材料工程測試技術(shù)

如何利用誤差理論減少誤差測量是一種認(rèn)識過程，就是用實(shí)驗(yàn)方法,將被測的物理量與所選用作為單位的同類量進(jìn)行比較，從而確定其間的比值。根據(jù)適當(dāng)定義而規(guī)定的數(shù)值為1的物理量稱之為單位,以它作為對同類物理量測量的基礎(chǔ)。由誤差公理可知：一切測量皆有誤差。1.1誤差1.1.1誤差的概念絕對誤差在一定條件下，某一物理量所具有的客觀大小稱為真值。測量的目的就是力圖得到真值。但由于受測量方法、測量儀器、測量條件以及觀測者水平等多種因素的限制，測量結(jié)果與真值之間總有一定的差異，即總存在測量誤差。設(shè)測量值為 X，相應(yīng)的真值為X0，測量值與真值之差 XX＝X－X0稱為測量誤差，又稱為絕對誤差，簡稱誤差。誤差存在于一切測量之中，測量與誤差形影不離，分析測量過程中產(chǎn)生的誤差，將影響降低到最低程度，并對測量結(jié)果中未能消除的誤差做出估計(jì)，是實(shí)驗(yàn)測量中不可缺少的一項(xiàng)重要工作。相對誤差絕對誤差與真值之比的百分?jǐn)?shù)叫做相對誤差。用 X0表示：X0X100%X0由于真值無法知道，所以計(jì)算相對誤差時常用 X代替X0。在這種情況下，X可能是公認(rèn)值，或高一級精密儀器的測量值，或測量值的平均值。相對誤差用來表示測量的相對精確度，相對誤差用百分?jǐn)?shù)表示，保留兩位有效數(shù)字。1.1.2誤差的分類根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，誤差可分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。系統(tǒng)誤差是指在同一條件（指方法、儀器、環(huán)境、人員）下多次測量同一物理量時，結(jié)果總是向一個方向偏離，其數(shù)值一定或按一定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的特征是具有一定的規(guī)律性。系統(tǒng)誤差的來源具有以下幾個方面：（1）儀器誤差它是由于儀器本身的缺陷或沒有按規(guī)定條件使用儀器而造成的誤差。如螺旋測徑器的零點(diǎn)不準(zhǔn)，天平不等臂等。（2）理論誤差它是由于測量所依據(jù)的理論公式本身的近似性，或?qū)嶒?yàn)條件不能達(dá)到理論公式所規(guī)定的要求，或測量方法不當(dāng)?shù)人鸬恼`差。如實(shí)驗(yàn)中忽略了摩擦、熱、電表的內(nèi)阻、單擺的周期公式T2l的成立條件等。g3）個人誤差它是由于觀測者本人生理或心理特點(diǎn)造成的誤差。如有人用秒表測時間時，總是使之過快。4）環(huán)境誤差是外界環(huán)境性質(zhì)（如光照、溫度、濕度、電磁場等）的影響而差生的誤差。如環(huán)境溫度升高或降低，使測量值按一定規(guī)律變化。產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因通常是可以被發(fā)現(xiàn)的，原則上可以通過修正、改進(jìn)加以排除或減小。分析、排除和修正系統(tǒng)誤差要求測量者有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這方面的知識和技能在我們以后的實(shí)驗(yàn)中會逐步地學(xué)習(xí)，并要很好地掌握。隨機(jī)誤差在相同測量條件下，多次測量同一物理量時，誤差的絕對值符號的變化，時大時小、時正時負(fù)，以不可預(yù)定方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差，有時也叫偶然誤差。