热工测量仪表

• d 灵敏度 ：输入量变化很小时，输出量变化与输
入量变化之比
y dy S lim x dx
式中dy是仪表示值的微小变化；dx是被测量的微小变化。灵 敏度是仪表输出输入曲线上各点的斜率。
• 灵敏度越高，测量范围越小、稳定性越差 • 分辨力：指能够引起输出量发生变化的输入量的 最小变化量。 • 死区：也称始动灵敏限，量程零点处能引起输出 量发生变化的最小输入量。应小于仪表最小刻度 的1/2。
四、自动检测系统的组成
不带微处理器时
常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器---视觉; 声敏传感器---听觉; 气敏传感器---嗅觉; 化学传感器---味觉; 压敏、温敏、流体传感器---触觉.
人体信息测控过程与自动检测系统的比较
自动检测系统与 人体信息测控过 程的比较
人眼——传感 器 大脑——计算 机 人手——执行 机构
• 随机误差 在同一测量条件下，多次测量同一被测 量时，误差的数值大小在一定范围内随机变化，符 号的变化也不可预见，这就称为随机误差。随机误 差也叫偶然误差。
随机误差是由于测量过程中许多独立的、微小的 偶然因素(如仪器仪表中传动部件的间隙和摩擦，振 动或冲击等干扰、温度或湿度变化干扰、交流电源 或电磁场变化等)所引起的综合结果，表现为具有随 机性，随机误差使得测量数据存在分散性。大多数 情况下，随机误差的统计特性服从正态分布，另外 还有三角分布、梯形分布、均匀分布
• 粗大误差 明显歪曲了测量结果的异常误差称为 粗大误差。含有粗大误差的测量值属于错误的测 量值，一般称为坏值，正常的测量结果中不应含 有坏值，应根据统计检验方法的某些准则判断哪 个测量值是坏值，然后从测量数据组中加以剔除。
粗大误差产生的原因可能是由于人为的操作失 误，包括观测者粗心大意导致操作不当或读数错 误等。另外，测量设备突然出现异常或测量条件 的突然变化引起仪器产生不易察觉的故障，以及 异常的或很大的外界干扰等因数都可能导致粗大 误差。 一般而言，对于测量结果的处理，首先是判断 并剔除粗大误差，接下来，研究的误差项通常只 有系统误差和随机误差两种，所以在评价测量结 果时就常采用系统误差与随机误差来衡量。
• g稳定性 系指仪表示值不随时间和使用条件 变化的性能。时间稳定性以稳定度表示，即 示值在一段时间内随机变动量的大小。使用 条件变化的影响用影响误差表示。如环境温 度的影响，是以温度每变化一度示值变化多 少来表示。
• h重复性：是指在相同条件下，重复测量同 一个被测量，多次测量所得测量结果之间 的一致程度。 • i复现性：是指变化条件下，对同一个被测 量，多次重复测量其示值不一致的程度。
• (1）直接测量法，就是将被测量直接与所 选用的标准量进行比较，或者用预先标定 好的测量仪表进行测量，从而直接得出测 量值的方法。如用钢卷尺测长度，用玻璃 管水位计测水位等。
• (2) 间接测量法，即利用被测量与某些量有确知的函数 关系，用直接测量法测得这些有关量的数值，代入已知 的函数关系算出被测量的数值。例如，通过测量导线电 阻、长度以求出电阻率，节流装置通过测量差压、温度、 压力从而测出流量等。 • (3)组合测量法，当被测量与直接测量的一些量不是一 个函数关系，需要求解一个方程组才能取得时即为组合 测量。 如测量某电阻的温度系数，其电阻值与温度的关系为： Rt =Ro(l+At+Bt2)， 式中Rt是温度为toC时电阻的数值，可以直接测得；温度 t也可直接测得。要取得系数A和B，需要解一个二元一 次方程组。
1.6 测量技术的发展概况
• 发展阶段：
（a）20世纪50-60年代，仪表化与局部自动化； （一部仪器） （b）20世纪60-70年代，综合自动化；（一个车间） （c）20世纪70年代中期至今，全盘自动化。（一个 工厂） （d）以后计算机得到了广泛应用，传感器由集成化、 智能化方向开始发展。
• 显示方式：模拟、数字、图形、记录仪等。
数据处理装置
数据处 理装置主要 是指计算机。
例如对振 动进行频谱 分析等。
• 1.5.2 测量系统的基本特性
▲静态特性指标
