熱工儀表與自動控制01-4

1、熱工儀表與自動控制-空調(diào)0931班 1.熱工測量儀表是指i測量熱工參數(shù)的工業(yè)儀表，是為熱力設備試驗和運行而設計的，用以測試與監(jiān)測熱能利用中的各種參數(shù)（t， ，p，v，Q，等）。 2.熱工自動調(diào)節(jié)是對鍋爐、采暖、供熱、通風、制冷與空氣調(diào)節(jié)等過程進行監(jiān)測與控制，用以代替操作、管理及科研人員的直接勞動，使熱力工程、熱能利用、空氣調(diào)節(jié)等生產(chǎn)運行過程在不同程度上自動運行。 3.測量與調(diào)節(jié) 測量是調(diào)節(jié)的依據(jù)，調(diào)節(jié)則是測量的目的之一 4.學習任務第一講-緒 論一.熱工儀表與自動控制的含義 有六條： 掌握熱工測量儀表的選擇設計及安裝事項 把握好誤差理論 熟練掌握數(shù)據(jù)處理 掌握自動控制的基本理論 初步能夠繪制自

2、動控制原理 能夠配合電氣人員進行自動控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作。二.熱工儀表的發(fā)展史 1.實驗室-現(xiàn)場 2.在線測量-遠程讀數(shù) 3.簡單的物理儀器-熱工自控的專用儀表 4.基地式儀表-單元組合式儀表、組裝式儀表-計算機式的綜合儀表(三個階段) 5.簡單儀表-簡單自動調(diào)節(jié)儀表復雜自控系統(tǒng) 6.-多參數(shù)、最優(yōu)控制、智能控制，看重人機工程，強調(diào)環(huán)境效益三.熱工儀表的組成 1.熱工測量儀表傳感器變換器顯示器 2.熱工自動化儀表傳感器或變換器顯示、報警、記錄等觀察者調(diào)節(jié)器執(zhí)行器供熱通風與空調(diào)等過程各種熱工參數(shù)圖1-1 熱工儀表的狹義組成.四.熱工儀表的分類 1.儀器與熱工儀表 2.按其被測參數(shù)種類分： 3.

3、按顯示功能分類： 4.按傳感器變換原理分類： 5.按儀表的結構與構造原理分類： 6.按其能源來劃分： 7.其它分類方法。 儀表要通過現(xiàn)場使用及主要技術條件來選擇。第二講 測量的基本知識（一） 1) 測量是從客觀事物中提取有關信息并加工整理為數(shù)據(jù)的過程。 （也就是為確定被測對象的量值而進行的實驗過程。） （也是求被測量與標準單位的比值的過程。） X0 ax 這里X0指被測量的真值 ； a 為測量單位； x 為測得量，即所測數(shù)值； ax指一般意義上的絕對測量誤差， 2)測量過程三要素:測量單位；測量方法;測量儀器與設備。 3)數(shù)據(jù)三要素：測得量（數(shù)值）；單位；測量誤差。 X0 ax ax= x x

4、a 一.測量的概念二.基本測量方法 1)非零測量法、零位測量法與微差法 例：水銀溫度計、完全平衡天平、U型管測壓計 2）接觸法與非接觸法 3）靜態(tài)測量法與動態(tài)測量法 靜態(tài)測量是穩(wěn)態(tài)測量，一般 是點參數(shù)測量；動態(tài)測量的值是時間的函數(shù)，一般要求在瞬間完成一次測量，測量精度很高。 4）直接測量法與間接測量法 直接測量法與接觸法的區(qū)別；間接測量不一定是非接觸測量。 5）多次測量與單次測量；等精度測量與不等精度測量三.測量系統(tǒng) 1)測量系統(tǒng) 系統(tǒng)是指一些部件（單元）組合，完成一定的指定任務。測量系統(tǒng)是指為完成測量任務而組合在一起的總體，研究時必須將整個測量系統(tǒng)（包括測量中所有環(huán)節(jié)，被測對象與觀察操作者）

