new第1章 测量的基本知识

1、l热工参数测量及仪表热工参数测量及仪表华北电院华北电院 何适生何适生l热工过程检测仪表热工过程检测仪表东北电院东北电院 程大亨程大亨l热工测量及仪表热工测量及仪表东南大学东南大学 吴永生吴永生l热工测量和仪表热工测量和仪表上海电院上海电院 朱祖涛朱祖涛l热工测量及仪表习题集热工测量及仪表习题集 热工测量热工测量是指是指压力压力、温度温度等热力状态等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量，如生产过程密切相关的参数的测量，如测量测量流量、液位、振动、位移、转速流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分和烟气成分等。等。 测量的概念测量的概念

2、测量的基本方法测量的基本方法测量仪表的基本组成测量仪表的基本组成 测量系统的质量指标测量系统的质量指标测量误差测量误差1 1、定义定义：所谓测量就是人们借助于专门的所谓测量就是人们借助于专门的工具工具用试验和计算用试验和计算的的方法方法把要求的被测量与其测量把要求的被测量与其测量单位单位进行比较，以测量单位的进行比较，以测量单位的倍数显示被测量的数值。倍数显示被测量的数值。2 2、测量的基本方程式测量的基本方程式: : x0U x0 x U 式中式中: x0被测量被测量 U 标准量（即选用的测量单位）标准量（即选用的测量单位） 被测量的真实数值，简称真值被测量的真实数值，简称真值 x 被测量的

3、标准值被测量的标准值3 3、测量过程三要素：测量过程三要素：l 测量单位测量单位l 测量方法测量方法l 测量工具测量工具国际单位制国际单位制 international system of units，SI l国际计量会议以米、千克、秒为基础所制定的单位制。国际计量会议以米、千克、秒为基础所制定的单位制。后经修改和补充，成为世界上通用的一套单位制。后经修改和补充，成为世界上通用的一套单位制。lSISI基本单位（基本单位（7 7个）个）物理量名称物理量名称 单位名称单位名称 单位符号单位符号 长度长度 米米 m 质量质量 千克千克 kg 时间时间 秒秒 s 电流电流 安（安（培培） A Ampe

4、re 热力学温度热力学温度 开（开（尔文尔文） K Kelvins 发光强度发光强度 坎（坎（德拉德拉） cd candela 物质的量物质的量 摩（尔）摩（尔） mol1、按测量结果产生的方式：、按测量结果产生的方式：l 直接测量法直接测量法 l 间接测量法间接测量法2、按传感件是否与被测对象直接接触：、按传感件是否与被测对象直接接触：l 接触测量法接触测量法 l 非接触测量法非接触测量法3、按被测量在测量过程中的状态、按被测量在测量过程中的状态：l 静态测量静态测量 l 动态测量动态测量4、按是否在生产过程中的进行、按是否在生产过程中的进行：l 在线测量在线测量 l 离线测量离线测量变换变

5、换(传送传送) 元件元件显示显示元件元件传感传感元件元件被测对象被测对象可读可读信号信号标准标准信号信号注意：注意：对传感元件的要求？对传感元件的要求？热电偶热电偶 热电阻热电阻 温度传感器温度传感器:压力传感器：压力传感器：温度变送器温度变送器:压力变送器压力变送器:显示元件：显示元件：l 绝对误差绝对误差 l 相对误差相对误差（1） 实际实际相对误差相对误差（2） 示值示值相对误差相对误差（3） 引用引用相对误差相对误差0100%100%xxrxx0 xxx或000100100%xxrxx100%crA 系统误差系统误差 随机随机误误差差 粗大误差粗大误差1.1.定义：定义：在相同在相同条

6、条件下多件下多次测量同次测量同一被一被测量过程测量过程中中，误差误差值值的的大小和符大小和符号保持号保持不不变变( (恒值恒值系统系统误差误差) )或者条件变化时或者条件变化时按某一确定的按某一确定的规规律变化律变化( (变值变值系统误差系统误差) )。2.2.产生原因：产生原因：l测量设备、试验装置不完善或安装、调整、测量设备、试验装置不完善或安装、调整、使用不当；使用不当；l测量的外部环境发生较大改变；测量的外部环境发生较大改变；l测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论本身不完善。本身不完善。注意：注意：在测量系统和测量条件不变时，增加测量在测量系统和

7、测量条件不变时，增加测量 次数并不能减少系统误差。次数并不能减少系统误差。3.3.处理方法：处理方法： l在测量前，应尽可能在测量前，应尽可能预见预见到产生系统误差的来到产生系统误差的来源，设法源，设法消除消除或或通过通过补偿法补偿法减小减小其其影响。影响。l在实际测量时，尽可能地在实际测量时，尽可能地采取采取适当适当的的测量测量方法方法，消除系统误差对测量结果的影响；消除系统误差对测量结果的影响；l在测量之后，通过对测定值进行在测量之后，通过对测定值进行数据处理数据处理，检，检查是否存在未被注意的变值系统误差查是否存在未被注意的变值系统误差。1.定义：定义：在相同条件下在相同条件下对同一被测

