测量的基本知识

测量的基本知识第一页，共八十三页，2022年，8月28日教学安排课程性质：必修课理论学时：40(含实验4学时)考核方式：考试成绩评定：考试成绩、作业、出勤、课堂表现、实验成绩要求：认真听课，讲稿中的很多内容在教材中找不到，需要做好课堂笔记；按时完成作业；第二页，共八十三页，2022年，8月28日参考书目《热工参数测量及仪表》华北电院何适生《热工过程检测仪表》东北电院程大亨《热工测量及仪表》东南大学吴永生《热工测量和仪表》上海电院朱祖涛《热工测量及仪表习题集》第三页，共八十三页，2022年，8月28日

第一章测量的基本知识第四页，共八十三页，2022年，8月28日

测量是人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。在这一过程中，人们借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。

测量的意义第五页，共八十三页，2022年，8月28日测量技术可分为若干分支，如力学测量、电学测量、热工测量等。不同的领域有不同的测量项目和测量特点。第六页，共八十三页，2022年，8月28日第七页，共八十三页，2022年，8月28日

热工测量是指压力、温度等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量，如测量流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分等。

热工领域里有哪些重要参数呢？第八页，共八十三页，2022年，8月28日第九页，共八十三页，2022年，8月28日第十页，共八十三页，2022年，8月28日热工测量的意义及时反映热力设备的运行工况，为运行人员提供操作依据；为热工自动化系统准确及时地提供信号；为运行的经济性计算提供数据。第十一页，共八十三页，2022年，8月28日本章主要内容：测量的概念测量的基本方法测量仪表的基本组成测量系统的质量指标测量误差第十二页，共八十三页，2022年，8月28日测量的概念1、定义：所谓测量就是人们借助于专门的工具用试验和计算的方法把要求的被测量与其测量单位进行比较，以测量单位的倍数显示被测量的数值。2、测量的基本方程式:

x0＝μU

x0≈xU

式中:x0－被测量U－标准量（即选用的测量单位）

μ－被测量的真实数值，简称真值

x－被测量的标准值3、测量过程三要素：

测量单位测量方法测量工具第十三页，共八十三页，2022年，8月28日测量单位国际单位制internationalsystemofunits，SI

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。SI基本单位（7个）物理量名称单位名称单位符号

长度米m质量千克kg时间秒s电流安（培）AAmpere热力学温度开（尔文）KKelvins发光强度坎（德拉）cdcandela物质的量摩（尔）mol第十四页，共八十三页，2022年，8月28日1）按测量结果的获取方式：直接测量：被测量与测量单位直接比较即可获得间接测量：通过测量值的函数运算后才能获得被测量测量结果：20.1mm铜导线的导电率测量的方法第十五页，共八十三页，2022年，8月28日2）按传感器与被测对象是否直接接触接触测量：仪表的某一部分与被测对象接触非接触测量：仪表的任何部分与被测对象均不接触第十六页，共八十三页，2022年，8月28日3）按被测量在测量过程中的状态：静态测量：在测量过程中被测参数恒定不变或变化缓慢动态测量：在测量过程中被测参数随时间变化

严格来讲，过程测量均属动态测量，但是，在实际工程中，由于测量仪表反应迅速，被测参数在测量仪表响应过程中一般不发生变化，可作为静态测量对待。第十七页，共八十三页，2022年，8月28日4）按是否在生产过程中的进行：在线测量：在生产过程中进行的测量离线测量：在非生产过程中进行的测量第十八页，共八十三页，2022年，8月28日温包：温度→水银的体积膨胀量玻璃管：水银的体积膨胀量→高度刻度标尺：高度→温度显示举例：水银温度计

感受元件显示元件变换元件测量仪表的组成第十九页，共八十三页，2022年，8月28日测量仪表的组成变换(传送)元件显示元件传感元件被测对象可读信号标准信号注意：对传感元件的要求？第二十页，共八十三页，2022年，8月28日1）传感元件（一次元件、传感器）感受被测量并将其转换成相应的规范信号输出。

要求：

输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系。应该只对被测量的变化敏感，而对其它一切可能的输入信号不敏感。在测量过程中，传感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。第二十一页，共八十三页，2022年，8月28日2）变换元件（变送器）将传感元件输出的信号根据显示元件的要求，传输给显示元件。功能：单纯传输；放大信号，进行远距离传输；转换成标准化的统一信号，进行远距离传输；要求：性能稳定，精确度高，使信息损失最小。第二十二页，共八十三页，2022年，8月28日3）显示元件（显示器）显示给观察者反映被测量的变化显示装置的基本形式：模拟式、数字式、屏幕式第二十三页，共八十三页，2022年，8月28日例：波纹管压力计波纹管：压力P→位移x电位器：位移x→电阻RP电阻测量仪表：电阻RP→压力P显示传感器变换器显示器能否判断该仪表的传感器、变换器、显示器？RPpφ波纹管压力计的组成x第二十四页，共八十三页，2022年，8月28日热电偶

