建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)(全套課件669P)

2024/4/31建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)2第一章測(cè)試技術(shù)的基本知識(shí)1.2測(cè)量方法及分類1.1測(cè)試技術(shù)的基本概念1.3測(cè)量?jī)x表概述1.4計(jì)量的基本概念P2:測(cè)量與測(cè)試概念31.1測(cè)試技術(shù)的基本概念（緒論）二、學(xué)習(xí)本課程意義一、本課程主要講授的內(nèi)容三、參數(shù)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展概況與特點(diǎn)四、參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)舉例4一、本課程主要講授的內(nèi)容工作、生活、學(xué)習(xí)舒適、方便設(shè)備是否好用5一、本課程主要講授的內(nèi)容

學(xué)習(xí)和掌握建筑環(huán)境與設(shè)備工程中經(jīng)常遇到的溫度、壓力、流量、濕度、液位、流速、成分分析、噪聲等各種建筑環(huán)境參數(shù)測(cè)量的基本知識(shí)、測(cè)量方法、誤差分析，傳感器原理、測(cè)量?jī)x表工作原理及安裝，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成及工作原理等。6二、學(xué)習(xí)本課程意義保證建筑設(shè)備安全運(yùn)行、提高運(yùn)行管理水平

在建筑環(huán)境與設(shè)備工程領(lǐng)域所涉及的供熱、通風(fēng)、空調(diào)、鍋爐、制冷等系統(tǒng)和設(shè)備的正常安全運(yùn)行中，需要對(duì)表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的各種物理參數(shù)（壓力、溫度、流量、風(fēng)速、濕度等）進(jìn)行測(cè)量，完成這些參數(shù)及工況的測(cè)量需要應(yīng)用較精確的測(cè)量?jī)x表和掌握正確的使用方法。7三、參數(shù)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展概況與特點(diǎn)測(cè)量技術(shù)已成為科學(xué)研究不可缺少的重要手段?，F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)：信息的拾取、傳輸和處理。傳感器處理被測(cè)參數(shù)測(cè)量值傳輸以人為例8

這三方面涉及多種學(xué)科領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的新成就往往導(dǎo)致新的測(cè)量方法的誕生和測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量設(shè)備的改進(jìn)，使測(cè)量技術(shù)從中吸取營(yíng)養(yǎng)而得以迅速發(fā)展。1.敏感元件（傳感器）向著高精度、高靈敏度、大測(cè)量范圍、小型化和智能化的方向發(fā)展

敏感元件是測(cè)量信號(hào)拾取和檢測(cè)的工具，是測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件，測(cè)量技術(shù)的發(fā)展在相當(dāng)大的程度上依賴于敏感元件的發(fā)展。9

20世紀(jì)50年代前，參數(shù)測(cè)量的感受元件多屬于機(jī)械式傳感器，如彈簧壓力表、膨脹式溫度計(jì)等。10

20世紀(jì)60年代后，開始應(yīng)用非電量電測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的二次儀表，使測(cè)量技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。體積?。弘娮庸堋?/p>

晶體管—

集成電路—大規(guī)模集成電路等。智能化：電子組合式—單片計(jì)算機(jī)—計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。11壓力傳感器、溫濕度傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、液位傳感器、超聲波傳感器、浸水傳感器、照度傳感器CCD傳感器溫濕度傳感器122.測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)化與自動(dòng)化

欲對(duì)過程做出及時(shí)的控制與處理，測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)化必不可少。實(shí)時(shí)測(cè)量既涉及到測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，又涉及到測(cè)量信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字信號(hào)分析理論的發(fā)展，使測(cè)量信號(hào)的分析與處理可以達(dá)到實(shí)時(shí)化的水平。133.測(cè)量原理、測(cè)量手段的重大突破新型半導(dǎo)體材料的發(fā)展，造就了一大批對(duì)光、電、磁、熱、壓力、溫度、濕度等敏感的元器件。例如激光、紅外、超聲波、陶瓷材料、光導(dǎo)纖維、應(yīng)變片等，利用各種不同物理特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的檢測(cè)。材料科學(xué)進(jìn)步給敏感元件發(fā)展開拓了廣闊的前景14在測(cè)量方法上，由接觸測(cè)量向非接觸測(cè)量發(fā)展。如傳統(tǒng)的測(cè)溫方法都是接觸式的，而近代的激光測(cè)溫則是非接觸式的。這種非接觸式的測(cè)量方法，避免了傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象的干擾，代表了當(dāng)今測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。在測(cè)量的空間域上，由對(duì)被測(cè)物理量個(gè)別點(diǎn)的測(cè)量發(fā)展到整個(gè)熱物理量場(chǎng)的測(cè)量。在數(shù)據(jù)處理上，由被測(cè)數(shù)據(jù)的手工采集或儀表記錄發(fā)展到計(jì)算機(jī)采集、儲(chǔ)存與處理。在測(cè)量時(shí)間域上，由參數(shù)的靜態(tài)測(cè)量發(fā)展為動(dòng)態(tài)測(cè)量。15

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測(cè)量技術(shù)已逐步成為一門完整的、獨(dú)立的學(xué)科。測(cè)量學(xué)、力學(xué)測(cè)量、電學(xué)測(cè)量、熱工參數(shù)測(cè)量……。同時(shí)它又是與傳感技術(shù)、電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及控制理論等相互交叉的學(xué)科。在測(cè)量的功能上，由單純的測(cè)量發(fā)展到測(cè)量與控制相結(jié)合，又進(jìn)一步發(fā)展為測(cè)量、控制、診斷及圖像顯示相結(jié)合。16四、本專業(yè)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)舉例

在暖通空調(diào)工程中，測(cè)量的目的主要有：例如：利用接近開關(guān)測(cè)量水箱水位；利用電容測(cè)量材料厚度；(1)檢測(cè)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)測(cè)量是判斷質(zhì)量指標(biāo)的重要手段。17給定值控制器閥門被控對(duì)象傳感器變送器執(zhí)行器顯示儀表被控變量自動(dòng)控制原理方框圖測(cè)量單元(2)提供自動(dòng)控制用的監(jiān)測(cè)信號(hào)。

測(cè)量是控制的根據(jù)，控制是測(cè)量的目的。18被測(cè)對(duì)象：被測(cè)變量：檢測(cè)元件：空調(diào)房間房間溫度溫度傳感器---熱電阻或熱電偶例1：室內(nèi)溫度檢測(cè)控制金屬電阻半導(dǎo)體電阻室內(nèi)溫度傳感器

墻上安裝

測(cè)量范圍:

0--50℃

敏感元件:

Ni1000（鎳電阻）

連接:

2線19鎧裝熱電偶BTAT020室內(nèi)空氣檢測(cè)控制過程

熱敏電阻

電信號(hào)

處理

顯示控制回路控制器空調(diào)機(jī)檢測(cè)基本元器件氣體流量計(jì)21122小型控制盤臺(tái)顯示表傳感器傳輸通道顯示裝置變換器被測(cè)參數(shù)測(cè)量值測(cè)量顯示系統(tǒng)框圖23給定值控制器閥門被控對(duì)象傳感器變送器執(zhí)行器顯示儀表被控變量自動(dòng)控制原理方框圖測(cè)量顯示系統(tǒng)被測(cè)參數(shù)測(cè)量值24例2：測(cè)量管道內(nèi)水流量的差壓流量計(jì)系統(tǒng)

差壓流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)示意圖（a）信號(hào)變換框圖，(b)儀表組成示意圖25流量測(cè)量流量傳輸26差壓流量變送器接導(dǎo)壓管接導(dǎo)壓管接電纜27流量顯示和轉(zhuǎn)換28儀表盤內(nèi)接線29I/O柜I/O柜PLC柜電源柜現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及傳感器空調(diào)監(jiān)控雙機(jī)熱備系統(tǒng)高層管理人員監(jiān)控機(jī)工控機(jī)與PLC控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)?溫度、壓力、濕度、流量等傳感器（變送器）信號(hào)、風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、起停信號(hào)空調(diào)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)℃送風(fēng)溫度設(shè)置回風(fēng)溫度回風(fēng)濕度送風(fēng)濕度設(shè)置風(fēng)機(jī)狀態(tài)加濕器狀態(tài)RH％℃RH％30控制柜控制臺(tái)311.1緒論（ok）二、學(xué)習(xí)本課程意義一、本課主要講授的內(nèi)容三、測(cè)量技術(shù)的發(fā)展概況與特點(diǎn)四、參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)舉例測(cè)量的基本知識(shí)(1.2-1.4)P2:測(cè)量與測(cè)試概念32測(cè)量測(cè)量是認(rèn)識(shí)自然界的主要工具。