• a 准确度及准确度等级 • 测量准确度：测量结果与真值之间的一致程度 • 准确度等级：最大引用误差去掉%后的数字，即 为仪表的准确度等级数。 • 准确度等级序列：我国规定为：0.001、0.005、 0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、 2.5、4.0。仪表的准确度等级应该在此序列中选 择。 • 注意：选择仪表和检定仪表时对准确度等级取值 的区别。
三、测量技术的发展趋势
• 发展趋势：新技术、新材料以及组合化和智 能化4个方面。
（1）在研究物理化学效应应用技术以及信号处理技术 的基础上研制新型传感器； （2）采用新材料、新工艺的基础上开发新型传感器； （3）研究传感器组合技术，提高传感器测量精度； （4）敏感元件的小型化、集成化、固体化、多功能化。
• (3)人员误差——测量人员主观因素和操作技术所 引起的误差。由于人的感觉器官和运动器官的限 制所造成的误差。例如，读错刻度、念错读数等。 对于某些需借助于人眼、人耳来判断结果的测量， 以及需进行人工调节等的测量工作，均会引入人 身误差。 • (4)环境误差——由于实际环境条件与规定条件不 一致所引起的误差。又称为影响误差，是指由于 受到温度、湿度、气压、电磁场、机械振动、声 音、光、放射性等影响所造成的附加误差。其中 温度影响是最见的。
• 1.5 测量系统
• 1.5.1 测量系统的组成 传感器：由敏感元件和转换部分组成。 感受被测的变化并按一定规律转化成便于传递的 输出信号。 变换器：将传感器传来的信号经过处理，变换显示 仪表所要求的信号。如放大器、滤波器、A/D转 换器等。 显示装置：对被测参数指示、记录 传送元件：如导线、导管、光导纤维、无线电通信 等
• • • • •
b 测量仪表的误差 （1）示值误差：仪表示值与真值之差 （2）最大允许误差（容许误差） c 测量范围和量程 测量范围：被测量可按规定的准确度进行测量的 范围 • 量程：测量范围的上、下限值的代数差。 • 仪表量程的选择：最好使测量值落在量程的 2/3~3/4处。 • 测量值接近仪表测量上限，仪表容易过载受损； 接近测量下限，准确度下降。
根据国际通用计量学基本名词的推荐 “测量是以确定量值为目的的一组操作”。 这里的量值均指物理量而言。
测量是按照某种规律，用数据来描 述观察到的现象，即对事物作出量化描 述。测量是对非量化实物的量化过程。 • 1.1.2测量与检测的联系与区别
• 1.1.3测量的意义
• 著名科学家门捷列夫 • 检测就是去认识—— （俄国）有一句名言： 西门子（德国） “没有测量，就没有 科学。” • ５月２０日 • “世界计量日”
• 系统误差 在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重 复测量，误差的数值大小和符号都相同或按照某个确定规律 变化，此种误差称为系统误差。 一般可以通过实验的方法找到系统误差的变化规律及产生 的原因，并对测量结果加以修正，或者采取一定的措施，如 改善测量条件和改进测量方法等，使系统误差减小或消除， 从而得到更加准确的测量结果。
热工测量仪表
张华 赵文柱编著
主讲：丁燕鸿
课程要求
• 本课程应在掌握：热工仪表基础知识、掌 握测量中温度、压力、物位、流量等测量 知识及相关仪表（重点）；尤其温度、压 力测量原理与仪器装置的使用；熟悉热工 显示仪表及仪表装置的安装与故障维修知 识，并有一定的实际动手调试维护能力。
难点：
1. 测量误差的表示形式； 2. 误差产生的原因； 3. 误差的种类。
• 1.3测量分类 1 静态测量和动态测量； 2 等精度测量和不等精度测量； 3 电量测量和非电量测量； 4 工程测量与精密测量
1.4 测量误差
1.4.1测量误差的基本概念： • 测量所得的值与被测事物的真实值之间的 差异。 • 在实际测量时，无论什么样的测量仪表， 也不论其质量多高，它的测量结果与被 测量的实际值之间总会存在一定的差值， 这个差值就是误差。
◇误差的定义：测量结果与被测量真值之间的 偏差值。
x x