引起隨機(jī)誤差的原因也很多，與儀器精密度和觀察者感官靈敏度有關(guān)。如無規(guī)則的溫度變化，氣壓的起伏，電磁場的干擾，電源電壓的波動等，引起測量值的變化。這些因素不可控制又無法預(yù)測和消除。當(dāng)測量次數(shù)很多時，隨機(jī)誤差就顯示出明顯的規(guī)律性。實(shí)踐和理論都已證明，隨機(jī)誤差服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（正態(tài)分布），其特點(diǎn)表現(xiàn)為：單峰性絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大；②對稱性絕對值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相同；③有界性絕對值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨于零；④抵償性誤差的算術(shù)平均值隨著測量次數(shù)的增加而趨于零。因此，增加測量次數(shù)可以減小隨機(jī)誤差，但不能完全消除。粗大誤差由于測量者過失，如實(shí)驗(yàn)方法不合理，用錯儀器，操作不當(dāng)，讀錯數(shù)值或記錯數(shù)據(jù)等引起的誤差，是一種人為的過失誤差，不屬于測量誤差，只要測量者采用嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度，過失誤差是可以避免的。在數(shù)據(jù)處理中要把含有粗大誤差的異常數(shù)據(jù)加以剔除。剔除的準(zhǔn)則一般為 3σ準(zhǔn)則或肖維勒準(zhǔn)則。1.1.3測量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度測量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度都是評價測量結(jié)果的術(shù)語，但目前使用時其涵義并不盡一致，以下介紹較為普遍采用的說法。精密度表示的是在同樣測量條件下，對同一物理量進(jìn)行多次測量，所得結(jié)果彼此間相互接近的程度，即測量結(jié)果的重復(fù)性、測量數(shù)據(jù)的彌散程度，因而測量精密度是測量偶然誤差的反映。測量精密度高，偶然誤差小，但系統(tǒng)誤差的大小不明確。準(zhǔn)確度表示的是測量結(jié)果與真值接近的程度，因而它是系統(tǒng)誤差的反映。測量準(zhǔn)確度高，則測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值偏離真值較小，測量的系統(tǒng)誤差小，但數(shù)據(jù)較分散，偶然誤差的大小不確定。精確度表示的則是對測量的偶然誤差及系統(tǒng)誤差的綜合評定。精確度高，測量數(shù)據(jù)較集中在真值附近，測量的偶然誤差及系統(tǒng)誤差都比較小。1.1.4隨機(jī)誤差的估計(jì)對某一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，其測量結(jié)果服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，也就是正態(tài)分布（或高斯分布）。我們用描述高斯分布的兩個參量（x和σ）來估計(jì)隨機(jī)誤差。設(shè)在一組測量值中， n次測量的值分別為：x1,x2, xn1．算術(shù)平均值根據(jù)最小二乘法原理證明，多次測量的算術(shù)平均值x

