動力工程測試技術應用與儀器第一章

1、動力工程測試技術應用與儀器第一章n動力工程測試技術及儀表動力工程測試技術及儀表是熱能與動力專業(yè)是熱能與動力專業(yè)的學科基礎課。的學科基礎課。 n通過本課程的學習，使同學們通過本課程的學習，使同學們 n掌握熱工參數(shù)的正確測量方法；掌握熱工參數(shù)的正確測量方法； n掌握常用測量儀表的基本原理、主要性能，使掌握常用測量儀表的基本原理、主要性能，使用特點；用特點； n了解電廠熱力設備和動力機械的檢測系統(tǒng)的組了解電廠熱力設備和動力機械的檢測系統(tǒng)的組成方法。成方法。n能在實際工作中知道如何正確的選擇和使用測能在實際工作中知道如何正確的選擇和使用測量儀表。量儀表。 熱能工程測試技術及儀表講義，韓東太主編熱能工程

2、測試技術及儀表講義，韓東太主編熱工測量儀表，第二版，高魁明主編，冶金熱工測量儀表，第二版，高魁明主編，冶金工業(yè)出版社工業(yè)出版社 熱工測量及儀表，第二版，吳永生，方可人熱工測量及儀表，第二版，吳永生，方可人編，中國電力出版社編，中國電力出版社 熱工參數(shù)測量及儀表，何適生主編，中國電熱工參數(shù)測量及儀表，何適生主編，中國電力出版社力出版社呂崇德呂崇德. .熱工參數(shù)測量與處理熱工參數(shù)測量與處理. .第二版第二版. .北京：北京：清華大學出版社清華大學出版社,2001,2001學習要求：學習要求： 要求掌握測試系統(tǒng)的基本組成；儀器儀要求掌握測試系統(tǒng)的基本組成；儀器儀表的主要性能參數(shù)；誤差的分類及處理方法

3、；表的主要性能參數(shù)；誤差的分類及處理方法；直接測量及間接測量中隨機誤差和系統(tǒng)誤差直接測量及間接測量中隨機誤差和系統(tǒng)誤差的計算方法。的計算方法。第一章第一章 測量方法及誤差分析測量方法及誤差分析目前熱工測量技術的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下幾個方面：目前熱工測量技術的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下幾個方面：熱工測量是指在熱工過程中對各種熱工參數(shù)，如熱工測量是指在熱工過程中對各種熱工參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等的測量（熱力發(fā)電廠中，溫度、壓力、流量、液位等的測量（熱力發(fā)電廠中，有時也把成分分析、轉速、振動等列入其中）。用有時也把成分分析、轉速、振動等列入其中）。用來測量熱工參數(shù)的儀表稱為熱工測量儀表。來測量熱工參數(shù)

4、的儀表稱為熱工測量儀表。（1 1）計算機技術的廣泛應用。）計算機技術的廣泛應用。 （2 2）新型傳感器的研制。）新型傳感器的研制。 （3 3）新技術、新設備的應用。）新技術、新設備的應用。測量是以確定量值為目的的一組操作。測量是以確定量值為目的的一組操作。 目的：確定被測量的值或獲取測量結果。目的：確定被測量的值或獲取測量結果。 測量科學技術已逐步形成了一門完整的、獨立的測量科學技術已逐步形成了一門完整的、獨立的學科。這門學科研究的主要是測量原理、測量方學科。這門學科研究的主要是測量原理、測量方法、測量工具和測量數(shù)據(jù)的處理。法、測量工具和測量數(shù)據(jù)的處理。 根據(jù)被測對象的差異，測量技術可分為若干

5、分支，根據(jù)被測對象的差異，測量技術可分為若干分支，例如力學測量、電學測量、光學測量、熱工測量例如力學測量、電學測量、光學測量、熱工測量等。等。 我們將在討論有關測量問題的基本原理的基礎上我們將在討論有關測量問題的基本原理的基礎上重點討論熱工參數(shù)的測量技術。重點討論熱工參數(shù)的測量技術。 測量的定義測量的定義 所謂測量，就是利用測量工具，通過實驗的方所謂測量，就是利用測量工具，通過實驗的方法將被測量與同性質的標準量（即測量單位）法將被測量與同性質的標準量（即測量單位）進行比較，以確定出被測量是標準量多少倍數(shù)進行比較，以確定出被測量是標準量多少倍數(shù)的過程。所得到的倍數(shù)就是被測量的值。的過程。所得到的

6、倍數(shù)就是被測量的值。 兩個條件：兩個條件： 用來進行比較的標準量應該是國際上或國家用來進行比較的標準量應該是國際上或國家所公認的，且性能穩(wěn)定；所公認的，且性能穩(wěn)定； 進行比較所用的方法和儀器必須經(jīng)過驗證。進行比較所用的方法和儀器必須經(jīng)過驗證。測量的表達式測量的表達式xLbx x被測量；被測量；b b標準量（測量單位）；標準量（測量單位）；L L所得到的被測量的值，即得到的測量結果。所得到的被測量的值，即得到的測量結果。 測量方法1.1.按被測量在測量過程中的狀態(tài)分按被測量在測量過程中的狀態(tài)分n靜態(tài)測量靜態(tài)測量 n指在測量過程中被測量可以認為指在測量過程中被測量可以認為是固定不變的。因此，不需要

7、考是固定不變的。因此，不需要考慮時間因素對測量的影響。慮時間因素對測量的影響。 n 動態(tài)測量動態(tài)測量 n指被測量在測量期間隨時間（或指被測量在測量期間隨時間（或其他影響量）發(fā)生變化。其他影響量）發(fā)生變化。2.2.測量結果產生的方式分測量結果產生的方式分n直接測量直接測量 n如水銀溫度計、壓力表、直尺。如水銀溫度計、壓力表、直尺。 n間接測量間接測量n如電阻溫度計、壓力傳感器。如電阻溫度計、壓力傳感器。n組合測量組合測量20(1)ttRRAtBt3.3.根據(jù)檢測裝置動作原理分：根據(jù)檢測裝置動作原理分：（1 1）直讀法）直讀法 玻璃管水銀溫度計玻璃管水銀溫度計（2 2）零值法（平衡法）零值法（平衡

