熱工儀表及測(cè)量技術(shù).ppt

熱工儀表及測(cè)量技術(shù) 壽青云主講 教材 建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)教學(xué)網(wǎng)站 教學(xué)安排 第一章測(cè)量的基本知識(shí) 第一節(jié)測(cè)量的意義和測(cè)量方法一 測(cè)量的意義1 測(cè)量的意義 測(cè)量是人類對(duì)自然界中客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過(guò)程 在這一過(guò)程中 人們借助于專門工具 通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算 求得被測(cè)量的值 獲得對(duì)于客觀事物的定量的概念和內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí) 測(cè)量技術(shù)可分為若干分支 如力學(xué)測(cè)量 電學(xué)測(cè)量 熱工測(cè)量等 熱工測(cè)量是指溫度 濕度 壓力 流量 煙氣成分等參數(shù)的測(cè)量 2 應(yīng)用方面 1 過(guò)程監(jiān)測(cè) 對(duì)過(guò)程參數(shù)的監(jiān)測(cè) 2 過(guò)程控制 為生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制提供依據(jù) 3 試驗(yàn)分析與系統(tǒng)辨識(shí) 解決科學(xué)上的和過(guò)程上的問題 一般需要綜合運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)的方法 測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)分析 是測(cè)量技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用 二 測(cè)量方法 測(cè)量的定義 就是用實(shí)驗(yàn)的方法 把被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較 確定兩者的比值 從而得到被測(cè)量的量值 使測(cè)量結(jié)果有意義的要求 用來(lái)進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)該是國(guó)際上或國(guó)家所公認(rèn)的 且性能穩(wěn)定 進(jìn)行比較所用的方法和儀表必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證 測(cè)量的基本方程式 X aU式中 X 被測(cè)量 U 標(biāo)準(zhǔn)量 即選用的測(cè)量單位 a 被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)字比值 測(cè)量方法就是實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較的方法 測(cè)量方法的分類 按測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的方式分 1 直接測(cè)量法 使被測(cè)量直接與選用的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較 或者預(yù)先標(biāo)定好了的測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量 從而直接求得被測(cè)量數(shù)值的測(cè)量方法 2 間接測(cè)量法 通過(guò)直接測(cè)量與被測(cè)量有某種確定函數(shù)關(guān)系的其它各個(gè)變量 然后將所測(cè)得的數(shù)值代入函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算 從而求得被測(cè)量數(shù)值的方法 3 組合測(cè)量法 測(cè)量中使各個(gè)未知量以不同的組合形式出現(xiàn) 或改變測(cè)量條件以獲得這種不同組合 根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù) 通過(guò)解聯(lián)立方程組以求得未知量的數(shù)值 這類測(cè)量稱為組合測(cè)量 問以下測(cè)量過(guò)程使用了哪種測(cè)量方法 通過(guò)公式測(cè)量功率用鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量溫度 電阻值與溫度的關(guān)系是用水銀溫度計(jì)測(cè)量介質(zhì)溫度 測(cè)量方法的其它分類方式 按不同的測(cè)量條件分 等精度測(cè)量與非等精度測(cè)量按被測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中的狀態(tài)不同分 靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量 第二節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的組成及其功能 一 測(cè)量系統(tǒng)的組成測(cè)量系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成 傳感器 變換器或變送器 傳輸通道和顯示裝置 傳感器 變換器 傳輸通道 顯示裝置 被測(cè)量 測(cè)量值 二 測(cè)量環(huán)節(jié)的功能 1 傳感器 敏感元件 它是測(cè)量系統(tǒng)直接與被測(cè)對(duì)象發(fā)生聯(lián)系的部分 理想敏感元件應(yīng)滿足的要求 