第一章 熱工測量基本概念

1、 熱工測量及儀表選用教材：熱工測量及儀表第一章 熱工測量的基本概念主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v一、測量的基本概念一、測量的基本概念v二、測量方法二、測量方法v三、熱工測量系統(tǒng)的組成三、熱工測量系統(tǒng)的組成v五、儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)五、儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)v六、儀表的檢定六、儀表的檢定1.1 測量的基本概念n1.1.1 測量的意義 日常生活中處處離不開測量科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量， 離開測量就不會有真正的科學(xué)。 n 沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒有沒有指南針就沒有航海事業(yè)航海事業(yè) 1.1.1 測量的意義（續(xù)）生產(chǎn)發(fā)展離不開測量

2、農(nóng)業(yè)社會中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長度、面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時間測量器具，并有了天文測量。現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測量 例如，一個大型鋼鐵廠需要約2萬個測量點(diǎn)在高新技術(shù)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開測量例如，每種新設(shè)計(jì)的飛機(jī)，需要測試飛機(jī)高速飛行中受氣流沖擊作用下的性能，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測定機(jī)身、機(jī)翼的受力和振動分布情況，以驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。1.1.2 測量技術(shù)的發(fā)展與研究的內(nèi)容知識的獲取往往從測量開始。人類在其自身的社會發(fā)展中創(chuàng)造并發(fā)展了測量學(xué)科，人類早期的測量活動涉及對長度（距離）、時間、面積和重量等量的測量。隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，測量活動的

3、范圍不斷擴(kuò)大，測量的工具和手段不斷精細(xì)和復(fù)雜化，從而也不斷地豐富和完善了測量的理論。 n測量的發(fā)展公元前3000年，古埃及人建立了長度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)埃爾 ；秦始皇在統(tǒng)一六國后，建立了統(tǒng)一的度量制度 ；今天，測量學(xué)科已滲透到人類活動的每個領(lǐng)域。 科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展給測量學(xué)這一古老的學(xué)科注入了新的活力，現(xiàn)代電子技術(shù)、尤其是信息技術(shù)的發(fā)展更是推動測量學(xué)科迅猛發(fā)展。因此測量學(xué)是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。 n測量的內(nèi)涵及其科學(xué)性: “凡存在之物，必以一定的量存在?！薄爱?dāng)你能測量你在談及的事物，并將它用數(shù)字表達(dá)時，你對它便是有所了解的；而當(dāng)你不能測量它，不能將它用數(shù)字表達(dá)時，你的知識是貧瘠的和不能令人滿意的。

4、” William Thompson 1.1.2 測量的定義 n1.狹義測量的定義測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果。 測量結(jié)果測量數(shù)值測量結(jié)果測量數(shù)值. .測量單位，測量單位，即：即：0 xxx1.1.2 測量的定義 n1.狹義測量的定義測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果。 圖11 測量的比較原理(a) 天平直接比較（b）彈簧稱間接比較1.1.

5、2 測量的定義（續(xù)）被測物體的重量等于標(biāo)被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤上被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。1.1.2 測量的定義（續(xù)）n2.廣義測量的定義廣義地講，測量不僅對被測的物理量進(jìn)行定量的測量，而且還包括對更廣泛的被測對象進(jìn)行定性、定位的測量。例如故障診斷、無損探傷、遙感遙測、礦藏勘探、地震源測定、衛(wèi)星定位等。而測量結(jié)果也不僅僅是由量值和單位來表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來顯示被測對象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 廣義測量

6、原理可以從信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識別兩個環(huán)節(jié)。 1.1.2 測量的基本概念（續(xù)）n測量的內(nèi)涵 測量對象：被測客體中的相應(yīng)的量值信息；n測量目的：從被測對象取得一個定量的認(rèn)識；測量過程: 通過實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識對象的過程測量方法：比較；nA.直接比較 B.間接比較；C.需要測量儀器；測量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。測量結(jié)果：最終能表示給測量主體（人）1.1.3 測量的基本要素n1.測量的基本要素被測對象、測量儀器、測量技術(shù)、測量人員和測量環(huán)境 被測對象測量人員測試儀器系統(tǒng)信 息顯 示感知和識別1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）對對象象屬屬性性影影響響影影響響影影響響測測量量策策略略、算算法法數(shù)數(shù)

