热工测量及仪表基础知识

要求被测量的测量准确程度
测量环境
现有的测量仪表
四、测量单位：
基本单位
SI单位：国际单位制的基础 （Système International d’Unités） 辅助单位
国际单位制
SI词头
导出单位 由SI单位加SI词头构成。
SI单位的十进倍数和分数单位：
分析测量误差的意义
正确认识误差的性质，分析误差产生的原因。 从根本上，消除或减小误差 正确处理测量和实验数据，合理计算所得结果。 通过计算得到更接近真值的数据

3.测量误差的分类：根据测量误差的性质或出现的特征规律
（1）系统误差（system error）：相同测量条件（相同观测者，
相同测量器具，相同环境条件）下，多次重复测量同一被测量时， 误差的绝对值和符号基本保持不变，或在条件变化时按某种一定
的规律变化的误差。
-系统误差的分类和特征 恒值系统误差：大小和符号都不改变的系统误差。 变值系统误差：按照一定规律变化的系统误差。可以分为累进 性系统误差、周期性系统误差。
热工测量及仪表
measurement instruments in heat engineering and system maintaining
长沙理工大学能动学院 2017.8
学习目的和要求
1.了解常用热工参数测量的基本方法和基本原理。
2.掌握典型热工测量仪表的基本原理、基本结构、
使用方法和安装方法。
• 比较法：利用一个与被测量同类的已知标准量与被测量相比
较，根据它们之间的差值和已知标准量得出被测量的数值。 - 零值法：被测量与已知标准量完全平衡。 - 差值法：被测量与已知标准量未完全平衡。
（2）间接测量法：通过直接测量与被测量有确定 函数关系的其他各个物理量，利用已知函数关系 表达式进行计算，求得测量结果的方法。 （3）组合测量法：测量出几组具有一定函数关系 的量值，然后通过解联立方程组求出被测量数值 的方法。
5.根据测量的地点：离线测量法、在线实时测量法。
（1）直接测量法：
不必对被测量进行任何函数运算，而直接使被测量与选用的 标准量进行比较立即得到比值或者用预先标定好的测量工具进行测 量，从而直接得到测量结果的方法。
• 直读法：被测量作用于仪表比较装置，使比较装置的某种参
数按已知关系随被测量变化，从而直接从测量工具的刻度标尺 上读出被测量的数值，而不需要任何运算。
x A U x
三、测量方法：
基本分类：根据被测对象的性质、特点和测量任务的要求，实现被测量与
测量单位比较并给出比值的方法。
1.按获得测量结果的方式：直接测量法、间接测量法、组合测量法。 2.按测量仪表与被测对象是否直接接触：接触式测量法、非接触 式测量法。
3.根据被测对象在测量过程中的状态：静态测量法、动态测量法。 4.根据测量结果显示的方式：模拟式测量法、数字式测量法、屏 幕式测量法。
- 产生原因：由测量过程中多个对测量影响微小的彼此独立的未知 和难以控制的随机因素引起的误差。
随机误差
特点 对称性。绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相等，以零 误差为中心成对称分布。重复测量次数越多，误差分布图形的对称 性越好。 有限性。在一定条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范 围或绝对值很大的随机误差出现的概率几乎为零。 单峰性。绝对值小的随机误差大于绝对值大的随机误差出现的 概率。零误差对应误差概率的峰值。 抵偿性。相同条件下，对同一被测量测量次数趋于无穷多，全 部随机误差的算术平均值趋于零。抵偿性是随机误差最本质的特点。
（1）模拟式测量法
特点： 仪表结构简单，价格低廉，便于直观表示被测量变化的方向，读数容易 产生误差。
（2）数字式测量法
特点： 仪表结构复杂，测量速度高，精度好，读数直观，复现性好，功能多。
（3）屏幕式测量法
特点： 仪表能显示复杂的图形和曲线，显示直观，设备投资和技术要求高。
测量方法的选择原则
被测对象和被测量本身的具体特性
3.理论联系实际，具备一定热工测量仪表的校验技
能。
绪论
信息：物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是
事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的
意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。 信息技术：信息的获取、传输和处理的技术。
检测（detection）技术的含义
• 测量（measurement）：将被测参数的量值与已知标
－实际相对误差：示值的绝对误差与被测参数真实值的比值，以百分数形式表 示。 100% x0 －标称相对误差：示值的绝对误差与仪表示值的比值，以百分数形式表示。