◇真值μ： 理论真值：有严格定义的理论值； 约定真值：常用多次测量的平均值； 相对真值：高精度仪表测得的结果。
1.4.2 测量误差的分类
根据测量误差的性质及产生的原因，测量误差可以分为3大 类： A 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差
1.4.3 误差的表示方法
分为绝对误差和相对误差两种 ◇ 绝对误差 绝对误差只能反映误差的大小，不能反映 仪表的准确程度
x x
◇相对误差 有3种表示方法 （1）实际相对误差
实
x

100 %
（2）标称相对误差
（3）引用相对误差
标
x 100 % x
x 100 % xFS
掌握：
测量的基本概念；误差分类；仪表的组成及其性能指标； 仪表的基本误差和允许误差；仪表的引用误差；仪表的精 度等级。
了解：
检测技术与仪表的作用及发展； 测量的不确定。
第1章 绪论 • 1.1 测量的基本知识 • 1.1.1测量的概念 借助专门工具、通过实验和对实验数据 的分析计算，求得被测的量。 比较：将被测量和标准量进行比较。
▲动态特性
• 是指仪表示值跟随被测量随时间变化的能力，一般 用被测量初始值为零作单位阶跃变化时，仪表示值 随时间变化所显示的时间特性来评价。 • (1)上升时间：示值从稳态值的5%变到95%所需的 时间。 • (2)响应时间：示值从开始变化到进入稳态值加减基 本允许误差范围内所需时间。 • (3)过冲量：示值最大振幅与稳态值之差对稳态值的 百分数。 研究测量系统的动态特性必须建立测量系统的动态 数学模型。
设定值 实际值
直观地指示出储液罐 中的液位
带RS-232接口（或USB接口）的万用表及实 时图像显示。 特点——
能将测量到 的波形及数据 存储到计算机 中，可随时重 放，价格适中。
记录仪
主要用 来记录被 检测对象 的动态变 化过程。
无纸记录仪（动画演示） 主要 用来记录 和存储被 检测对象 的动态变 化过程。 存储数 据的大小 由硬盘容 量决定。
1.1.4测量的构成要素 包括（1）测量对象与被测量； （2）测量环境； （3）测量方法； （4）测量单位； （5）测量资源； （6）数据处理与测量结果
例：曹冲称 象
方法：? 装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到： 定性、定量的结果。
• 1.2 测量方法 直接测量法、间接测量法、组合测量法 测量方法的分类有许多种，按如何取 得测量结果进行分类有：
传感器：是指一个能将被测的非电量变换成电量
的器件。
能将温度转换为电压的传感器—热电偶
目前常用的显示器有四类：模拟显示、数
字显示、图象显示及记录仪等
模拟显示的特点：
直观、稳定，
但不够准确。
光柱也属于模拟显示
光柱显示的 特点：直观
101线/240° 车用光柱 仪表显示
既能显示光wk.baidu.com，也有数字显示
• e迟滞误差（变差） 是指仪表正向特性与反向特性不一致的程度，以正、 反向特性之差的最大者与仪表量程之比的百分数 表示。
L
Lmax 100% yFS
●
f 线性度：是衡量测量系统实际特性曲线与理想特 性曲线之间符合程度的一项指标。用实际特性曲 线与理想特性曲线之间的最大偏差值与满程量输 出值之比来表示。

xFS xmax xmin
（4）最大引用误差：也称为测量系统的基本误差， 所有测量值中最大绝对误差的绝对值与量程之比 的百分数。
max
x
max
x FS
1 0 0%
1.4.4 测量误差的主要来源
• (1)设备误差——计量器具本身所具有的误差。 由仪器、 仪表本身及其附件所引入，出于仪器的电气或机械性能 不完善所产生的误差。例如，电桥中的标准电阻、示波 器的探极线等都含有误差。仪器、仪表的零位偏移，刻 度不准确，以及非线性等引起的误差均属于仪器误差。 • (2)方法误差——测量方法不完善引起的误差，又称为理 论误差。是指由于使用的测量方法不完善、理论依据不 严密所产生的误差，即凡是在测量结果的表达式中没有 得到反映的因素，而实际上这些因素又起作用时所引起 的误差。例如，用标准准孔板测量气体流量时没有加上 温压补偿，就会引起测量误差。