1n

nxi（1—1）i 1是待測量真值 x0的最佳估計(jì)值。稱 x為近似真實(shí)值，以后我們將用 x來表示多次測量的近似真實(shí)值。2．標(biāo)準(zhǔn)偏差根據(jù)隨機(jī)誤差的高斯理論可以證明，在有限次測量情況下，單次測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：n2Sxxi1xix（貝塞爾公式）（1—2）n1通常稱vixix為偏差，或殘差。sx表示測量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差，它表征對同一被測量在同一條件下作 n次（在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，通常取5n10）有限測量時，其結(jié)果的分散程度。其相應(yīng)的置信概率 p(sx)接近于58.3%。其意義是 n次測量中任一次測量值的誤差（或偏差）落在（

x ）區(qū)間的可能性約為

68.3%，也就是真值落在（x

x,x

x）范圍的概率為

68.3%。標(biāo)準(zhǔn)偏差

x小表示測量值密集，即測量的精密度高；標(biāo)準(zhǔn)偏差 x大表示測量值分散，即測量的精密度低。算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差當(dāng)測量次數(shù)n有限，其算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為n2xix（1—3）xi1xnn1n其意義是測量平均值的隨機(jī)誤差在 x~ x之間的概率為 68.3%。或者說，待測量的真值在 x x ~x x 范圍內(nèi)的概率為 68.3％。因此 x反映了平均值接近真值的程度。1.1.5異常數(shù)據(jù)的剔除剔除測量列中異常數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有幾種，有 3x準(zhǔn)則、拉依達(dá)準(zhǔn)則、肖維準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則等。1．3 x準(zhǔn)則統(tǒng)計(jì)理論表明，測量值的偏差超過 3x的概率已小于 1％。因此，可以認(rèn)為偏差超過 3x的測量值是其他因素或過失造成的，為異常數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)剔除。剔除的方法是將多次測量所得的一系列數(shù)據(jù)，算出各測量值的偏差 xi和標(biāo)準(zhǔn)偏差 x，把其中最大的 xj與3 x比較，若 xj＞3 x，則認(rèn)為第j個測量值是異常數(shù)據(jù)，舍去不計(jì)。剔除xj后，對余下的各測量值重新計(jì)算偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，并繼續(xù)審查，直到各個偏差均小于 3x為止。拉依達(dá)準(zhǔn)則設(shè)對某量等精度獨(dú)立測量得值算出平均值及殘差：（ i=1，2，...,n）,算術(shù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差 S，若某個測量值滿足下式 :Vd 3S則認(rèn)為是含有粗差的"壞值"，應(yīng)予剔除。3.格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則設(shè)對某量等精度獨(dú)立測量得值算出平均值及殘差：（ i=1，2，...,n）,算術(shù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差 S，若某個測量值滿足下式 :Vd ( ,n)則認(rèn)為為“壞值”，應(yīng)予剔除。t檢驗(yàn)準(zhǔn)則條件同上，設(shè)不包含可疑測量值在內(nèi)計(jì)算出均值X和標(biāo)準(zhǔn)偏差S,則當(dāng)：VdK(,n)S時，剔除壞值，式中：K(,n)t(n1)[n11)]2(n式中t(n 1)為t分布的置信系數(shù)。拉依達(dá)方法簡單，無須查表，用起來方便，測量次數(shù)較多(19次以上)或要求不高時采用。拉依達(dá)準(zhǔn)則和格拉布斯準(zhǔn)則在判別前先計(jì)算及S值,計(jì)算時包括可疑值在內(nèi) ,判別過后才剔除壞值,重算及S。而t檢驗(yàn)準(zhǔn)則是在去掉可疑值后計(jì)算和 S,再進(jìn)行判別。幾個可疑數(shù)據(jù)同時超過判別準(zhǔn)則，不可將它們一起剔除，而要先剔除其最大者，然后繼續(xù)判別對兩個相同的壞值，也不可一起剔除，只能先剔除其中的一個，然后再繼續(xù)剔除?？梢蓴?shù)據(jù)應(yīng)為少數(shù)，如數(shù)目太多，則應(yīng)考慮測量系統(tǒng)的工作是否正常，很可能該系統(tǒng)不具備精密測量條件,需排除故障后重新測量。如何在測試中選擇傳感器現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。傳感器選用原則。選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。1、靈敏度一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。a)靈敏度過高引起的干擾問題；b)量程范圍。c)交叉靈敏度問題。2、響應(yīng)特性傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好。3、線性范圍任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。4、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。5、精確度傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。6、測量方式傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、在線與非在線測量等。對傳感器的分類有助于人們從總體上認(rèn)識和掌握傳感器的原理。通常有兩種分類方法：按輸出量和按被測量。觸點(diǎn)型傳感器是在自動檢測、控制中應(yīng)用最早的一種傳感器，這類傳感器處理的信號功率很大，可以直接控制較小功率的電機(jī)、電磁繼電器和指示燈，且不易受干擾。電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。壓力傳感器引是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。電容式物位傳感器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行測量和控制生產(chǎn)過程，主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測量和指示。