数形式表示。

x

A
100%
注意
随机误差与系统误差既有区别又有联系，二者之
间并无绝对的界限，在一定条件下可以相互转化。
对某一具体误差，随着测量条件的改善、认识
水平的提高，一些过去视为随机误差的测量误差 可能分离出来作为系统误差处理。
（3）粗大误差（疏忽误差，abnormal error）：测量过程中由于操作人员
的技术水平低和责任心差，对仪表不了解、精力不集中计算错误或操作 过程错误等主观过失、仪器仪表突然失灵产生误动作或测量条件意外变 化等原因，造成读数错误、记录错误，明显歪曲测量结果，超出在相同 的规定条件下的预期值，使该次测量失效的误差。
二、热工测量的意义
1.直接及时地反映热能利用过程中各热力设备及热力系统的运行工 况，为运行值班人员提供可靠的操作依据，并做出正确地判断和合 理地进行控制和调节，保证生产安全可靠运行。 2.为热工自动化装置准确、及时地提供测量信号，代替人的重复性 劳动，摆脱繁重、脏乱的工作环境，保障设备及人身安全，减轻体 力和脑力劳动强度，改善劳动条件，避免人为的操作失误。 3.为热力发电厂运行经济核算和计算各项技术经济指标提供数据， 节约能源，减少消耗，延长设备使用的寿命，降低生产成本。 4.在事故情况下追忆事故前后被控设备各部分的参数，分析事故原 因，吸取事故教训，促进文明安全生产。 5.保证热力设备安全、经济运行及实现自动控制的必要条件，也是 经济管理、环境保护、研究新型热力生产系统和设备的重要手段。
第一篇 热工测量的基础知识 第一章 热工测量基础
一 二
热工测量的基本概念 热工测量仪表的基础知识
一
热工测量的基本概念
一、测量工作的主要任务：获取有用的信息。
• 确定测量对象
• 选择测量工具（测量仪表）
• 研究测量方法和测量原理 • 规定测量单位 • 分析测量误差 测量三要素
二、测量的定义
按照被测对象的特点，利用专门的测量工具通 过适当的实验或者对实验数据的分析计算实现被 测量x与相同性质的标准量（即规定的测量单位） Ux相比较获取比值得到测量结果（即测量值）,并 且尽可能减小测量误差的全过程。 测量的基本方程
正确组织实验过程，合理设计、选用仪表或测量方法。 根据目标确定最佳测量系统
五、测量误差：通过测量仪表测量得到的结果减去被测参
数的真实值后的差值。
1.真实值（true value）：在一定的时间、空间或某种状 态下被测参数客观存在的量值。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出的给 定值。 • 约定真值（conventional true value）：世界各国公认的 几何量和物理量的最高基准的量值。
随机误差就个体而言是无规律的，不能通过实验的方法来消除。
但在等精度条件下，只要测量次数足够多，那么就会发现：从 总体来说随机误差的分布服从一定的统计规律，可以从理论上来 估计随机误差对测量结果的影响。
随机误差
f ( )
1 e 2
2 2 2
x x0
1 n 测量标准差 x x0 2 n i 1
准量相比较，得到被测参数相对标准量的倍数的过程。 • 检验：根据被测参数量值应属的范围，判断或分辨出被 测参数是否合格。 • 检定（校验）：使用仪器仪表定期与标准仪器仪表比较， 判断使用仪器仪表准确度（精确度）是否合格。
一、热工测量的含义
热工测量就是检查（包括检验和检定）和测 量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量 以及生产设备的工作状态，以监视生产过程进行 情况和趋势的过程。
粗大误差一经发现，测量值必须立即从测量数据中剔除，并
重新进行测量。 一般情况下，应该尽量减小测量的系统误差和随机误差，并避 免产生粗大误差。
• 按被测参数与时间的关系：
静态误差：在被测参数不随时间变化或随时间变化 很缓慢时的测量误差。

动态误差：当被测参数随时间迅速变化时，测量系统的 输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合时所产生的 附加误差。
特点：不干扰被测对象，但可能受外界干扰，适用于
高速运动或环境稳定的场合。
（1）静态测量法：被测量在测量过程中不随时间变化。
对变化速率相对于测量速率十分缓慢的对象进行测量亦属于静态测
量。
特点：对测量系统的动态响应要求不高，精确度高，操作简便。 （2）动态测量法：测量过程中，被测量随时间有明显变化。
特点：对测量系统的动态响应要求很高，否则将引入较大的 测量误差。
（1）测量工具误差
以固定形式复现标准量值的 器具本身体现的量值，不可避免 地存在误差。一般要求标准器件 的误差占总误差的1/3~1/10。
量具误差
设计测量装置 时，由于采用 近似原理所带 来的工作原理 误差 组成设备的 主要零部件 的制造误差 与设备的装 配误差
仪器误差
附件误差
设备出厂 读数分辨 数字式仪 元器件老化、 时校准与 力有限造 器特有的 磨损、疲劳 定度所带 成的读数 量化误差 所造成的误 来的误差 差 误差
（2）人员误差
指由于测量者工作责任心、技术熟练程度、感官的分辨能力、视觉疲劳、测