热工测量及仪表0
热工测量及仪表_第4章_显示仪表
0
xcz--102
刘玉长
1 5
（2）工作原理
根据电磁感应原理，当有mV信号加在动 圈两端时，形成一个闭合回路，便有电流流过 动圈，载流动圈在磁场中将受到电磁场的作 用。根据左手定则，磁力线穿过手心，四指指 向电流方向，拇指就是导体受力方向，这个力 使动圈转动，使动圈转动的力和绑定动圈的张 丝力相等时，动圈停在某一位置，指针指示出 温度的大小。
R调：
热电偶的连接导线有长有短，为保证R总=常数， 调整R调使R外=15Ω
刘玉长
R热敏 与 R并：
R热敏与R并两个电阻是动圈的温度补偿电阻。 因为动圈是铜导线绕制的，当温度升高时，动圈 的电阻值R动就会增加，在电压信号不变的情况 下，I将减小，动圈显示仪表的指针指示会偏低， 此时，R热敏的电阻值也会随着温度自动减
第四章 显示仪表
第一节 概述 第二节 模拟式显示仪表 第三节 数字式显示仪表 第四节 常用显示仪表简介 第五节 仪表防爆知识
刘玉长
第一节 概述
显示仪表：
凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或 累积的仪表。
一、定义
显示仪表是指接收检测元件(包括敏感元件、传 感器、变送器等)输出信号，通过适当的处理和转换， 以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。
刘玉长
热电阻与动圈表配套使用实际连线
调整电阻的作用与大小
1.R1+R11+R连 1=5Ω 2.R2+R12+R连2=5Ω 3.R13+ R连3 = 5Ω
+
U=220v
—
R3
R4
a
动圈表
b
R2 R1 R11
R13
R12
刘玉长
Rt
热工测量及仪表基础知识
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。
热工测量仪表知识点
热⼯测量仪表知识点《热⼯测量仪表》知识点第1章：基础知识难点测量误差的表⽰形式误差产⽣的原因误差的种类掌握测量的基本概念误差的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仪表的防爆和防护了解检测技术与仪表的作⽤及发展测量的不确定度第2章：温度测量掌握温标与测温⽅法热电偶测温原理热电偶基本定律(推导和应⽤)热电偶测温补偿原因、原理和⽅法热电阻测温原理热电阻测温引线误差和消除⽅法了解膨胀式与压⼒温度计⼯作原理接触测温误差和对策⾮接触式测温原理和⽅法新型温度传感器第3章压⼒和压差测量掌握：压⼒的基本概念分类液柱式压⼒计⼯作原理（U形管、单管式、斜管式）弹性元件测压原理，各种弹性元件测压类型和范围弹簧管压⼒计测量压⼒特点和应⽤领域压⼒表量程选择⽅法、范围了解：了解其它弹性元件测量压⼒⽅法和原理第4章：机械量测量掌握电容式传感器灵敏度和⾮线性误差计算分析（变极距、变⾯积、变介电常数、差动式）电感式位移传感器⼯作原理（灵敏度、⾮线性误差计算分析）差动式、互感、⾃感式、差动变压器（⼯作原理）零点残余电压产⽣的原因和消除⽅法直流电桥和交流电桥的测量特点调制解调的基本概念电涡流传感器的基本⼯作原理、类型和应⽤场合光敏电阻、光敏晶体管⼯作原理和应⽤场合绝对式和增量式码盘的⼯作原理和区别第5章：流量测量掌握：流量测量现状及其原因分析常见的流量传感器类型节流式流量计的基本结构和⼯作原理和相关系数修正节流式流量计对流体要求常见的标准节流件性能常见的⾮标节流件标准节流装置的计算（两类命题、迭代流程）⽪托管和均速管流量计的基本⼯作原理电磁流量计的基本⼯作原理涡街、科⾥奥利、涡轮、转⼦、靶式流量计⼯作原理第6章：物位测量直读式、静压式、差压式、浮⼒式、称重式液位计⼯作原理汽包⽔位测量的重要意义汽包⽔位测量的难点重量⽔位、实际⽔位、虚假⽔位、⽰值⽔位概念引起汽包虚假⽔位的原因云母⽔位计的基本⼯作原理、引起误差的原因、缺点双⾊⽔位计的⼯作原理、引起误差的原因、信号远传的⽅法电接点⽔位计的⼯作原理和误差分析差压式⽔位计的基本⼯作原理（消除误差的改进⽅式，单室平衡、双室平衡容器）压⼒校正原理和⽅法第7章成分分析炉烟成分分析的重要性和分析⽅法热导式CO2分析仪的基本原理和实现⽅法氧化锆氧量计⼯作原理直插式和抽⽓式的优缺点第8章：检测新技术虚拟仪器基本概念软测量技术概念模糊传感器概念多传感器数据融合概念仪表习题⼀⼀、填空题1.绝对误差在理论上是指和被测量的之间的差值；仪表量程范围内最⼤的绝对误差和量程之⽐称为仪表的，将其去掉％的数值圆整后的数的数值为仪表的。