測(cè)量技術(shù)主要研究：測(cè)量原理、方法、工具和測(cè)量值數(shù)據(jù)的處理等。

根據(jù)被測(cè)對(duì)象的差異，測(cè)量技術(shù)可分為若干分支：力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱工學(xué)測(cè)量等。建筑環(huán)境測(cè)量包括：溫度、濕度、壓力、流量、流速、熱量、物位、噪聲和氣體成分等等。33測(cè)量的基本知識(shí)1.2測(cè)量方法及分類1.3測(cè)量?jī)x表概述1.4計(jì)量的基本概念341.2測(cè)量方法及分類1.測(cè)量（P6）概念：測(cè)量是運(yùn)用專門的工具，根據(jù)物理、化學(xué)、生物等原理，通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的量值。定義：測(cè)量是以同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量比較，并確定被測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。這個(gè)過程稱為測(cè)量。或說測(cè)量是為取得某一未知數(shù)而做的全部工作，包括測(cè)量的誤差分析和計(jì)算工作在內(nèi)。35

式中X——被測(cè)量；

U——標(biāo)準(zhǔn)量（測(cè)量單位）；

L——比值，又稱測(cè)量值。測(cè)量的基本表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)量的選擇是重要的。舉例：倍數(shù)→讀數(shù)+單位→數(shù)據(jù)

說明：①標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)是國(guó)際或國(guó)家公認(rèn)的。②采用的方法或儀器需經(jīng)驗(yàn)證。36測(cè)量的過程和變換測(cè)量的過程：

調(diào)零、對(duì)比、示差、調(diào)平衡、讀數(shù)五個(gè)動(dòng)作。

水銀溫度計(jì)測(cè)溫：溫度——汞膨脹——刻度熱電阻測(cè)溫：溫度---電阻值改變---電路測(cè)出變換：將被測(cè)量按一定規(guī)律變換成另一種物理量的過程，實(shí)現(xiàn)這種變換過程的元件，稱為變換元件（傳感器、敏感元件）。測(cè)量的要素：對(duì)象，單位，方法，準(zhǔn)確度。37二、測(cè)量方法P7（一）按測(cè)量手段分類1.直接測(cè)量：2.間接測(cè)量3.組合測(cè)量應(yīng)用廣泛、直接讀取、簡(jiǎn)單迅速例：1.管道中流體流量的測(cè)量

2.供熱量測(cè)量（流量、進(jìn)出溫差）

熱量表38二、測(cè)量方法P2（二）按測(cè)量方式分類1.偏差式測(cè)量法：直讀法2.零位式測(cè)量法：平衡式測(cè)量法3.微差式測(cè)量法：組合39三、測(cè)量方法的選擇原則（1）被測(cè)量本身的特性；（2）所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度；（3）測(cè)量環(huán)境；（4）現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備。40例（P9）：電壓表測(cè)量高內(nèi)阻電路端電壓。

若電路輸出等效內(nèi)阻為80kΩ，當(dāng)電壓表內(nèi)阻分別為10MΩ、120kΩ，對(duì)應(yīng)的數(shù)字電壓表測(cè)得的電壓為：

V+-5V80kΩ41三、測(cè)量方法的選擇原則問題：電壓表的負(fù)載效應(yīng)。結(jié)論：用電壓表測(cè)量?jī)x表端電壓時(shí)選用（）內(nèi)阻的電壓表。高內(nèi)阻高、負(fù)載效應(yīng)小、測(cè)量誤差小，準(zhǔn)確。421.3測(cè)量?jī)x表概述一、測(cè)量?jī)x表的類型

數(shù)字式測(cè)量?jī)x表----將被測(cè)連續(xù)的物理量通過各種傳感器和變送器變換成直流電壓或頻率信號(hào)后，再進(jìn)行量化處理變成數(shù)字量，然后再進(jìn)行數(shù)字量的處理（編碼、傳輸、顯示、存儲(chǔ)等）。模擬式與數(shù)字式兩大類。（填空題）

模擬式測(cè)量?jī)x表--對(duì)連續(xù)變化的被測(cè)物理量（模擬量）直接進(jìn)行連續(xù)測(cè)量、顯示或記錄的儀表。43模擬式雙金屬溫度計(jì)44模擬式電接點(diǎn)壓力表模擬式壓力表45數(shù)字式電氧量分析儀數(shù)字式溫度顯示表46二、測(cè)量?jī)x表（系統(tǒng)）的組成和功能傳感器傳輸通道顯示裝置變換器被測(cè)參數(shù)測(cè)量值（一）組成（二）測(cè)量?jī)x表功能測(cè)量?jī)x表通常由測(cè)量變換、傳輸、顯示三部分組成。

各類測(cè)量?jī)x表一般具有物理量的變換、信號(hào)的傳輸和測(cè)量結(jié)果的顯示等三種最基本的功能。傳感器（敏感元件）功能：直接與被測(cè)對(duì)象發(fā)生聯(lián)系。作用：感受被測(cè)參數(shù)的變化，并且產(chǎn)生以某種方式與被測(cè)量有關(guān)的內(nèi)部變化，并向外界發(fā)出信號(hào)。應(yīng)滿足的條件：①它只能隨著被測(cè)參數(shù)的變化而變化，其它非被測(cè)參數(shù)的變化不應(yīng)使它發(fā)生內(nèi)部變化；②感受件發(fā)出的信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間呈單值函數(shù)關(guān)系。作用：將被測(cè)一般物理量轉(zhuǎn)換成電量。物理量電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)47

指測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)或測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真實(shí)值相一致的程度。三、測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)（重要考點(diǎn)）1．精度主要有：1儀表精度、2穩(wěn)定度、3輸入電阻、4靈敏度、

5線性度、6動(dòng)態(tài)特性等

儀表的精度高，反映儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度高、誤差小。是衡量?jī)x表的主要性能指標(biāo)之一。測(cè)量精度精密度正確度準(zhǔn)確度

精度可以由下面三個(gè)指標(biāo)表征48（1）精密度P10

表示在同一測(cè)量下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，得到的測(cè)量結(jié)果的分散程度。測(cè)量值時(shí)間被觀測(cè)值測(cè)量精密度較高

精密度說明儀表指示值的分散性，它反映了隨機(jī)誤差的影響。精密度高，反映隨機(jī)誤差小，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性好。49

正確度說明儀表指示值與真值的接近程度。（2）正確度測(cè)量值時(shí)間被觀測(cè)值測(cè)量正確度較高正確度反映了系統(tǒng)誤差的影響。正確度高則說明系統(tǒng)誤差小。50

準(zhǔn)確度是精密度和正確度的綜合反映。（3）準(zhǔn)確度（精確度）測(cè)量值時(shí)間被觀測(cè)值測(cè)量準(zhǔn)確度較高

準(zhǔn)確度高，說明精密度和正確度都高，也就意味著系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，因而最終測(cè)量結(jié)果的可信賴度也高。51測(cè)量精度指標(biāo)三者關(guān)系比喻精密度、正確度都不高準(zhǔn)確度很低精密度不高、正確度還可以準(zhǔn)確度不高精密度很高正確度不高準(zhǔn)確度不高精密度、正確度很高準(zhǔn)確度很高靶心表示為真實(shí)值52例：準(zhǔn)確度與精密度關(guān)系

精密度隨機(jī)誤差準(zhǔn)確度系統(tǒng)誤差結(jié)果小低大小高小大低大大不可靠可靠不可靠不可靠乙丁丙甲高高低低53

精密度高，準(zhǔn)確度不一高；準(zhǔn)確度高，精密度一定高。

儀表的精度可以由

精密度、正確度、準(zhǔn)確度三個(gè)指標(biāo)表征。精密度高是保證準(zhǔn)確度高的先決條件；2.穩(wěn)定度儀表的穩(wěn)定誤差。3.輸入電阻如例1：P9540指示值y被觀測(cè)值x

靈敏度表示測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)量變化的敏感程度，一般定義為測(cè)量?jī)x表指示值增量與被測(cè)量增量之比。4.靈敏度

靈敏度又常稱為：分辨力和分辨率，定義為測(cè)量?jī)x表所能區(qū)分的被測(cè)量最小變化量,在數(shù)字式儀表中經(jīng)常使用。△x△y靈敏度=△y儀表特性

靈敏度并不是越高越好，適當(dāng)。

靈敏度高555．線性度

線性度是測(cè)量?jī)x表輸入輸出特性之一，表示儀表輸出量（示值）隨輸入量（被測(cè)量）變化規(guī)律。

設(shè)儀表的輸出為y，輸入阻抗為x，則：0指示值y被觀測(cè)值x

測(cè)量曲線為y-x平面上過原點(diǎn)的直線，則稱之為線性刻度特性，否則為非線性刻度特性。566.動(dòng)態(tài)特性0指示值y被觀測(cè)值x