5、作為整體來研究。有狹義和廣義之分。？簡單： 一般： 復雜： 2)傳感器傳感器是測量系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部分。它的作用是感受被測量的大小后，輸出一個相應的信號，把被測量轉換為易于傳差額 顯示的物理量。？傳感器特點： 準確性和穩(wěn)定性方面 ： 靈敏性方面： 負載效應方面 ： 經(jīng)濟性、耐腐蝕性等方面：?傳感器位置（測點）： 3)中間變換器 有時也稱變送器，它的作用是將傳感器的輸出信號進行遠距離的發(fā)送、放大、線性化或轉換成統(tǒng)一信號，供顯示儀器用。 ？不合格產(chǎn)品引起：信號失真 ？實物： 4）顯示裝置 也稱測量終端，顯示可以是瞬量指示、累積量指示、越限和極限報擎等，也可以是相應記錄顯示等?？傮w上顯示

6、方式有指示式、數(shù)字式和屏幕式。 ？顯示方式的優(yōu)缺點： ？各舉幾例：四.測量誤差1)絕對誤差測量值與被測量的真值之間的差：=xi-X0 X0 X0 = axax= x xa 2)相對誤差 絕對誤差與真值的百分比: = 100%3)系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是在偏離規(guī)定條件或由于測量方法所引入的因素，按其確定規(guī)律所引起的誤差。當偏離規(guī)定條件時，誤差的絕對值和符號保持恒定；當測量條件改變量，按某一確定規(guī)律變化。?產(chǎn)生的原因與解決措施：4)隨機誤差隨機誤差是在測量條件下，多次測量同一量時，誤差 的絕對值和符號以不可預定方式變化的誤差 。它可以通過統(tǒng)計學與概率論來進行研究，可定其區(qū)間與出現(xiàn)的概率。 怎么辦：5)粗

7、大誤差粗大誤差是指超過規(guī)定條件下預期的誤差。也稱粗差、壞值、異常值。產(chǎn)生的原因系嚴重的偏離規(guī)定條件，如使用有缺陷的儀器，測量儀器不正確，錯誤讀取示值等。？怎么辦6)另外還有引用誤差、基本誤差和允許誤差0X五.測量精度1)精密度是指在一定條件下進行多次測量時，測量結果彼此之間符合的程度。是隨機誤差的大小的表示。2)準確度是指在規(guī)定條件下，在測量 中所有系統(tǒng)誤差的綜合。表示了系統(tǒng)誤差。3)精確度表示測量結果與真值的一致程度。是隨機誤差和系統(tǒng)誤差的綜合表示。 (a) (b) (c)(a)隨機誤差?。ň芏雀撸到y(tǒng)誤差大（準確度?。?；（b)隨機誤差大，系統(tǒng)誤差?。唬╟）隨機誤差和系統(tǒng)誤差均小，精確度

8、高精密度高，精確度不一定高；精確度高，則精密度和準確度都高。第三講 測量的基本知識（二）誤差處理 講授目的要求： 1.掌握等精度測量的數(shù)據(jù)處理 2.掌握間接測量的整理 3.對非等精度測量有所了解 4.隨機誤差的特性一.隨機誤差的特性1.等精度測量列是指用同一方法、同一儀表，對同一參數(shù)，進行的多次測量值。2.最優(yōu)概值測量次數(shù)無限多時，就是真值;若有限次時近似等于真值 。 3.標準偏差 = =是指作為測量列中單次測得值的不可靠性的評定標準， 值愈大，測量值越來越分散，相對于真值，分散范圍越來越大，反之，分散范圍小。4.剩余誤差 由此，標準偏差公式為 = 此式稱為貝塞爾公式 nxxnii1nn222

9、21nXxnniinniin12012)()(limlim121nn）0()(Xxxxiii5.隨機誤差的數(shù)據(jù)特征 對稱性：對稱于最優(yōu)概值 單峰性： 區(qū)域性（有限性）：在- , 區(qū)間，誤差的概率為0.683， 2區(qū)間誤差的概率為0.954，即95.4，在 3區(qū)間的概率為99.73 ，也就是測量次數(shù)在 3區(qū)間的概率為99.73 補償性：當測量誤差趨于 時，測量次數(shù)與其對應的誤差的乘積趨于零。y（）-+3=0.5=1=2y（）二.隨機誤差的處理(z)稱為置信概率，置信度，置信限用 ？表示 ，置信區(qū)間用?，?表示，1- (z)稱為置信水平。y(?)為概率密度。比如(3) = 0.49863，y(3