热工测量及仪表基本知识 重点
热工测量●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测量，如测量流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分等。
●测量方法：按测量结果获取方式：直接、间接测量法；按被测量与测量单位的比较方式：偏差、微差、零差测量法；按被测量过程中状态分：静态、动态测量法。
●热工仪表组成：感受件，传送件，显示件。
●仪表的质量指标：准确度、线性度、回差、重复性误差、分辨率、灵敏度、漂移。
●热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度也称绝对温度，用符号T表示。
单位为开尔文，用K表示。
●测量方法分类：接触式测温方法：膨胀式液体和固体温度计、压力式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计、热敏电阻温度计。
非接触式测温方法：光学高温计，光电高温计、辐射温度计和比色温度计。
温度测量部分接触式测温（1）热电偶温度计①标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。
②非标准化的热电偶：进一步扩展高温和低温的测量范围；但还没有统一的分度表，使用前需个别标定。
●热电偶温度计：由热电偶、电测仪表和连接导线组成。
标准化热电偶-200~1600℃；非标准化热电偶-270~2800℃。
①测温范围广，可以在1K至2800℃的范围内使用；②精度高；③性能稳定；④结构简单；⑤动态特性好；⑥由温度转换的电信号便于处理和远传。
·8种标准化热电偶：S型、R型、B型、K型、N型、E型、T型、J型·四类非标准化热电偶：贵金属、贵—廉金属混合式、难熔金属、非金属●热电偶测温原理：热电效应：两种不同成分的导体（或半导体）A和B的两端分别焊接或绞接在一起，形成一个闭合回路，如果两个接点的温度不同，则回路中将产生一个电动势，称之为热电势，这种效应称为热电效应。
●热电偶的基本定律：均质导体定律、中间导体定律、连接温度（中间温度）定律。
①均质导体定律：由一种均质导体所组成的闭和回路，不论导体的截面积如何及导体各处温度分布如何，都不能产生热电势。
热工测量及仪表温度测量
并且直接输出直流电压信号,便于测量、信号传输、自动记录和 控制等。
1.
两种不同的导体 或半导体 组成一个 闭合回路,如图所示。当两个接触点 称为 结点 温度t和t0不相同时,回路中既产生电势, 并有电流流通,这种把热能转换成电能的现 象称为热电效应,称回路电势为热电势。
在ITS-90中同时使用国际开尔文温度 符号为T90 和国际摄氏温 度 符号为t90 ,其关系为
t90 = T90 － 273.15 T90单位为开尔文 K ,t90单位为摄氏度 ℃ 。这里所说的摄氏度 符合国际实用温标 ITS-90 的规定。
ITS-90的一些规定如下：
由0.65K到4He临界点 ~5.2K 温度范围为一温度段,在此温 度段内用3He和4He周期压力与温度的关系来确定温度。 由4He沸点 ~4.2K 到氖三相点 ~24.6K 温度范围内,T90的 确定采用在三个规定温度点分度过的3He或4He气体温度计 内插。这三个点分别是氖三相点 ~24.6K 、平衡氢三相点 ~13.8K 和4He正常沸点 ~4.2K 。 由平衡氢三相点 ~13.8K 到银凝固点 ~962℃ ,这个温度段 内,标准仪器应用铂电阻温度计。 银凝固点 ~962℃ 以上温度区间采用普朗克定律外推。
为Q1,则有
Q 1 T1 Q 2 T2
开尔文引出此温标后,于1854年建议用一个固定点来确定
此温标。人们发现水三相点 273.16K 的稳定性能长期维持
在0.1mK范围内。因此,1954年第10届国际计量大会决定采用
水的三相点作为热力学温际的基本固定点。此温标的表达式
为：
T Q2 273.16K
热工仪表基础知识
热工仪表基础知识————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：热工仪表基础知识第一章、热工测量和仪表第一节、测量的基本概念一、测量:1、测量是人们借助专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算,将被测量x 0以测量单位U 的倍数显示出来的过程。