8、法） 天平、電位差計天平、電位差計（3 3）微差法）微差法 不平衡電橋測量電阻不平衡電橋測量電阻4.4.根據(jù)儀表是否與被測對象接觸根據(jù)儀表是否與被測對象接觸 （1 1）接觸測量法）接觸測量法 （2 2）非接觸測量法）非接觸測量法 玻璃管水銀溫度計玻璃管水銀溫度計光學高溫計測溫光學高溫計測溫 組成組成1感受部件感受部件感受部件的具體要求是：感受部件的具體要求是：輸出信號必須隨被測參數(shù)變化而變化。輸出信號必須隨被測參數(shù)變化而變化。輸出信號只能隨被測參數(shù)變化而變化。輸出信號只能隨被測參數(shù)變化而變化。輸出信號與被測參數(shù)的變化之間呈單值函數(shù)關系，輸出信號與被測參數(shù)的變化之間呈單值函數(shù)關系，最好呈線性關系

9、，并有較高的靈敏度，即有較小的被最好呈線性關系，并有較高的靈敏度，即有較小的被測量變化時，輸出信號就有較顯著的變化。測量變化時，輸出信號就有較顯著的變化。反應快、遲延小。反應快、遲延小。2傳輸變換部件（中間件）傳輸變換部件（中間件）將感受部件輸出的信號，根據(jù)顯示部件的要求進行適當將感受部件輸出的信號，根據(jù)顯示部件的要求進行適當?shù)奶幚砗髠魉徒o顯示部件。的處理后傳送給顯示部件。 作用：作用：3顯示部件（二次儀表顯示部件（二次儀表 ）接受傳輸變換部件送來的信號并將其轉換為測量人員可接受傳輸變換部件送來的信號并將其轉換為測量人員可以辨識的信號。以辨識的信號。作用：作用：根據(jù)顯示部件的功能不同，儀表又可

10、分為：根據(jù)顯示部件的功能不同，儀表又可分為：指示儀表、記錄儀表、積算式儀表（積算器）、信號指示儀表、記錄儀表、積算式儀表（積算器）、信號式儀表和調節(jié)儀表。式儀表和調節(jié)儀表。 儀表的分類儀表的分類 按被測參數(shù)不同，可分為溫度、壓力、流量、物位、成分分按被測參數(shù)不同，可分為溫度、壓力、流量、物位、成分分析及機械量（位移、轉速、振動等）測量儀表。析及機械量（位移、轉速、振動等）測量儀表。按儀表的用途不同，可分為標準用、實驗室用及工程用儀表。按儀表的用途不同，可分為標準用、實驗室用及工程用儀表。按顯示特點和功能不同，可分為指示式、記錄式、積算式、按顯示特點和功能不同，可分為指示式、記錄式、積算式、數(shù)字

11、式及屏幕式儀表。數(shù)字式及屏幕式儀表。按工作原理不同，可分為機械式、電氣式、電子式、化學式、按工作原理不同，可分為機械式、電氣式、電子式、化學式、氣動式和液動式儀表。氣動式和液動式儀表。按安裝地點不同，可分為就地安裝式及盤用儀表。按安裝地點不同，可分為就地安裝式及盤用儀表。按使用方式不同，可分為固定式和便攜式儀表。按使用方式不同，可分為固定式和便攜式儀表。根據(jù)儀表的用途、原理及結構等不同，熱工儀表可分為根據(jù)儀表的用途、原理及結構等不同，熱工儀表可分為多種類型：多種類型： 測量誤差及其表示方法測量誤差及其表示方法測量工作是測量工作是一一種實驗工作，由于儀表本身不完善，測量人種實驗工作，由于儀表本身

12、不完善，測量人員操作不當，測量時客觀條件的變化以及受人類自身認識水員操作不當，測量時客觀條件的變化以及受人類自身認識水平的局限等種種原因，使得測量結果與被測量的真實值之間平的局限等種種原因，使得測量結果與被測量的真實值之間出現(xiàn)不符的現(xiàn)象，即存在測量誤差。出現(xiàn)不符的現(xiàn)象，即存在測量誤差。測量誤差的定義測量誤差的定義0 xX被測量的真值被測量的真值 測定值（測量結果）測定值（測量結果） 測量誤差測量誤差 測量誤差的概念測量誤差的概念測定值測定值 測定值（測量結果）測定值（測量結果） 測定值測定值x是由測量所得到的賦予被測量的值。是由測量所得到的賦予被測量的值。 廣義上我們可以把測得值、測量值、檢測

13、值、實驗值、廣義上我們可以把測得值、測量值、檢測值、實驗值、示值、名義值、標稱值、預置值、給出值等均看作是示值、名義值、標稱值、預置值、給出值等均看作是測量結果。測量結果。 測量結果是我們要研究的對象。測量結果是我們要研究的對象。u測量誤差的概念測量誤差的概念真值真值 真值：與給定的特定量一致的值。真值：與給定的特定量一致的值。 理論真值一般只存在于純理論之中。理論真值一般只存在于純理論之中。 如：三角形內角之和恒為如：三角形內角之和恒為180180，一個整圓周角為，一個整圓周角為360360真值。真值。u測量誤差的概念測量誤差的概念約定真值約定真值 約定真值：是指對于給定用途、具有適當不確定