電容式液位傳感器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。傳感器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是頻率較低，對周圍元射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、 CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)引中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。如何在測試中選擇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的參數(shù)集中檢測、數(shù)字顯示、越限報(bào)警和打印記錄，這種裝置就叫數(shù)據(jù)采集裝置。將數(shù)據(jù)送至微機(jī)中進(jìn)行顯示、處理和記錄，相應(yīng)地稱之為微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）測試過程由程序來實(shí)現(xiàn),靈活性和通用性更強(qiáng)；2）硬件軟件化，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性；3）具有數(shù)據(jù)處理能力；4）利用自校和重復(fù)測試求均值等方法進(jìn)一步減小系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，提高測試精度；5）利用微機(jī)的隨機(jī)存貯器大量存貯測試結(jié)果和中間結(jié)果，有利于實(shí)現(xiàn)快速多路測量；6）只要配備相應(yīng)的接口與外圍設(shè)備，其它計(jì)算機(jī)相連；可實(shí)現(xiàn)多種形式的數(shù)據(jù)存貯和顯示虛擬儀器也可定義為這樣一種儀器，它的全部功能都可由軟件來完成(配以一定的硬件)，用戶只要提出所需要的系統(tǒng)框圖、儀器面板控制和希望在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)現(xiàn)的輸出顯示等即可。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測量，依賴于各種類型的傳感器。傳感器的輸出信號可分為三類：（ a）開關(guān)信號：兩個狀態(tài)的信號。如電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停車；開關(guān)的合與斷；以及各種開關(guān)型傳感器的輸出信號等。開關(guān)信號只用一位二進(jìn)制表示。因此 8位機(jī)可以同時處理 8個開關(guān)信號。（b）數(shù)字信號：用二進(jìn)制數(shù)形式表示的數(shù)。數(shù)字信號可以是數(shù)字電壓表、鍵盤、數(shù)字輸出的裝置輸出的信息，也可以是頻率輸出型傳感器的輸出信息。微機(jī)可以直接接收數(shù)字信號。 8位微機(jī)一次只能接收8位二進(jìn)制表示的數(shù)字量，超過8位時，必須分幾次來接收。（c）模擬信號，指在連續(xù)時間內(nèi)，對信號的幅值可以在某范圍內(nèi)連續(xù)任意取值。我們所討論的微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要處理的即是這一類信號。模擬信號微機(jī)不能直接接收和處理，常要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）將模擬量轉(zhuǎn)換成微機(jī)能處理的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集中的一些問題 :量化噪聲、采樣頻率的選取、孔徑時間、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度與特性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的過程中產(chǎn)生了量化噪聲。在實(shí)際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)字信號的碼位擴(kuò)展是有限的，因此就必須允許有一定的誤差，即量化過程必然要引入這種不定因素。這種不定因素的引入所帶來的誤差，通常稱為量化噪聲。采樣定理指出 :信號本身的頻帶是有限的，而采樣頻率又大于等于兩倍信號所包含的最高頻率，則在理論上可以根據(jù)其離散采樣值完全恢復(fù)出原始信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的功能是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)化為一個模擬電壓，電流值。DAC的指標(biāo)很多，其中關(guān)鍵的有：分辨率，用滿度信號可以分的級數(shù)，滿度值的百分?jǐn)?shù)（%FSR）等多種方式表示。精度，這一概念易與分辨率混淆。指DAC實(shí)際輸出值與理論計(jì)算輸出值之差， DAC器件精度由生產(chǎn)廠家給出，通常在+Q/2和+Q（Q為量化電平）范圍內(nèi)。建立時間，由輸入數(shù)字量變化至輸出模擬量穩(wěn)定到最終值的+LSB/2（LSB指最底有效位）內(nèi)的時間。當(dāng)DAC的輸入數(shù)碼由全0變?yōu)槿?時，是要求建立時間最長的一種情況。DAC在電流輸出時建立時間為50~500μs，電壓輸出時建立時間1~10μs，主要受輸出放大器限制。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的任務(wù)是將一個模擬輸入信號電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，能接受的一個 n位二進(jìn)制數(shù)。ADC的特性參數(shù)與 DAC特性參數(shù)類似，不同點(diǎn)在于ADC輸出的是數(shù)字碼，因此分辨率，精度等參數(shù)均應(yīng)隨之改變。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，同時使用多個傳感器的場合中，常使用公共的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。即采用分時占用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用模擬多路開關(guān)，輪流切換各被采集的傳感器信號與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的通路。開關(guān)特性： a、可靠性高、平均壽命長；