2、被测量的真值μ只能近似地等于其测量值x ：3、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 。
二、测量方法:按测量结果的获取方式来分（1)直接测量法：使被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量、从而得到被测量数值的测量方法，称直接测量法。
(2)间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其他各变量、再按函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法,称为间接测量法。
按被测量与测量单位的比较方式来分(1)偏差测量法：测量器具受被测量的作用,其工作参数产生与初始状态的偏离，由偏离量得到被测量值,称为偏差测量法。
(２)微差测量法：用准确已知的、与被测量同类的恒定量去平衡掉被测量的大部分,然后用偏差法测量余下的差值，测量结果是已知量值和偏差法测得值的代数和。
（3）零差测量法：用作比较的量是准确已知并连续可调的,测量过程中使它随时等于被测量，也就是说，使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仅起检零作用,因此，被测量就是已知的比较量。
0x U μ=0x xU≈三、测量误差测量误差是被测量参数的测量值x 与其真值μ的之差。
真值常用的方法有:(1）用标准物质(标准器)所提供的标准值，例如水的三相点。
（２）用高一级的标准仪表测量得到的值来近似作为真值。
（3）对被测量进行N 次等准确度测量,各次测量值的算术平均值近似为真值。
N 越大，越接近真值。
常见的测量误差表达方式:1．绝对误差２.实际相对误差 3.标称相对误差 4.折合误差折合误差一般用于比较测量仪表的优劣。
电厂热工培训教材
第一部分热工测量及仪表测量时人类认识事物本质不可缺少的手段，通过测量和试验，人们可以对事物进行定量，发现事物的规律。
测量技术主要包括测量原理、测量方法和测量工具三个方面。
热工测量是测量技术中的一种，是指在热工过程中对各种热工参数，如温度、压力、流量、液位、物位及位移等的测量。
用来测量热工参数的工具称为热工仪表，它的种类繁多，结构不同，但从本质来看，任何仪表都包含以下三个必要的部分，如图（1）感受件（也叫一次仪表），它直接与被测对象相联系，感受被测参数的变化，随着被测参数变化而向外界发出一个相应的信号，此信号与被测对象之间是一个单值函数关系。
（2）显示件（也叫二次仪表），它接收感受件的信号，处理后向观察者反映被测参数在数量上的变化，现在常用的有模拟显示、数字显示和屏幕显示方式。
（3）连接件（也叫中间件），它是将感受件发出的信号，根据显示件的要求传送给显示件进行显示，大致分为两种形式，一种是单纯的起传递作用，另一种是要把感受件发出的信号进行转换后送给显示件。
无论哪一种连接件在感受件与显示件之间传递信号、放大信号、转换信号都要求信号不失真，失真测量出的数值不准确。
在火力发电厂中，热工测量是运行人员的耳目，通过热工测量可以及时反映热工设备的运行工况，为运行人员提供操作依据，为热工自动控制准确地、及时地提供信号，保证热力设备安全、经济运行，实现自动控制，节省人力、物力。
第一章温度测量及仪表温度是一个重要的物理量，它是国际单位制中七个重要的物理量之一，也是工业生产的主要工艺参数，在火力发电厂中，运行人员掌握机组各部分在运行中的温度参数，检修维护人员必须做好量值传递保证在线温度测量的准确性，才能保证机的安全和经济运行。
第一节温度计一、名词解释（1）温度：温度是衡量物体冷热程度的物理量。
从能量角度来看温度是描述不同自由度间能量分析状况的物理量；从热平衡的观点看，温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。
它反映物体内部分子热运动的情况，分子热运行越快，物体的温度就越高，反之温度就越低。
热工测量及仪表基础知识
常用工业热电阻包括：铠装热电阻、装配热电阻、防爆热电阻
热电运行部
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2.2.1火电厂中热电阻测温的具体应用
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2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全和经济性有 着十分重要的意义。