14、度的、賦予約定真值：是指對于給定用途、具有適當不確定度的、賦予特定量的值。特定量的值。 亦稱：指定值、約定值、參考值或最佳估計值。亦稱：指定值、約定值、參考值或最佳估計值。 例：由國家建立的實物標準（或基準）所指定的千克副原例：由國家建立的實物標準（或基準）所指定的千克副原器質量的約定真值為器質量的約定真值為1kg1kg，其復現(xiàn)的不確定度為，其復現(xiàn)的不確定度為。普遍性普遍性 -誤差是不可避免的，所有的測量數(shù)據(jù)都存在誤差是不可避免的，所有的測量數(shù)據(jù)都存在誤差。最高基準的測量傳遞手段（測量儀器誤差。最高基準的測量傳遞手段（測量儀器/ /測量方法）測量方法）- - 不絕對準確不絕對準確u誤差的特點：

15、誤差的特點：u誤差的基本表示方法誤差的基本表示方法絕對誤差絕對誤差 相對誤差相對誤差 引用誤差引用誤差1.絕對誤差絕對誤差0 xX被測量的真值被測量的真值 測定值測定值 絕對誤差絕對誤差：是是一個具有確定的一個具有確定的大小、符號及單大小、符號及單位的量。單位給位的量。單位給出了被測量的量出了被測量的量綱，其單位與測綱，其單位與測得值相同。得值相同。 適用于：適用于：同一同一量級的同種量的量級的同種量的測量結果的誤差測量結果的誤差比較和單次測量比較和單次測量結果的誤差計算。結果的誤差計算。2.相對誤差相對誤差定義：儀表的絕對誤差與被測量的真實值之比，用百定義：儀表的絕對誤差與被測量的真實值之比

16、，用百分數(shù)表示，即分數(shù)表示，即 00100%xxx相對誤差的特點：相對誤差的特點：相對誤差只有大小和符號，無量綱，一般用百分數(shù)相對誤差只有大小和符號，無量綱，一般用百分數(shù) 來來表示；表示； 相對誤差常用來衡量測量的相對準確程度。相對誤差常用來衡量測量的相對準確程度。 被測量的大小不同被測量的大小不同-允許的測量絕對誤差不同；允許的測量絕對誤差不同； 相對誤差相同時，被測量的量值小相對誤差相同時，被測量的量值小 - - 允許的測量絕允許的測量絕對誤差也越小對誤差也越小 例：壓力例：壓力P1=50 kPa，誤差，誤差d d1 1 = = 2kPa；壓力；壓力P2=2MPa，誤差，誤差d d2 2

17、= = 50 kPa G1的相對誤差為的相對誤差為1112100%100%4%50GG2的相對誤差為的相對誤差為22250100%100%2.5%2000GG2 的測量效果較好。的測量效果較好。解：解：3.折合誤差（引用誤差）折合誤差（引用誤差）我國電工儀表、壓力表的準確度等級我國電工儀表、壓力表的準確度等級（accuracy class）是按是按照引用誤差進行分級的。照引用誤差進行分級的。當一個儀表的等級當一個儀表的等級s選定后，用此表測選定后，用此表測量某一被測量時，所產生的最大絕對誤差為：量某一被測量時，所產生的最大絕對誤差為： 絕對誤差的最大值與該儀表的標稱范圍（或量程）上限成正比。絕

18、對誤差的最大值與該儀表的標稱范圍（或量程）上限成正比。 如何使用這類儀表？如何使用這類儀表？mmaxmin()%AA定義：是指儀表量程范圍內指示值的最大絕對誤差與該儀定義：是指儀表量程范圍內指示值的最大絕對誤差與該儀 表的量程范圍之間的百分比，即表的量程范圍之間的百分比，即maxmaxmin100%AA max儀表量程范圍內指示值的最大絕對誤差；儀表量程范圍內指示值的最大絕對誤差； maxminAA儀表的量程。儀表的量程。 引用誤差示例引用誤差示例用有一塊測量范圍為用有一塊測量范圍為，級的壓力真空表，在，級的壓力真空表，在進行計量校準時，各示值點上最大允許誤差是多少？進行計量校準時，各示值點上

19、最大允許誤差是多少？1. .系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差定義：在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測定義：在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。量所得結果的平均值與被測量的真值之差。 特征：在相同條件下，多次測量同一量值時，該誤差特征：在相同條件下，多次測量同一量值時，該誤差的絕對值和符號保持不變，或者在條件改變時，按某一的絕對值和符號保持不變，或者在條件改變時，按某一確定規(guī)律變化的誤差。確定規(guī)律變化的誤差。1.3.2 測量誤差的分類測量誤差的分類根據(jù)誤差的性質不同，可以把誤差分為系統(tǒng)誤根據(jù)誤差的性質不同，可以把誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和疏失誤差三種。差、隨

20、機誤差和疏失誤差三種。 系統(tǒng)誤差舉例系統(tǒng)誤差舉例在實際估計測量器具示值的系統(tǒng)誤差時，常常用適當次在實際估計測量器具示值的系統(tǒng)誤差時，常常用適當次數(shù)的重復測量的算術平均值減去約定真值來表示，又稱數(shù)的重復測量的算術平均值減去約定真值來表示，又稱其為測量器具的偏移或偏畸。其為測量器具的偏移或偏畸。 由于系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因此可以根據(jù)其產生由于系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因此可以根據(jù)其產生原因，采取一定的技術措施，設法消除或減小；也可以原因，采取一定的技術措施，設法消除或減小；也可以在相同條件下對已知約定真值的標準器具進行多次重復在相同條件下對已知約定真值的標準器具進行多次重復測量的辦法，或者通

21、過多次變化條件下的重復測量的辦測量的辦法，或者通過多次變化條件下的重復測量的辦法，設法找出其系統(tǒng)誤差的規(guī)律后，對測量結果進行修法，設法找出其系統(tǒng)誤差的規(guī)律后，對測量結果進行修正。正。用天平計量物體質量時，砝碼的質量偏差用天平計量物體質量時，砝碼的質量偏差 用千分表讀數(shù)時，表盤安裝偏心引起的示值誤差用千分表讀數(shù)時，表盤安裝偏心引起的示值誤差 刻線尺的溫度變化引起的示值誤差刻線尺的溫度變化引起的示值誤差 2.隨機誤差隨機誤差 定義定義 測得值與在重復性條件下對同一被測量進行無限多次測測得值與在重復性條件下對同一被測量進行無限多次測量結果的平均值之差。又稱為偶然誤差。量結果的平均值之差。又稱為偶然誤

