new第1章 測(cè)量的基本知識(shí)

1、l熱工參數(shù)測(cè)量及儀表熱工參數(shù)測(cè)量及儀表華北電院華北電院 何適生何適生l熱工過程檢測(cè)儀表熱工過程檢測(cè)儀表東北電院東北電院 程大亨程大亨l(xiāng)熱工測(cè)量及儀表熱工測(cè)量及儀表東南大學(xué)東南大學(xué) 吳永生吳永生l熱工測(cè)量和儀表熱工測(cè)量和儀表上海電院上海電院 朱祖濤朱祖濤l熱工測(cè)量及儀表習(xí)題集熱工測(cè)量及儀表習(xí)題集 熱工測(cè)量熱工測(cè)量是指是指壓力壓力、溫度溫度等熱力狀態(tài)等熱力狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量，通常還包括一些與熱力參數(shù)的測(cè)量，通常還包括一些與熱力生產(chǎn)過程密切相關(guān)的參數(shù)的測(cè)量，如生產(chǎn)過程密切相關(guān)的參數(shù)的測(cè)量，如測(cè)量測(cè)量流量、液位、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速流量、液位、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速和煙氣成分和煙氣成分等。等。 測(cè)量的概念測(cè)量的概念

2、測(cè)量的基本方法測(cè)量的基本方法測(cè)量?jī)x表的基本組成測(cè)量?jī)x表的基本組成 測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)測(cè)量誤差測(cè)量誤差1 1、定義定義：所謂測(cè)量就是人們借助于專門的所謂測(cè)量就是人們借助于專門的工具工具用試驗(yàn)和計(jì)算用試驗(yàn)和計(jì)算的的方法方法把要求的被測(cè)量與其測(cè)量把要求的被測(cè)量與其測(cè)量單位單位進(jìn)行比較，以測(cè)量單位的進(jìn)行比較，以測(cè)量單位的倍數(shù)顯示被測(cè)量的數(shù)值。倍數(shù)顯示被測(cè)量的數(shù)值。2 2、測(cè)量的基本方程式測(cè)量的基本方程式: : x0U x0 x U 式中式中: x0被測(cè)量被測(cè)量 U 標(biāo)準(zhǔn)量（即選用的測(cè)量單位）標(biāo)準(zhǔn)量（即選用的測(cè)量單位） 被測(cè)量的真實(shí)數(shù)值，簡(jiǎn)稱真值被測(cè)量的真實(shí)數(shù)值，簡(jiǎn)稱真值 x 被測(cè)量的

3、標(biāo)準(zhǔn)值被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)值3 3、測(cè)量過程三要素：測(cè)量過程三要素：l 測(cè)量單位測(cè)量單位l 測(cè)量方法測(cè)量方法l 測(cè)量工具測(cè)量工具國際單位制國際單位制 international system of units，SI l國際計(jì)量會(huì)議以米、千克、秒為基礎(chǔ)所制定的單位制。國際計(jì)量會(huì)議以米、千克、秒為基礎(chǔ)所制定的單位制。后經(jīng)修改和補(bǔ)充，成為世界上通用的一套單位制。后經(jīng)修改和補(bǔ)充，成為世界上通用的一套單位制。lSISI基本單位（基本單位（7 7個(gè)）個(gè)）物理量名稱物理量名稱 單位名稱單位名稱 單位符號(hào)單位符號(hào) 長(zhǎng)度長(zhǎng)度 米米 m 質(zhì)量質(zhì)量 千克千克 kg 時(shí)間時(shí)間 秒秒 s 電流電流 安（安（培培） A Ampe

4、re 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 開（開（爾文爾文） K Kelvins 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度 坎（坎（德拉德拉） cd candela 物質(zhì)的量物質(zhì)的量 摩（爾）摩（爾） mol1、按測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的方式：、按測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的方式：l 直接測(cè)量法直接測(cè)量法 l 間接測(cè)量法間接測(cè)量法2、按傳感件是否與被測(cè)對(duì)象直接接觸：、按傳感件是否與被測(cè)對(duì)象直接接觸：l 接觸測(cè)量法接觸測(cè)量法 l 非接觸測(cè)量法非接觸測(cè)量法3、按被測(cè)量在測(cè)量過程中的狀態(tài)、按被測(cè)量在測(cè)量過程中的狀態(tài)：l 靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量 l 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量4、按是否在生產(chǎn)過程中的進(jìn)行、按是否在生產(chǎn)過程中的進(jìn)行：l 在線測(cè)量在線測(cè)量 l 離線測(cè)量離線測(cè)量變換變

