(精品)new第1-2次讲稿-第一章 测量的基本知识 (2).ppt

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1、热工测量技术热工测量技术主讲教师：主讲教师：朱红霞朱红霞Email：参考书目参考书目l热工参数测量及仪表热工参数测量及仪表华北电院华北电院 何适生何适生l热工过程检测仪表热工过程检测仪表东北电院东北电院 程大亨程大亨l热工测量及仪表热工测量及仪表东南大学东南大学 吴永生吴永生l热工测量和仪表热工测量和仪表上海电院上海电院 朱祖涛朱祖涛l热工测量及仪表习题集热工测量及仪表习题集 第一章第一章 测量的基本知识测量的基本知识 热工测量热工测量是指是指压力压力、温度温度等热力状态等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量，如生产过程密切相关的

2、参数的测量，如测量测量流量、液位、振动、位移、转速流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分和烟气成分等。等。本章主要内容：本章主要内容：测量的概念测量的概念测量的基本方法测量的基本方法测量仪表的基本组成测量仪表的基本组成 测量系统的质量指标测量系统的质量指标测量误差测量误差测量的概念测量的概念1 1、定义定义：所谓测量就是人们借助于专门：所谓测量就是人们借助于专门的的工具工具用试验和计算的用试验和计算的方法方法把要求的把要求的被测量与其测量被测量与其测量单位单位进行比较，以测进行比较，以测量单位的倍数显示被测量的数值。量单位的倍数显示被测量的数值。测量的概念测量的概念2 2、测量的基本方程式测量

3、的基本方程式:x0U 式中式中:x0被测量被测量 U 标准量（即选用的测量单位）标准量（即选用的测量单位）被被测量的真实数值，简称真值测量的真实数值，简称真值 x0 x U 测量的概念测量的概念3 3、测量过程三要素：测量过程三要素：l 测量单位测量单位l 测量方法测量方法l 测量工具测量工具测量的方法测量的方法1、按测量结果产生的方式分：、按测量结果产生的方式分：l 直接测量法直接测量法 l 间接测量法间接测量法测量的方法测量的方法2、按传感件是否与被测对象直接接触分：、按传感件是否与被测对象直接接触分：l 接触测量法接触测量法 l 非接触测量法非接触测量法测量的方法测量的方法3、按被测量与

4、测量单位的比较方式、按被测量与测量单位的比较方式分：分：l 偏差测量法偏差测量法 l 微差测量法微差测量法l 零差测量法零差测量法测量仪表的组成测量仪表的组成变换变换(传送传送)元件元件显示显示元件元件传感传感元件元件被测对象被测对象可读可读信号信号标准标准信号信号注意：注意：对传感元件的要求？对传感元件的要求？热电偶热电偶 热电阻热电阻 温度传感器温度传感器:压力传感器：压力传感器：温度变送器温度变送器:压力变送器压力变送器:显示元件：显示元件：l 误差的表示误差的表示l 误差的分类误差的分类测量误差测量误差误差的表示误差的表示l 绝对误差绝对误差 l 相对误差相对误差（1）实际实际相对误差

5、相对误差（2）示值示值相对误差相对误差（3）引用引用相对误差相对误差误差的分类误差的分类 系统误差系统误差 随机随机误误差差 粗大误差粗大误差（一）（一）系统误差系统误差及其处理及其处理1.1.定义：定义：在相同在相同条条件下多件下多次测量同次测量同一被一被测量过程测量过程中中，误差误差值值的的大小和符大小和符号保持号保持不不变变(恒值恒值系统系统误差误差)或者条件变化时或者条件变化时按某一确定的按某一确定的规规律变化律变化(变值变值系统误差系统误差)。（一）（一）系统误差系统误差及其处理及其处理2.2.产生原因：产生原因：l测量设备、试验装置不完善或安装、调整、测量设备、试验装置不完善或安装

6、、调整、使用不当；使用不当；l测量的外部环境发生较大改变；测量的外部环境发生较大改变；l测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论本身不完善。本身不完善。注意：注意：在在测测量系量系统统和和测测量条件不量条件不变时变时，增加，增加测测量量 次数并不能减少系次数并不能减少系统误统误差。差。（一）（一）系统误差系统误差及其处理及其处理3.3.处理方法：处理方法：l在测量前，应尽可能在测量前，应尽可能预见预见到产生系统误差的来源，到产生系统误差的来源，设法设法消除消除或或通过通过补偿法补偿法减小减小其其影响。影响。l在实际测量时，尽可能地在实际测量时，尽可能地采取采