22、差。 特點特點 在相同測量條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符在相同測量條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符號以不可預定方式變化的誤差。號以不可預定方式變化的誤差。 產生原因產生原因 隨機誤差是由人們不能掌握，不能控制，不能調節(jié)，更隨機誤差是由人們不能掌握，不能控制，不能調節(jié)，更不能消除的微小因素造成。這些因素中，有的是尚未掌不能消除的微小因素造成。這些因素中，有的是尚未掌握其影響測量準確的規(guī)律；有的是在測量過程中對其難握其影響測量準確的規(guī)律；有的是在測量過程中對其難以完全控制的微小變化以完全控制的微小變化( (如溫度波動、噪聲干擾、電磁如溫度波動、噪聲干擾、電磁場微變、電源電壓的隨機起伏

23、、地面振動等場微變、電源電壓的隨機起伏、地面振動等) )，而這些，而這些微小變化又給測量帶來誤差。微小變化又給測量帶來誤差。 隨機誤差的特征隨機誤差的特征n隨機誤差的最主要特征是具有隨機性，沒有確定的規(guī)律。隨機誤差的最主要特征是具有隨機性，沒有確定的規(guī)律。 類似于其它隨機變量，對無限次測量來說，隨機誤差服從類似于其它隨機變量，對無限次測量來說，隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。統(tǒng)計規(guī)律。3.3.疏失誤差疏失誤差n 定義：定義： n指明顯超出統(tǒng)計規(guī)律預期值的誤差。又稱為疏忽誤差、指明顯超出統(tǒng)計規(guī)律預期值的誤差。又稱為疏忽誤差、過失誤差或簡稱粗差。過失誤差或簡稱粗差。 n 產生原因：某些偶爾突發(fā)性的異常因素或

24、疏忽所致。產生原因：某些偶爾突發(fā)性的異常因素或疏忽所致。 n測量方法不當或錯誤，測量操作疏忽和失誤（如未按測量方法不當或錯誤，測量操作疏忽和失誤（如未按規(guī)程操作、讀錯讀數(shù)或單位、記錄或計算錯誤等）規(guī)程操作、讀錯讀數(shù)或單位、記錄或計算錯誤等） n測量條件的突然變化（如電源電壓突然增高或降低、測量條件的突然變化（如電源電壓突然增高或降低、雷電干擾、機械沖擊和振動等）。雷電干擾、機械沖擊和振動等）。 n 由于該誤差很大，明顯歪曲了測量結果。故應按照一定的由于該誤差很大，明顯歪曲了測量結果。故應按照一定的準則進行判別，將含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)（稱為壞值或準則進行判別，將含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)（稱為壞值

25、或異常值）予以剔除。異常值）予以剔除。 1.4.1 儀表的質量指標儀表的質量指標 1儀表的精確度等級及允許誤差儀表的精確度等級及允許誤差精密度：對同一被測量進行多次測量所得的測定值重復一精密度：對同一被測量進行多次測量所得的測定值重復一致的程度，或者說測定值分布的密集程度稱為測量的精致的程度，或者說測定值分布的密集程度稱為測量的精密度。精密度反映隨機誤差的影響，隨機誤差愈小精密密度。精密度反映隨機誤差的影響，隨機誤差愈小精密度愈高。度愈高。 正確度：對同一被測量進行多次測量，測定值偏離被測量正確度：對同一被測量進行多次測量，測定值偏離被測量真值的程度稱為測量的準確度。準確度反映了系統(tǒng)誤差的真值

26、的程度稱為測量的準確度。準確度反映了系統(tǒng)誤差的影響，系統(tǒng)誤差愈小，準確度愈高。影響，系統(tǒng)誤差愈小，準確度愈高。 精密度與正確度的綜合指標稱為精確度，或稱精度。精密度與正確度的綜合指標稱為精確度，或稱精度。準確度、正確度和精密度三者之間的關系(a)(b)(c)彈著點全部在靶上，彈著點全部在靶上，但分散。相當于系但分散。相當于系統(tǒng)誤差小而機誤差統(tǒng)誤差小而機誤差大，即精密度低，大，即精密度低，正確度高。正確度高。彈著點集中，但偏彈著點集中，但偏向一方，命中率不向一方，命中率不高。相當于系統(tǒng)誤高。相當于系統(tǒng)誤差大隨機誤差小，差大隨機誤差小，即精密度高，正確即精密度高，正確度低。度低。彈著點集中靶心。彈

27、著點集中靶心。相當于系統(tǒng)誤差與相當于系統(tǒng)誤差與隨機誤差均小，即隨機誤差均小，即精密度、正確度都精密度、正確度都高，從而準確度亦高，從而準確度亦高。高。測量儀表的準確度由國家按離散化系列加以規(guī)定，測量儀表的準確度由國家按離散化系列加以規(guī)定， 并且直接與允許誤差相對應。允許誤差去掉百分并且直接與允許誤差相對應。允許誤差去掉百分 號后取絕對值，就是該儀表的精確度等級，又稱號后取絕對值，就是該儀表的精確度等級，又稱 精度等級。精度等級。我國目前規(guī)定的準確度等級有：我國目前規(guī)定的準確度等級有：， ，等級別。，等級別。 如儀表標牌為：如儀表標牌為：或或表示該儀表的精確度等級為級，其允許誤差為表示該儀表的精