8、量进行多对同一被测量进行多次测量时，误差中有次测量时，误差中有一部分，它的一部分，它的大小和大小和符号不可预知地随机符号不可预知地随机变化变化，这部分误差称，这部分误差称为随机误差。为随机误差。 2.2.产生原因：产生原因：l由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法控制的控制的微小变化微小变化因素所引起的因素所引起的，其大其大小、方小、方向向难难以以预测预测，无无一一定规律可循。定规律可循。 注意：注意：改善测量技术只能减少随机误差，却不能消除。改善测量技术只能减少随机误差，却不能消除。3. 随机误差的特性随机误差的特性l 对称性对称性 l 单峰性单峰性 l

9、 有界性有界性 l 抵偿抵偿性性 大小相等、符号相反的随大小相等、符号相反的随机误差出现的概率相同机误差出现的概率相同绝对值小的误差出现的概率大，绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小绝对值大的误差出现的概率小绝对值很大的误差出现的绝对值很大的误差出现的概率接近于零概率接近于零当测量次数当测量次数n不断增加而趋于不断增加而趋于无穷多时，全部随机误差的无穷多时，全部随机误差的算术平均值趋于零算术平均值趋于零 。niininxnn10)(1lim1lim4. 减小随机误差的方法减小随机误差的方法l对于已知的因素可以采取对于已知的因素可以采取一定一定的对策，例如的对策，例如采用隔振措

10、施减小振动的影响，利用电、磁、采用隔振措施减小振动的影响，利用电、磁、热屏蔽等办法减小干扰因素的影响。热屏蔽等办法减小干扰因素的影响。l在使用仪表时在使用仪表时，可采取，可采取对同一被测量增加测对同一被测量增加测量次数量次数取平均值取平均值的方法的方法。l选用以微处理机为核心的智能仪表，利用其选用以微处理机为核心的智能仪表，利用其数字滤波法数字滤波法也可减小随机误差的数值。也可减小随机误差的数值。1.1.定义：定义：明显歪曲了测量结果的误差。明显歪曲了测量结果的误差。 又称疏忽误差或过失误差又称疏忽误差或过失误差。 测量数据中，数值明显偏离其它众测量数据中，数值明显偏离其它众多测量值的那些数据

11、，通常含有粗大误多测量值的那些数据，通常含有粗大误差，此测量值称为差，此测量值称为坏值坏值，应舍掉。，应舍掉。2.2.产生原因：产生原因：l测量系统故障测量系统故障l测量条件的突变测量条件的突变l操作失误操作失误、读数读数和记录错误和记录错误等等 3.3.处理方法：处理方法：l在测量时，一旦发现或怀疑数据不对在测量时，一旦发现或怀疑数据不对时，应及时时，应及时重新测量重新测量；l若已离开测量现场，应根据若已离开测量现场，应根据统计检验统计检验方法方法来判别是否为坏值，以便取舍。来判别是否为坏值，以便取舍。 n允许误差允许误差n精确度精确度n变差变差n灵敏度灵敏度n分辨率分辨率n线性度线性度n漂

12、移漂移l仪表出厂时应保证它的误差不超过某一仪表出厂时应保证它的误差不超过某一规规定值定值，该规定值叫做仪表的允许误差。，该规定值叫做仪表的允许误差。l允许误差以允许误差以引用相对误差引用相对误差ryu的形式表示。的形式表示。l正确度正确度 测量值与被测量真值之间的测量值与被测量真值之间的符合程度。符合程度。反映反映系统误差系统误差的影响。的影响。对同一被测量进行多次测量，对同一被测量进行多次测量，测量值彼此之间接近的程度测量值彼此之间接近的程度（测量的重复性）。（测量的重复性）。反映反映随机误差随机误差的影响。的影响。l精密度精密度 ABC精度等级精度等级0.10.20.51.01.52.54

13、允许误差允许误差0.1% 0.2% 0.5% 1.0% 1.5% 2.5% 4%注意：注意：因为精度等级源于误差，因为精度等级源于误差， 所以值愈小，精度愈高。所以值愈小，精度愈高。l仪表的精确度等级仪表的精确度等级l基本误差基本误差 Amax|j100|maxArAj合格的仪表：基本误差合格的仪表：基本误差允许误差允许误差对于给定的仪表，在规定对于给定的仪表，在规定的正常工作条件下，通过的正常工作条件下，通过检定（校验），在整个刻检定（校验），在整个刻度范围内各点示值误差中度范围内各点示值误差中最大的误差之绝对值。最大的误差之绝对值。例例1-1：某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围

14、为200 700 ，检验检验该表时得到的最大绝对误差该表时得到的最大绝对误差为为4 ，试确定该表的精度等级。，试确定该表的精度等级。 提示：求提示：求rj max|4100%100%0.8%1.0%700200AjrA例例1-2：有二支温度计，刻度范围和精度分别为有二支温度计，刻度范围和精度分别为A表表: 刻度范围为刻度范围为0 800 ，精度，精度1.0级级;B表表: 刻度范围为刻度范围为-50 400 ，精度，精度1.5级。级。问：（问：（1）哪个温度计精度等级高，允许误差小？）哪个温度计精度等级高，允许误差小？ （2）要求测温误差不超过）要求测温误差不超过 7时，应选用时，应选用哪个温度