5、換(傳送傳送) 元件元件顯示顯示元件元件傳感傳感元件元件被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象可讀可讀信號(hào)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)信號(hào)注意：注意：對(duì)傳感元件的要求？對(duì)傳感元件的要求？熱電偶熱電偶 熱電阻熱電阻 溫度傳感器溫度傳感器:壓力傳感器：壓力傳感器：溫度變送器溫度變送器:壓力變送器壓力變送器:顯示元件：顯示元件：l 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 l 相對(duì)誤差相對(duì)誤差（1） 實(shí)際實(shí)際相對(duì)誤差相對(duì)誤差（2） 示值示值相對(duì)誤差相對(duì)誤差（3） 引用引用相對(duì)誤差相對(duì)誤差0100%100%xxrxx0 xxx或000100100%xxrxx100%crA 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 隨機(jī)隨機(jī)誤誤差差 粗大誤差粗大誤差1.1.定義：定義：在相同在相同條

6、條件下多件下多次測(cè)量同次測(cè)量同一被一被測(cè)量過程測(cè)量過程中中，誤差誤差值值的的大小和符大小和符號(hào)保持號(hào)保持不不變變( (恒值恒值系統(tǒng)系統(tǒng)誤差誤差) )或者條件變化時(shí)或者條件變化時(shí)按某一確定的按某一確定的規(guī)規(guī)律變化律變化( (變值變值系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差) )。2.2.產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：l測(cè)量設(shè)備、試驗(yàn)裝置不完善或安裝、調(diào)整、測(cè)量設(shè)備、試驗(yàn)裝置不完善或安裝、調(diào)整、使用不當(dāng)；使用不當(dāng)；l測(cè)量的外部環(huán)境發(fā)生較大改變；測(cè)量的外部環(huán)境發(fā)生較大改變；l測(cè)量方法錯(cuò)誤或測(cè)量方法所賴以存在的理論測(cè)量方法錯(cuò)誤或測(cè)量方法所賴以存在的理論本身不完善。本身不完善。注意：注意：在測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量條件不變時(shí)，增加測(cè)量在測(cè)量系統(tǒng)和

7、測(cè)量條件不變時(shí)，增加測(cè)量 次數(shù)并不能減少系統(tǒng)誤差。次數(shù)并不能減少系統(tǒng)誤差。3.3.處理方法：處理方法： l在測(cè)量前，應(yīng)盡可能在測(cè)量前，應(yīng)盡可能預(yù)見預(yù)見到產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來到產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來源，設(shè)法源，設(shè)法消除消除或或通過通過補(bǔ)償法補(bǔ)償法減小減小其其影響。影響。l在實(shí)際測(cè)量時(shí)，盡可能地在實(shí)際測(cè)量時(shí)，盡可能地采取采取適當(dāng)適當(dāng)?shù)牡臏y(cè)量測(cè)量方法方法，消除系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；消除系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；l在測(cè)量之后，通過對(duì)測(cè)定值進(jìn)行在測(cè)量之后，通過對(duì)測(cè)定值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理，檢，檢查是否存在未被注意的變值系統(tǒng)誤差查是否存在未被注意的變值系統(tǒng)誤差。1.定義：定義：在相同條件下在相同條件下對(duì)同一被測(cè)

8、量進(jìn)行多對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，誤差中有次測(cè)量時(shí)，誤差中有一部分，它的一部分，它的大小和大小和符號(hào)不可預(yù)知地隨機(jī)符號(hào)不可預(yù)知地隨機(jī)變化變化，這部分誤差稱，這部分誤差稱為隨機(jī)誤差。為隨機(jī)誤差。 2.2.產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：l由于測(cè)量過程中某些尚未認(rèn)知的原因或無法由于測(cè)量過程中某些尚未認(rèn)知的原因或無法控制的控制的微小變化微小變化因素所引起的因素所引起的，其大其大小、方小、方向向難難以以預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)，無無一一定規(guī)律可循。定規(guī)律可循。 注意：注意：改善測(cè)量技術(shù)只能減少隨機(jī)誤差，卻不能消除。改善測(cè)量技術(shù)只能減少隨機(jī)誤差，卻不能消除。3. 隨機(jī)誤差的特性隨機(jī)誤差的特性l 對(duì)稱性對(duì)稱性 l 單峰性單峰性 l