28、確度等級為級，其允許誤差為0.5%0.5%。 儀表的允許誤差儀表的允許誤差準確度等級準確度等級% % 例例1-1：對某機組進行熱效率試驗，需用：對某機組進行熱效率試驗，需用0-160-16MPa壓力壓力表來測量表來測量10MPa左右的主蒸汽壓力，要求相對測量誤差左右的主蒸汽壓力，要求相對測量誤差不超過不超過%，試選擇儀表的精確度等級。，試選擇儀表的精確度等級。0.05100%160解：儀表的允許絕對誤差解：儀表的允許絕對誤差10100.5%0.5%儀表的允許折合誤差儀表的允許折合誤差 0.313% 所以該儀表的精確度等級應選為級。所以該儀表的精確度等級應選為級。2. .儀表的基本誤差和附加誤差

29、儀表的基本誤差和附加誤差儀表在全量程范圍上各示值點的誤差中，絕對值最大者。儀表在全量程范圍上各示值點的誤差中，絕對值最大者。 基本誤差基本誤差如，某儀表在全量程上各示值點的誤差分別為、，則該如，某儀表在全量程上各示值點的誤差分別為、，則該儀表的基本誤差為。儀表的基本誤差為。儀表的基本誤差可表示為儀表的基本誤差可表示為0maxmaxjxx 標準表的示值標準表的示值測量值測量值按折合誤差的表示形式，儀表的基本誤差可表示為按折合誤差的表示形式，儀表的基本誤差可表示為maxmin100%jjAA儀表的量程。儀表的量程。 maxminAA若儀表未在規(guī)定的正常工作條件下工作，或由外界條若儀表未在規(guī)定的正常

30、工作條件下工作，或由外界條件變動（如環(huán)境溫度的變化、電源電壓波動、外部干件變動（如環(huán)境溫度的變化、電源電壓波動、外部干擾等）引起的額外誤差，稱為附加誤差。擾等）引起的額外誤差，稱為附加誤差。 附加誤差附加誤差校正數(shù)校正數(shù)= =標準值讀數(shù)標準值讀數(shù)例例1-2：有二支工業(yè)溫度計，其刻度范圍和精度分別為：有二支工業(yè)溫度計，其刻度范圍和精度分別為 A A表表 級，級， B B表級，試問：哪個溫度計精度等級高、允許誤差小；要表級，試問：哪個溫度計精度等級高、允許誤差??；要求測溫誤差不超過求測溫誤差不超過77時，應選用哪個溫度計？時，應選用哪個溫度計？解解： A A表級小于表級小于B B表級，表級，A A

31、表精度等級高，表精度等級高，A A表允許誤差表允許誤差1.0%1.0%，且測量范圍大。，且測量范圍大。B B表允許誤差表允許誤差1.5%1.5%，且測量，且測量范圍小，從儀表性能指標來選，通常選范圍小，從儀表性能指標來選，通常選A A表優(yōu)于表優(yōu)于B B表。表。 允許誤差絕對值：允許誤差絕對值： PA(1.0%800)8 PB1.5% 400( 50)6.75 選用選用B B表較為合理表較為合理 正確選擇儀表的正確選擇儀表的量程范圍、精度量程范圍、精度等級應視具體要等級應視具體要求而定，不能一求而定，不能一概而論。概而論。 例例1-3 某待測水頭約為某待測水頭約為9090米米, ,現(xiàn)有級現(xiàn)有級

32、， 和級的兩塊壓力表，問用哪一塊壓力表和級的兩塊壓力表，問用哪一塊壓力表測量較好？測量較好？Pa107 .14%5 . 01094. 2%5 . 0360maxA m ax.H1 65%Pa1094. 206Pa1098. 006Pa108 . 9%0 . 11098. 0%0 . 1360maxA m ax.H111%解解: : 用級的壓力表測量用級的壓力表測量9090米水頭時的最大誤差米水頭時的最大誤差相對誤差為：相對誤差為：用級的壓力表測量用級的壓力表測量9090米水頭時的最大誤差米水頭時的最大誤差相對誤差為：相對誤差為：例例2 說明并不是表的精度越高，測量精說明并不是表的精度越高，測量

33、精度就越高，應選擇被測量在度就越高，應選擇被測量在2/32/3滿量程處滿量程處的線性儀表！的線性儀表！3變差變差在規(guī)定的使用條件下，使用同一儀表進行正行程和反行程在規(guī)定的使用條件下，使用同一儀表進行正行程和反行程測量時，在相同示值點上，正反行程測量值之差的絕對值測量時，在相同示值點上，正反行程測量值之差的絕對值稱為此刻度點的變差。稱為此刻度點的變差。 定義：定義：在全量程范圍內，儀表各刻度點的變在全量程范圍內，儀表各刻度點的變差中的最大者稱為儀表的變差（也稱差中的最大者稱為儀表的變差（也稱滯后誤差或回差）滯后誤差或回差） 圖圖1-2 1-2 變差變差反正maxbxx反正maxmaxminmax

34、min100%100%bbxxAAAA用折合誤差的表示形式：用折合誤差的表示形式： 4 4重復性重復性n在同一工作條件下，按同一方向對同一被測量進行多次在同一工作條件下，按同一方向對同一被測量進行多次重復測量時，所得的多個測量值的一致程度稱為重復性。重復測量時，所得的多個測量值的一致程度稱為重復性。 5 5靈敏度和不靈敏區(qū)靈敏度和不靈敏區(qū)n靈敏度是指儀表感受被測參數(shù)變化的靈敏程度。靈敏度是指儀表感受被測參數(shù)變化的靈敏程度。 是穩(wěn)態(tài)下，儀表輸出信號的變化增量是穩(wěn)態(tài)下，儀表輸出信號的變化增量 與對應輸入與對應輸入信號的變化增量信號的變化增量 的比值（即變化率），即的比值（即變化率），即 LSxLx