7、據(jù)據(jù)狀狀態(tài)態(tài)參參數(shù)數(shù)命命令令被被測測信信息息原原理理方方法法被被測測對對象象儀儀器器系系統(tǒng)統(tǒng)測測量量人人員員測測量量環(huán)環(huán)境境激激勵勵信信號號選選擇擇儀儀器器決決定定方方法法圖圖1 1- -3 3 測測量量的的基基本本要要素素1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n2.測量過程基本要素之間的互動關(guān)系論證階段: 測量的主體（測量人員）根據(jù)測試任務(wù)的要求、被測對象的特點(diǎn)、屬性，及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的測試方案。 設(shè)計(jì)階段* 選擇測試儀器，組建測試系統(tǒng)。* 制定出測試策略（測量算法）和操作步驟（測試程序）實(shí)施階段* 對儀器和系統(tǒng)實(shí)施測試操作（發(fā)控制命令），按照邏輯和時序完成測量過程，取得測量數(shù)據(jù);*

8、分析測量誤差并顯示測量出結(jié)果。 1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）執(zhí)執(zhí)行行測測量量操操作作測測試試數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理測測量量結(jié)結(jié)果果顯顯示示結(jié)結(jié) 束束設(shè)設(shè)置置儀儀器器工工作作參參數(shù)數(shù)實(shí)實(shí)施施階階段段被被測測對對象象設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)階階段段測測量量任任務(wù)務(wù)要要求求組組建建測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)需需 求求 分分 析析擬擬定定測測量量方方案案現(xiàn)現(xiàn)有有儀儀器器設(shè)設(shè)備備選選用用測測量量儀儀器器（測測試試硬硬件件平平臺臺）決決定定測測量量技技術(shù)術(shù)（測測試試軟軟件件平平臺臺）完完成成儀儀器器互互連連擬擬定定測測量量步步驟驟開開 始始論論證證階階段段1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n3.被測對象信息廣義的測量是信息的獲取，信息

9、反映了事物的運(yùn)動的狀態(tài)及其變化方式。信息又可分為自然信息和社會信息兩大類。n4.測量儀器系統(tǒng)量具和儀器測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等n5.測量的主體測量人員手動：由測量主體（測量人員）直接參與完成自動：測量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計(jì)好。n6.測試技術(shù)測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測試技術(shù)。1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n7.測量環(huán)境n測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。n測量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻

10、抗、負(fù)載阻抗、地磁場、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。 1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n環(huán)境對測量的影響nA. 環(huán)境對被測對象的影響：某些被測對象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特性對環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測量應(yīng)在被測對象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行。nB. 環(huán)境對儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個工作特性，進(jìn)而影響測量結(jié)果，造成測量誤差。特別是某些測量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對外界影響相當(dāng)敏感，錯綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時會成為測量的嚴(yán)重問題。nC. 環(huán)境對測量人員的影響：高溫、嚴(yán)寒、潮濕、悶氣、嘈雜、照明不適當(dāng)?shù)炔涣?/p>

11、工作環(huán)境，會對測量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯。1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧M量減少由于環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤差。n恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。n抗干擾、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。n儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。 1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）n儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10+35oC，相對濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動。II組：一般的環(huán)境條件，溫度10+40oC，相對濕度80%（在40oC上），允許一般的振動和沖擊。III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度40+55o

12、C，相對濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動。nI組高精度計(jì)量用儀器nII組通用儀器nIII組野外、機(jī)載等儀器1.1.4 測量的本質(zhì)和基本前提 n測量的本質(zhì)：采集和表達(dá)被測物理量 ；與標(biāo)準(zhǔn)作比較。 n將度量數(shù)字X作為比較量N（標(biāo)準(zhǔn)）的倍數(shù)賦予被測量x則有 ：X=xN（1.1）n從量綱上考慮對應(yīng)上式有下述公式成立 ：d=- d（1.2）d表示量綱。 n測量的前提：被測的量必須有明確的定義； 測量標(biāo)準(zhǔn)必須事先通過協(xié)議確定。 n沒有明確定義 （如：氣候的“舒適度”或人的“智力”等 ）的量，在上述的意義上是不可測的。 n基本標(biāo)準(zhǔn)（絕對標(biāo)準(zhǔn)）：彼此相互獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn) 。在國

