概論動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)

1、動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù) 熱工程研究所 章立新參 考 文 獻(xiàn)熱力機(jī)械測(cè)試技術(shù)葉大均主編 ，機(jī)械工業(yè)出版社 ，1981微機(jī)測(cè)控技術(shù)及其在動(dòng)力工程中的應(yīng)用 徐益峰編，上海理工大學(xué)，1995熱能與動(dòng)力工程測(cè)試技術(shù)王子延主編，西安交通大學(xué)出版社 ，1998熱工與制冷測(cè)試技術(shù)徐大中編著，上海交通大學(xué)出版社 ，1985非電量測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)張迎新等編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2002動(dòng)力工程現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)黃素逸編著，華中科技大學(xué)出版社，20011. 概 論 1.1 測(cè)量的基本概念測(cè)量的定義 測(cè)量是借助專門(mén)的儀器設(shè)備，把一個(gè)未知物理量與作為計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行定量檢查和比較，從而確定被測(cè)量的過(guò)程。1.1 測(cè)量的基本概念

2、測(cè)量的意義*測(cè)量推動(dòng)科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)并使之應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐中；*測(cè)量是生產(chǎn)自動(dòng)化的先決和必要條件，測(cè)量是調(diào)節(jié)的根據(jù)，調(diào)節(jié)是測(cè)量的目的；*測(cè)量是判斷事物質(zhì)量指標(biāo)和保證世界有序化的重要手段；*測(cè)量技術(shù)的狀態(tài)反映了一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的水平。1.1 測(cè)量的基本概念測(cè)量的分類1.1 測(cè)量的基本概念測(cè)量系統(tǒng)1.1 測(cè)量的基本概念傳感器：是測(cè)量過(guò)程中直接感受被測(cè)參數(shù)的變化并轉(zhuǎn)換成某一信號(hào)或能量的儀器。信號(hào)調(diào)節(jié)器：是將傳感器輸出的信號(hào)變換成記錄顯示器所需要的信號(hào)并輸送到記錄顯示器，故也稱為變送器。記錄顯示器：記錄或顯示測(cè)量結(jié)果。常有模擬顯示（指針、液柱等）、數(shù)字顯示、圖形顯示（示波器等）、筆式記錄器、磁盤(pán)、瞬態(tài)

3、記錄儀等。1.1 測(cè)量的基本概念測(cè)量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度精密度：測(cè)量中所測(cè)數(shù)值重復(fù)一致的程度。準(zhǔn)確度：測(cè)量值與真值偏離的程度。精確度：精密度與準(zhǔn)確度的綜合指標(biāo)。1.2 計(jì) 量計(jì)量的定義計(jì)量的意義 計(jì)量是將物理量與其單位定義作比較的一種實(shí)驗(yàn)科學(xué)。 計(jì)量是為了保障測(cè)量量值的準(zhǔn)確一致，保證測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確統(tǒng)一，并使之獲得所要求的精確度。1.2 計(jì) 量國(guó)際單位制（SI）國(guó)際單位制的優(yōu)越性基本單位：米m，千克kg，秒s，安培A，開(kāi)爾文K， 摩爾mol，坎德拉cd輔助單位：弧度rad，球面度sr導(dǎo)出單位：牛頓N，帕斯卡Pa，焦耳J，瓦特W，伏特V，歐姆，等等構(gòu)成科學(xué)：具有代表性、一貫性、十進(jìn)十退。便于統(tǒng)