測(cè)量?jī)x表的輸出響應(yīng)（指示值）隨輸入（被測(cè)量值）變化的能力。△x

靈敏限（閾值）

影響因素：動(dòng)圈測(cè)量?jī)x表的指針慣性、軸承摩擦力、空氣阻力。

數(shù)字儀表的轉(zhuǎn)換時(shí)間、采樣周期等。57思考題按照測(cè)量手段進(jìn)行分類，測(cè)量通常分為哪幾種類型？按照測(cè)量方式進(jìn)行分類，測(cè)量通常分為哪幾種類型？測(cè)量系統(tǒng)由哪幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？?jī)x表的性能指標(biāo)有哪些？如何進(jìn)行儀表的正確選擇？58第二章

測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理(P16)

了解隨機(jī)誤差的分布規(guī)律、三個(gè)特性和兩個(gè)重要概念。掌握有限次測(cè)量下測(cè)量結(jié)果的正確表達(dá)方法。2.1測(cè)量誤差2.2測(cè)量誤差的來源2.3誤差的分類2.4隨機(jī)誤差分析2.8測(cè)量數(shù)據(jù)處理2.5系統(tǒng)誤差分析2.6間接測(cè)量的誤差傳遞與分配2.7誤差的合成2.9最小二乘法592.1測(cè)量誤差一、誤差

測(cè)量?jī)x器儀表的測(cè)得值與被測(cè)真值之間的差異，稱為測(cè)量誤差。簡(jiǎn)稱誤差。1.真值A(chǔ)0

測(cè)量中的被觀測(cè)量，客觀上都存在著一個(gè)真實(shí)值，簡(jiǎn)稱真值。任何測(cè)量結(jié)果都有誤差！在有限次測(cè)量中，被觀測(cè)量的真實(shí)值是無法得到的！

幾個(gè)相關(guān)名詞解釋。602.指定值A(chǔ)s

以法令的形式指定其所體現(xiàn)的量值作為計(jì)量單位的指定值。(約定值—國(guó)家級(jí)實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)）3.實(shí)際值A(chǔ)4.標(biāo)稱值5.示值相對(duì)真值、指定真值。測(cè)量器具上標(biāo)定的數(shù)值。

測(cè)量值。

616.測(cè)量誤差7.單次測(cè)量和多次測(cè)量8.等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量二、誤差的表示方法

1.絕對(duì)誤差定義（2.1.1）真值測(cè)量值絕對(duì)誤差＝測(cè)得值－被測(cè)量真值（實(shí)際值） 即（2.1.2）62（1）絕對(duì)誤差有單位，單位同于測(cè)得值和實(shí)際值。（2）絕對(duì)誤差有符號(hào)，可反映出測(cè)得值與實(shí)際值的大小關(guān)系。說明：如：采暖供水溫度：95±2℃

鍋爐爐膛溫度：1200±2℃

如：分別丈量了兩段不同長(zhǎng)度的距離，一段為100m，另一段為200m，絕對(duì)誤差皆為±0.02m。顯然不能認(rèn)為這兩段距離觀測(cè)成果的精度相同。為此，需要引入“相對(duì)誤差”的概念，以便能更客觀地反映實(shí)際測(cè)量精度。63（3）絕對(duì)誤差體現(xiàn)出測(cè)得值與實(shí)際值的偏離程度大小和方向，不能更準(zhǔn)確的說明測(cè)量的質(zhì)量。 說明：

分析可見，絕對(duì)誤差大小與觀測(cè)量的大小無關(guān)，絕對(duì)誤差不能全面反映觀測(cè)精度。642.相對(duì)誤差

定義：誤差的絕對(duì)值與相應(yīng)觀測(cè)值之比。其為無量綱數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。相對(duì)誤差愈小，測(cè)量精度也就愈高。65A取測(cè)量的實(shí)際值A(chǔ)，稱實(shí)際相對(duì)誤差（2.1.6）；A取測(cè)量的指示值x，稱示值相對(duì)誤差（2.1.7）；A取儀表的滿刻度值xm時(shí)，稱為滿度相對(duì)誤差，或稱引用相對(duì)誤差、基本誤差

（2.1.8）。

一般約定A有如下幾種取法：最大絕對(duì)誤差儀表量程66滿刻度值與儀表的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。數(shù)值上等于儀表上限與下限值的代數(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？67給出了儀表的精度等級(jí)S。（計(jì)算題?。。。?.1.8）由滿度相對(duì)誤差定義我國(guó)儀表精度等級(jí)依次劃分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、等。

如電壓表精度等級(jí)S=0.5，即為其精度等級(jí)為0.5，其滿度相對(duì)誤差≤±

0.5%。儀表精度等級(jí)定義為引用誤差去掉“±”號(hào)和“

%”號(hào)。6869例1：某電壓表1.5級(jí)，量程xm=0~100V,求量程中的最大絕對(duì)誤差。

儀表精度等級(jí)的計(jì)算p19

由得說明：誤差的整量化。P1970例2：某1.0級(jí)壓力表，量程xm=1.00MPa,求測(cè)量值分別為x1=1.00MPa、x2=0.80MPa、x3=0.20MPa時(shí)的絕對(duì)誤差和示值相對(duì)誤差。

由得相對(duì)誤差

同理得出x2、x3處的相對(duì)誤差。說明，在同一量程內(nèi)，測(cè)得值越小，示值相對(duì)誤差越大。

71【例3】

P20答案：測(cè)量上限值＋90℃，測(cè)量下限值－10℃，儀表量程100℃練習(xí)：某測(cè)溫儀表的精度等級(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。

書后練習(xí)：6~102.1.9公式的靈活應(yīng)用?。?！72

測(cè)量?jī)x器、觀測(cè)者的技術(shù)水平和外界環(huán)境。觀測(cè)條件不理想和不斷變化，是產(chǎn)生測(cè)量誤差的根本原因。2.2測(cè)量誤差來源

測(cè)量工作是在一定條件下進(jìn)行的，外界環(huán)境、觀測(cè)者的技術(shù)水平和儀器本身構(gòu)造的不完善等原因，都可能導(dǎo)致測(cè)量誤差的產(chǎn)生。觀測(cè)條件相同的各次觀測(cè)----等精度觀測(cè)；觀測(cè)條件不同的各次觀測(cè)----不等精度觀測(cè)。具體測(cè)量誤差來源：73一、儀器誤差

由于儀器制造和校正不可能十分完善造成，如：水準(zhǔn)管軸誤差、橫軸誤差、尺刻劃誤差、度盤偏心差等三、外界條件的影響各種環(huán)境、觀測(cè)條件不滿足外界條件變化造成，如大氣折光、風(fēng)、溫度、儀器下沉等。二、人為觀測(cè)誤差由于觀測(cè)者的感官鑒別能力有限造成，如瞄準(zhǔn)誤差、對(duì)中誤差、整平誤差、整平誤差等四、方法誤差測(cè)量方法不當(dāng)742.3測(cè)量誤差的分類測(cè)量誤差按其對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的性質(zhì)，可分為三種：（填空）測(cè)量誤差系統(tǒng)誤差粗大誤差隨機(jī)誤差75（1）定義:在多次等精度測(cè)量統(tǒng)一恒定量值時(shí)，其誤差出現(xiàn)的符號(hào)和大小均相同或按一定的規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。一、系統(tǒng)誤差0系統(tǒng)誤差時(shí)間t恒定系統(tǒng)誤差遞增系統(tǒng)誤差周期系統(tǒng)誤差（2）特點(diǎn)測(cè)量條件不變，誤差有確切數(shù)值或具有積累性，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響大，但可通過一般的改正或用一定的觀測(cè)方法加以消除。76

例如：鋼尺長(zhǎng)誤差、鋼尺溫度誤差、儀表零位不準(zhǔn)等誤差。

螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)導(dǎo)線直徑

電壓表測(cè)電壓771）儀器設(shè)備制造不完善。例如，一把名義長(zhǎng)度為50m的鋼尺，經(jīng)檢定鋼尺的實(shí)際長(zhǎng)度為50.005m。

（3）系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因2）測(cè)量環(huán)境不符合要求。

由于實(shí)驗(yàn)理論不夠完善，還有一些實(shí)驗(yàn)公式是近似的，如測(cè)物體重量時(shí)忽略了空氣的浮力。3）計(jì)算公式誤差。4）測(cè)量習(xí)慣誤差。78（1）定義:又稱偶然誤差和不可測(cè)誤差，是指對(duì)同一恒定量值進(jìn)行多次等精度測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值符號(hào)無規(guī)則變化的誤差。二、隨機(jī)誤差（2）特點(diǎn):隨機(jī)誤差沒有規(guī)律。就其個(gè)別值而言，在觀測(cè)前我們確實(shí)不能預(yù)知其出現(xiàn)的大小和符號(hào)。但若在一定的觀測(cè)條件下，對(duì)某量進(jìn)行多次觀測(cè)，誤差列卻呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，稱為統(tǒng)計(jì)規(guī)律，趨于正態(tài)分布。而且，隨著觀測(cè)次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的規(guī)律性表現(xiàn)得更加明顯。測(cè)量者無法嚴(yán)格控制的誤差79測(cè)量的隨機(jī)性