13、際度量衡大會（CGPM：Confrence Gnrale des Poids et Msures ）上定義了七個基本標(biāo)準(zhǔn)：長度、質(zhì)量、時間、溫度、電流、光強(qiáng)和原子物理中的物質(zhì)量。 1.1.5 標(biāo)準(zhǔn)及其單位n各國在商業(yè)及其它涉及公眾利益的范圍內(nèi)都制定有法定計(jì)量學(xué)的規(guī)定條例，這些條例涉及法定計(jì)量學(xué)的三大范疇：確定單位和單位制； 確定國家施加影響的范圍（測量儀表的校準(zhǔn)義務(wù)，官方監(jiān)督職能和校準(zhǔn)能力）； 實(shí)施校準(zhǔn)和官方監(jiān)督。 n目的：保證正當(dāng)競爭 ； 保護(hù)公民免遭不公平對待或由不正確計(jì)量結(jié)果所帶來的損害； 保護(hù)消費(fèi)者利益。 1.1.6 單位和單位制n根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位。n單位是表征測量結(jié)果

14、的重要組成部分， 又是對兩個同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。英呎feetfeet1.1.6 單位和單位制（續(xù)）n1960年第十一屆國際計(jì)量大會上正式通過國際單位制SI。 n1984年2月國務(wù)院頒布了中華人民共和國法定計(jì)量單位，決定我國法定計(jì)量單位以國際單位制為基礎(chǔ)。nSI有7個基本單位n國際單位制（SI） ：國際度量衡大會在1960年將大會以前確定的七個基本單位的系統(tǒng)命名為“國際單位制”，國 際 上 統(tǒng) 一 縮 寫 為 S I （ S y s t m e International dUnits）。n基本單位：七個基本單位分別賦于七個基本量，經(jīng)協(xié)議規(guī)定認(rèn)為是彼此獨(dú)立的 。國際單位的基本量和基本單位 1

15、.1.6 單位和單位制（續(xù)）n國際單位制是由國際單位制單位、國際單位制詞頭和國際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位三部分組成。n國際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。 例：5.4X10-9s=5.4ns SI基本單位的定義n1米被定義為真空中的光在（1/299792458）秒時間內(nèi)所經(jīng)過的距離的長度（1983年）。該標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)制精度可達(dá) 10-9 。 n1千克定義為國際千克原型器的質(zhì)量（1889年），該國際千克原型器是保存在法國巴黎塞夫勒博物館中的一根鉑銥合金圓柱體。其復(fù)制精度可達(dá)10-9數(shù)量級。 n1秒被定義為銫133原子基本態(tài)的兩個超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級間躍遷所對應(yīng)的周期時間的9192631770倍（19

16、67年）。n安培定義為流經(jīng)在真空中兩根平行且相距1m的無限長直導(dǎo)線（其圓橫截面可忽略不計(jì)）上并能在其每米長導(dǎo)線之間產(chǎn)生0.210-6N的電動力的不隨時間變化的電流量（1948年）。 SI基本單位的定義（續(xù)）n1開爾文被定義為水的三態(tài)點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的273.16分之一（1967年）。 n1坎德拉被定義為在101325N/m2的氣壓和鉑開始凝固的溫度下垂直照射在表面積為1/600000m2輻射黑體上的光強(qiáng)（1967年）。 n1摩爾的定義是：一個由確定成份組成的系統(tǒng)。如果它含有粒子的個數(shù)等于碳12原子核的（12/1000）kg重量中所含原子的個數(shù)，則該系統(tǒng)的物質(zhì)量為一摩爾（1971年），此處所述的粒

17、子可以是原子、分子、離子和電子等。 國際單位制的導(dǎo)出單位 導(dǎo)出單位從基本單位出發(fā)，用乘、除符號以代數(shù)式表達(dá)。不同的導(dǎo)出單位有各自專門的各稱和專門的單位符號，這些單位名稱和單位符號可單獨(dú)使用。還能和基本單位一起合成進(jìn)一步的導(dǎo)出單位 。用基本單位表示的SI導(dǎo)出單位 1. 熱工測量：熱工測量： 熱力狀態(tài)參數(shù)熱力狀態(tài)參數(shù);熱力生產(chǎn)過程相關(guān)參數(shù)的測量。熱力生產(chǎn)過程相關(guān)參數(shù)的測量。（壓力、溫度等；流量、液位、振動、位移、轉(zhuǎn)速、（壓力、溫度等；流量、液位、振動、位移、轉(zhuǎn)速、 煙氣成分）煙氣成分）12 熱工測量熱工測量測量過程的三要素：測量過程的三要素： 測量方法；測量單位；測量方法；測量單位； 測量工具測量