7、取适当适当的的测量测量方法方法，消除系统误差对测量结果的影响；消除系统误差对测量结果的影响；l在测量之后，通过对测定值进行在测量之后，通过对测定值进行数据处理数据处理，检查，检查是否存在未被注意的变值系统误差是否存在未被注意的变值系统误差。（二）随机（二）随机误差误差及其处理及其处理1.定义：定义：在相同条件下在相同条件下对同一被测量进行多对同一被测量进行多次测量时，误差中有次测量时，误差中有一部分，它的一部分，它的大小和大小和符号不可预知地随机符号不可预知地随机变化变化，这部分误差称，这部分误差称为随机误差。为随机误差。（二）随机（二）随机误差误差及其处理及其处理2.2.产生原因：产生原因：

8、l由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法控制的控制的微小变化微小变化因素所引起的因素所引起的，其大其大小、方小、方向向难难以以预测预测，无无一一定规律可循。定规律可循。注意：注意：改善改善测测量技量技术术只能减少随机只能减少随机误误差，却不能消除。差，却不能消除。（二）（二）随机误差随机误差及其处理及其处理3.随机误差的特性随机误差的特性l 对称性对称性 l 单峰性单峰性 l 有界性有界性 l 抵偿抵偿性性 大大小小相相等等、符符号号相相反反的的随随机误差出现的概率相同机误差出现的概率相同绝绝对对值值小小的的误误差差出出现现的的概概率率大大，绝对值大的误差

9、出现的概率小绝对值大的误差出现的概率小绝绝对对值值很很大大的的误误差差出出现现的的概率接近于零概率接近于零当当测测量量次次数数n不不断断增增加加而而趋趋于于无无穷穷多多时时，全全部部随随机机误误差差的的算术平均值趋于零算术平均值趋于零。4.减小随机误差的方法减小随机误差的方法l对对于于已已知知的的因因素素可可以以采采取取一一定定的的对对策策，例例如如采采用用隔隔振振措措施施减减小小振振动动的的影影响响，利利用用电电、磁磁、热屏蔽等办法减小干扰因素的影响。热屏蔽等办法减小干扰因素的影响。l在在使使用用仪仪表表时时，可可采采取取对对同同一一被被测测量量增增加加测测量次数量次数取平均值取平均值的方法

10、的方法。l选选用用以以微微处处理理机机为为核核心心的的智智能能仪仪表表，利利用用其其数字滤波法数字滤波法也可减小随机误差的数值。也可减小随机误差的数值。（二）（二）随机误差随机误差及其处理及其处理（三）粗大（三）粗大误差误差及其处理及其处理1.1.定义：定义：明显歪曲了测量结果的误差。明显歪曲了测量结果的误差。又称疏忽误差或过失误差又称疏忽误差或过失误差。测量数据中，数值明显偏离其它众测量数据中，数值明显偏离其它众多测量值的那些数据，通常含有粗大误多测量值的那些数据，通常含有粗大误差，此测量值称为差，此测量值称为坏值坏值，应舍掉。，应舍掉。（三）粗大（三）粗大误差误差及其处理及其处理2.2.产

11、生原因：产生原因：l测量系统故障测量系统故障l测量条件的突变测量条件的突变l操作失误操作失误、读数读数和记录错误和记录错误等等 （三）粗大（三）粗大误差误差及其处理及其处理3.3.处理方法：处理方法：l在测量时，一旦发现或怀疑数据不对在测量时，一旦发现或怀疑数据不对时，应及时时，应及时重新测量重新测量；l若已离开测量现场，应根据若已离开测量现场，应根据统计检验统计检验方法方法来判别是否为坏值，以便取舍。来判别是否为坏值，以便取舍。测量仪表的质量指标测量仪表的质量指标n允许误差允许误差n精确度精确度n变差变差n灵敏度灵敏度n分辨率分辨率n线性度线性度n漂移漂移允许误差允许误差l仪仪表表出出厂厂时

