熱工儀表與測(cè)量誤差分析

熱工儀表與測(cè)量誤差分析第一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日參考書目：書名：熱工測(cè)量及儀表（第二版）

主編：吳永生方可人

出版：東南大學(xué)書名：熱工過(guò)程檢測(cè)儀表

主編：程大亨

出版：東北電力學(xué)院

第二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日著名科學(xué)家門捷列夫５月２０日“世界計(jì)量日”

“沒(méi)有測(cè)量，就沒(méi)有科學(xué)。第三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第一章測(cè)量的基本知識(shí)第一節(jié)課程簡(jiǎn)介《熱工測(cè)量》是熱能與動(dòng)力專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握熱工參數(shù)的正確測(cè)量方法；掌握常用測(cè)量?jī)x表的基本原理、主要性能，使用特點(diǎn)；了解電廠熱力設(shè)備和動(dòng)力機(jī)械的檢測(cè)系統(tǒng)的組成方法，從而能在實(shí)際工作中知道如何正確的選擇和使用測(cè)量?jī)x表。第四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(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。第五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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(wèn)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。

第六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、測(cè)量方法測(cè)量：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2個(gè)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。第七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(cè)量單位國(guó)際單位制代號(hào)為SI法定計(jì)量單位我國(guó)的法定計(jì)量單位包括：

(1)國(guó)際單位制的基本單位；

(2)國(guó)際單位制的輔助單位；

(3)國(guó)際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位；

(4)國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位；

(5)由以上單位構(gòu)成的組合形式的單位；

(6)由詞頭和以上單位構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位。第八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(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。第九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(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。第十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日（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。第十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(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)量第十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二節(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)量值第十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、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)。第十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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第十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三節(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。

δ=x－X0

式中，δ——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。第十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(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)。第十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日示值的絕對(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)，γ稱為標(biāo)稱相對(duì)誤差；m取測(cè)量的實(shí)際值X時(shí)，γ稱為實(shí)際相對(duì)誤差；m取儀表的滿刻度值時(shí)，γ稱為引用相對(duì)誤差。第二十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(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。第二十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(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。第二十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、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。第二十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、人身誤差它指由于測(cè)量者感官的分辨能力、視覺(jué)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第二十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第二十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第二十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、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)律變化第二十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日恒值累進(jìn)性按復(fù)雜規(guī)律變化周期性系統(tǒng)誤差的特征第二十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(méi)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)格控制的因素第二十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日隨機(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。第三十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日隨機(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。第三十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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。第三十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日問(wèn)：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)誤差第三十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、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。第三十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第三十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第三十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日精密度高準(zhǔn)確度高精確度高第三十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.精密度、準(zhǔn)確度和精確度(a).精密度高，準(zhǔn)確度差。(b).準(zhǔn)確度高，精密度差。(c).精密度、準(zhǔn)確度都高，就是精確度高。第三十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四節(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(wèn)：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℃第四十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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——分別為輸入與輸出變化量問(wèn)：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第四十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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)。第四十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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。第四十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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。第四十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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)。第四十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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ε表示。第四十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日正行程：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。第四十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日8．漂移在環(huán)境及工作條件不變的前提下，保持一定的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，輸出變化稱為漂移。第四十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、儀表的校驗(yàn)示值校驗(yàn)1．示值比較法用標(biāo)準(zhǔn)儀表與被校儀表同時(shí)測(cè)量同一參數(shù)2．標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)法第四十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱工儀表校驗(yàn)后應(yīng)達(dá)到哪些基本要求？(1)基本誤差不應(yīng)超過(guò)該儀表的允許誤差；

(2)變差不應(yīng)超過(guò)該儀表的精確度等級(jí)值的1/2；