18、工具 方法合理；單位穩(wěn)定；工具準(zhǔn)確一、概述一、概述2、熱工測量的作用：、熱工測量的作用：反映設(shè)備運(yùn)行；為自動化裝置反映設(shè)備運(yùn)行；為自動化裝置提供信號，為機(jī)組經(jīng)濟(jì)計(jì)算提供數(shù)據(jù)。提供信號，為機(jī)組經(jīng)濟(jì)計(jì)算提供數(shù)據(jù)。隨現(xiàn)代化電廠測點(diǎn)的增多，使用數(shù)據(jù)采集和屏隨現(xiàn)代化電廠測點(diǎn)的增多，使用數(shù)據(jù)采集和屏幕顯示來顯示處理數(shù)據(jù)。幕顯示來顯示處理數(shù)據(jù)?；痣姀S火電廠二、測量方法二、測量方法n直接測量法直接測量法: :用測量儀器直接得到被測量。（直用測量儀器直接得到被測量。（直尺測量長度尺測量長度, ,壓力表測壓力壓力表測壓力, ,玻璃溫度計(jì)測溫度）玻璃溫度計(jì)測溫度） 間接測量法：通過直接測量其它變量，再按函數(shù)關(guān)系計(jì)間

19、接測量法：通過直接測量其它變量，再按函數(shù)關(guān)系計(jì)算求得被測量數(shù)值的方法（過熱蒸汽的質(zhì)量流量：測得算求得被測量數(shù)值的方法（過熱蒸汽的質(zhì)量流量：測得的是過熱蒸汽的溫度、壓力和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的差壓信號的是過熱蒸汽的溫度、壓力和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的差壓信號信號，計(jì)算后得到流量）信號，計(jì)算后得到流量）1. 直接測量法和間接測量法直接測量法和間接測量法（被測（被測 值獲取方式不值獲取方式不同同)測量方法：測量方法：獲得測量值的方法。獲得測量值的方法。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可包括根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可包括n偏差測量法：被測量的作用在測量工具上，其偏差測量法：被測量的作用在測量工具上，其偏離測量工具的初始狀態(tài)（零點(diǎn)），偏

20、離量得偏離測量工具的初始狀態(tài)（零點(diǎn)），偏離量得到被測量值。到被測量值。（單管壓力計(jì)測壓：壓力作用使（單管壓力計(jì)測壓：壓力作用使管中水銀柱偏離初始零刻度點(diǎn)，偏移量代表被管中水銀柱偏離初始零刻度點(diǎn)，偏移量代表被測壓力值）測壓力值）n微差測量法：被測量被一個同類準(zhǔn)確已知的恒微差測量法：被測量被一個同類準(zhǔn)確已知的恒定量平衡了大部分，剩下的差值用偏差法測量。定量平衡了大部分，剩下的差值用偏差法測量。測量結(jié)果是已知量值和偏差法測得值的代數(shù)和。測量結(jié)果是已知量值和偏差法測得值的代數(shù)和。( (檢定熱電偶：檢定熱電偶： 測量被校熱電偶的熱電勢與標(biāo)測量被校熱電偶的熱電勢與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的微小差，來評價要檢驗(yàn)的熱電偶的

21、準(zhǔn)熱電偶的微小差，來評價要檢驗(yàn)的熱電偶的精度）精度）2. 偏差測量法、微差測量法、零差測量法偏差測量法、微差測量法、零差測量法（被（被測量與測量單位比較方式）測量與測量單位比較方式）n零差測量法：使已知量和被測量的差值為零，零差測量法：使已知量和被測量的差值為零，這時偏差測量僅起檢零作用，已知量即為測量這時偏差測量僅起檢零作用，已知量即為測量值。值。 隱含：隱含： (1)(1)已知量是連續(xù)可調(diào)的，隨時可通過已知量是連續(xù)可調(diào)的，隨時可通過 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)得到被測量。得到被測量。 (2)(2)已知量可容易的準(zhǔn)確測量已知量可容易的準(zhǔn)確測量（用電位差計(jì)測量熱電偶產(chǎn)生的（用電位差計(jì)測量熱電偶產(chǎn)生的 熱電勢。）

22、熱電勢。）2. 偏差測量法、微差測量法、零差測量法偏差測量法、微差測量法、零差測量法n靜態(tài)測量法：被測量在測量過程中不隨時間變靜態(tài)測量法：被測量在測量過程中不隨時間變化，或變化速率相對于測量速率變化十分緩慢化，或變化速率相對于測量速率變化十分緩慢n動態(tài)測量法：測量過程中被測量隨時間有明顯動態(tài)測量法：測量過程中被測量隨時間有明顯變化變化3. 靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法（靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法（測量過程中的測量過程中的狀態(tài)）狀態(tài)） 三個基本部分組成：感受件、顯示件、傳送件n感受件感受件1) 1) 定義：直接感受被測量并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的輸出定義：直接感受被測量并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的輸出信號。也稱：敏感元件、