12、时应应保保证证它它的的误误差差不不超超过过某某一一规规定值定值，该规定值叫做仪表的允许误差。，该规定值叫做仪表的允许误差。l允许误差以允许误差以引用相对误差引用相对误差ryu的形式表示。的形式表示。精确度精确度l正确度正确度 测测量量值值与与被被测测量量真真值值之之间间的的符合程度。符合程度。反映反映系统误差系统误差的影响。的影响。对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，测测量量值值彼彼此此之之间间接接近近的的程程度度（测量的重复性）。（测量的重复性）。反映反映随机误差随机误差的影响。的影响。l精密度精密度 ABC精确度精确度 精度等精度等级级0.10.20.51.01.52.54允

13、允许误许误差差0.1%0.2%0.5%1.0%1.5%2.5%4%注意：注意：因因为为精度等精度等级级源于源于误误差，差，所以所以值值愈小，精度愈高。愈小，精度愈高。l仪表的精确度等级仪表的精确度等级精确度精确度l基本误差基本误差 合格的合格的仪仪表：基本表：基本误误差差允允许误许误差差对对于于给给定定的的仪仪表表，在在规规定定的的正正常常工工作作条条件件下下，通通过过检检定定（校校验验），在在整整个个刻刻度度范范围围内内各各点点示示值值误误差差中中最大的误差之绝对值。最大的误差之绝对值。例题：例题：例例1：某某台台测测温温仪仪表表的的测测温温范范围围为为200 700，检检验验该该表表时时得

14、得到到的的最最大大绝绝对对误误差差为为4，试确定该表的精度等级。，试确定该表的精度等级。提示：求提示：求rj 例题：例题：例例2：有二支温度计，刻度范围和精度分别为有二支温度计，刻度范围和精度分别为A表表:刻度范围为刻度范围为0 800，精度，精度1.0级级;B表表:刻度范围为刻度范围为-50 400，精度，精度1.5级。级。问：（问：（1）哪个温度计精度等级高，允许误差小？）哪个温度计精度等级高，允许误差小？（2）要要求求测测温温误误差差不不超超过过 7时时，应应选选用用哪个温度计？哪个温度计？提示提示:yu=A精度等级/100例题：例题：例例3：用用016MPa压压力力表表测测量量10MP

15、a左左右右的的主主蒸蒸汽汽压压力力，要要求求|相相对对误误差差|0.5%,试试选择仪表的精度等级。选择仪表的精度等级。（可选等级有（可选等级有0.2级、级、0.5级）级）解：解：（1 1）最大绝对误差）最大绝对误差（2 2）最大的引用相对误差）最大的引用相对误差（3 3）选择精度等级）选择精度等级 要保证要保证|r|ryuyu|r rcmaxcmax|,|,所以精度等级选所以精度等级选0.20.2级。级。课堂测试：课堂测试：1、用用测测量量范范围围50150KPa的的压压力力表表测测量量140KPa压压力力时时，仪仪表表示示值值为为142KPa，求求该该示示值值的的绝绝对对误误差、实际相对误差

16、、示值相对误差和引用误差。差、实际相对误差、示值相对误差和引用误差。2、两支温度计：、两支温度计：A:刻度范围为刻度范围为0 800，精度，精度1.0级级;B:刻度范围为刻度范围为0 400，精度，精度1.5级。级。被被测测温温度度常常为为300350，若若要要求求|测测量量误误差差|6，应选哪一支，应选哪一支？l 在在全全量量程程范范围围内内，上上下下行行程程(即即逐逐渐渐由由小小到到大大再再由由大大到到小小)测测量量差差异异最最大大的的数数值值与与仪仪表表量量程程之之比比的的百百分分数数为为测测量系统或仪表的变差。量系统或仪表的变差。变差变差（回差、滞后误差）（回差、滞后误差）l变变差差通