螺旋測(cè)微器測(cè)導(dǎo)線直徑0.605mm80③對(duì)稱性。絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等；④推論“抵償性”：在相同條件下，同一量的等精度觀測(cè)，其隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值，隨著觀測(cè)次數(shù)的無限增多而趨于零。

隨機(jī)誤差具有如下四個(gè)特征（簡(jiǎn)答）

①有界性。在一定的觀測(cè)條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定的限值；②單峰性（密集性）。絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多(或概率大)；例P2281例：表2-1對(duì)某溫度進(jìn)行15次等精度觀測(cè)的結(jié)果。誤差小于0.1的6個(gè)----集中性單峰性誤差正7個(gè)負(fù)6個(gè)----對(duì)稱性；誤差全部小于0.5---有界性；誤差代數(shù)和為0----抵償性；82

在一定的測(cè)量條件下，測(cè)得值明顯地偏離實(shí)際值所形成的誤差。粗大誤差-----壞值---剔除產(chǎn)生粗大誤差的原因

（3）隨機(jī)誤差產(chǎn)生的主要原因P233.粗大誤差(疏失誤差）綜上：系統(tǒng)誤差--可以檢出和校正隨機(jī)誤差--可以控制過失誤差--不屬誤差83

測(cè)量誤差的處理

粗差不允許出現(xiàn)，而誤差不可避免；系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)大于隨機(jī)誤差，可主要處理系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差極小或已修正，主要處理隨機(jī)誤差。下列誤差屬于哪類誤差？（1）用一塊普通萬用表測(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842.4隨機(jī)誤差分析（計(jì)算題）

就其個(gè)別值而言隨機(jī)誤差沒有規(guī)律，但多次等精度觀測(cè)條件下，隨機(jī)誤差列卻呈現(xiàn)出一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

隨機(jī)誤差的特征含有隨機(jī)誤差的測(cè)量數(shù)據(jù)（列）的處理方法。1.數(shù)學(xué)期望一、測(cè)量值的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差85

設(shè)對(duì)被測(cè)量x進(jìn)行n次等精度測(cè)量，得到n個(gè)測(cè)量值：

由于隨機(jī)誤差的存在，這些測(cè)量值也是隨機(jī)變量。

定義n個(gè)測(cè)量值（隨機(jī)變量）的算術(shù)平均值為：---也稱為樣本平均值。（2.4.1）86

當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，樣本平均值的極限定義為測(cè)得值的數(shù)學(xué)期望

設(shè)已經(jīng)剔出粗差、修正系差，則第i次測(cè)量得到的隨機(jī)誤差為：（2.4.2）絕對(duì)誤差隨機(jī)誤差--n次等精度測(cè)量得到的第i個(gè)測(cè)量值的隨機(jī)誤差。87

則隨機(jī)誤差測(cè)量列的算術(shù)平均值為：

當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，由式（2-11）可知測(cè)得值的數(shù)學(xué)期望為（2.4.4）故隨機(jī)誤差測(cè)量列的算術(shù)平均值為：88

由于隨機(jī)誤差的抵償性，當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，將有

測(cè)得值的數(shù)學(xué)期望等于被測(cè)量值的實(shí)際值A(chǔ)（真值）。

工程中不可能做到測(cè)量次數(shù)無限次，故當(dāng)測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)可有：（2.4.5）故由：可知：（2.4.6）89

同理，被測(cè)量值的平均值

分析可知，在實(shí)際測(cè)量工作中，當(dāng)剔出粗差、修正了系差后，對(duì)隨機(jī)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可將多次測(cè)得值的算術(shù)平均值作為最后測(cè)量結(jié)果，當(dāng)然還要考慮誤差區(qū)間。

多次測(cè)得值的算術(shù)平均值常稱為最佳估計(jì)值、最可信賴值。902.剩余誤差

當(dāng)進(jìn)行有限次測(cè)量時(shí)，定義測(cè)得值與算術(shù)平均值之差為剩余誤差（殘差）：

比較：當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，測(cè)得值與實(shí)際值之差稱為隨機(jī)誤差：實(shí)際測(cè)量情況（2.4.7）2.剩余誤差

當(dāng)進(jìn)行有限次測(cè)量時(shí)，定義測(cè)得值與算術(shù)平均值之差為剩余誤差（殘差）：對(duì)（2.4.7）式兩邊求和：91對(duì)（2.4.7）式：兩邊求和得：

當(dāng)測(cè)量次數(shù)n足夠多時(shí)，殘差的代數(shù)和等于零。也就是說當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，此時(shí)殘差就等于隨機(jī)誤差：923.方差與標(biāo)準(zhǔn)差

常使用方差和標(biāo)準(zhǔn)偏差的概念進(jìn)行隨機(jī)誤差值的估算。

隨機(jī)誤差反映了實(shí)際測(cè)量的精密度，即測(cè)量值的分散程度。由于隨機(jī)誤差的抵償性，因此不能用其算術(shù)平均值來估計(jì)測(cè)量的精密度。

當(dāng)測(cè)量次數(shù)n→∞時(shí)，方差定義為：（2.4.8）測(cè)量值期望值93

因?yàn)殡S機(jī)誤差

故：（2.4.9）稱為測(cè)量值的樣本方差，簡(jiǎn)稱方差。

利用方差的概念進(jìn)行隨機(jī)誤差值的估算。平方和分散程度94

由于實(shí)際測(cè)量中的隨機(jī)誤差值都帶有相應(yīng)的單位，用方差表示不很方便。為與隨機(jī)誤差值的單位一致，定義標(biāo)準(zhǔn)誤差概念。（2.4.10）標(biāo)準(zhǔn)誤差：又稱標(biāo)準(zhǔn)偏差、均方根誤差，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)差。

標(biāo)準(zhǔn)差反映了測(cè)量的精密度，σ小表示精密度高，測(cè)量值集中；σ大表示精密度低，測(cè)量值分散。95二、隨機(jī)誤差的正態(tài)分布

大量的隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布規(guī)律!1.正態(tài)分布（高斯分布）隨機(jī)誤差的正態(tài)分布概率密度函數(shù)式：（2.4.14）其中標(biāo)準(zhǔn)偏差σ（2.4.14）式為測(cè)量值的正態(tài)分布概率密度函數(shù)式。96測(cè)量值的概率密度正態(tài)分布曲線如圖2-3。00測(cè)量隨機(jī)誤差值的概率密度正態(tài)分布曲線如圖2-4。圖2-3xi的正態(tài)分布曲線圖2-4δi的正態(tài)分布曲線xiδiδi=097②對(duì)稱性和抵償性①單峰性③有界性

隨機(jī)誤差的正態(tài)分布的特征（簡(jiǎn)答）0④標(biāo)準(zhǔn)偏差σ越小曲線越尖銳，表明測(cè)得值越集中，精密度越高。98總面積為1σ=0.8的曲線尖銳，表明測(cè)得值集中，精密度較高。992.極限誤差Δ

置信度與期望值（最佳估計(jì)值） Ex的置信區(qū)間用有限次的測(cè)定結(jié)果，在一定概率下，Ex

可能存在的范圍稱期望值置信的區(qū)間；其概率稱為置信度。它表明了人們對(duì)所作的判斷有把握的程度。對(duì)于正態(tài)分布的隨機(jī)誤差，可以證明當(dāng)n→∞時(shí),隨機(jī)誤差

落在（-1σ，+1σ）范圍內(nèi)的概率為68.3%。見教材P29式（2.4.19）

即：當(dāng)n→∞時(shí),測(cè)量值x落在（EX±1σ）范圍內(nèi)的概率為68.3%。100或：在有限次的測(cè)定中,可以有68.3%的把握說,在

（Ex±1σ）區(qū)間內(nèi)包含真值?；颍涸谥眯艆^(qū)間（Ex±1σ）內(nèi)，能以68.3%的概率將最佳估值Ex包含在內(nèi)。同理當(dāng)n→∞時(shí),隨機(jī)誤差落在（±2σ）范圍內(nèi)的概率為95.4%。同理當(dāng)n→∞時(shí),隨機(jī)誤差落在（±3σ）范圍內(nèi)的概率為99.7%。101

即：當(dāng)n→∞時(shí),測(cè)量值x落在（EX±2σ）和（EX±3σ）區(qū)間內(nèi)的概率分別為95.4%和99.7%。故定義極限誤差Δ:

分析可知：當(dāng)n→∞時(shí),隨機(jī)誤差落在±3σ區(qū)間外的可能性非常小，概率僅為0.3%。

將落在極限誤差區(qū)間外的值是為壞值，予以剔除。（2.4.20）1023.標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算P30--貝塞爾公式