10、)=0.9973=99.73 1.分布公式： 概率密度函數(shù) 分布函數(shù) （一般所需）在 之間的概率 標準化隨機誤差的概率(式中Z=/ ) 標準正態(tài)分布函數(shù))2exp(21)(22ydy)2exp(21)(22dy)2exp(21)(2202)2exp(22)(dzzyzdzzz02)2exp(21)( 2.隨機誤差處理步驟 求平均值-標準偏差-3 -把結果表達出來三.直接測量的數(shù)據(jù)整理例2-1對某場合溫度進行十五次測量得測量值如表所示，求最優(yōu)概值及其誤差。 t( 序次12345678t()105.30104.94105.63105.24104.86104.97105.35105.16序次9101

11、112131415t()105.71104.70105.36105.21105.19105.21105.32CxxXCxXCCnCnCxnxxxxxxxniinii21. 021.105307. 021.10521. 0208. 00692. 03307. 00692. 015268. 027. 0268. 01150056. 1121.1051515.1578)32.10594.10430.105(1511maxmax121或測量結果表達為：最優(yōu)概值的極限誤差：最優(yōu)概值的標準偏差：測量列的標準偏差：解：求最優(yōu)概值：步驟求平均值求列的標準偏差求平均值的標準偏差求平均值的極限誤差寫出表達式 例2

12、-2：有一測量列為8.5，8.6，8.2，8.3，8.5，8.4，8.5，9.0 ，求這個數(shù)據(jù)。CttTCxXCCnCnCtntttxtttniinii2 . 04 . 816. 043. 832 . 04 . 832 . 01566. 00522. 03305. 00522. 07138. 014. 0138. 017)429. 85 . 8 ()429. 86 . 8 ()429. 85 . 8 (14 . 8429. 8759) 5 . 84 . 85 . 83 . 82 . 86 . 85 . 8 (711maxmax222121或 解：把9.0一數(shù)據(jù)剔除，有 求平均值求列的標準偏差求

13、平均值的標準偏差求平均值的極限誤差寫出表達式四.間接測量的處理 間接測量是指形如Y=F(x,z,)的測量。Y是被測量，x、z是所測量，它們之間存在函數(shù)關系。間接測量誤差處理步驟如下：Y=F（x1，x2）,x10、x20, 1、2，x1，x2是自變量,x10、x20分別是x1，x2的最優(yōu)概值， 1、2分別是x1，x2的標準偏差。y0=F(x10，x20) 22222121)()(xyxyy=2221DD iixy稱作自變量xi的相對部分誤差，記作Di,YDi稱作自變量的相對標準偏差，YDi=5，記作D0i=5%。Yy稱作Y的相對標準誤差，Yy=20iD若說某測量誤差為5，則記作0y，則0y=若知

14、道測量次數(shù)，可求出y0的標準偏差和極限誤差。 最后寫出Y的表達式例2-3：計算電阻R上功率P的標準誤差，已知測量出：I=10.0A，I =0.2A，R=10.0，R=0.1。 若已知測量次數(shù)為8，則p0 = 341.23/(8)0.5 = 43.73w 又知p0 = I2R = 10210 = 1000w故P=100043.73wP的相對誤差為43.73/1000 =4.37，相對標準誤差為41.23/1000 = 4.12wIRIIIRRPIPIRPIRIPRIPRIRIRIP23.411 . 0102 . 0104104422222222224222222222）（）（得。代入標準誤差公式

15、，；，故因為解：例 2-4 設計某換熱器傳熱系數(shù)K的測量系統(tǒng)已知某種換熱器的傳熱系數(shù)K可以用式子K=QF-1t-1計算(式中t 為兩種流體的對數(shù)平均溫差，F(xiàn)為換熱器的傳熱面積，Q為 換熱量）t 可以通過冷卻水與空氣兩種流體的進出口溫度的測量，間接求得；Q可以通過冷卻水溫的改變量進行計算，即Q=CW，為冷卻水的進出口溫差。 則 K= CWF-1t-1由此可以間接測量K，先用誤差傳遞定律。有若要求K的測量誤差在5以內(nèi)，即0K =5%，則測量系統(tǒng)必須符合這個要求，選擇各種測量儀器是重要的一環(huán)。需要定出各自變量的允許誤差，進而定出儀器的精度等各種規(guī)格。知D0C=0，其它先根據(jù)等作用原則可得D0=2.5