热电运行部
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2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全和经济性有 着十分重要的意义。
具体体现 1. 锅炉过热器的温度非常接近过热器钢管的极限耐热温度，如果温度控制不好，会烧坏过热器。 2. 在机组启、停过程中，需要严格控制汽轮机气缸和锅炉汽包壁的温度，如果温度变化太快，气缸和 汽包会由于热应力过大而损坏。 3.蒸汽温度、给水温度、锅炉排烟温度等过高或过低都会使生产效率降低，导致多消耗燃料，而这些 都离不开对温度的测量。
产生了热电势，那么该导体一定是不均匀的，由此可检查热 电极材料的均匀性； （4）两种均质导体组成的热电偶，其电势只决定于两个接点 的温度，与中间温度的分布无关。
热电运行部
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对热电极材料的基本要求：
（1）物理性质稳定，在测温范围内，热电特性不随时间变化； （2）化学性质稳定，不易被氧化和腐蚀； （3）组成的热电偶产生的热电势率大，热电势与被测温度成线
（1）电阻温度系数大，电阻和温度之间尽量接近线性关系： （2）电阻率高，以便把热电阻体积做得小些； （3）测温范围内物理、化学性质稳定； （4）工艺性好、易于复制、价格便宜。
综合上述要求，比较适合做热电阻丝的材料有铂、铜、铁、镍 等。而目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜，并且已经制 成标准化热电阻。
热工测量与控制仪表
小测验：1.测量误差有哪些?1．系统误差2.随机误差3.粗大误差。
2.某台液位测量仪表量程范围5-25m，校验结果证明该仪表的最大绝对误差为0.14m，确定仪表精度等级.0.14／﹙25-5﹚×100%=0.7%3.设有一台精度等级为0.5 级的电子电位差计，量程为0～1000℃，在正常情况下进行检验，测得的最大绝对误差为+6℃，问该电子电位差计是否合格？6／1000×100%=0.6% 不合格根据仪表的允许误差，去掉“±”号与“%”号后的数值，就是精度等级。
我国生产的仪表常用的精度等级:0.005 0.02 0.05 0.1 0.2 0.40.5 1.0 1.5 2.5 4.0等一般表示符号：例2：现用一只分度号为K 的热电偶测量某炉温，已知热电偶冷端温度为20℃ ，显示仪表（本身不带冷端温度补偿装置）读数为400℃ ，1）若没有进行冷端温度补偿，求实际炉温为多少？2）若利用补偿电桥（0℃ 时平衡）进行了冷端温度补偿，实际炉温又为多少？为什么？解：由K 热电偶的分度表可知，E（400，0）=16.395E（20，0）=0.7981）设实际温度为T℃解：若没有进行冷端温度补偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势，由显示仪表读数为400℃ 可知，E入=16.395 ，即E（T，0）=E入+E（20，0）=16.395 +0.798 =17.193查K 热电偶的分度表可知，对应的实际温度：T =418.9℃2）设实际温度为T℃若进行了冷端温度补偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势E（T，20）加上补偿电桥的输出电势E（20，0），因此，对应的实际温度T =400℃ 。
1.常用热电偶、热电阻有哪几种，它们的分度号是什么？S b k t e j r2.III型电动单元组合仪表的标准电流信号是（4-20mA），电压信号是（1-5V），它们之间的转换用（250Ω）电阻。
热工测量及仪表
一、管道流体温度测量（续5）
6） 测温管材料的热导率 小 1 ，则 增b 1 加， 误差减小。因此测温管常用导热性质不 良的材料如陶瓷，不锈钢等来制造（应 该注意，采用这类材料制造测温管使会 增加导热阻力，使动态测量误差增加）。
至于减少b2的问题，关键在于使 变小， 方法是在测量管的露出部分加绝热2 层。
由此可m见2 误K差4 是很大的，被测介质温度越高，误差也 越大。这种情况会使测量工作完全失去意义。在实际 情况下，用式（6-2）来计算温度是很难的，因为各个 系数的数值不易确定，冷表面的温度也难以确定。为 了正确测定烟气温度，原则上可以采用T 2 以下措施：
三、高温气体温度测量（续3）