17、通常常是是由由于于仪仪表表中中的的弹弹性性元元件件、磁磁性性元元件件等等滞滞后后现现象象引引起起的的，也也可可能能是是机机械元件之间的间隙等原因引起的。械元件之间的间隙等原因引起的。l仪仪表表变变差差不不应应超超过过允允许许误误差差。为为了了测测出出仪仪表表变变差差，在在校校验验仪仪表表时时，一一般般应应进进行行上、下行程的校验。上、下行程的校验。变差变差（回差、滞后误差）（回差、滞后误差）例题：例题：一一支支水水位位计计，量量程程为为320mm320mm，精精度度1.0级级，当当水水位位上上升升至至零零水水位位时时，指指示示5mm；水水位位下下降降至至零零水水位位时时，指指示示5mm。问水位

18、计是否合格。问水位计是否合格。l灵灵敏敏度度反反映映仪仪表表对对被被测测参参数数变变化化的的灵敏程度。灵敏程度。l灵灵敏敏度度S稳稳态态时时仪仪表表的的输输出出信信号号的的变变化化量量y与与产产生生该该变变化化量量的的输输入入信信号的变化量号的变化量x之比。之比。lS过高稳定性差，过高稳定性差，S过低精度差。过低精度差。灵敏度灵敏度l分分辨辨率率是是指指能能够够引引起起测测量量系系统统或或仪仪表表输输出出量量发发生生变变化化所所对对应应输输入入量量的的最最小小变化量变化量。l通通常常把把不不能能引引起起输输出出量量变变化化的的最最大大输输入入信信号号的的值值称称为为仪仪表表的的不不灵灵敏敏区区

19、(或或死区死区)。分辨率分辨率例例：模模拟拟仪仪表表刻刻度度范范围围50150，总共有总共有160格分度，则分辨率为格分度，则分辨率为_ 150-(-50)/160=1.25/格格分辨率分辨率l衡衡量量实实际际特特性性曲曲线线与与理理想想特特性性曲曲线线符符合合程度的一项指标。程度的一项指标。l仪仪表表实实际际输输入入和和输输出出特特性性曲曲线线往往往往偏偏离离理理想想特特性性曲曲线线。偏偏离离程程度度用用“线线性性度度”加以表征加以表征l线线性性度度仪仪表表测测量量范范围围内内实实际际特特性性曲曲线线偏偏离离理理想想特特性性曲曲线线的的最最大大偏偏差差与与仪仪表表全全量程量程的百分比表示。的

20、百分比表示。线性度线性度(非线性误差)漂移漂移l在在保保持持一一定定的的输输入入信信号号、环环境境和和工工作作条条件件下下，经过一段时间后，输出的变化称为漂移。经过一段时间后，输出的变化称为漂移。l以以仪仪表表全全量量程程上上输输出出的的最最大大变变化化量量对对量量程程的的百百分数表示的。分数表示的。l通常是由于电子元件的老化、弹性元件的失效，通常是由于电子元件的老化、弹性元件的失效，节流元件的磨损、热电偶、热电阻元件的污染节流元件的磨损、热电偶、热电阻元件的污染等原因引起的等原因引起的 作业作业1 现有现有2.5级、级、2.0级、级、1.5级三块测温仪表，对级三块测温仪表，对应的测量范围分别

21、为应的测量范围分别为 100500 ,50550,01000 ，现要测量现要测量500的温度，其测量值的相对误的温度，其测量值的相对误差不超过差不超过2.5%，问选用那块表最合适？，问选用那块表最合适？作业作业2 复习思考题复习思考题 l测量的定义？测量过程的三要素？测量的定义？测量过程的三要素？l常用的测量方法有哪些？常用的测量方法有哪些？l测量仪表由哪几个功能部件组成？各部件的作用和要求？测量仪表由哪几个功能部件组成？各部件的作用和要求？l测量误差可分为哪三类？各种误差产生的原因和可采用的处测量误差可分为哪三类？各种误差产生的原因和可采用的处理方法？理方法？l仪表的示值误差、引用误差、基本误差、允许误差的含义？仪表的示值误差、引用误差、基本误差、允许误差的含义？l什么是仪表的精确度等级？国家标准系列有哪几个等级？如什么是仪表的精确度等级？国家标准系列有哪几个等级？如何确定或选择仪表的精确度等级？何确定或选择仪表的精确度等级？(例题和作业例题和作业)l仪表的线性度、回差（变差）、灵敏度、分辨率等质量指标仪表的线性度、回差（变差）、灵敏度、分辨率等质量指标的含义？的含义？