9、 有界性有界性 l 抵償?shù)謨斝孕?大小相等、符號(hào)相反的隨大小相等、符號(hào)相反的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率相同機(jī)誤差出現(xiàn)的概率相同絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的概率小絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的概率小絕對(duì)值很大的誤差出現(xiàn)的絕對(duì)值很大的誤差出現(xiàn)的概率接近于零概率接近于零當(dāng)測(cè)量次數(shù)當(dāng)測(cè)量次數(shù)n不斷增加而趨于不斷增加而趨于無窮多時(shí)，全部隨機(jī)誤差的無窮多時(shí)，全部隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨于零算術(shù)平均值趨于零 。niininxnn10)(1lim1lim4. 減小隨機(jī)誤差的方法減小隨機(jī)誤差的方法l對(duì)于已知的因素可以采取對(duì)于已知的因素可以采取一定一定的對(duì)策，例如的對(duì)策，例如采用隔振措

10、施減小振動(dòng)的影響，利用電、磁、采用隔振措施減小振動(dòng)的影響，利用電、磁、熱屏蔽等辦法減小干擾因素的影響。熱屏蔽等辦法減小干擾因素的影響。l在使用儀表時(shí)在使用儀表時(shí)，可采取，可采取對(duì)同一被測(cè)量增加測(cè)對(duì)同一被測(cè)量增加測(cè)量次數(shù)量次數(shù)取平均值取平均值的方法的方法。l選用以微處理機(jī)為核心的智能儀表，利用其選用以微處理機(jī)為核心的智能儀表，利用其數(shù)字濾波法數(shù)字濾波法也可減小隨機(jī)誤差的數(shù)值。也可減小隨機(jī)誤差的數(shù)值。1.1.定義：定義：明顯歪曲了測(cè)量結(jié)果的誤差。明顯歪曲了測(cè)量結(jié)果的誤差。 又稱疏忽誤差或過失誤差又稱疏忽誤差或過失誤差。 測(cè)量數(shù)據(jù)中，數(shù)值明顯偏離其它眾測(cè)量數(shù)據(jù)中，數(shù)值明顯偏離其它眾多測(cè)量值的那些數(shù)據(jù)

11、，通常含有粗大誤多測(cè)量值的那些數(shù)據(jù)，通常含有粗大誤差，此測(cè)量值稱為差，此測(cè)量值稱為壞值壞值，應(yīng)舍掉。，應(yīng)舍掉。2.2.產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：l測(cè)量系統(tǒng)故障測(cè)量系統(tǒng)故障l測(cè)量條件的突變測(cè)量條件的突變l操作失誤操作失誤、讀數(shù)讀數(shù)和記錄錯(cuò)誤和記錄錯(cuò)誤等等 3.3.處理方法：處理方法：l在測(cè)量時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)或懷疑數(shù)據(jù)不對(duì)在測(cè)量時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)或懷疑數(shù)據(jù)不對(duì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)時(shí)，應(yīng)及時(shí)重新測(cè)量重新測(cè)量；l若已離開測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)根據(jù)若已離開測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法方法來判別是否為壞值，以便取舍。來判別是否為壞值，以便取舍。 n允許誤差允許誤差n精確度精確度n變差變差n靈敏度靈敏度n分辨率分辨率n線性度線性度n漂

12、移漂移l儀表出廠時(shí)應(yīng)保證它的誤差不超過某一儀表出廠時(shí)應(yīng)保證它的誤差不超過某一規(guī)規(guī)定值定值，該規(guī)定值叫做儀表的允許誤差。，該規(guī)定值叫做儀表的允許誤差。l允許誤差以允許誤差以引用相對(duì)誤差引用相對(duì)誤差ryu的形式表示。的形式表示。l正確度正確度 測(cè)量值與被測(cè)量真值之間的測(cè)量值與被測(cè)量真值之間的符合程度。符合程度。反映反映系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差的影響。的影響。對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量值彼此之間接近的程度測(cè)量值彼此之間接近的程度（測(cè)量的重復(fù)性）。（測(cè)量的重復(fù)性）。反映反映隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差的影響。的影響。l精密度精密度 ABC精度等級(jí)精度等級(jí)0.10.20.51.01.52.54