故定義有限次測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差得最佳估計(jì)值為：

在有限次的測(cè)定中（n為有限值）,我們是用殘差來表示隨機(jī)測(cè)量誤差的：

前面分析了當(dāng)n→∞時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為：（2.4.21）1034.P31算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差

在等精度的測(cè)量中：進(jìn)行m組×n次的測(cè)量。

則每一組測(cè)量值都有一個(gè)算術(shù)平均值，就會(huì)組成平均值列，即算術(shù)平均值也會(huì)有隨機(jī)誤差。

定義算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：P32

同樣定義算術(shù)平均值的極限誤差為：104

因此，測(cè)量結(jié)果可以表示：算術(shù)平均值±

算術(shù)平均值的極限誤差

在有限次測(cè)量中，算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差最佳估計(jì)值為：（2.4.23a）105

實(shí)際均為有限次測(cè)量，常直接記為：（2.4.24）（2.4.23b）三、有限次測(cè)量下測(cè)量結(jié)果表達(dá)式（計(jì)算題）有限次測(cè)量下測(cè)量結(jié)果處理步驟如下：1061.列出被測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)表；2.計(jì)算算術(shù)平均值、及；3.按照公式計(jì)算、；4.得出有限次測(cè)量下測(cè)量結(jié)果表達(dá)式：算術(shù)平均值±

算術(shù)平均值的極限誤差例4.P34作業(yè)：1072.8測(cè)量數(shù)據(jù)處理一、有效數(shù)字的處理

從測(cè)量得出的原始數(shù)據(jù)中求出了被測(cè)量的最佳估計(jì)值（或有限次測(cè)量結(jié)果表達(dá)式），根據(jù)要求計(jì)算其精確度。同時(shí)數(shù)據(jù)記錄、運(yùn)算過程的準(zhǔn)確性要和測(cè)量的準(zhǔn)確性相適應(yīng)！

有效數(shù)字指在分析工作中實(shí)際能測(cè)量到的數(shù)字。有效數(shù)字只有最后一位是不確定的（即估計(jì)的），其它全部是準(zhǔn)確數(shù)字。

（見教材P49）有效數(shù)字:所有準(zhǔn)確數(shù)字和一位欠準(zhǔn)確數(shù)字108數(shù)學(xué)：

物理測(cè)量：

01234(a)分度值1mm

L=3.23cm

三位01234(b)分度值1cm

L=3.2cm

二位109

(1)有效數(shù)字位數(shù)越多，測(cè)量精度越高。(2)有效數(shù)字位數(shù)與單位的變換或小數(shù)點(diǎn)位置無關(guān)(3)特大或特小數(shù)用科學(xué)記數(shù)法(5)一般不確定度只取一位有效數(shù)字，且僅當(dāng)首位為1或2取二位，要求只進(jìn)不舍

(6)數(shù)字取舍規(guī)則：“四舍六入五湊偶”。（見教材P49例2.8.1）110基本步驟1）利用修正值等辦法，對(duì)測(cè)得值進(jìn)行修正，將已減弱恒值系差影響的各數(shù)據(jù)依次列成表格.2）求出算術(shù)平均值3）列出殘差，并驗(yàn)證4）列出vi2，按貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差5）檢查和剔除粗差。如果存在壞值，應(yīng)當(dāng)剔除不用，而后從2）開始重新計(jì)算，直到所有為止。二、等精度測(cè)量結(jié)果的處理1118）寫出最后結(jié)果的表達(dá)式，即6）判斷有無系統(tǒng)誤差。如有系差，應(yīng)查明原因，修正或消除系差后重新測(cè)量。7）算出算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差.112例11:對(duì)某溫度進(jìn)行了16次等精密度測(cè)量；測(cè)量數(shù)據(jù)xi中列于表。要求給出包括誤差（即不確定度）在內(nèi)的測(cè)量結(jié)果表達(dá)式。N0xivivi21205.300.000.090.00812204.94-0.36-0.270.07293205.630.330.420.17644205.24-0.060.030.00095206.651.35-6204.97-0.33-0.240.05767205.360.060.150.00258205.16-0.14-0.050.00259205.710.410.500.250010204.70-0.60-0.510.260111204.86-0.44-0.350.122512205.350.050.140.019613205.21-0.090.000.000014205.19-0.11-0.020.000415205.21-0.090.000.000016205.320.020.110.0121計(jì)算值113[解]1）求出算術(shù)平均值2）計(jì)算vi，并列于表中。3）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差（估計(jì)值）：4）按著判斷有無，查表中第5個(gè)數(shù)據(jù)5）重新計(jì)算剩余15個(gè)數(shù)據(jù)的平均值：，應(yīng)將此對(duì)應(yīng)x5＝206.65視為壞值加以剔除，現(xiàn)剩下15個(gè)數(shù)據(jù)。6）重新計(jì)算各殘差列于表中。7）重新計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差8)再按拉伊特方法判斷是否有壞值,無.9)作圖，判斷有無變值系差,無明顯累進(jìn)性或周期性系差

11410）計(jì)算算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差（估計(jì)值）：11）寫出測(cè)量結(jié)果表達(dá)式：115一、絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、精度等級(jí)的概念及計(jì)算。本章小結(jié)二、測(cè)量誤差的分類、來源、特點(diǎn)及處理116誤差分類系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差誤差定義分析過程中某些確定的、經(jīng)常性的因素引起的誤差由于某些難以控制的隨機(jī)因素引起的誤差誤差來源方法誤差儀器誤差理論誤差操作誤差測(cè)量時(shí)周圍環(huán)境、儀器不穩(wěn)定等微小的變化特點(diǎn)單向性重現(xiàn)性可測(cè)性正態(tài)分布對(duì)稱性單峰性有界性誤差處理方法可疑值的取舍對(duì)照試驗(yàn)校正儀器改進(jìn)分析方法等適當(dāng)增加平行測(cè)定次數(shù)，進(jìn)行測(cè)量值的數(shù)據(jù)處理過失誤差工作中的操作錯(cuò)誤導(dǎo)致的較大誤差117提高分析結(jié)果準(zhǔn)確度的方法：消除系統(tǒng)誤差減小隨機(jī)誤差杜絕過失誤差第三章溫度測(cè)量第一節(jié)測(cè)量誤差第二節(jié)測(cè)量誤差的來源第三節(jié)誤差的分類第四節(jié)隨機(jī)誤差分析第七節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)處理2024/4/3118第三章溫度測(cè)量3.1溫度測(cè)量概述（一）溫度測(cè)量的概念

測(cè)溫的依據(jù)：當(dāng)兩個(gè)物體同處于一個(gè)系統(tǒng)中而達(dá)到熱平衡時(shí)，它們就具有相同的溫度。因此可以從一個(gè)物體的溫度得知另一個(gè)物體的溫度。一、溫度與溫標(biāo)

現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然建立了溫度和分子動(dòng)能之間的函數(shù)關(guān)系，但由于目前尚難以直接測(cè)量物體內(nèi)部的分子動(dòng)能，因而只能利用一些物質(zhì)的某些物性(諸如尺寸、密度、硬度、彈性模量、輻射強(qiáng)度等)隨溫度變化的規(guī)律，通過這些量對(duì)溫度進(jìn)行間接測(cè)量。2024/4/3119

雖然有不少物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)（如電阻、體積、電勢(shì)等）會(huì)隨溫度的變化而變化，但并不是所有物質(zhì)都可制作成溫度計(jì)。選作溫度計(jì)的物質(zhì)，其性質(zhì)必須滿足一定的條件：

物質(zhì)的某一屬性G僅與溫度T有關(guān)，且必須是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測(cè)量的，且輸出信號(hào)較強(qiáng)，以保證儀表的靈敏度和測(cè)量精確度。應(yīng)有較寬的測(cè)量范圍。有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

如果事先已知一個(gè)物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)隨溫度變化的確定關(guān)系，就可以溫度來量度其性質(zhì)或狀態(tài)的變化情況，這是設(shè)計(jì)與制作溫度計(jì)的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。

2024/4/3120（二）溫標(biāo)

用來衡量溫度高低的尺度稱為溫度標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)和基本單位，保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞。

溫標(biāo)的基本內(nèi)容：規(guī)定不同溫度范圍內(nèi)的基準(zhǔn)儀器；選擇一些純物質(zhì)的平衡態(tài)溫度作為溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)；建立內(nèi)插公式可計(jì)算出任何兩個(gè)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)間的溫度值。以上被稱作溫標(biāo)的“三要素”。

隨著溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，溫標(biāo)經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展，不斷修改和完善的漸進(jìn)過程。2024/4/3121 1714年德國(guó)人法勒海特(Fahrenheit)以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計(jì)的零度。按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)為32℉，沸點(diǎn)為212℉。中間等分為180格，每1等份稱為華氏1度，符號(hào)用℉。(1)華氏溫標(biāo)

