必须是单值函数，最好是线输出信号与被测量之间必须是单值函数，最好是线性关系性关系 三、热工测量系统的组成三、热工测量系统的组成本讲稿第十页，共三十页1-被测对象；2-传感器；3-变换器；4-显示装置；5-传送通道三、热工仪表的组成1.感受件感受件 3)分类：分类：v温度感受件，压力感受件（按被测参数）温度感受件，压力感受件（

9、按被测参数）v能量转换型能量转换型(热电偶热电偶);能量控制型能量控制型(热电阻热电阻)（输出信（输出信号能量的主要来源）号能量的主要来源）v模拟式和准数字式（输出信号的形式）模拟式和准数字式（输出信号的形式）本讲稿第十一页，共三十页三、热工仪表的组成2.显示件：1)定义：向观察者显示被测量的数值、量值的装置2）分类：显示仪表显示被测量的瞬时值 记录仪表记录被测量随时间变化 积算仪表显示被测量对时间的积分 信号式仪表反映被测量是否超过允许的 限值 调节式显示仪表根据被测量与规定值的偏差情况，发出对被测对象进行调节的信号本讲稿第十二页，共三十页三、热工仪表的组成3.传送件：1)定义：将感受件输出

10、的信号按显示件的要求传输给显示件。2）具有功能：1）单纯传输 2）感受件输出信号放大 3）把信号变送成统一标准信号（变送器)本讲稿第十三页，共三十页四、仪表内信号传输过程n仪表内每一次信号的转换和传输可作为一个环节，整个仪表是各环节的连接。1.仪表各环节连接方式：开环（系统）和闭环（系统），每一个环节：传递函数（灵敏度）2.开环系统k1k2k3IT电流电流力矩力矩角度角度动圈表方框图动圈表方框图X位移位移特点：特点：各环节开环串联，信号沿一个方向传输。各环节开环串联，信号沿一个方向传输。按偏差测量法工作按偏差测量法工作要保证仪表指示正确，必须保持每个环节灵敏度不要保证仪表指示正确，必须保持每个

11、环节灵敏度不变变 X=K X=K1 1K K2 2K K3 3I I本讲稿第十四页，共三十页 仪表内信号传输过程3.闭环系统 e e -U滑线电阻放大器伺服电动机k1K2/sK3电子电位差电子电位差 计方框图计方框图特点：特点：1)含有负反馈含有负反馈 2)仪表传递函数与反馈环节有关，仪表传递函数与反馈环节有关，因此因此k3要求高，要求高，k1,k2性能可降低性能可降低 故闭环精度较高故闭环精度较高静态时：静态时：本讲稿第十五页，共三十页质量指标包括：计量性能、操作性能、可靠性、经济性质量指标包括：计量性能、操作性能、可靠性、经济性五、仪表的主要性能指标五、仪表的主要性能指标n1.可靠性指标有

12、效性(MTBF)平均无故障时间 平均无故障工作时间平均修复时间本讲稿第十六页，共三十页五、仪表的质量指标2.计量性能指标：1)准确度:仪表指示值接近测量真值程度 仪表的示值误差:表征指示值的准确程度 绝对误差：相对误差：指示值指示值真值真值相对误差更能说明示值的准确程度相对误差更能说明示值的准确程度 示值误差有正负示值误差有正负本讲稿第十七页，共三十页五、仪表的质量指标相对误差更能说明示值的准确程度相对误差更能说明示值的准确程度 示值误差有正负示值误差有正负绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测量精度愈高。绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测量精度愈高。绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测

13、量精度愈高。绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测量精度愈高。但这一结论只适用于被测量值相同的情况，而不能说明不但这一结论只适用于被测量值相同的情况，而不能说明不但这一结论只适用于被测量值相同的情况，而不能说明不但这一结论只适用于被测量值相同的情况，而不能说明不同值的测量精度。同值的测量精度。同值的测量精度。同值的测量精度。本讲稿第十八页，共三十页五、仪表的质量指标仪表的基本误差 (1)仪表的基本误差：量程范围内各示值误差中的绝对值最大者 仪表量程A：仪表测量上限与下限之差 (2)仪表的引用误差：(3)最大引用误差：2.计量性能指标计量性能指标1)准确度准确度:本讲稿第十九页，共三十页五、仪表