13、允許誤差允許誤差0.1% 0.2% 0.5% 1.0% 1.5% 2.5% 4%注意：注意：因?yàn)榫鹊燃?jí)源于誤差，因?yàn)榫鹊燃?jí)源于誤差， 所以值愈小，精度愈高。所以值愈小，精度愈高。l儀表的精確度等級(jí)儀表的精確度等級(jí)l基本誤差基本誤差 Amax|j100|maxArAj合格的儀表：基本誤差合格的儀表：基本誤差允許誤差允許誤差對(duì)于給定的儀表，在規(guī)定對(duì)于給定的儀表，在規(guī)定的正常工作條件下，通過的正常工作條件下，通過檢定（校驗(yàn)），在整個(gè)刻檢定（校驗(yàn)），在整個(gè)刻度范圍內(nèi)各點(diǎn)示值誤差中度范圍內(nèi)各點(diǎn)示值誤差中最大的誤差之絕對(duì)值。最大的誤差之絕對(duì)值。例例1-1：某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍

14、為200 700 ，檢驗(yàn)檢驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為為4 ，試確定該表的精度等級(jí)。，試確定該表的精度等級(jí)。 提示：求提示：求rj max|4100%100%0.8%1.0%700200AjrA例例1-2：有二支溫度計(jì)，刻度范圍和精度分別為有二支溫度計(jì)，刻度范圍和精度分別為A表表: 刻度范圍為刻度范圍為0 800 ，精度，精度1.0級(jí)級(jí);B表表: 刻度范圍為刻度范圍為-50 400 ，精度，精度1.5級(jí)。級(jí)。問：（問：（1）哪個(gè)溫度計(jì)精度等級(jí)高，允許誤差?。浚┠膫€(gè)溫度計(jì)精度等級(jí)高，允許誤差??？ （2）要求測(cè)溫誤差不超過）要求測(cè)溫誤差不超過 7時(shí)，應(yīng)選用時(shí)，應(yīng)選用哪個(gè)溫度

15、計(jì)？哪個(gè)溫度計(jì)？提示提示:yu= A精度等級(jí)/100例例1-3： 用用016MPa壓力表測(cè)量壓力表測(cè)量10MPa左左右的主蒸汽壓力，要求右的主蒸汽壓力，要求|相對(duì)誤差相對(duì)誤差| 0.5%,試選擇儀表的精度等級(jí)。試選擇儀表的精度等級(jí)。 （可選等級(jí)有（可選等級(jí)有0.2級(jí)、級(jí)、0.5級(jí)）級(jí)）對(duì)儀表精度的選擇對(duì)儀表精度的選擇,不是選擇精度等級(jí)不是選擇精度等級(jí)越高就越好。儀表精度越高越高就越好。儀表精度越高,儀表的價(jià)儀表的價(jià)格就越高格就越高,而且對(duì)測(cè)量環(huán)境要求也高。而且對(duì)測(cè)量環(huán)境要求也高。解：解：（1 1）最大絕對(duì)誤差）最大絕對(duì)誤差100%rx（2 2）最大的引用相對(duì)誤差）最大的引用相對(duì)誤差（3 3）選

16、擇精度等級(jí)）選擇精度等級(jí) maxmax|0.05|100%100%0.3125%16cMParAMPamaxmax| | 100.5%0.05xrMPaMPa要保證要保證|r|ryuyu| |r| |rcmaxcmax|,|,所以精度等級(jí)選所以精度等級(jí)選0.20.2級(jí)。級(jí)。 1、用測(cè)量范圍、用測(cè)量范圍50150KPa的壓力表測(cè)量的壓力表測(cè)量140KPa壓力時(shí)，儀表示值為壓力時(shí)，儀表示值為142KPa，求該示值的絕對(duì)誤，求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差和引用誤差。差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差和引用誤差。2、兩支溫度計(jì)：、兩支溫度計(jì)： A: 刻度范圍為刻度范圍為0 800 ，精度，