15、计？哪个温度计？提示提示:yu= A精度等级/100例例1-3： 用用016MPa压力表测量压力表测量10MPa左左右的主蒸汽压力，要求右的主蒸汽压力，要求|相对误差相对误差| 0.5%,试选择仪表的精度等级。试选择仪表的精度等级。 （可选等级有（可选等级有0.2级、级、0.5级）级）对仪表精度的选择对仪表精度的选择,不是选择精度等级不是选择精度等级越高就越好。仪表精度越高越高就越好。仪表精度越高,仪表的价仪表的价格就越高格就越高,而且对测量环境要求也高。而且对测量环境要求也高。解：解：（1 1）最大绝对误差）最大绝对误差100%rx（2 2）最大的引用相对误差）最大的引用相对误差（3 3）选

16、择精度等级）选择精度等级 maxmax|0.05|100%100%0.3125%16cMParAMPamaxmax| | 100.5%0.05xrMPaMPa要保证要保证|r|ryuyu| |r| |rcmaxcmax|,|,所以精度等级选所以精度等级选0.20.2级。级。 1、用测量范围、用测量范围50150KPa的压力表测量的压力表测量140KPa压力时，仪表示值为压力时，仪表示值为142KPa，求该示值的绝对误，求该示值的绝对误差、实际相对误差、示值相对误差和引用误差。差、实际相对误差、示值相对误差和引用误差。2、两支温度计：、两支温度计： A: 刻度范围为刻度范围为0 800 ，精度，

17、精度1.0级级; B: 刻度范围为刻度范围为0 400 ，精度，精度1.5级。级。 被测温度常为被测温度常为300350，若要求，若要求|测量误差测量误差| 6 ，应选哪一支，应选哪一支？l 在全量程范围内，在全量程范围内，上下行程上下行程(即逐渐即逐渐由小到大再由大到小由小到大再由大到小)测量差异最大测量差异最大的数值的数值与仪表量程之比的百分数为测与仪表量程之比的百分数为测量系统或仪表的变差。量系统或仪表的变差。 100|)( |100max正AxxArBB反l变差通常是由于仪表中的弹性元件、磁变差通常是由于仪表中的弹性元件、磁性元件等滞后现象引起的，也可能是机性元件等滞后现象引起的，也可

18、能是机械元件之间的间隙等原因引起的。械元件之间的间隙等原因引起的。l仪表仪表变差不应超过允许误差变差不应超过允许误差。为了测出。为了测出仪表变差，在校验仪表时，一般应进行仪表变差，在校验仪表时，一般应进行上、下行程的校验。上、下行程的校验。例例1-4：一支水位计，量程一支水位计，量程-320mm320mm，精度精度1.0级，当水位上升至零水位时，指示级，当水位上升至零水位时，指示 -5mm；水位下降至零水位时，指示；水位下降至零水位时，指示5mm。问水位计是否合格。问水位计是否合格。100|)( |100max正AxxArBB反l灵敏度反映仪表对被测参数变化的灵敏度反映仪表对被测参数变化的灵敏

19、程度。灵敏程度。l灵敏度灵敏度S稳态时稳态时仪表的仪表的输出信号的输出信号的变化量变化量y与产生该变化量的与产生该变化量的输入信输入信号的变化量号的变化量x之比。之比。lS过高稳定性差，过高稳定性差，S过低精度差。过低精度差。l分辨率是指能够引起测量系统或仪表分辨率是指能够引起测量系统或仪表输出量发生变化输出量发生变化所对应所对应输入量的最小输入量的最小变化量变化量。l通常把不能引起输出量变化的最大输通常把不能引起输出量变化的最大输入信号的值称为仪表的不灵敏区入信号的值称为仪表的不灵敏区(或或死区死区)。例例1-6：模拟仪表刻度范围：模拟仪表刻度范围50150，总共有，总共有160格分度，则分

20、辨格分度，则分辨率为率为_ 150-(-50)/160=1.25/格格l衡量实际特性曲线与理想特性曲线符合衡量实际特性曲线与理想特性曲线符合程度的一项指标。程度的一项指标。l仪表实际输入和输出特性曲线往往偏离仪表实际输入和输出特性曲线往往偏离理想特性曲线。偏离程度用理想特性曲线。偏离程度用“线性度线性度”加以表征加以表征l线性度仪表测量范围内线性度仪表测量范围内实际特性曲线实际特性曲线偏离偏离理想特性曲线理想特性曲线的的最大偏差最大偏差与与仪表全仪表全量程量程的百分比表示。的百分比表示。l在保持一定的输入信号、环境和工作条件下，在保持一定的输入信号、环境和工作条件下，经过一段时间后，输出的变化称为漂移。经过一段时间后，输出的变化称为漂移。l以仪表全量程