b、開關(guān)特性好，接通時電阻

Ron,斷開電阻Roff

比值大；

c、可承受高電壓沖擊。采樣保持電路

SHA

實(shí)際的模數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬量化的過程需要一定的時間，在這個轉(zhuǎn)換時間內(nèi)保持采樣點(diǎn)的數(shù)值不變才能保證轉(zhuǎn)換精度，對于動態(tài)信號要做到采樣值不變，需要使用采樣保持電路SHA，特別是逐次比較式ADC。SHA最主要的參數(shù)SHA的孔徑時間。即SHA實(shí)際從采樣到轉(zhuǎn)入保持狀態(tài)所需要的時間。 SHA的另一個重要參數(shù)是輸出電壓的下降率，這個參數(shù)描述了 SHA的保持性能。要求孔徑時間小，保持性能就必然下降。 SHA在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的配置方法要根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇。采集速度低的時候，將 SHA放在模擬開關(guān)與 ADC中間成為公用，這種方法最經(jīng)濟(jì)。每個通道采集時間由多路開關(guān)的開關(guān)時間，SHA的采集時間、放大器建立時間和 ADC轉(zhuǎn)換時間決定。采集速度要求高時可考慮每個模擬信號使用一個 SHA，速度更高時還可一個模擬信號使用一個 ADC。溫度測試方式1.1溫度溫度是衡量其冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。溫度是大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。測溫方法按照熱傳導(dǎo)分類可分為接觸測溫和非接觸測溫。接觸測溫：傳感器與被測對象接觸，依靠兩者之間的熱傳導(dǎo)和（或）對流換熱達(dá)到熱平衡來測量溫度。特點(diǎn)：定位準(zhǔn)確，干擾對象，材料極限。非接觸測溫：傳感器接受被測對象的熱輻射或被測對象的其他熱物理性能。特點(diǎn)：不干擾對象，無材料極限，定位不準(zhǔn)1.2接觸式測溫1.2.1固體內(nèi)部溫度測量1）導(dǎo)熱性能好的固體在被測物體上鉆個能插入傳感器的孔，使傳感器與被測物體接觸良好，可在孔內(nèi)注入適當(dāng)?shù)囊后w效果更好2）導(dǎo)熱性能不好的固體測導(dǎo)熱性能較差的耐火磚溫度，敷設(shè)熱電偶，則原來的等溫線將被破壞。為了減少這種誤差，可按沿等溫線敷設(shè)或采用與被測對象熱導(dǎo)率相同的材質(zhì)制作傳感器1.2.2固體表面溫度測量固體表面的溫度，受與它接觸的物體溫度的影響較大，很容易改變表面的熱狀態(tài)1.2.3流動介質(zhì)溫度測量流體測溫中主要討論測溫的傳熱誤差。從傳熱看，液體時的測溫精度應(yīng)高于氣體?！办o溫”來表示氣流分子的無序平均動能，用“動溫”表示氣流分子的有向動能。兩者之和稱為“總溫”，又稱“滯止溫度”。流動氣體或火焰并非靜態(tài)，測定的熱平衡溫度與熱力學(xué)的靜態(tài)溫度不同。流體溫度測量誤差分析：考慮熱交換（傳導(dǎo)，對流，輻射）透明體和火焰測量須專門討論1）實(shí)際流體不是理想流體所導(dǎo)致的測量誤差外，2）測溫傳感器插到流體中干擾原有的流動狀態(tài)和換熱狀態(tài)，當(dāng)時溫度場發(fā)生變化導(dǎo)致測量誤差。1.2.4組裝熱電偶誤差：探頭的溫度不能平衡在氣流的靜溫。思路：幾支不同直徑的熱電偶構(gòu)成組裝熱電偶，獲得較多的參量，根據(jù)已有理論知識，較充分的計(jì)算能量轉(zhuǎn)移特性，校正氣流溫度。1.2.5抽氣熱電偶目的：增大對流換熱，減少傳導(dǎo)與輻射熱損。