(1)把测温管和冷的管 壁隔离开来，使测温 管不直接对冷管壁进 行辐射。这是因为热 辐射误差和T 1 , T 2 的 四次方差成正比，T 1 , T 2 若有少许差别，产生 的误差就很大。图610是用隔离罩把测温 管和冷管壁面隔离开 来的例子。
t1tgC 1 T 14T 2 4 ...........(62) 1
式中C1 T为辐射散热系数，其中 为全体辐射 的斯忒潘---玻耳兹曼常数, T 为测温管表面的
总辐射发射率； 1 为管内介质和测温管之间放
热系数T 2 为管壁的热力学温度。
三、高温气体温度测量（续2）
应该指出，由于热辐射影响而产生的测量误差可能是 很大的。例如测量750℃锅炉过热器后面的烟气温度， 附近冷表面的平均温度是400℃，烟气对测温管的对流 放热系数是30/40/50W/(m2K)，测温管表面的辐射率是 0.8，仪表值为506/524/540℃，误差达-244,-226,-210℃。
焊小，所以接点导热误差小。平行焊两热电极分两点 焊在固体表面上，没有交叉点离开壁面的问题，所以 没有接点导热误差。 实验证明，三种形式的测温相对误差以球形焊最大， 交叉焊次之，平行焊最小。
热工测量仪表PPT课件
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。
- 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。
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主要内容
第一篇 热工测量的基础知识 第二篇 热工参数测量
（温度、压力、流量、液位、烟气含氧量、机械量）
第三篇 热工显示仪表
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第一篇 热工测量的基础知识
一 热工测量的基本概念 二 热工测量仪表的基础知识
测量的基本方程 x AUx
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三、测量方法：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。 基本分类
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。教师来自趙津津.学习方法
1.学会阅读。学会速读和精读，提高单位阅读量。学会读一本书或 者一个单元的目录、图解和插图，提前了解内容，获取更有效的信 息。当积极的阅读者，不断的提问，直到弄懂字里行间的全部信息 为止，特别要弄懂知识的起点和终点，梳理好知识要点。
热工仪表
3、热电偶的类形 S B K J R E T ：铂铑10-铂 –20～1300℃ ：铂铑30-铂铑6 300～1600 ℃ ：镍铬-镍硅（镍铬-镍铝） -50～1000 ℃ ：铁-康铜 -40～750 ℃ ：铂铑13-铂 -0～1600 ℃ ：镍铬-康铜 -40 ～1000 ℃ ：铜-康铜 -40 ～350 ℃
华氏温标（°F）规定：在标准大气压下，冰的融点为32℃，水的沸点为 212℃，中间划分180等分，没等分为华氏1度，符号位°F。
摄氏温标（ ℃ ）规定：在标准大气压下，冰的融点为0℃，水的沸点为100℃， 中间划分100等分，没等分为华氏1度，符号位℃。
摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系： t=5/9(tF-32) ℃
热电阻丝材料受腐蚀变质
更换热电阻
4、选型要点 连接方式：螺纹连接、法兰连接等。 量程范围：对于温度的测量，应保证工作温度在仪表量程的2/3 ～ 3/4处。 外护套材质：是否耐高温、耐腐蚀、耐磨等。 信号传输方式：2、3、4线制，电阻信号。 分度号选择：PT100、CU50等；电阻特性：如PT100特征为在标准条件下0度 时的测量电阻为100欧姆。 测量方式：表面式、插入式等，如为插入式还需对插入深度进行选择。
• 热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度 为绝对零度，符号为K。热力学温度是基本的物理量，它的单位为开尔文，热 力学温标和华氏温标有如下关系： • t/℃=T/K-273.15 t/℃——分子为摄氏温度，分母为摄氏温度的单位； T/K——分子为开尔文温度，分母为开尔文温度的单位。
热工仪表概述