4、一：覆蓋學(xué)科全、區(qū)分概念清、計(jì)算或換計(jì)方便。國(guó)際單位量值表示慣例： 0.11000 + 十進(jìn)倍率 + 國(guó)際單位1.2 計(jì) 量基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)檢定體制復(fù)現(xiàn)七個(gè)基本單位定義的具有最高精度的計(jì)量設(shè)備。其他由七個(gè)基本單位導(dǎo)出的物理量值的基準(zhǔn)。將從工作基準(zhǔn)，各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)向日常的測(cè)量設(shè)備傳遞量值的體系稱為檢定體制。1.3 誤差綜述測(cè)量誤差的定義 測(cè)量的絕對(duì)誤差就是測(cè)量結(jié)果X 與被測(cè)量的真值X0 之差。 =X-X0 測(cè)量的相對(duì)誤差x 就是絕對(duì)誤差與真值X0 之比，用百分率表示。當(dāng)絕對(duì)誤差很小是，可近似以測(cè)量結(jié)果X 代替真值X0 。 x=/X0100%/X100% 測(cè)量的引用誤差f 就是測(cè)量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差max

5、與儀表滿量程的最大刻度值M 之比，常用來(lái)表示儀表的質(zhì)量，進(jìn)行準(zhǔn)確度分級(jí)。 f=max/M100% 1.3 誤差綜述誤差來(lái)源1.3 誤差綜述誤差分類系統(tǒng)誤差：被測(cè)量的數(shù)學(xué)期望（無(wú)限多次測(cè)量結(jié)果 的平均值）與真值之差，表示測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度，即準(zhǔn)確度。隨機(jī)誤差：測(cè)量值與數(shù)學(xué)期望之差，表示測(cè)量結(jié)果的分散性程度，即精密度。粗大誤差：明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差，也稱為壞值或異常數(shù)值，數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)予剔除。1.3 誤差綜述測(cè)量不確定度 系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。由于不可能進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量，所以系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差都只是定性的概念?，F(xiàn)在定量的概念（ISO）采用不確定度。 不確定度是說(shuō)明測(cè)量結(jié)果

6、的參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)偏差或標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬度表示，以表達(dá)被測(cè)量值可能的分散程度。 1.3 誤差綜述測(cè)量不確定度與誤差的區(qū)別 誤差是不以人的認(rèn)識(shí)程度而改變的客觀存在，是理想狀態(tài)下的定性概念，描述誤差大小的精確度也是定性概念。 不確定度是可以根據(jù)試驗(yàn)、資料、經(jīng)驗(yàn)的信息定量評(píng)定的量，與人們對(duì)被測(cè)量和影響量及測(cè)量過(guò)程的認(rèn)識(shí)有關(guān)。不確定度不包括已確定的修正值。不確定度評(píng)定時(shí)一般不區(qū)分誤差的性質(zhì)，且應(yīng)剔除壞值。1.4 測(cè)量中的有效數(shù)法則有效數(shù)字規(guī)定有效數(shù)字位數(shù)的確定 所記錄的測(cè)量結(jié)果只保留最后一位是可疑數(shù)字，而其余數(shù)字均為準(zhǔn)確可靠，根據(jù)這一規(guī)則記錄下來(lái)的數(shù)字均為有效數(shù)字，即讀數(shù)只估計(jì)到分度值的1/

7、10。 由最左面第一個(gè)非零數(shù)字開(kāi)始計(jì)算直至最后一位。截取規(guī)則：對(duì)末位有效數(shù)后邊的第一位數(shù)字，4舍6入，等于5時(shí)，視末位有效數(shù)字奇偶而定，奇進(jìn)偶舍。1.4 測(cè)量中的有效數(shù)法則有效數(shù)計(jì)算規(guī)則 1、在做加減法時(shí)，其和或差的小數(shù)點(diǎn)后面所保留的位數(shù)與所參加運(yùn)算的諸數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者相同，但對(duì)參加加減運(yùn)算的項(xiàng)比較少時(shí)，為避免引入過(guò)大的舍入誤差，往往多保留一位參加運(yùn)算，在求得和或差后再取其有效位數(shù)。另外要注意相近數(shù)相減時(shí)有效數(shù)丟失過(guò)多的問(wèn)題。1.4 測(cè)量中的有效數(shù)法則有效數(shù)計(jì)算規(guī)則2、在做乘除法運(yùn)算時(shí)，各因子所保留的位數(shù)應(yīng)以讀數(shù)相對(duì)誤差最大（即有效數(shù)字位數(shù)最?。┫鄳?yīng)的那個(gè)數(shù)字的位數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)截取，所得之積