氣動法測溫:1）當(dāng)測量高溫氣體介質(zhì)的溫度時，介質(zhì)溫度常常接近和超過熱電偶的允許溫度，直接測量法已無法采用，或是因?yàn)檩椛湔`差過大需要采用抽氣熱偶時，可以采用間接測量的方式。氣動高溫計(jì)是最常用的間接測量方法2）氣動高溫計(jì)是將測量高溫氣體冷卻，根據(jù)冷卻前后氣體的溫度的比值和重度的比值，可以確定氣體的實(shí)際溫度。1.2.6瞬態(tài)測溫與動態(tài)熱電偶1）一階溫度檢測系統(tǒng)的響應(yīng)特性2）階躍響應(yīng),當(dāng)四倍時間常數(shù)時，將保持在誤差0.02內(nèi)3）斜坡響應(yīng),同樣的速率上升，延遲一段時長為時間常數(shù)動態(tài)熱電偶,提高測溫極限——由插入時間內(nèi)熱電偶的溫升曲線推算出被測高溫氣體的溫度。1.3輻射式測溫1.3.1光學(xué)高溫計(jì)固定一個波長（單波長濾光）測亮度。1.3.2全輻射高溫計(jì)1）測量被測物體的全部波長輻射能（無濾光）2）輻射溫度：溫度為T的灰體，其輻射強(qiáng)度S，如果等于溫度為的黑體的輻射強(qiáng)度S0，則稱為此物體的輻射溫度。3）誤差較大：各波長的黑度不統(tǒng)一，無法有效校正。4）建立人工黑體：安裝細(xì)長陶瓷管，陶瓷管的底部可認(rèn)為是黑體1.3.3比色高溫計(jì)1）目前最理想的輻射測溫2）為減少黑度的影響，考慮物體發(fā)射率的比值變化較小。測量兩個波長輻射亮度的比值3）比色溫度1.4物質(zhì)的熔融點(diǎn)和顏色1.4.1用物質(zhì)的熔融點(diǎn)測溫度蠟筆型。油漆型；紙片型。彈九型，不可逆。1.4.2根據(jù)物質(zhì)的顏色來測量溫度1）當(dāng)溫度變化時，這些物質(zhì)的化學(xué)成分發(fā)生相應(yīng)的變化，不可逆。2）物理原理做成的以顏色指示溫度的物質(zhì)，這一類物質(zhì)顏色的變化過程是可逆的。流體壓力測量流體的壓力是單位面積上所承受的垂直方向的表面力。靜止流體不存在切向力，故這個表面力和所取面積的方向無關(guān)，該壓力稱靜壓（力）。運(yùn)動的流體靜壓是指相對運(yùn)動坐標(biāo)上的壓力，可以用與運(yùn)動方向平行的單位面積上的表面力來衡量；總壓是指流體內(nèi)某點(diǎn)上速度在等熵的情況下滯止到零時所達(dá)到的壓力，又稱為滯止壓力?？倝号c靜壓之差稱為該點(diǎn)的動壓（力）。壓力在空間的分布稱為壓力場，壓力是個標(biāo)量，因此壓力場是個標(biāo)量場。壓力測量儀表的分類：（a）液柱式壓力計(jì)；（b）彈性式壓力計(jì)；（c）電氣式壓力計(jì)；（d）活塞式壓力計(jì)。1.液柱式壓力計(jì)分為：1）U型管壓力計(jì)特點(diǎn)：依靠液柱平衡測壓。雙液柱測差壓，簡單，可靠，讀數(shù)精度為5Pa，測量指示一體，價格低廉。量程： 1000-10000Pa。2）單管壓力計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準(zhǔn)確度比較高，常用于測量低壓、負(fù)壓、差壓。缺點(diǎn)：體積大，讀數(shù)不方便，玻璃管易損壞。3）斜管式微壓計(jì)特點(diǎn)：主要用于測量微小的壓力、負(fù)壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。2.彈性式壓力計(jì)原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測壓儀表。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳。常用彈性壓力表： 1.彈簧管式2.膜片（盒）式3.波紋管式3.電氣式壓力檢測電氣式壓力計(jì)又稱電學(xué)壓力計(jì)。將壓力直接或間接地轉(zhuǎn)換成與壓力有一定關(guān)系的各種電量，再由電量的測量而測得壓力值。