35、靈敏度靈敏度不能引起儀表輸出變化的輸入信號的范圍，稱為不靈敏不能引起儀表輸出變化的輸入信號的范圍，稱為不靈敏區(qū)。區(qū)。對于指示儀表，靈敏度就是指單位輸入信號所引起指針對于指示儀表，靈敏度就是指單位輸入信號所引起指針的偏轉角度或位移量。的偏轉角度或位移量。靈敏度與分辨率靈敏度與分辨率儀表的分辨率指儀表能響應的輸入信號的最小變化也稱靈儀表的分辨率指儀表能響應的輸入信號的最小變化也稱靈敏度限。它與儀表的靈敏度是不同的。敏度限。它與儀表的靈敏度是不同的。不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)當特性曲線區(qū)間取得很小時，儀表（系統(tǒng)）的變差、靈敏度當特性曲線區(qū)間取得很小時，儀表（系統(tǒng)）的變差、靈敏度和不靈敏區(qū)存在下列關系和不靈敏區(qū)

36、存在下列關系 儀表變差儀表變差= =靈敏度靈敏度不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)6 6非線性誤差（線性度）非線性誤差（線性度）儀表輸出輸入特性曲線與某一直線之間最大偏差量儀表輸出輸入特性曲線與某一直線之間最大偏差量 （或其相對量（或其相對量 ）稱為儀表的非線性誤差，）稱為儀表的非線性誤差，也稱線性度。也稱線性度。 maxmaxmaxmin100%AAn克服非線性誤差的措施克服非線性誤差的措施是：是：在在指針指針或或模擬儀表模擬儀表上畫上畫成非線性（不均勻）刻度；成非線性（不均勻）刻度；對對數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表系統(tǒng)中應系統(tǒng)中應采用線性化器。采用線性化器。圖圖1-3 1-3 非線性誤差非線性誤差7漂移漂移n在環(huán)境

37、及工作條件不變的前提下，保持一定在環(huán)境及工作條件不變的前提下，保持一定的輸入信號，經(jīng)過一段時間后，輸出的變化的輸入信號，經(jīng)過一段時間后，輸出的變化稱為漂移。稱為漂移。 u電子元件的老化電子元件的老化u節(jié)流元件的磨損節(jié)流元件的磨損u熱電偶和熱電阻元件的污染變質熱電偶和熱電阻元件的污染變質u彈性元件的失效彈性元件的失效形成原因：形成原因：例例1-3：某指示壓力表，量程范圍為：某指示壓力表，量程范圍為(0-6)MPa(0-6)MPa，標尺總弧度，標尺總弧度為為270270，級精確度，在正常工作條件下用標準表校驗結果，級精確度，在正常工作條件下用標準表校驗結果如表如表l-1l-1所示。試求：（所示。試

38、求：（1 1）儀表的允許誤差；（）儀表的允許誤差；（2 2）儀表的）儀表的基本誤差；（基本誤差；（3 3）儀表的變差；（）儀表的變差；（4 4）儀表的靈敏度；（）儀表的靈敏度；（5 5）是否合格。是否合格。表表1-1 1-1 壓力表校驗記錄壓力表校驗記錄解：解：儀表允許折合誤差儀表允許折合誤差= =1.5%儀表允許絕對誤差儀表允許絕對誤差= =1.5%(6.0-0)=(6.0-0)=（2）求基本誤差求基本誤差 （1）由儀表精確度級可得由儀表精確度級可得max4.324.00.32 MPa0.32 MPa0.09 MPaj 0.32100%5.3%1.5%6.00j 折合（引用）誤差形式的基本誤

39、差折合（引用）誤差形式的基本誤差 u無論折合形式、絕對形式的基本誤差均已超過允許誤差。無論折合形式、絕對形式的基本誤差均已超過允許誤差。（3 3）儀表變差應在）儀表變差應在7 7組上下行程讀數(shù)差中選最大者，即組上下行程讀數(shù)差中選最大者，即5.064.850.21 MPa0.09 MPab 0.21100%3.5%1.5%6.00b （4 4）該表靈敏度）該表靈敏度 270 /6.0MPa45 /MPa（5 5）該表因超差不合格）該表因超差不合格。1.4.2 儀表的校驗儀表的校驗 為了確保測量結果的真實性和可靠性，對使用了為了確保測量結果的真實性和可靠性，對使用了一定時間之后以及檢修過的儀表，都

40、應進行校驗，一定時間之后以及檢修過的儀表，都應進行校驗，以確定儀表是否合格。以確定儀表是否合格。 n外觀檢查外觀檢查n內部機件性能檢查內部機件性能檢查n絕緣性能檢查絕緣性能檢查n示值校驗等示值校驗等儀表校驗的步驟儀表校驗的步驟般包括般包括1示值比較法示值比較法用標準儀表與被校儀表同時測量同一參數(shù)，以用標準儀表與被校儀表同時測量同一參數(shù)，以確定被校儀表各刻度點的誤差。確定被校儀表各刻度點的誤差。 整數(shù)刻度點，包括零點及滿刻度點不得少于五點（精密儀整數(shù)刻度點，包括零點及滿刻度點不得少于五點（精密儀表不得少于七點），校驗點應基本均勻分布于被校儀表的表不得少于七點），校驗點應基本均勻分布于被校儀表的整

41、個量程范圍。整個量程范圍。校驗點選取校驗點選取u各校驗點的誤差不超過該儀表準確度等級規(guī)定的允許誤各校驗點的誤差不超過該儀表準確度等級規(guī)定的允許誤差則認為合格。差則認為合格。u允許誤差應不大于被校表允許誤差的三分之一；允許誤差應不大于被校表允許誤差的三分之一；u量程應等于或略大于被校儀表的量程。量程應等于或略大于被校儀表的量程。標準儀表要求：標準儀表要求：2標準狀態(tài)法標準狀態(tài)法 例如，利用一些物質（如水、各種純金屬）的狀態(tài)轉變點例如，利用一些物質（如水、各種純金屬）的狀態(tài)轉變點溫度來校驗溫度計，利用空氣中含氧量溫度來校驗溫度計，利用空氣中含氧量一一定的特性來校驗定的特性來校驗工程用氧量計等。工程