23、一次元件、發(fā)送器。如信號。也稱：敏感元件、一次元件、發(fā)送器。如熱電偶熱電偶 2) 2) 要求要求： 輸出信號必須隨被測量變化輸出信號必須隨被測量變化 輸出信號只能隨被測量變化輸出信號只能隨被測量變化 輸出信號與被測量之間必須是單值函數(shù)，最好輸出信號與被測量之間必須是單值函數(shù)，最好是線性關(guān)系是線性關(guān)系 三、熱工測量系統(tǒng)的組成三、熱工測量系統(tǒng)的組成1-被測對象；2-傳感器；3-變換器；4-顯示裝置；5-傳送通道3) 分類：分類：v 溫度感受件，壓力感受件（按被測參數(shù)）溫度感受件，壓力感受件（按被測參數(shù)）v 能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型(熱電偶熱電偶);能量控制型能量控制型(熱電阻熱電阻)（輸（輸出信號能量

24、的主要來源）出信號能量的主要來源）v 模擬式和準(zhǔn)數(shù)字式（輸出信號的形式）模擬式和準(zhǔn)數(shù)字式（輸出信號的形式）2. 顯示件：(1) 定義：向觀察者顯示被測量的數(shù)值、量值的裝置(2）分類： 顯示儀表顯示被測量的瞬時值 記錄儀表記錄被測量隨時間變化 積算儀表顯示被測量對時間的積分 信號式儀表反映被測量是否超過允許的 限值 調(diào)節(jié)式顯示儀表根據(jù)被測量與規(guī)定值的偏差情況，發(fā)出對被測對象進(jìn)行調(diào)節(jié)的信號3. 傳送件：1) 定義：將感受件輸出的信號按顯示件的要求傳輸給顯示件。2）具有功能： 1）單純傳輸 2）感受件輸出信號放大 3）把信號變送成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號（變送器)四、測試系統(tǒng)原理框圖n傳感器 ：從被測對象獲取有

25、用的信息，并將其轉(zhuǎn)換為適合于測量的變量或信號。 n信號調(diào)理部分 ：對從傳感器所輸出的信號作進(jìn)一步的加工和處理，包括對信號的轉(zhuǎn)換、放大、濾波、儲存、重放、和一些專門的信號處理。 n顯示和記錄部分：將經(jīng)信號調(diào)理部分處理過的信號用便于人們所觀察和分析的介質(zhì)和手段進(jìn)行記錄或顯示。 n被測對象和觀察者也是測試系統(tǒng)的組成部分，它們同傳感器、信號調(diào)理部分以及數(shù)據(jù)顯示與記錄部分一起構(gòu)成了一個完整的測試系統(tǒng)。 儀表內(nèi)信號傳輸過程n儀表內(nèi)每一次信號的轉(zhuǎn)換和傳輸可作為一個環(huán)節(jié)，整個儀表是各環(huán)節(jié)的連接。1. 儀表各環(huán)節(jié)連接方式：開環(huán)（系統(tǒng)）和閉環(huán)（系統(tǒng)），每一個環(huán)節(jié)：傳遞函數(shù) （靈敏度）2. 開環(huán)系統(tǒng)k1k2k3IT

26、電流電流力矩力矩角度角度動圈表方框圖動圈表方框圖X位移位移特點(diǎn)：特點(diǎn)：v各環(huán)節(jié)開環(huán)串聯(lián)，信號沿一個方向傳輸。各環(huán)節(jié)開環(huán)串聯(lián)，信號沿一個方向傳輸。v按偏差測量法工作按偏差測量法工作v要保證儀表指示正確，必須保持每個環(huán)節(jié)靈敏度要保證儀表指示正確，必須保持每個環(huán)節(jié)靈敏度不變不變 X=KX=K1 1K K2 2K K3 3I I 儀表內(nèi)信號傳輸過程3. 閉環(huán)系統(tǒng) e e - U滑線電阻放大器伺服電動機(jī)k1K2/sK3電子電位差電子電位差 計(jì)方框圖計(jì)方框圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：1)含有負(fù)反饋含有負(fù)反饋 2) 儀表傳遞函數(shù)與反饋環(huán)節(jié)有關(guān)，儀表傳遞函數(shù)與反饋環(huán)節(jié)有關(guān)， 因此因此k3要求高，要求高，k1, k2性能可降