1、概述 热工测量技术包括热工参数的测量方法和实现测量的仪表。热工测量参数 包括温度、压力、流量、物位、成分（如气体分析仪）等。 在工业锅炉运行中，通过热工参数的测量，可以及时反映热力设备的运行 工况，为运行人员提供操作依据；为锅炉控制系统准确及时地提供信号。因此， 热工测量是保证热力设备安全、经济运行及实现自动化的基础条件。 目前我国电动仪表中并存着两种标准信号制度，在DDZ-Ⅰ和DDZ-Ⅱ型仪 表中采用0~10毫安直流电流作为标准信号，而在DDZ-Ⅲ型仪表中，采用目前 国际上统一的4~20毫安直流电流作为标准信号。从安全防爆、减少损耗、节 省能量考虑，信号电流的满度值都希望选小一些。但太小也有困难，起点电流 太小将会给两线制仪表带来困难，因为它将要求降低整个仪表在零信号时消耗 的总电流。而在目前的元器件水平下，起点电流比4mA再小有时将发生困难。 因此，目前国际上采用4～20mA作为标准信号。有利于识别仪表断电、断线 等故障，且为现场变送器实现两线制提供了可能。
《热工测量及仪表》教学大纲
《热工测量及仪表》教学大纲课程编码：RN0109课程名称：热工测量及仪表Thermal measurement and instrument先修课程：电工学、电子电路、流体力学、概率统计总学时：40（授课学时：32 实验学时：8 ）一、课程的性质和任务本课程是研究热能与动力工程中常用的温度、压力、流速、流量、液位、气体成分等物理量的测量技术的一门工程应用学科，为专业基础课，是热能与动力工程专业的主要技术课之一。
通过对《热工测量及仪表》的学习，使学生初步掌握各种热工参数的测量方法和常用仪表的作用原理，了解各种测量方法和仪表使用时的特性，从而能在实际工作中知道如何正确地选择和使用测量仪表。
要求掌握热工参数的正确测量方法；掌握常用测量仪表的基本原理，主要性能，使用特点；要求能够合理选用、正确使用热工仪表。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配第1章概述（2学时）基本内容：测量的意义和测量方法，热工仪表的组成，仪表内信号的传输过程，仪表的质量指标。
重点与难点：仪表的质量指标。
第2章测量误差和不确定度（4学时）基本内容：测量误差的基本概念，随机误差的分布规律，直接测量值的误差分析及处理，间接测量值的误差分析及处理，粗大误差的检验与坏值的剔除，系统误差，误差的综合，不确定度。
重点与难点：正态分布；直接、间接测量误差分析及处理；粗大误差的检验与坏值的剔除。
第3章温度测量概述（2学时）基本内容：国际温标，各种测温方法简介。
重点与难点：各种测温方法简介。
第4章热电偶和热电阻温度计（4学时）基本内容：热电偶测温原理及基本定律，标准化与非标准化热电偶，热电偶冷端补偿问题，金属测温电阻，半导体热敏电阻。
重点与难点：热电偶测温原理、基本定律、冷端补偿问题；金属、半导体测温原理。
第5章显示仪表（3学时）基本内容：动圈式显示仪表，自动平衡式显示仪表，数字式显示仪表。
重点与难点：电信号的标准化与标度变换。
第6章接触测温方法的讨论和热电偶抗干扰问题（2学时）基本内容：管内流体温度测量，壁面温度测量，高温气体温度测量，热电偶测温抗干扰问题。
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的分布有规律：服从统计规律
• 随机误差与系统误差之间即有区别又有联系；二者无绝对界限，一定条件 可相互转化。
测量的精密度、正确度和准确度
• 衡量测量结果与真值的接近程度三个术语：精密度、正确度、准确度 – 精密度：对同一被测量多次测量，测量的重复程度。
系统误差
• 系统误差原因： （1）测量仪器或测量系统本身不够完善，如仪表本身刻度不准、测量原理不完善。 （2）仪表使用不当，如测量人员操作不当、读数不准。 （3）测量时外界环境条件变化，如环境温度、湿度、电磁场影响等。
如果测量系统或测量条件不变，即使增加测量次数也并不能减少系统误差。系 统误差的大小反映了测量结果的正确度。
1. 系统误差的发现 2. 系统误差的削弱和消除
• 理论分析及计算 • 实验对比法 • 残余误差观察法 • 残余误差校核法 • 计算数据比较法
从产生误差源上消除系统误 差
引入修正值法
采取补偿措施
采用消除系统误差的典型测 量技术，例如零值法、微差 法、对称观察法
2.随机误差
测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行
无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误 差。