热电阻温度传感器:第二十五页，共八十三页，2022年，8月28日压力传感器：第二十六页，共八十三页，2022年，8月28日温度变送器:第二十七页，共八十三页，2022年，8月28日压力变送器:第二十八页，共八十三页，2022年，8月28日显示元件：第二十九页，共八十三页，2022年，8月28日课堂练习：1、测量三要素是指（）

A、测量单位

B、测量方法

C、测量工具

D、测量条件ABC第三十页，共八十三页，2022年，8月28日2、下面不属于热工量测量的是（）A、温度B、流量C、电压D、压力C第三十一页，共八十三页，2022年，8月28日3、下列测量过程不属于直接测量的是（）

A、用磅秤称体重；

B、用米尺测身高；

C、通过公式测量功率；

D、用水银温度计测体温；C第三十二页，共八十三页，2022年，8月28日4、在仪表的基本功能环节中，能直接感受被测量变化的是（）

A、传感器

B、变送器

C、显示器

D、传输通道A第三十三页，共八十三页，2022年，8月28日误差的表示误差的分类测量误差第三十四页，共八十三页，2022年，8月28日误差的表示绝对误差

相对误差（1）实际相对误差（2）示值相对误差（3）引用相对误差第三十五页，共八十三页，2022年，8月28日误差的分类系统误差随机误差粗大误差第三十六页，共八十三页，2022年，8月28日（一）系统误差及其处理

1.定义：在相同条件下多次测量同一被测量过程中，误差值的大小和符号保持不变(恒值系统误差)或者条件变化时按某一确定的规律变化(变值系统误差)。第三十七页，共八十三页，2022年，8月28日（一）系统误差及其处理

2.产生原因：测量设备、试验装置不完善或安装、调整、使用不当；测量的外部环境发生较大改变；测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论本身不完善。注意：在测量系统和测量条件不变时，增加测量次数并不能减少系统误差。第三十八页，共八十三页，2022年，8月28日（一）系统误差及其处理

3.处理方法：

在测量前，应尽可能预见到产生系统误差的来源，设法消除或通过补偿法减小其影响。在实际测量时，尽可能地采取适当的测量方法，消除系统误差对测量结果的影响；在测量之后，通过对测定值进行数据处理，检查是否存在未被注意的变值系统误差。第三十九页，共八十三页，2022年，8月28日（二）随机误差及其处理1.定义：在相同条件下对同一被测量进行多次测量时，误差中有一部分，它的大小和符号不可预知地随机变化，这部分误差称为随机误差。第四十页，共八十三页，2022年，8月28日（二）随机误差及其处理2.产生原因：由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法控制的微小变化因素所引起的，其大小、方向难以预测，无一定规律可循。

注意：改善测量技术只能减少随机误差，却不能消除。第四十一页，共八十三页，2022年，8月28日第四十二页，共八十三页，2022年，8月28日第四十三页，共八十三页，2022年，8月28日（二）随机误差及其处理3.随机误差的特性

对称性

单峰性

有界性

抵偿性

大小相等、符号相反的随机误差出现的概率相同绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小绝对值很大的误差出现的概率接近于零当测量次数n不断增加而趋于无穷多时，全部随机误差的算术平均值趋于零。第四十四页，共八十三页，2022年，8月28日4.减小随机误差的方法对于已知的因素可以采取一定的对策，例如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。在使用仪表时，可采取对同一被测量增加测量次数取平均值的方法。选用以微处理机为核心的智能仪表，利用其数字滤波法也可减小随机误差的数值。（二）随机误差及其处理第四十五页，共八十三页，2022年，8月28日（三）粗大误差及其处理1.定义：明显歪曲了测量结果的误差。

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多测量值的那些数据，通常含有粗大误差，此测量值称为坏值，应舍掉。第四十六页，共八十三页，2022年，8月28日（三）粗大误差及其处理2.产生原因：测量系统故障测量条件的突变操作失误、读数和记录错误等

第四十七页，共八十三页，2022年，8月28日（三）粗大误差及其处理3.处理方法：在测量时，一旦发现或怀疑数据不对时，应及时重新测量；若已离开测量现场，应根据统计检验方法来判别是否为坏值，以便取舍。第四十八页，共八十三页，2022年，8月28日问：下列误差属于哪类误差？

(1)用一只普通万用表测量同一个电压，每隔10min测一次，重复测量l0次，数值相差造成的误差，属于何种误差？

(2)观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。

(3)在流量测量中，流体温度、压力偏离设计值造成的流量误差。

(4)用一块普通万用表测量同一电压，重复测量20次后所得结果的误差。随机误差粗大误差系统误差随机误差第四十九页，共八十三页，2022年，8月28日测量仪表的质量指标允许误差精确度变差灵敏度分辨率线性度漂移第五十页，共八十三页，2022年，8月28日允许误差仪表出厂时应保证它的误差不超过某一规定值，该规定值叫做仪表的允许误差。允许误差以引用相对误差ryu的形式表示。第五十一页，共八十三页，2022年，8月28日精确度正确度