14、的质量指标 仪表的准确度等级：允许误差：基本误差不能超过的限值 ，仪表的 准确度等级：仪表的最大引用误差 去掉百分号后余下的 数字国家标准系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4 七个工业仪表准确度等级2.计量性能指标计量性能指标1)准确度准确度:本讲稿第二十页，共三十页五、仪表的质量指标(2)线性度线性度:检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度相对误差相对误差输出值与理想直线的最大偏差值输出值与理想直线的最大偏差值理论满量程输出值理论满量程输出值理想直线：理想直线：亦称非线性误差亦称非线性误差定义定义:(non-linearity)表

15、达表达:xy拟合直线拟合直线一般不存在或很难获得准确结果一般不存在或很难获得准确结果利用测量数据，通过计算获得利用测量数据，通过计算获得本讲稿第二十一页，共三十页五、仪表的质量指标获取拟合直线方法：获取拟合直线方法：(c)最小二乘法最小二乘法：计算：有计算：有n n个测量数据个测量数据:(x x1 1,y y1 1),(),(x x2 2,y y2 2),),(,(x xn n,y yn n)，(n2)(n2)残残差：差：i i=y yi i (a a+b b x xi i)残差平方和最小：残差平方和最小：2 2i i=min=min使得正负行程的非线性偏差相等且最小使得正负行程的非线性偏差相

16、等且最小(a)(a)端点连线法：端点连线法：检测系统输入输出曲线的两端点连线检测系统输入输出曲线的两端点连线xy简单、方便，偏差大，与测量值有关简单、方便，偏差大，与测量值有关(b)(b)最佳直线法：最佳直线法：精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）xy简单实用，三点作图法（两高一低简单实用，三点作图法（两高一低/两低一高）两低一高）本讲稿第二十二页，共三十页五、仪表的质量指标3)回差（变差）同一输入量上升和下降时，对应的两输出量平均值之间的最大差值与量程之比的百分数.(仪表运动系统的摩擦、间隙、弹性滞后等原因引起）本讲稿第二十三页，共三十页五、仪表的质量指标4)

17、重复性和重复性误差重复性：同条件下，输入信号多次按同一方向全量程变化，仪表输出值的一致程度重复性误差：在同一工作条件下从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的输出两极限值之间的代数差或均方根误差，通常以量程的百分数表示重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证前提和保证前提和保证前提和保证本讲稿第二十四页，共三十页五、仪表的质量指标定义定义：分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最

18、小变化的能力。输入量从某个任意值小变化的能力。输入量从某个任意值(非零值非零值)缓慢增加，缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。辨率。它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它说它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。灵敏度愈高，灵敏度愈高，分辨率愈好。分辨率愈好。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。数字式仪表的分辨率是最

19、后一位的一个字。(5)分辨率分辨率:本讲稿第二十五页，共三十页五、仪表的质量指标1 1、能够检测出的被测量的最小变化量、能够检测出的被测量的最小变化量 2 2、分辨率、分辨率 般是相对数值：般是相对数值：表征测量系统读数的精密程度指标表征测量系统读数的精密程度指标(resolution)(resolution)能检测的最小被测量的能检测的最小被测量的变换量相对于变换量相对于 满量程满量程的百分数，如：的百分数，如：0.1%,0.1%,0.02%0.02%3 3、阀值、阀值-在系统输入零点附近的分辨力在系统输入零点附近的分辨力说明说明：(5)分辨率分辨率:本讲稿第二十六页，共三十页五、仪表的质量

20、指标(6)(6)灵敏度灵敏度测量系统在稳态下输出量的增量与输入量测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比的增量之比斜率：斜率：a.a.线性检测系统：灵敏度为常数；线性检测系统：灵敏度为常数；例：间隙式平板电容传感器例：间隙式平板电容传感器定义：定义：b.b.非线性非线性检测检测系统：灵敏度为变数系统：灵敏度为变数说明：说明：(灵敏度系数灵敏度系数)(sensitivity)(sensitivity)灵敏度灵敏度双双曲线曲线、非线性、非线性本讲稿第二十七页，共三十页五、仪表的质量指标7）漂移定义：工作条件和输入信号不变,经规定时间后输出的变化,称为漂移n以仪表量程各点上输出的最大变化量与量程之比的百分数表示本讲稿第二十八页，共三十页六、仪表的检定六、仪表的检定检定:根据规定的指标,评定仪表的性能,以确定仪表是否合格标准：国家计量检定规程n检定方法:定点法和示值法定点法:被检测表检测某种标准值,从而确定仪表的示值误差.示值比较法:被检仪表与标准仪表同时去测量同一被测量,比较两者的指示值,确定仪表的质量指标本讲稿第二十九页，共三十页学习重点1 掌握测量的定义2掌握仪表的三大组成部件3掌握仪表的误差、等级、线性度、灵敏度等性能指标本讲稿第三十页，共三十页