17、精度1.0級(jí)級(jí); B: 刻度范圍為刻度范圍為0 400 ，精度，精度1.5級(jí)。級(jí)。 被測(cè)溫度常為被測(cè)溫度常為300350，若要求，若要求|測(cè)量誤差測(cè)量誤差| 6 ，應(yīng)選哪一支，應(yīng)選哪一支？l 在全量程范圍內(nèi)，在全量程范圍內(nèi)，上下行程上下行程(即逐漸即逐漸由小到大再由大到小由小到大再由大到小)測(cè)量差異最大測(cè)量差異最大的數(shù)值的數(shù)值與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)為測(cè)與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)為測(cè)量系統(tǒng)或儀表的變差。量系統(tǒng)或儀表的變差。 100|)( |100max正AxxArBB反l變差通常是由于儀表中的彈性元件、磁變差通常是由于儀表中的彈性元件、磁性元件等滯后現(xiàn)象引起的，也可能是機(jī)性元件等滯后現(xiàn)象引起的，也可

18、能是機(jī)械元件之間的間隙等原因引起的。械元件之間的間隙等原因引起的。l儀表儀表變差不應(yīng)超過允許誤差變差不應(yīng)超過允許誤差。為了測(cè)出。為了測(cè)出儀表變差，在校驗(yàn)儀表時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行儀表變差，在校驗(yàn)儀表時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行上、下行程的校驗(yàn)。上、下行程的校驗(yàn)。例例1-4：一支水位計(jì)，量程一支水位計(jì)，量程-320mm320mm，精度精度1.0級(jí)，當(dāng)水位上升至零水位時(shí)，指示級(jí)，當(dāng)水位上升至零水位時(shí)，指示 -5mm；水位下降至零水位時(shí)，指示；水位下降至零水位時(shí)，指示5mm。問水位計(jì)是否合格。問水位計(jì)是否合格。100|)( |100max正AxxArBB反l靈敏度反映儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏度反映儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏

19、程度。靈敏程度。l靈敏度靈敏度S穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)儀表的儀表的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)的變化量變化量y與產(chǎn)生該變化量的與產(chǎn)生該變化量的輸入信輸入信號(hào)的變化量號(hào)的變化量x之比。之比。lS過高穩(wěn)定性差，過高穩(wěn)定性差，S過低精度差。過低精度差。l分辨率是指能夠引起測(cè)量系統(tǒng)或儀表分辨率是指能夠引起測(cè)量系統(tǒng)或儀表輸出量發(fā)生變化輸出量發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)所對(duì)應(yīng)輸入量的最小輸入量的最小變化量變化量。l通常把不能引起輸出量變化的最大輸通常把不能引起輸出量變化的最大輸入信號(hào)的值稱為儀表的不靈敏區(qū)入信號(hào)的值稱為儀表的不靈敏區(qū)(或或死區(qū)死區(qū))。例例1-6：模擬儀表刻度范圍：模擬儀表刻度范圍50150，總共有，總共有160格分度，則分

20、辨格分度，則分辨率為率為_ 150-(-50)/160=1.25/格格l衡量實(shí)際特性曲線與理想特性曲線符合衡量實(shí)際特性曲線與理想特性曲線符合程度的一項(xiàng)指標(biāo)。程度的一項(xiàng)指標(biāo)。l儀表實(shí)際輸入和輸出特性曲線往往偏離儀表實(shí)際輸入和輸出特性曲線往往偏離理想特性曲線。偏離程度用理想特性曲線。偏離程度用“線性度線性度”加以表征加以表征l線性度儀表測(cè)量范圍內(nèi)線性度儀表測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線實(shí)際特性曲線偏離偏離理想特性曲線理想特性曲線的的最大偏差最大偏差與與儀表全儀表全量程量程的百分比表示。的百分比表示。l在保持一定的輸入信號(hào)、環(huán)境和工作條件下，在保持一定的輸入信號(hào)、環(huán)境和工作條件下，經(jīng)過一段時(shí)間后，輸出的變化稱為漂移。經(jīng)過一段時(shí)間后，輸出的變化稱為漂移。l以儀表全量程