1.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。 2024/4/3122 1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100度。根據(jù)水這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)來對(duì)玻璃水銀溫度計(jì)進(jìn)行分度。兩點(diǎn)間作100等分，每一份稱為1攝氏度。記作1℃。

(2)攝氏溫標(biāo)攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為：

經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)在于它的局限性和隨意性。2024/4/3123

熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)（K）或絕對(duì)溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度。它建于熱力學(xué)基礎(chǔ)，體現(xiàn)出溫度僅與熱量有關(guān)而與測(cè)溫物質(zhì)的任何物理性質(zhì)無關(guān)的理想溫標(biāo)。

2.熱力學(xué)溫標(biāo) 1848年由開爾文(Ketvin)提出的以卡諾循環(huán)(Carnotcycle)為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。2024/4/3124

熱力學(xué)中卡諾定理指出：一個(gè)理想的卡諾機(jī)，當(dāng)它工作于溫度為T2的熱源與溫度為T1的冷源之間，它從熱源中吸收的熱量Q2與向冷源中放出的熱量Q1，應(yīng)遵循以下關(guān)系：

這就建立熱力學(xué)溫標(biāo)的物理基礎(chǔ)。如果指定了一個(gè)定點(diǎn)溫度數(shù)值，就可以通過熱量比求得未知溫度值。1954年國(guó)際權(quán)度會(huì)議選定水的三相點(diǎn)為參考點(diǎn)，且定義該點(diǎn)的溫度值為273.16K，這樣上式就可以改成為：2024/4/3125

3．國(guó)際溫標(biāo)為使用方便，國(guó)際上建立了一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)--國(guó)際溫標(biāo)。具備的條件：盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)復(fù)現(xiàn)精度高，各國(guó)均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一。用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，使用方便性能穩(wěn)定。

第一個(gè)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是在1927年建立的，稱為ITS-27。此后大約每隔20年進(jìn)行一次重大修改，1990年新的國(guó)際溫標(biāo)（ITS-90）開始實(shí)施。2024/4/3126二、ITS-90基本內(nèi)容 重申國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)單位為K，1K等于水的三相點(diǎn)時(shí)溫度值的1/273.16；把水的三相點(diǎn)溫度值定義為0.01℃（攝氏度），同時(shí)相應(yīng)把絕對(duì)零度修訂為-273.15℃；這樣國(guó)際攝氏溫度（℃）和國(guó)際實(shí)用溫度（K）關(guān)系為：（3.1.3）定義基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)儀器以及內(nèi)插公式。P334附錄22024/4/3127三、溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)有關(guān)的基準(zhǔn)儀器均由國(guó)家指定機(jī)構(gòu)（我國(guó)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究所）保存，并通過下級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)（如省、市級(jí)的技術(shù)監(jiān)督局）進(jìn)行傳遞，通常采用較高級(jí)對(duì)較低級(jí)進(jìn)行校驗(yàn)。P328附錄1附圖22024/4/3128四、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類溫度不能直接測(cè)量，而是借助于物質(zhì)的某些物理特性是溫度的函數(shù)，通過對(duì)某些物理特性變化量的測(cè)量間接地獲得溫度值。根據(jù)溫度測(cè)量?jī)x表的使用方式，通?？煞譃椋航佑|法與非接觸法兩大類。

1.接觸法

當(dāng)兩個(gè)物體接觸經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到熱平衡后，則它們的溫度必然相等。

特點(diǎn)是測(cè)溫準(zhǔn)確度較高。用接觸法測(cè)溫時(shí)，感溫元件要與被測(cè)物體良好地?zé)峤佑|，往往要破壞被測(cè)物體的熱平衡狀態(tài)，并受被測(cè)介質(zhì)的腐蝕作用，因此對(duì)感溫元件的結(jié)構(gòu)、性能要求苛刻。2024/4/3129

特點(diǎn)是不與被測(cè)物體接觸，也不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小。從原理上看，用這種方法測(cè)溫?zé)o上限。通常用來測(cè)定1000℃以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的溫度。2.非接觸法

利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)定物體溫度。

兩種方式的特點(diǎn)比較見P66表3.1.1。2024/4/3130測(cè)溫儀表接觸式非接觸式膨脹式電阻式熱電式固體式液體式壓力式金屬非金屬金屬非金屬全輻射高溫計(jì)單色高溫計(jì)比色高溫計(jì)紅外高溫計(jì)雙金屬片水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體氣體、蒸汽壓、液體鉑、銅、鎳鍺、碳、熱敏電阻銅-康銅、鎳鉻-鎳硅碳化硼—石墨3.測(cè)量?jī)x表的分類接觸式測(cè)溫法見表3-3。非接觸式測(cè)溫法儀表見表3-4。2024/4/31313.2膨脹式溫度計(jì)膨脹式固體式液體式壓力式雙金屬片水銀溫度計(jì)、有機(jī)液體氣體、蒸汽壓、液體一、液體膨脹式溫度計(jì)

一種液體的體積為V，由于它的溫度變化所引起的體積變化可以用下式表示：2024/4/3132

這種利用液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制成的溫度計(jì)稱為液體膨脹式溫度計(jì)。最常用的就是玻璃管液體溫度計(jì)。1-玻璃溫包2-毛細(xì)管3-刻度標(biāo)尺4-膨脹室工作液體測(cè)溫范圍（℃）備注水銀－30～750上限依靠充氣加壓獲得甲苯－90～100乙醇－100～75石油醚－130～25戊烷－200～20玻璃管液體溫度計(jì)液體工質(zhì)與測(cè)溫范圍2024/4/3133

了解玻璃管液體溫度計(jì)的特點(diǎn)、測(cè)溫原理、主要特點(diǎn)、分類、測(cè)溫誤差分析等。P48二、固體膨脹式溫度計(jì)

典型的固體膨脹式溫度計(jì)是雙金屬片，它利用線膨脹系數(shù)差別較大的兩種金屬材料制成雙層片狀元件，在溫度變化時(shí)因彎曲變形而使其另一端有明顯位移，借此帶動(dòng)指針就構(gòu)成雙金屬溫度計(jì)。銅的膨脹系數(shù)大于鐵2024/4/3134

在一端固定的情況下，如果溫度升高，下面的金屬B（例如黃銅）因熱膨脹而伸長(zhǎng)，上面的金屬A（例如因瓦合金）卻幾乎不變。致使雙金屬片向上翹，溫度越高則產(chǎn)生的線膨脹差越大，引起的彎曲角度也越大。2024/4/3135應(yīng)用2024/4/3136實(shí)例工業(yè)用雙金屬溫度計(jì)2024/4/3137實(shí)例雙金屬電接點(diǎn)溫度計(jì)2024/4/3138三、壓力式溫度計(jì)

根據(jù)封閉系統(tǒng)的液體或氣體受熱后壓力變化的原理而制成的測(cè)溫儀表。

敏感元件溫包，傳壓毛細(xì)管和彈簧管壓力表組成。若給系統(tǒng)充以氣體，如氮?dú)猓Q為充氣式壓力式溫度計(jì)，測(cè)溫上限可達(dá)500℃，壓力與溫度的關(guān)系接近于線性，但是溫包體積大，熱慣性大。2024/4/3139

特點(diǎn):必須將溫包全部浸入被測(cè)介質(zhì)；毛細(xì)管最長(zhǎng)不超過60m；儀表精度低，但使用簡(jiǎn)便，而且抗震動(dòng)。

若充以液體，如二甲苯、甲醇等，溫包小些，測(cè)溫范圍分別為－40℃～200℃和－40℃～170℃，若充以低沸點(diǎn)的液體，其飽和汽壓應(yīng)隨被測(cè)溫度而變，如丙酮，用于50℃～200℃。但由于飽和汽壓和飽和汽溫呈非線性關(guān)系，故溫度計(jì)刻度是不均勻的。2024/4/3壓力式溫度計(jì)實(shí)例141壓力式溫度計(jì)142壓力式溫度計(jì)實(shí)例3.3熱電偶溫度計(jì)143具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等各種優(yōu)點(diǎn)。3.3熱電偶測(cè)溫P69熱電偶是目前世界上科研和生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍、最廣泛的溫度測(cè)量元件。利用不同導(dǎo)體間的“熱電效應(yīng)”現(xiàn)象制成，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)（mV）信號(hào)，配以測(cè)量毫伏的儀表或變送器可實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。144接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)

熱電勢(shì)A和B所組成回路的兩個(gè)接合點(diǎn)處的溫度不相同;兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路;回路中就有電流產(chǎn)生，說明回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。也稱為塞貝克效應(yīng)。由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，通常稱為熱電勢(shì)。一、熱電偶的工作原理145(一）接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）最終形成由A向B的靜電場(chǎng)。當(dāng)擴(kuò)散力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡時(shí)，材料A和B之間就建立起一個(gè)固定的電動(dòng)勢(shì)。