测量值与被测量真值之间的符合程度。反映系统误差的影响。对同一被测量进行多次测量，测量值彼此之间接近的程度（测量的重复性）。反映随机误差的影响。精密度第五十二页，共八十三页，2022年，8月28日第五十三页，共八十三页，2022年，8月28日（a）精密度高（b）正确度高（c）准确度高第五十四页，共八十三页，2022年，8月28日

ABC第五十五页，共八十三页，2022年，8月28日精确度精度等级0.10.20.51.01.52.54允许误差±0.1%±0.2%±0.5%±1.0%±1.5%±2.5%±4%注意：因为精度等级源于误差，所以值愈小，精度愈高。仪表的精确度等级第五十六页，共八十三页，2022年，8月28日仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，就表征该表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5级以下。仪表的精度等级一般用不同的符号形式标志在仪表面板上。第五十七页，共八十三页，2022年，8月28日精确度基本误差

合格的仪表：基本误差≤允许误差对于给定的仪表，在规定的正常工作条件下，通过检定（校验），在整个刻度范围内各点示值误差中最大的误差之绝对值。第五十八页，共八十三页，2022年，8月28日例1：某台测温仪表的测温范围为200℃～700℃，检验该表时得到的最大绝对误差为4℃，试确定该表的精度等级。

[提示：求rj]如果将该仪表的rj去掉百分号，其数值为0.8，由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。

第五十九页，共八十三页，2022年，8月28日例2：某台测温仪表的测温范围为0～1000℃，根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±7℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求。根据工艺上的要求，仪表的允许误差为如果将仪表的允许误差去掉±与%号，其数值介于0.5～1.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许误差为±1.0%，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。第六十页，共八十三页，2022年，8月28日根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的基本误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对误差。总结第六十一页，共八十三页，2022年，8月28日例3：

某台测温仪表的量程是600～1100℃，仪表的最大绝对误差为士4℃，试确定该仪表的精度等级。

由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。

第六十二页，共八十三页，2022年，8月28日例4：某1.5级测量范围为0~100kPa的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值绝对误差分别为－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？因为1.2％<1.5%，所以该表合格。仪器基本误差小于允许误差，仪器合格；反之则不合格。第六十三页，共八十三页，2022年，8月28日例题：例5：有二支温度计，刻度范围和精度分别为A表:刻度范围为0

～800℃，精度1.0级;B表:刻度范围为-50

～400℃，精度1.5级。问：（1）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±7℃时，应选用哪个温度计？[提示:Δyu=±A×精度等级/100]第六十四页，共八十三页，2022年，8月28日例题：例6：用0～16MPa压力表测量10MPa左右的主蒸汽压力，要求|相对误差|≤0.5%,试选择仪表的精度等级。（可选等级有0.2级、0.5级）对仪表精度的选择,不是选择精度等级越高就越好。仪表精度越高,仪表的价格就越高,而且对测量环境要求也高。第六十五页，共八十三页，2022年，8月28日解：（1）最大绝对误差（2）最大的引用相对误差（3）选择精度等级要保证|ryu|≤|rcmax|,所以精度等级选0.2级。第六十六页，共八十三页，2022年，8月28日课堂测试：1、用测量范围－50～150KPa的压力表测量140KPa压力时，仪表示值为142KPa，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。2、两支温度计：

A:刻度范围为0

～800℃，精度1.0级;B:刻度范围为0

～400℃，精度1.5级。被测温度常为300～350℃，若要求|测量误差|≤6℃

，应选哪一支？第六十七页，共八十三页，2022年，8月28日在全量程范围内，上下行程(即逐渐由小到大再由大到小)测量差异最大的数值与仪表量程之比的百分数为测量系统或仪表的变差。变差（回差、滞后误差）第六十八页，共八十三页，2022年，8月28日第六十九页，共八十三页，2022年，8月28日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，也可能是机械元件之间的间隙等原因引起的。仪表变差不应超过允许误差。为了测出仪表变差，在校验仪表时，一般应进行上、下行程的校验。变差（回差、滞后误差）

第七十页，共八十三页，2022年，8月28日例题：例7：一支水位计，量程-320mm~320mm，精度1.0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5mm。问水位计是否合格。第七十一页，共八十三页，2022年，8月28日灵敏度反映仪表对被测参数变化的灵敏程度。灵敏度S＝稳态时仪表的输出信号的变化量Δy与产生该变化量的输入信号的变化量Δx之比。S过高稳定性差，S过低精度差。灵敏度第七十二页，共八十三页，2022年，8月28日第七十三页，共八十三页，2022年，8月28日第七十四页，共八十三页，2022年，8月28日第七十五页，共八十三页，2022年，8月28日分辨率是指能够引起测量系统或仪表输出量发生变化所对应输入量的最小变化量。通常把不能引起输出量