16、這樣不盡合理，假定D0和D0F降低到1，則可求得 D0W=D0t=3.4%這樣就可充分利用儀器設備而不必對水量和對數(shù)平均 溫差苛求了，提高了整個測量系統(tǒng)的準確性和正確性。20202020200tFWCKDDDDD六.儀表的基本特性一）.測量儀表的靜特性1.測量范圍 是指在允許誤差限內(nèi)測量儀表的被測量值的范圍。L=XminXmax。2.準確度等級 是根據(jù)測量儀表準確度大小所劃分的等級或級別。？它的作用規(guī)定：允許誤差去掉百分號的數(shù)值便是準確度，也稱精度。我國熱工儀表有15個等級序列，即0.005、0.01、0.02、（0.035）、0.04、0.05、0.1、0.2、（0.35）、0.5、1.0、

17、1.5、2.5、4.0、5.0，這就是精度等級。工業(yè)用測量儀表的精度等級一般為0.5級以下。？0.51.0 ，精度等級0.5精度1.0，精度0.5高質量于精度1.0 ？若知儀表基本誤差為1.4，則其允許誤差為1.5，精度等級為1.5。3.穩(wěn)定度幾種誤差 1.引用誤差 是指絕對誤差 與測量范圍上限值（下限值為零）或量程之比值，以百分數(shù)表示。 公式為y = /Xm 100% 2.基本誤差 指測量范圍中最大的絕對誤差的絕對值和該儀表的測量上限或量程之比，以百分數(shù)表示。 公式為j =|max|/Xm 100% 3.允許誤差 是指對測量儀表所允許的誤差界限，以百分數(shù)表示。 y j yx 在選用儀表時，盡

18、可能選擇量程小的儀表，并使測量值在上限或量程的三分之二左右 （1）在測量中使用同一精度等級，量程又相同的儀表，那么引起儀表的絕對誤差與被測參數(shù)的數(shù)值大小無關。 （2）同一精度的儀表，如果量程 不等，則在測量中可能產(chǎn)生的絕對誤差是不同的。 （3）用戶不能 隨意給儀表升級使用，但可降級使用。 3.穩(wěn)定度 穩(wěn)定度是指在規(guī)定工作條件內(nèi)，測量儀表某些性能隨時間保持不變的能力。它是由于儀表中之元件或環(huán)節(jié)的性能參數(shù)的隨機性變動、周期性變動和隨時間漂移等因素造成的。 4.靈敏度與靈敏限 靈敏度是表征測量儀表對被測的量變化的反應能力。K= Y/ X。而儀表靈敏限是儀表可察覺變化的被測的量的最小變化值 Xmin。

19、它表征了儀表響應與輸自變量微小變化的能力。 5.線性度與變差 線性度用E表示為：E= y/Xm 100% 變差用 = yb/Xm 100%來表示，是正反行程的測量所產(chǎn)生的差值與測量范圍之比。二）.動態(tài)特性 1.階躍響應 階躍響應是指儀表在輸入階躍信號時，其輸出信號能否立即跟隨輸入信號變化的能力。若時間常數(shù)小，即慣性小，則階躍響應好，儀表的動態(tài)特性好。 時間常數(shù)是指在階躍信號作用下，輸出信號（或被調(diào)量）以最大速度變化到新穩(wěn)態(tài)值時所南需的時間。 2.頻率響應 一般固有頻率高，儀表頻率特性好。yt1t0T作業(yè) Page181: 3.5.7. 補充1：在相同條件下有一組測量值：10.1、10.2、10.5、10.3、10.2、10.6、10.3 ，求這個溫度。 補充2：用畢托管測風速，工作液體采用水，其密度為1000 Kg/m3，空氣密度為1.29Kg/m3，求所測風速是多少。已知水柱高度數(shù)據(jù)為：12.6