兩種材料自由電子密度不同而在其接觸處形成電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱珀?duì)柼?yīng)。其電動(dòng)勢(shì)稱為接觸電勢(shì)。材料A電子密度大于材料BA失去電子而呈正電位，B獲得電子而呈負(fù)電位；

由于導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子密度不同，當(dāng)兩種不同性質(zhì)的材料相互接觸時(shí)，會(huì)在接觸面發(fā)生電荷擴(kuò)散移動(dòng)；接觸電勢(shì)EAB（T）146

理論上已證明該接觸電勢(shì)的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面(點(diǎn)）溫度的高低。其關(guān)系式為:——單位電荷，4.802×10-10絕對(duì)靜電單位；—玻耳茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/℃；——材料A和B在溫度為T時(shí)的電子密度；式中：——接觸處的溫度，K。

對(duì)應(yīng)的兩個(gè)接觸面(點(diǎn)）的電勢(shì)可分別由式(3.3.1)表示:(3.3.1)即式(3.3.2)和(3.3.3)。147

材料兩端溫度不同，兩端電子所具有能量不同，溫度較高端電子具有較高能量，其電子將向溫度較低的端運(yùn)動(dòng)；材料兩端形成一由高溫端向低溫端的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將阻止電子的移動(dòng)；當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，兩端建立溫差電勢(shì)。

由同一種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料因其兩端溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電勢(shì)。(二）溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）

T＞T0＋－148N---材料的電子密度，是溫度的函數(shù)；T，T0---材料兩端的溫度；t----沿材料長(zhǎng)度方向的溫度分布。

材料的溫差電勢(shì)大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān)。(三）閉合回路的總熱電勢(shì)接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)工作端、熱端參考端、冷端(3.3.4)(3.3.5)(3.3.6)149分別帶入(3.3.4)式(3.3.5)推導(dǎo)整理后可得：

可見，若材料A和B已定，則NA和NB只是溫度的單值函數(shù)。即

如果冷端溫度T0保持恒定，這個(gè)熱電勢(shì)就是熱端溫度T的單值函數(shù)，即(3.3.7)150熱電偶的工作原理151工程上所使用的各種類型熱電偶均把E(t)和t的關(guān)系制成易于查找的表格形式，這種表格稱為熱電偶的分度表。見335頁附表1舉例：1521.已知：T=260℃,測(cè)得的E（260，0℃）=？mv2.已知：E（T，0℃）=4.386mvT=?℃0.317mv950℃153結(jié)論：熱電偶回路熱電勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)所處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的直徑、長(zhǎng)度及沿程溫度分布無關(guān)。只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，相同材料組成的閉合回路不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電偶的兩種材料確定之后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)。如果T0已知且恒定，則f(T0)為常數(shù)。回路總熱電勢(shì)EAB(T,T0)只是溫度的單值函數(shù)。熱電偶冷端溫度必須保持恒定，最好是零度。154（一）均質(zhì)導(dǎo)體定則

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論沿材料長(zhǎng)度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。反之，如果回路中有熱電勢(shì)存在則材料必為非均質(zhì)的。（二）中間導(dǎo)體定則

在熱電偶回路中接入第三種（或多種）均質(zhì)材料，只要所接入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同，則所接入的第三種材料不影響原回路的熱電勢(shì)。證明二、熱電偶的應(yīng)用定則1551.利用熱電偶的分度表（在冷端保持為0℃條件下得出的），可以求得冷端在任意實(shí)際溫度下（例如冷端在室溫T0時(shí)），被測(cè)溫度的實(shí)際值。

2.用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)熱電偶到溫度穩(wěn)定的地方。中間溫度定則應(yīng)用（三）中間溫度定則

兩種不同材料組成的熱電偶回路，其接點(diǎn)溫度分別為T和T0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(T,T0)等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為(T,Tn)和(Tn,T0)時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)和的代數(shù)和，其中Tn為中間溫度。證明156三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求。1.兩種材料所組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢(shì)和溫度之間盡可能呈線性的函數(shù)關(guān)系。1572.能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧化、抗還原、抗腐蝕等性能。3.具有高導(dǎo)電率和低電阻溫度系數(shù)。4.材料復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。三、常用熱電偶的結(jié)構(gòu)與分類熱電偶材料應(yīng)滿足以下要求。158（一）熱電偶的結(jié)構(gòu)1-接線盒2-保護(hù)套管3-絕緣套管4-熱電偶絲工業(yè)用熱電偶絕緣套管--多為氧化鋁管或工業(yè)陶瓷管。保護(hù)套管--根據(jù)測(cè)溫條件來確定，測(cè)量1000℃以下的溫度一般用金屬套管，測(cè)量1000℃以上的溫度則多用工業(yè)陶瓷甚至氧化鋁保護(hù)套管。熱電偶--多用細(xì)熱電極絲制成。科學(xué)研究中所使用的熱電偶有時(shí)不加保護(hù)套管以減少熱慣性，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，提高測(cè)量精度。159兩個(gè)熱電極160熱電偶接點(diǎn)161162163（二）常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶(P75表3.3.1)鉑銠10—鉑熱電偶;分度號(hào)S

正極是鉑銠合金，其成分為鉑90%與銠10%負(fù)極由純鉑制成。長(zhǎng)時(shí)間可在0～1300℃之間工作短時(shí)間測(cè)量可達(dá)到1600℃常用金屬絲的直徑為0.35～0.5mm。優(yōu)點(diǎn):復(fù)現(xiàn)性好，精度高。一般可用于精密測(cè)量或作為國(guó)際溫標(biāo)中的基準(zhǔn)熱電偶。物理化學(xué)性能穩(wěn)定，適于在氧化或中性氣氛介質(zhì)中使用。缺點(diǎn)是熱電勢(shì)弱，靈敏度較低，價(jià)格昂貴，在高溫還原介質(zhì)中容易被侵蝕和污染而變質(zhì)。164優(yōu)點(diǎn):化學(xué)穩(wěn)定性好，靈敏度較高、復(fù)現(xiàn)性較好，熱電特性線性度好，價(jià)格低廉。是工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)室里大量采用的一種熱電偶。鎳鉻—鎳硅熱電偶分度號(hào)K正極為鎳鉻，負(fù)極為鎳硅。長(zhǎng)時(shí)間在1000℃以下的溫度工作，短期可達(dá)到1300℃.金屬絲直徑范圍較大，工業(yè)應(yīng)用一般為0.5～3mm。缺點(diǎn):在還原性介質(zhì)或含硫化物氣氛中易被侵蝕，所以在這種氣氛環(huán)境中工作的K型熱電偶必須加裝保護(hù)套管。165適用于較低溫度的測(cè)量，測(cè)量精度較高，在測(cè)量0℃以下溫度時(shí)，需將正、負(fù)極對(duì)調(diào)。銅－康銅熱電偶分度號(hào)T正極為銅，負(fù)極為康銅。測(cè)溫范圍為－200℃～300℃，短期可達(dá)到400℃。常用熱電偶絲直徑為0.2～1.6mm。這是一種貴金屬熱電偶，也稱為雙鉑銠熱電偶。其顯著特點(diǎn)是測(cè)溫上限高，長(zhǎng)時(shí)間可在1600℃工作，短時(shí)間可達(dá)到1800℃。測(cè)量精度高，熱電偶絲直徑為0.3～0.5mm，靈敏度較低，價(jià)格昂貴。由于這種熱電偶在80℃以下熱電勢(shì)只有15微伏，所以無需考慮冷端溫度對(duì)測(cè)量的影響。鉑銠30—鉑銠6熱電偶分度號(hào)B166由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者一起經(jīng)拉細(xì)加工組成一體。鎧裝熱電偶具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、抗震等特點(diǎn)；由于測(cè)量端熱容量小，所以熱慣性小，具有很好的動(dòng)態(tài)特性。外徑、長(zhǎng)度和測(cè)量端的結(jié)構(gòu)型式可根據(jù)需要而選定。外直徑從0.25～12mm不等鎧裝式熱電偶1-金屬套管；2-絕緣材料；3-熱電極鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)圖167鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)168由兩種金屬薄膜制成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電偶材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)既小且薄，約為0.01～0.1μm。適于壁面溫度的快速測(cè)量，且響應(yīng)快，其時(shí)間常數(shù)可達(dá)到微秒級(jí)，因而可測(cè)瞬變的表面溫度。熱電極有鎳鉻－鎳硅、銅－康銅等。測(cè)溫范圍一般在300℃以下。基板尺寸為60mm×6mm×0.2mm。薄膜式熱電偶薄膜式熱電偶示意圖1-熱電極2-熱接點(diǎn)3-絕緣基板4-引出線169四、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)(一）熱電偶參考端（冷端）的處理