27、低性能可降低 故閉環(huán)精度叫高故閉環(huán)精度叫高12123( )( )k ksE ssk k k靜態(tài)時：靜態(tài)時：31ek1.4.2 基于差值示零的直接比較法1.差值檢測原理:被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較 需要一個具有比較功能的電路，要求比較的范圍寬、靈敏度和分辨力高； 需要一個與被測量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量參與比較，要求標(biāo)準(zhǔn)量準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié)。比較功能可由運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)有兩種方式：差值運(yùn)算比較 比例運(yùn)算比較 xsy比較電路比較電路被測量被測量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量1.4.2 基于差值示零的直接比較法n2. 差值示零的平衡調(diào)節(jié)n（1）零示法原理: xs 1.4.2 基于差值示零的直接比較法（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)K1K

28、2減減法法比比較較或或比比例例比比較較K3變變換換變變換換變變換換指指示示器器 uxusy0 0 xs（a a) ) 雙雙通通道道對對稱稱輸輸入入結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)mu或 當(dāng)當(dāng) 則則skkx1212kk x s 1.4.2 基于差值示零的直接比較法（續(xù)）n對稱差動的橋式結(jié)構(gòu) (b) 對稱橋式結(jié)構(gòu)(b) 對稱橋式結(jié)構(gòu)s sx激勵源激勵源y=0y=02r1r當(dāng)當(dāng) 時，時， 12rxsr12rr xs 1.7 儀表的質(zhì)量指標(biāo)儀表的質(zhì)量指標(biāo)1. 可靠性指標(biāo)有效性(MTBF) 平均無故障時間 平均無故障工作時間平均修復(fù)時間2. 計(jì)量性能指標(biāo)：1) 準(zhǔn)確度:儀表指示值接近測量真值程度 儀表的示值誤差:表征指示值的準(zhǔn)

29、確程度 絕對誤差： 相對誤差：x指示值指示值真值真值1 0 0 %xr相對誤差更能說明示值的準(zhǔn)確程度相對誤差更能說明示值的準(zhǔn)確程度 示值誤差有正負(fù)示值誤差有正負(fù)相對誤差更能說明示值的準(zhǔn)確程度相對誤差更能說明示值的準(zhǔn)確程度 示值誤差有正負(fù)示值誤差有正負(fù)1.7 儀表的質(zhì)量指標(biāo)儀表的基本誤差 (1) 儀表的基本誤差：量程范圍內(nèi)各示值誤差中的絕對值最大者 儀表量程A：儀表測量上限與下限之差 (2)儀表的引用誤差： (3) 最大引用誤差： maxjA 100%yrAmaxmax100%AyrA計(jì)量性能指標(biāo)計(jì)量性能指標(biāo)1) 準(zhǔn)確度（又稱精確度）準(zhǔn)確度（又稱精確度）: 儀表的準(zhǔn)確度等級： 允許誤差：基本誤差

30、不能超過的限值 ，儀表的 準(zhǔn)確度等級：儀表的最大引用誤差 去掉百分號后余下的 數(shù)字國家標(biāo)準(zhǔn)系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4 七個工業(yè)儀表準(zhǔn)確度等級，數(shù)字越小，精確度越高 （看P10例題）yuryu1.7 儀表的質(zhì)量指標(biāo)2) 線性度線性度:檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度相對誤差相對誤差%100.maxSFLyLemaxL.SFy輸出值與理想直線的最大偏差值輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理論滿量程輸出值理想直線：理想直線：亦稱非線性誤差亦稱非線性誤差定義定義:( non-linearity )表達(dá)表達(dá):xy擬合直線擬合直線一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果利用測量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算獲得利用測量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算獲得1.7 儀表的質(zhì)量指標(biāo)3)回差（變差或遲滯誤差） 同一輸入量上升和下降時，對應(yīng)的兩輸出量平均值之間的最大差值與量程之比的百分?jǐn)?shù).(儀表運(yùn)動系統(tǒng)的摩擦、間隙、彈性滯后等原因引起）%100.maxSFHyHe1.7 儀表的質(zhì)量指標(biāo)4)重復(fù)性和重復(fù)性誤差重復(fù)性：同條件下，輸入信號多次按同一方向全量程變化，儀表輸出值的一致程度?；蛑競鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差：在同一工作條件下從同方向?qū)ν惠斎胫?/p>