也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次 测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小， 误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化， 该误差称为随机误差。
存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值 误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除， 也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机 误差都服从正态分布规律。
解：准确度为0.5级的仪表，就是最大量程时误差为： (800+200)×0.5%=±5℃ 测量500℃温度时，绝对误差就是±5℃。相对误差=5/500=1％
【例】 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。
3. 测量因素：测量时，因仪器设计或摆置不良等原因所造成的 误差，包括余弦误差、阿贝误差等。
阿贝原则：在设计计量仪器或测量工件时,应该将被测长度与仪 器的基准
长度安置在同一条直线上.测量中不遵守阿贝原则而引起的误差。 4. 环境因素：测量时受环境或场地之不同，可能造成的误差有
热变形误差和随机误差。
一.误差的表示方法
（1）接触测量法。仪表的一部分与被测对象接触，受到被测对象的作用才能得 出测量结果的测量方法。例如用玻璃管水银温度计测量温度时，温度计的温 包应该置于被测介质之中，以感受温度高度。
（2）非接触测量法。仪表的任何部分都不必与被测对象直接接触就能得到测量 结果的测量方法。例如用光学高温计测温，是通过被测量对象说产生的热辐 射对仪表的作用而实现测温的，因此仪表不必与对象直接接触。
系统误差：
– 定义：同一被测量多次测量，误差的绝对值和符号保持不变，或按某种 确定规律变化。前者称为恒值系统误差，后者称为变值系统误差。
– 特点: 增加测量次数不能减小该误差 – 原因：仪表本身原因，使用不当，测量环境发生大的改变
– 处理方法：校正——求得与误差数值相等、符号相反的校正值，加上测 量值
• 测量值与真值之差异称为误差。 • 误差与错误不同，错误是应该而且可以避免的，而误差是不可能绝对避
免的。
误差——影响因素
1. 人为因素： 由于人为因素所造成的误差，包括误读、误算和 视差等。
2. 量具因素：由于量具因素所造成的误差，包括刻度误差、磨 耗误差及使用前未经校正等因素。刻度分划是否准确，必须 经由较精密的仪器来校正与追溯。量具使用一段时间后会产 生相当程度磨耗，因此必须经校正或送修方能再使用。
L=x/b 到的倍数就是被测量的值，即
式中x＿被测量 b＿标准量（测量单位） L＿被测量的值。
测量单位
• SI规定了7个基本单位，2个辅助单位，19个具有专门名称的导出单位。 • 7个基本单位名称量的名称、单位名称，单位符号。
长度、时间、质量、温度、 电流、物质的量、发光强度 导出单位：例1N=1Kg.m/s2
1. 随机误差的概率密度分布服从正态分布
随机误差的正态分布性质
特点：
(1) 有界性：大误差出现的概率接 近于零
(2) 单峰性：小的误差出现的概率 大于大误差出现的概率
(3) 对称性：绝对值相等而符号相 反的随机误差出现的概率相同
(4) 抵偿性：随测量次数n 的增加到无穷多时， 全部随机误差的平均值趋于零
满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的准确度为2.5级， 用它来测量电压时可能产生的最大满度相 对误差为±2.5% 。
【例】有一台测温仪表,测量范围为-200～+800度，准确度为0.5级。现用它测量 500°C的温度，求仪表引起的绝对误差和实际相对误差。
例：用指针式万用 表的10V量程测量 一只1.5V干电池的 电压，示值如图所 示，问：选择该量
程合理吗？
用2.5V量程 测量同一只 1.5V干电池的 电压，与上图 比较，问示值 相对误差哪一
个大？
二. 误差的分类
A.按误差的来源分：装置误差、环境误差、方法误差、人员误差。 B.按对测量误差的掌握程度分：已知误差和未知误差。 C.按误差的特征规律（性质）分：系统误差、随机误差、粗大误差。
• 1.绝对误差 • 2.相对误差