已知：

只有當(dāng)冷端溫度恒定的情況下，熱電偶的熱電勢(shì)是被測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。理論修正法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端補(bǔ)償器法機(jī)械零位法冰浴法

保持冷端溫度恒定方法有以下幾種：1701.補(bǔ)償導(dǎo)線法

采用一種特殊的導(dǎo)線（稱為補(bǔ)償導(dǎo)線）代替部分熱電偶絲作為熱電偶的延長(zhǎng)。

電阻率低，價(jià)格比主熱電偶絲便宜很多。

補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性在0℃～100℃范圍內(nèi)與所取代的熱電偶絲的熱電特性基本一致；

補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是把熱電偶的參比端移至離熱源較遠(yuǎn)或環(huán)境溫度恒定的地方，但不能消除參比端不為0℃的影響，所以，仍須將參比端的溫度修正到0℃。補(bǔ)償導(dǎo)線（中間溫度定則的應(yīng)用）171常用補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)有SC，KC，KX，EX，JX，TX其中第一個(gè)字母與配用的熱電偶的分度號(hào)相對(duì)應(yīng)。字母X表示延伸型；字母C表示補(bǔ)償型熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)/mV（t=100,t0=0)正級(jí)負(fù)極材料顏色材料顏色鎳鉻－鎳硅銅紅康銅棕4.10+(-)0.15鉑銠－鉑銅紅銅鎳綠0.64+(-)0.03鎳鉻－康銅鎳鉻紫康銅棕6.32+(-)0.3銅－考銅銅紅考銅黃4.76+(-)0.15172

補(bǔ)償導(dǎo)線使用須注意事項(xiàng)如下：①各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用；連接時(shí)切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反；②補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍，通常接點(diǎn)溫度在100℃以下，耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線可達(dá)200℃；③由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同，因此兩連接點(diǎn)溫度必須相同，否則會(huì)產(chǎn)生附加電勢(shì)、引入誤差；④在需高精度測(cè)溫場(chǎng)合，處理測(cè)量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值，以保證測(cè)量精度。1732.計(jì)算修正法（中間溫度定則應(yīng)用）

熱電偶的分度（分度表）是在冷端保持為0℃條件下進(jìn)行的。在實(shí)際使用條件下，若冷端溫度不能保持為0℃，則所測(cè)得的熱電勢(shì)為相對(duì)于t0溫度下的熱電勢(shì)，即EAB(t,t0)。

若能將熱電偶冷端置于已知的恒溫條件下，得到穩(wěn)定的溫度，則根據(jù)中間溫度定則公式，可得到被測(cè)溫度的實(shí)際值。測(cè)量顯示表的刻度是按分度表刻度的！174［解］［例3.3.1］用K型熱電偶在冷端溫度為25℃時(shí)；測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)E(T,25)＝34.36mV，試求被測(cè)熱端實(shí)際溫度？

上述例子，若冷端不作修正，則按所測(cè)測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)E(T,25)＝34.36mV查K型分度表得對(duì)應(yīng)的溫度為多少？與實(shí)際溫度相差？℃，由此產(chǎn)生的相對(duì)誤差約為？%。如果不考慮冷端溫度修正和補(bǔ)償，有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的（溫度）測(cè)量誤差。由式(3.3.12)可得到：

E(T，0)＝E(T,25)+E(25,0)

作業(yè)：再查K型分度表，由35.36mV查得到實(shí)際溫度T=851℃。由K型分度表查得：E(25，0)＝1.00MV，則：E(T，0)

＝34.36+1.00=35.36mV1753.冷端恒溫法（冰浴法）1-冰水混合物；2-保溫瓶；3-油類或水銀；4-蒸餾水；5-試管；6-蓋；7-銅導(dǎo)線；8-熱電勢(shì)測(cè)量?jī)x表這是一種精度最高的處理辦法，可以使t0穩(wěn)定地維持在恒溫0℃。實(shí)驗(yàn)室用。176r1、r2、r3采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零，阻值相同且基本不隨溫度變化。4.補(bǔ)償電橋法（冷端補(bǔ)償器法）

橋臂r4用銅絲無感繞制，當(dāng)在平衡點(diǎn)溫度（規(guī)定0℃或20℃）時(shí)rcu=r1。指示儀表補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶銅導(dǎo)線

當(dāng)溫度引起rcu變化時(shí)，橋路失去平衡，輸出不平衡電壓，反映溫度的變化。177WR系列熱電偶冷端補(bǔ)償器一、技術(shù)指標(biāo)1.配用熱電偶分度號(hào)：K、E、S、B、J、T、N由用戶指定。2.溫度補(bǔ)償范圍：0～50℃。3.補(bǔ)償誤差：±1℃。4.使用條件：溫度0～50℃相對(duì)濕度：＜90%5.供電電源：AC220V±10%，50Hz±2.5Hz6.安裝方式：平裝或掛裝φ5X2孔距：124mm7.外形尺寸：144×72×60mm二、安裝及接線三、校驗(yàn)方法1、校驗(yàn)時(shí)，將端子⑥、⑦斷開，從端子⑤、⑥接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，按Cu50分度表輸入0～50℃電阻值。在端子②、④應(yīng)輸出相應(yīng)溫度的熱偶分度號(hào)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)，此時(shí)②端子為電勢(shì)正極。2、由于本補(bǔ)償器是從0℃開始補(bǔ)償，所以配用動(dòng)圈儀表時(shí)儀表指針應(yīng)調(diào)在0點(diǎn)。

178(二）熱電偶的測(cè)溫誤差分析（1）分度誤差：指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過允許誤差。（2）冷端溫度引起的誤差。（3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差：它是由于補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的。（4）熱交換所引起的誤差。（5）測(cè)量線路和顯示儀表的誤差。（6）其他誤差。5.機(jī)械零位法179

測(cè)溫點(diǎn)的選擇熱電偶的安裝位置,即測(cè)溫點(diǎn)的選擇是最重要的。（三）熱電偶的使用與安裝1.使用注意事項(xiàng)P622.安裝原則180熱電偶溫度計(jì)181

導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。第四節(jié)熱電阻測(cè)溫

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。

缺點(diǎn)：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。一、熱電阻的特性熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。鉑熱電阻和銅熱電阻屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是我國(guó)國(guó)標(biāo)化的熱電阻。182Rt—溫度為t℃時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；

R0—溫度為0℃時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；

A、B、C—與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。

大多數(shù)金屬熱電阻具有正的電阻溫度系數(shù)，其阻值隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，其阻值約增加0.4%-0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度t（℃）的關(guān)系可表示為：式中常用熱電組溫度關(guān)系曲線如圖3-16。鉑電阻銅電阻183熱電阻的結(jié)構(gòu)184式中，RT0——熱力學(xué)溫度T0（K）時(shí)的電阻值；

B——與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。

大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，其阻值約減小3%--6%。電阻值RT與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可表示為185在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)和物理性能穩(wěn)定；復(fù)現(xiàn)性好；電阻溫度系數(shù)大，以得到高靈敏度；電阻率大，可以得到小體積元件；電阻溫度特性盡可能接近線性；價(jià)格低廉。

雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測(cè)溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求：186二、常用熱電阻1.鉑熱電阻

采用高純度鉑絲繞制而成，具有測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，因此在基準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。但其在高溫下容易被還原性氣氛所污染，使鉑絲變脆，改變其電阻溫度特性，所以需用套管保護(hù)方可使用。在0~650℃范圍內(nèi)，其關(guān)系為式中，A、B、C——分度常數(shù)。在－200℃-0℃范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為（3-24）187鉑的純度用百度電阻比W（100）表示，即W（100）=R100/R0式中，R100——100℃時(shí)鉑電阻值；

R0——0℃時(shí)鉑電阻值。

鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。鉑絲純度越高其穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也越高。

標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定純度不小于1.3925；對(duì)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)純度為1.391。

國(guó)產(chǎn)工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)主要有三種：

Pt50,Pt100,Pt300。1882.銅熱電阻

銅熱電阻的電阻值與溫度近于呈線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)也較大，且價(jià)格便宜，所以在一些測(cè)量精度要求不是很高的情況下，就常采用銅熱電阻。但其在高于100℃的氣氛中易被氧化，故多用于測(cè)量－50～150℃溫度范圍。我國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)的銅電阻溫度計(jì)主要有兩種：

Cu50,Cu100特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。在－50℃~150℃范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為式中，α—銅的電阻溫度系數(shù)。

（3-25）1893.鎳熱電阻特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。在－50～150℃內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為

Rt=100+0.5485t+0.665×10-3t2+2.805×10-9t4（3-26）190熱電阻分度號(hào)溫度℃電阻值ΩCu50Cu100Pt10Pt10085134-140-15568.19157.384.38737.624.標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻分度表P266附錄2練習(xí)1914