8、或商的有效數(shù)位數(shù)一般與此數(shù)的位數(shù)相同。若相乘結(jié)果位數(shù)有進(jìn)位時(shí)，則其積的有效數(shù)字比相乘因子中有效數(shù)字最少者多一位。3、在對(duì)數(shù)計(jì)算中，所取對(duì)數(shù)尾數(shù)應(yīng)與其真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同。1.4 測(cè)量中的有效數(shù)法則有效數(shù)計(jì)算規(guī)則4、在所有的計(jì)算式中，對(duì)于、 及 等常數(shù)的有效數(shù)字的位數(shù)認(rèn)為是沒(méi)有限制的，在計(jì)算中可根據(jù)需要來(lái)取舍。5、計(jì)算子樣平均值時(shí)，若子樣個(gè)數(shù)超過(guò)四個(gè)，則平均值有效位數(shù)可增加一位。6、表示精確度（誤差）時(shí)，一般只取12位有效數(shù)字。7、應(yīng)用以上準(zhǔn)則、要靈活運(yùn)用。1.5 測(cè)控系統(tǒng)的組成1.6 測(cè)控技術(shù)的發(fā)展不斷擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高可靠性和精度開(kāi)發(fā)集成化、一體化、微型化、多功能的傳感器和新型傳感器非接觸

9、式測(cè)量技術(shù)逐步占有重要地位從穩(wěn)態(tài)測(cè)量向瞬態(tài)測(cè)量發(fā)展，從逐點(diǎn)測(cè)量向全場(chǎng)測(cè)量發(fā)展，從二維場(chǎng)測(cè)量向三維場(chǎng)測(cè)量發(fā)展重視實(shí)時(shí)和在線測(cè)試?yán)糜?jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)控一體，使測(cè)控智能化，提高測(cè)控水平。概論結(jié)束，謝謝大家一 貫 性1V=1W/A,1W=1J/s,1J=1Nm, 1N=1kgm/s2返回國(guó)際單位量值表示慣例返回真 值 真值是在一定條件下被測(cè)量的客觀實(shí)際值，是與被測(cè)量定義一致的量值，是被測(cè)量本身所具有的真實(shí)大小。真值只是一個(gè)理想的概念。只有少數(shù)情況的真值才能知道。 理論真值：如三角形內(nèi)角之和為1800，同一量值自身之比為1等。 約定真值：如約定1kg為鉑銥合金的國(guó)際千克原器的質(zhì)量；約定1K是水處于三相點(diǎn)時(shí)

10、溫度值的1/273.16；此外，在給定地點(diǎn)由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值可取作約定真值，如由各級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)（國(guó)際、國(guó)家、?。┐_定了若干物理量的不同準(zhǔn)確度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，其中以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為各物理量的定值依據(jù)；也可以用某量的多次測(cè)量結(jié)果來(lái)確定約定真值，顯然，約定真值具有不確定度。返回真 值不確定度對(duì)無(wú)限多次測(cè)量中單次測(cè)量的結(jié)果：或者對(duì)無(wú)限多次測(cè)量中用平均值表示的測(cè)量結(jié)果： 或者 以上標(biāo)準(zhǔn)偏差 即為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，其置信度為68.268% 。 即為擴(kuò)展不確定度，其置信度為99.73% 。不確定度 對(duì)足夠多有限次測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)偏差用子樣方差s代替： 對(duì)少數(shù)有限次測(cè)量，不能用正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為不確定度，而要用t 分布評(píng)定。返回有效數(shù)字位數(shù)的確定正確4位4位5位錯(cuò)誤不確定度是0.1不確定度是1有效數(shù)字位數(shù)的確定23.439.462.25.29.3返回有效數(shù)加減法例5