42、用氧量計等。利用某些物質的標準狀態(tài)來校驗儀表。利用某些物質的標準狀態(tài)來校驗儀表。1.5.1 隨機誤差的處理隨機誤差的處理n 有界性有界性n 單峰性單峰性n 對稱性對稱性n 抵償性抵償性n隨機誤差總是有界限的，不可能出現(xiàn)無限大的隨機誤差。在一隨機誤差總是有界限的，不可能出現(xiàn)無限大的隨機誤差。在一定測量條件下的有限次測量結果中，隨機誤差的絕對值不會超定測量條件下的有限次測量結果中，隨機誤差的絕對值不會超過某一界限。過某一界限。n絕對值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多于絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)。絕對值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多于絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)。n在一定測量條件下的有限次測量結果，其絕對值相等的正誤在一定測量

43、條件下的有限次測量結果，其絕對值相等的正誤差與負誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等。差與負誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等。n在有限次測量中，絕對值相同的正負誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相在有限次測量中，絕對值相同的正負誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相同。因此，取這些誤差的算術平均值時，絕對值相同的正負同。因此，取這些誤差的算術平均值時，絕對值相同的正負誤差產生相互抵消現(xiàn)象。誤差產生相互抵消現(xiàn)象。n置信區(qū)間置信區(qū)間, ,置信概率置信概率 隨機誤差的分布規(guī)律服從于數(shù)學的概率統(tǒng)計理論中的正態(tài)分布規(guī)隨機誤差的分布規(guī)律服從于數(shù)學的概率統(tǒng)計理論中的正態(tài)分布規(guī)律。所以，我們可以根據(jù)這種分布規(guī)律，從一系列重復測量值中求出被律。所以，我們可以根據(jù)這種分

44、布規(guī)律，從一系列重復測量值中求出被測量值的最可信值作為測量的最終結果，并給出該結果以一定概率存在測量值的最可信值作為測量的最終結果，并給出該結果以一定概率存在的范圍的范圍. .被測量的隨機誤差出現(xiàn)在該置信區(qū)間的概率稱為置信概率。被測量的隨機誤差出現(xiàn)在該置信區(qū)間的概率稱為置信概率。 0 xx0d11( )limdiinnfNN N總的測量次數(shù)總的測量次數(shù) inii誤差在誤差在到到之間所出現(xiàn)的次數(shù)之間所出現(xiàn)的次數(shù) ( )d1f隨機誤差概率密度隨機誤差概率密度 分布函分布函數(shù)為：數(shù)為：2221( )2fe201()NiixxN0110()limlim0NNiiiiNNxxxxNN10limNiiNx

45、xN120111()NniixxxxxxNN22111()11NNiiiiNxxvSNN( )dfii測量誤差落在測量誤差落在與與 之間的概率之間的概率 ( )dbaP abf隨機誤差發(fā)生的范圍稱為置信區(qū)間隨機誤差發(fā)生的范圍稱為置信區(qū)間 Paa ()a az概率概率稱為在稱為在置信區(qū)間上的置信概率或置信水平；置信區(qū)間上的置信概率或置信水平； 1 P顯著性水平顯著性水平 置信區(qū)間和置信概率合起來稱為置信度置信區(qū)間和置信概率合起來稱為置信度 22201()()2d2aPaaPae zddz2202()()d( )2zzPaPzezzz00.20.40.60.80.900.00000.158520.

46、310840.451490.576290.6318810.682690.769860.838490.890400.928140.9425720.954500.972190.983600.990680.994890.9962730.997300.998620.999320.999680.999850.9999042202( )d2zzzez1z (1)0.6827()68.27%Pz00.20.40.60.80.900.00000.158520.310840.451490.576290.6318810.682690.769860.838490.890400.928140.9425720.9545

47、00.972190.983600.990680.994890.9962730.997300.998620.999320.999680.999850.9999041(1)0.3173 這表明，絕對值小于這表明，絕對值小于的隨機誤差出現(xiàn)的概率的是的隨機誤差出現(xiàn)的概率的是68.27%。對于對于2z (2)0.9545即即 (2 )95.45%P0.0455對于對于 3z (3)0.9973即即 (3 )99.73%P0.0027112標準差標準差實際上反映了一組測定實際上反映了一組測定值的隨機誤差的大小。值的隨機誤差的大小。 概率密度分布曲線越尖銳，概率密度分布曲線越尖銳，測定值的集中程度越好，測定

48、值的集中程度越好，其測定值的精密度（一致其測定值的精密度（一致性）越高性）越高 12h22( )hhfe如僅作一次測量，就可估計這一次測定值（如僅作一次測量，就可估計這一次測定值（ ）的極限誤）的極限誤差為差為( )xzS P0 x1 (68.27%)2 (95.45%) 3 (99.73%)SxSS0 x1x3S3S13 (99.73%)xS，也就是說該測定值與真值之間不超過，也就是說該測定值與真值之間不超過的偏差的概率為的偏差的概率為99.73%，即該值為，即該值為。 由于是單次測量，其估計標準差由于是單次測量，其估計標準差S應取自測量儀表固有應取自測量儀表固有標準差，其值之三倍（允許絕對

49、誤差）由測量儀表精度標準差，其值之三倍（允許絕對誤差）由測量儀表精度和量程預先計算來確定。和量程預先計算來確定。【例例1-41-4】 某主蒸汽溫度測量系統(tǒng)，其精確度為級，測量范某主蒸汽溫度測量系統(tǒng)，其精確度為級，測量范圍圍0 0600600，測得讀數(shù)，測得讀數(shù) ，只計隨機誤差，試求其測定，只計隨機誤差，試求其測定結果？結果？解：由測量系統(tǒng)精確度等級，該測量系統(tǒng)的允許絕對誤差為解：由測量系統(tǒng)精確度等級，該測量系統(tǒng)的允許絕對誤差為1450 x 0.5% (6000)3P 令測量服從正態(tài)分布令測量服從正態(tài)分布113PS ，則被測溫度真值為，則被測溫度真值為 1(68.27%)4502(95.45%)