敏感元件輸入與輸出之間應(yīng)該有穩(wěn)定的單值函數(shù)關(guān)系 敏感元件應(yīng)該只對(duì)被測(cè)量的變化敏感 而對(duì)其它一切可能的輸入信號(hào)不敏感 在測(cè)量過(guò)程中 敏感元件應(yīng)該不干擾或盡量少干擾被測(cè)介質(zhì)的狀態(tài) 2 變換器 變送器 它是傳感器和顯示裝置中間的部分 它是將傳感器輸出的信號(hào)變換成顯示裝置易于接收的部件 對(duì)變換器的要求 性能穩(wěn)定 精確度高 使信息損失最小 3 顯示裝置它是測(cè)量系統(tǒng)直接與觀測(cè)者發(fā)生聯(lián)系的部分顯示裝置的基本形式 模擬式顯示元件數(shù)字式顯示元件屏幕式顯示元件 4 傳輸通道它是儀表各環(huán)節(jié)間輸入 輸出信號(hào)的連接部分 分為電線 光導(dǎo)纖維和管路等 第三節(jié)測(cè)量誤差與測(cè)量精度 一 測(cè)量誤差的概念測(cè)定值與被測(cè)量真值之差稱為測(cè)量的絕對(duì)誤差 或簡(jiǎn)稱測(cè)量誤差 x X0式中 測(cè)量誤差 x 測(cè)定值 例如儀表指示值 X0 被測(cè)量的真值 真值一般無(wú)法得到 所以用實(shí)際值X代替X0 對(duì)于絕對(duì)誤差 應(yīng)注意下面幾個(gè)特點(diǎn) 絕對(duì)誤差是有單位的量 其單位與測(cè)定值和實(shí)際值相同 絕對(duì)誤差是有符號(hào)的量 其符號(hào)表示出測(cè)定值與實(shí)際值的大小關(guān)系 測(cè)定值與被測(cè)量實(shí)際值之間的偏離程度和方向通過(guò)絕對(duì)誤差來(lái)體現(xiàn) 示值的絕對(duì)誤差與約定值之比值稱為相對(duì)誤差 其為無(wú)量綱數(shù) 以百分?jǐn)?shù)表示 一般約定值m有如下幾種取法 m取測(cè)量?jī)x表的指示值x時(shí) 稱為標(biāo)稱相對(duì)誤差 m取測(cè)量的實(shí)際值X時(shí) 稱為實(shí)際相對(duì)誤差 m取儀表的滿刻度值時(shí) 稱為引用相對(duì)誤差 對(duì)于相同的被測(cè)量 用絕對(duì)誤差評(píng)定其測(cè)量精度的高低 但對(duì)于不同的被測(cè)量 則應(yīng)采用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)定 測(cè)量過(guò)程中存在測(cè)量誤差是不可避免的 任何測(cè)量值只能近似反映被測(cè)量的真值 測(cè)量過(guò)程中無(wú)數(shù)隨機(jī)因素的影響 使得即使在同一條件下對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行重復(fù)測(cè)量也不會(huì)得到完全相同的測(cè)量值 被測(cè)量總是要對(duì)敏感元件施加能量才能使測(cè)量系統(tǒng)給出測(cè)量值 這就意味著測(cè)量值并不能完全準(zhǔn)確的反映被測(cè)參數(shù)的真值 例1 1 二 測(cè)量誤差的來(lái)源 1 儀器誤差它是由于設(shè)計(jì) 制造 裝配 檢定等的不完善以及儀器使用過(guò)程中元器件老化 機(jī)械部件磨損 疲勞等因素而使測(cè)量?jī)x器設(shè)備帶有的誤差 減少儀器誤差的主要途徑是根據(jù)具體測(cè)量任務(wù) 正確地選擇測(cè)量方法和使用測(cè)量?jī)x器 2 人身誤差它指由于測(cè)量者感官的分辨能力 視覺疲勞 固有習(xí)慣等而對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象與結(jié)果判斷不準(zhǔn)確而造成的誤差 減少人身誤差的途徑 3 影響誤差它是指各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差 主要的影響因素是環(huán)境溫度 電源電壓和電磁干擾等 4 方法誤差它是所使用的測(cè)量方法不當(dāng) 或?qū)y(cè)量設(shè)備操作使用不當(dāng) 或測(cè)量所依據(jù)的理論不嚴(yán)格 或?qū)y(cè)量計(jì)算公式不適當(dāng)簡(jiǎn)化等原因而造成的誤差 也稱理論誤差 原則上可通過(guò)理論分析和計(jì)算或改變測(cè)量方法來(lái)加以消除或修正 三 測(cè)量誤差的分類 1 系統(tǒng)誤差在相同測(cè)量條件下 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量 誤差的絕對(duì)值和符號(hào)或者保持不變 或按一定的規(guī)律變化 這類誤差稱為系統(tǒng)誤差 恒值誤差變值誤差 累進(jìn)性 周期性 按復(fù)雜規(guī)律變化 恒值 累進(jìn)性 按復(fù)雜規(guī)律變化 周期性 系統(tǒng)誤差的特征 2 隨機(jī)誤差在相同測(cè)量條件下 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量 由于受到大量的 微小的隨機(jī)因素的影響 測(cè)量誤差的絕對(duì)值的大小和符號(hào)沒有一定的規(guī)律 且無(wú)法簡(jiǎn)單估計(jì) 這類誤差稱為隨機(jī)誤差 指測(cè)量者無(wú)法嚴(yán)格控制的因素 隨機(jī)誤差就個(gè)體而言是無(wú)規(guī)律的 不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)消除 但在等精度條件下 只要測(cè)量次數(shù)足夠多 那么就會(huì)發(fā)現(xiàn) 從總體來(lái)說(shuō)隨機(jī)誤差服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 可以從理論上來(lái)估計(jì)隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響 隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差既有區(qū)別又有聯(lián)系 二者之間并無(wú)絕對(duì)的界限 在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化 對(duì)某一具體誤差 在某一條件下為系統(tǒng)誤差 而在另一條件下可為隨機(jī)誤差 反之亦然 3 粗大誤差明顯地歪曲了測(cè)量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差 大多是由于測(cè)量者粗心大意造成的 粗大誤差一經(jīng)發(fā)現(xiàn) 必須立即從測(cè)量數(shù)據(jù)中剔除 問 下列誤差屬于哪類誤差 1 用一塊普通萬(wàn)用表測(cè)量同一電壓 重復(fù)測(cè)量20次后所得結(jié)果的誤差 2 觀測(cè)者抄寫記錄時(shí)錯(cuò)寫了數(shù)據(jù)造成的誤差 3 在流量測(cè)量中 流體溫度 壓力偏離設(shè)計(jì)值造成的流量誤差 隨機(jī)誤差 粗大誤差 系統(tǒng)誤差 三 測(cè)量精度 1 準(zhǔn)確度對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量 測(cè)量值偏離被測(cè)量真值的程度稱為測(cè)量的準(zhǔn)確度 它反映系統(tǒng)誤差的影響 系統(tǒng)誤差越小 準(zhǔn)確度越高 2 精密度 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量 測(cè)量值重復(fù)一致的程度 或者說(shuō)測(cè)量值分布的密集程度 稱為測(cè)量的精密度 它反映隨機(jī)誤差的影響 隨機(jī)誤差越小 精密度越高 3 精確度精密度與準(zhǔn)確度的綜合指標(biāo)稱為精確度 或稱精度 它反映隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合影響 精密度高的 準(zhǔn)確度不一定高 準(zhǔn)確度高的精密度不一定高 但精確度高的 則精密度與準(zhǔn)確度都高 精密度高 準(zhǔn)確度高 精確度高 第四節(jié)測(cè)量?jī)x表的基本技術(shù)指標(biāo) 1 量程范圍儀表能夠測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作儀表的量程范圍 簡(jiǎn)稱量程 在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對(duì)值 問 某溫度計(jì)測(cè)量的最低溫度為 20 最高溫度為100 它的量程是多少 120 2 靈敏度 在穩(wěn)定情況下 儀表輸出變化量 L與引起此變化的輸入量的變化量 Xb之比值 定義為儀表的靈敏度 用S表示 即式中 S 儀表靈敏度 L Xb 分別為輸出與輸入變化量 問 某測(cè)量范圍是0 100MPa的壓力表 其滿量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度 它的靈敏度是多少 2 7度 MPa 3 靈敏限 分辨率 死區(qū) 它表明儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力指標(biāo) 即不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化幅度與量程范圍之比的百分?jǐn)?shù) 4 儀器基本誤差儀表測(cè)量值中的最大示值絕對(duì)誤差與儀表量程之比值稱為儀表的基本誤差 5 儀器允許誤差它表示對(duì)測(cè)量?jī)x表所允許的誤差界限 即出廠的儀表都要保證基本誤差不超過(guò)某一規(guī)定值 此規(guī)定值叫允許誤差 6 準(zhǔn)確度等級(jí)它指根據(jù)測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級(jí)或級(jí)別 允許誤差去掉百分號(hào)的數(shù)值就是準(zhǔn)確度等級(jí) 工程上稱為精度等級(jí) 7 變差 在外界條件不變的情況下 使用同一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行反復(fù)測(cè)量 正行程和反行程 時(shí) 所產(chǎn)生的最大差值與儀表量程之比值稱為變差 用 表示 正行程 測(cè)量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增至量程的上限的測(cè)量過(guò)程 反行程 測(cè)量系統(tǒng)的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測(cè)量過(guò)程 習(xí)題 1 某測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1 0級(jí) 絕對(duì)誤差為 1 測(cè)量下限為負(fù)值 下限的絕對(duì)值為測(cè)量范圍的10 試確定該表的測(cè)量上限值 下限值和量程 90 10 100 2 用測(cè)量范圍為 50 150kPa的壓力表測(cè)量140kPa壓力時(shí) 儀表示值為 142kPa 求該示值的絕對(duì)誤差 實(shí)際相對(duì)誤差和引用相對(duì)誤差 2kPa 1 43 1 0 3 某1 5級(jí)測(cè)量范圍為0 100kPa的壓力表 在50kPa 80kPa 100kPa三點(diǎn)校驗(yàn)時(shí) 其示值絕對(duì)誤差分別為 0 8kPa 1 2kPa 1 0kPa 試問該表是否合格 因?yàn)? 2 1 5 所以該表合格 儀器基本誤差小于允許誤差 儀器合格 反之則不合格 4 現(xiàn)有2