绝对误差可以表示一个测量结果的可靠程度，而相对误差则可以比较不同测量 结果的可靠性。
3.引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差Δ比上仪表量程上限Am ，并用百分 数表示。
误差的表示方法：绝对误差、相对 误差
绝对误差：测量值与真实值之间的差值。
Δ=Ax－Ａ0
某采购员分别在三家商店购买100kg大米、 10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但 该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原 因？
1.系统误差：
在重复性条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值 与被测量的真值之差，称为系统误差。 凡误差的数值固定或按一定规律变化 者，均属于系统误差。
系统误差是有规律性的，因此可 以通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正，也可以重新调整测量仪 表的有关部件予以消除。
夏天摆钟变慢的原因是什么？
《热工测量及仪表》
第一篇 第一章 测量及测量误差
第二章 热工仪表概述
本篇主要介绍测量的定义与测量单 位、测量方法、测量误差及仪表的质量指 标等计算学的基础知识。
第一章 测量及测量误 差第一节 测量的定义及方法
1.测量定义（三要素）
• 所谓测量，就是利用测量工具，通过实验的方法将被测量与同性质的标准量 （即测量单位）进行比较，以确定出被测量是标准量多少倍数的过程。所得
人向国王报告说：“工匠制造皇冠时，私下吞没了一部分黄金，
把同样重的银子掺了进去。”国王听后，也怀疑起来，就把阿基
米德找来，要他想法测定，金皇冠里掺没掺银子，工匠是否私吞
黄金了。
• 在澡堂洗澡的时候，他注意到，当他的身体在浴盆里沉下去的时 候，就有一部分水从浴盆边溢出来。同时，他觉得入水愈深，则 他的体量愈轻。进皇宫后，阿基米德将与皇冠一样重的金子、一 块银子和皇冠，分别一一放在水盆里，看金块排出的水量比银块 排出的水量少，而皇冠排出的水量比金块排出的水量多。 阿基米 德对国王说：“皇冠掺了银子！”
什么是直接测量和间接测量？
电子卡尺
间接测量
对多个被测量进行测量，经 过计算求得被测（阿量基。米德测量皇冠的比重）
• 称量皇冠的难题
•
国王在前不久，叫一个工匠替他打造一顶金皇冠。国王给
了工匠他所需要的数量的黄金。工匠的手艺非常高明，制做的皇
冠精巧别致，而且重量跟当初国王所给的黄金一样重。可是，有
着的某种参数按已知关系随被测量发生变化，由于这种变
化关系已在仪表上直接刻度，故直接可由仪表刻度尺读出
测量结果。例如，用玻璃管水银温度计测量温度时，可直
接有水银柱高度读出温度值。
•
(2)零值法（平衡法）。将被测量与一个已知量进行
比较，当二者达到平衡时，仪表平衡指示器零，这时已知
量就是被测量值。例如，用天平测量物体的质量，用电位
(2) 相对误差
• 相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。相对误差有以下表现形式： ① 实际相对误差。 ② 示值相对误差。 ③ 满度（引用）相对误差。
相对误差及精度等级
几个重要公式：
示值相对误差 满度相对误差 （引用误差） 准确度（精度）
例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的 比较，请得出结论！
差计测量电势都是采用了零法。
•
(3)微差法。当被测量尚未完全与已知量相平衡时，
读取它们之间的差值，由已知量和差值可求出被测量值。
用不平衡电桥测量电阻就是用微差法测量的例子。零值法
和微差法测量对减小测量系统的误差很有利，因此测量准
确度高，应用较为广泛。
2.测量方法（3）
• 根据仪表是否与被测对象接触，测量可分为：
• 金密度大，银密度小，同样重的金和银，银子的体积大于金子的 体积。皇冠排出的水量比金块多，说明皇冠的密度比金块的密度
小，这就证明皇冠不是用纯金制造的。”阿基米德有条理的讲述，
使国王信服了。实验结果证明，那个工匠私吞了黄金。
2.测量方法（2）
• 根据检测装置动作原理不同，测量可分为：
•
(1)直读法。被测量作用于仪表比较装着，使比较装
什么是接触式测量？
非接触式测量
例：雷达测速
利用红外线辐射测量 供电变压器的表面温 度、车载雷达测速