有電阻式壓力計(jì)、電容式壓力計(jì)、壓電式壓力計(jì)和壓磁式壓力計(jì)等。常用于測量變化很快的壓力、高壓或超高壓。4．活塞式壓力計(jì)基于帕斯卡定律及流體靜力學(xué)平衡原理產(chǎn)生的一種高準(zhǔn)確度、高復(fù)現(xiàn)性和高可信度的標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)量儀器。靜壓的測量與靜壓管流動流體中的靜壓是與運(yùn)動方向平行的單位面積上的表面力，在不引起流線變形或與流體以同樣速度移動的表面所感受的壓力。要真正做到這一點(diǎn)是十分困難的靜壓孔或靜壓管的設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)、安裝及壓力表的位置等，都有很嚴(yán)格的技術(shù)要求。當(dāng)需要測量流體中某一點(diǎn)處的靜壓時，應(yīng)采用靜壓管。靜壓管的設(shè)計(jì)應(yīng)使其對于流場干擾盡可能的小。對流動方向靈感性也要盡量小。低速流動時，常用如圖所示的 L型靜壓管，其頭部一般為半球型或半橢圓形，后部為支桿供傳遞壓力用。測壓探頭軸線與來流方向平行，在測壓管上距頭部3∽8D處沿管周向均勻地開4∽8個靜壓孔，用以感受靜壓。動壓管與氣流速度的測量總壓是當(dāng)流體按等熵流動滯止下來時的壓力。測量流體總壓可應(yīng)用總壓管?？倝汗?測量探頭軸線與流體流動方向一致、而探頭開口正對著來流方向的管。在亞音速范圍內(nèi)流體在總壓管頭部的滯止可以認(rèn)為是等熵滯止，如果總壓孔對準(zhǔn)來流方向，總壓管孔又準(zhǔn)確制造成光潔的圓形，則總壓管所測得的壓力可以認(rèn)為就是總壓。氣流的速度是一個矢量，速度測量包括速度的大小和方向的測量。速度的大小可在被測點(diǎn)上分別測得總壓和靜壓計(jì)算求得。將總壓管和靜壓管組合在一起，組成所謂動壓管（畢托管）來測量。畢托管測量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率，通常為 8mm，橢球形頭部最佳。高速氣流靜壓管，小錐角細(xì)長頭部探頭。二元測壓管與平面氣流方向的測量流體壓力對稱性法則：在規(guī)則形狀的物體表面開對稱的兩個小孔，氣流如正對其對稱軸來，兩孔感受壓力必相等。如果來流相對于對稱軸有一偏角，則兩孔感受壓力必不等如在方向孔的對稱軸上再開一測孔，則此孔感受的壓力即為總壓三個測孔的測壓管可以一次測出平面氣流的總壓、靜壓、氣流速度的大小和方向，這樣的測壓管稱為二元復(fù)合測壓管。流體流量的測量方法和特殊性流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。流量測量的困難可分為流體特性和測量特性兩方面。流體特性對測量的影響分為以下幾類 :臟污流流體骯臟污濁、沉積和堵塞，如人工燃?xì)?、煙廢氣、污水等；腐蝕流管道腐蝕嚴(yán)重因而帶來臟污流，儀表耐蝕要求高；高參數(shù)流高溫、高壓、真空及低溫極端條件下的流星測量；脈動流如發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、泵出口流體脈動，石油天然氣井噴流脈動等；大流量管徑達(dá)數(shù) M，液體流量達(dá)108kg/h，氣體流量達(dá) 106kg／h；微流量流量下限極低，液體為 10-2kg/h，氣體為10-4kg／h；高粘性流流體粘度極高，雷諾數(shù)很低，粘度可達(dá)數(shù)帕·秒；混相流如氣液、液固、氣固及氣液固多相流；質(zhì)量流被測介質(zhì)工作時狀態(tài)及組分變化很大，體積測量法無法準(zhǔn)確測量；蠕動流流速極緩慢，雷諾數(shù)極低．大小口徑皆有，如瀝青、漿液等；以上只是針對某一方面而言，而實(shí)際測量對象往往幾項(xiàng)困難問題湊到一起，如高溫高壓強(qiáng)腐