50、 3(99.73%)0 x設某儀表（或測量系統(tǒng)）對同一被測量進行了設某儀表（或測量系統(tǒng)）對同一被測量進行了N次重復測次重復測量，得讀數(shù)為量，得讀數(shù)為12,x x,Nxx其數(shù)學期望值應取其算術平均值其數(shù)學期望值應取其算術平均值21()(1)NiixxxSN NN3( 3)xSN算術平均值的極限誤差為算術平均值的極限誤差為 0 (68.27%)2(95.45%) 3(99.73%)xxxxx【例例1-51-5】 對穩(wěn)態(tài)工況下的恒定差壓進行了對穩(wěn)態(tài)工況下的恒定差壓進行了1212次測量，次測量，得到如下一組測量值（單位為得到如下一組測量值（單位為Pa）：）： 1985 1965 1984 1995 1

51、998 1975 1973 1983 1981 1956 1958 1975求該恒定差壓測量結果？求該恒定差壓測量結果？1211111977.3 Pa12NiiixxxN122211()(1977.3)13.1 Pa112 1NiiixxxSN13.13.8 Pa12xSN0 (68.27%) 3.8 Pa(68.27%)2(95.45%)1977.37.6 Pa(95.45%) 3(99.73%) 11.4 Pa(99.73%)xxxxxN值越大，則標準差值越大，則標準差 越小，測量精度也越高。故條越小，測量精度也越高。故條件許可情況下盡量取多次測量。件許可情況下盡量取多次測量。 x對于一次

52、測定值，其測量結果為對于一次測定值，其測量結果為1( )xtS P對于有限次數(shù)的多次重復測量，其測量結果為對于有限次數(shù)的多次重復測量，其測量結果為( )SxtPN 全部測量值的算術平均值；全部測量值的算術平均值；S S標準誤差的估計值；標準誤差的估計值；N N重復測量的次數(shù)；重復測量的次數(shù)； t tt t分布系數(shù)。分布系數(shù)。x當重復測量的次數(shù)較少時當重復測量的次數(shù)較少時 當測量次數(shù)較少，實驗數(shù)據(jù)將不服從正態(tài)分布而是服從當測量次數(shù)較少，實驗數(shù)據(jù)將不服從正態(tài)分布而是服從t分布（又稱分布（又稱Student分布），這時測量值的置信區(qū)間（隨機分布），這時測量值的置信區(qū)間（隨機不確定度）和置信概率可由不

53、確定度）和置信概率可由t分布求得。分布求得。 表表1-3 t分布分布 例例1-6 對某已知電阻進行了對某已知電阻進行了8 8次測量，得到的測量結果分別次測量，得到的測量結果分別為，要求測量結果的置信概率為為，要求測量結果的置信概率為99%99%，求該電，求該電阻的真實阻值及不確定度。阻的真實阻值及不確定度。解：解： 8N 測量結果的算術平均值為測量結果的算術平均值為 115.11 ( )niixxN標準誤差的估計值為標準誤差的估計值為82211()(15.11)0.21270.17 ( )18 18 1NiiiixxxSN自由度自由度 8 17v 置信概率為置信概率為 99%P 從表從表1-3

54、1-3中可以查出中可以查出 3.499t 故算術平均值的置信區(qū)間（隨機不確定度）為故算術平均值的置信區(qū)間（隨機不確定度）為0.21 ( )StN (99%)真實阻值應取真實阻值應取 15.11 0.21 ( ) (99%)SRxtN從表從表1-31-3中的數(shù)值可以看出當中的數(shù)值可以看出當N N逐漸增大時，逐漸增大時，t t分布趨近于分布趨近于正態(tài)分布。正態(tài)分布。 疏失誤差的處理疏失誤差的處理n 定義：定義： n指明顯超出統(tǒng)計規(guī)律預期值的誤差。又稱為疏忽誤差、指明顯超出統(tǒng)計規(guī)律預期值的誤差。又稱為疏忽誤差、過失誤差或簡稱粗差。過失誤差或簡稱粗差。 n 產生原因：某些偶爾突發(fā)性的異常因素或疏忽所致

55、。產生原因：某些偶爾突發(fā)性的異常因素或疏忽所致。 n測量方法不當或錯誤，測量操作疏忽和失誤（如未按規(guī)測量方法不當或錯誤，測量操作疏忽和失誤（如未按規(guī)程操作、讀錯讀數(shù)或單位、記錄或計算錯誤等）程操作、讀錯讀數(shù)或單位、記錄或計算錯誤等） n測量條件的突然變化（如電源電壓突然增高或降低、雷測量條件的突然變化（如電源電壓突然增高或降低、雷電干擾、機械沖擊和振動等）。電干擾、機械沖擊和振動等）。 n 由于該誤差很大，明顯歪曲了測量結果。故應按照一定的準由于該誤差很大，明顯歪曲了測量結果。故應按照一定的準則進行判別，將含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)（稱為壞值或異常則進行判別，將含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)（稱為壞值或異

56、常值）予以剔除。值）予以剔除。1 1、拉伊特準則（、拉伊特準則（3 3準則）準則）n測量列中的某個測量值的殘差測量列中的某個測量值的殘差i i的絕對值大于該測量列標準的絕對值大于該測量列標準誤差的誤差的3 3倍，可認為是粗大誤差，可以剔除。即：倍，可認為是粗大誤差，可以剔除。即：3i剔除粗大誤差后，需要重新計算測量列中的算數(shù)平均值和標準誤差，繼續(xù)按照此方法判斷。拉伊特準則的特點拉伊特準則的特點1 1、簡單，實用；、簡單，實用；2 2、判斷條件界限寬松，容易混入該剔除的粗大誤差；、判斷條件界限寬松，容易混入該剔除的粗大誤差；3 3、當、當n10n10，即使有粗差，也不易判斷。，即使有粗差，也不易判斷。2 2、格拉布斯準則、格拉布斯準則ixxTSNN =0.05 =0.01