动力工程测试技术及仪器-第1章

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误差的特点：
普遍性 ---误差是不可避免的，所有的测量数据都存在 误差。最高基准的测量传递手段（测量仪器/测量方法） --- 不绝对准确
误差的基本表示方法
绝对误差 相对误差 引用误差
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1.绝对误差 绝对误差：是
一个具有确定的 大小、符号及单 位的量。单位给 出了被测量的量 纲，其单位与测 得值相同。
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1.2.2 仪表的分类
根据仪表的用途、原理及结构等不同，热工仪表可分为 多种类型：
按被测参数不同，可分为温度、压力、流量、物位、成分分 析及机械量（位移、转速、振动等）测量仪表。 按仪表的用途不同，可分为标准用、实验室用及工程用仪表。 按显示特点和功能不同，可分为指示式、记录式、积算式、 数字式及屏幕式仪表。 按工作原理不同，可分为机械式、电气式、电子式、化学式、 气动式和液动式仪表。 按安装地点不同，可分为就地安装式及盘用仪表。 按使用方式不同，可分为固定式和便携式仪表。
目前热工测量技术的发展趋势体现在以下几个方面： （1）计算机技术的广泛应用。 （2）新型传感器的研制。 （3）新技术、新设备的应用。
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1.1
测量的概念和测量方法
1.1.1测量的定义
测量是以确定量值为目的的一组操作。

目的：确定被测量的值或获取测量结果。
测量科学技术已逐步形成了一门完整的、独立的 学科。这门学科研究的主要是测量原理、测量方 法、测量工具和测量数据的处理。 根据被测对象的差异，测量技术可分为若干分支， 例如力学测量、电学测量、光学测量、热工测量 等。 我们将在讨论有关测量问题的基本原理的基础上 重点讨论热工参数的测量技术。
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2．传输变换部件（中间件）
作用：
将感受部件输出的信号，根据显示部件的要求进行适当 的处理后传送给显示部件。
3．显示部件（二次仪表 ） 作用：
接受传输变换部件送来的信号并将其转换为测量人员可 以辨识的信号。
根据显示部件的功能不同，仪表又可分为：
指示仪表、记录仪表、积算式仪表（积算器）、信号 式仪表和调节仪表。
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1.4 仪表的质量指标及仪表的校验
1.4.1 仪表的质量指标
1．仪表的精确度等级及允许误差



精密度：对同一被测量进行多次测量所得的测定值重复一 致的程度，或者说测定值分布的密集程度．称为测量的精 密度。精密度反映随机误差的影响，随机误差愈小．精密 度愈高。 正确度：对同一被测量进行多次测量，测定值偏离被测量 真值的程度称为测量的准确度。准确度反映了系统误差的 影响，系统误差愈小，准确度愈高。 精密度与正确度的综合指标称为精确度，或称精度。
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测量的表达式
x L b
x——被测量； b——标准量（测量单位）； L——所得到的被测量的值，即得到的测量结果。
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1.1.2 测量方法
1.按被测量在测量过程中的状态分


静态测量 指在测量过程中被测量可以认为 是固定不变的。因此，不需要考 虑时间因素对测量的影响。 动态测量 指被测量在测量期间随时间（或 其他影响量）发生变化。
Rt Rt 0 (1 At Bt )
2
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3.根据检测装置动作原理分： （1）直读法 玻璃管水银温度计
（2）零值法（平衡法） 天平、电位差计
（3）微差法
不平衡电桥测量电阻
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4.根据仪表是否与被测对象接触 （1）接触测量法 玻璃管水银温度计
（2）非接触测量法
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1.3 测量误差及其种类
1.3.1 测量误差及其表示方法
测量工作是一种实验工作，由于仪表本身不完善，测量人 员操作不当，测量时客观条件的变化以及受人类自身认识水 平的局限等种种原因，使得测量结果与被测量的真实值之间 出现不符的现象，即存在测量误差。
测量误差的定义
被测量的真值
在日常测量中，大多 接触的是静态测量。 对于这种测量，被测 量和测量误差可以当 作一种随机变量来处 理
弹道轨迹的测量、环 境噪声的测量等。对 这类被测量的测量， 需要当作一种随机过 程的问题来处理。
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2.测量结果产生的方式分

Байду номын сангаас


直接测量 如水银温度计、压力表、直尺。 间接测量 如电阻温度计、压力传感器。 组合测量
引用误差专用于仪器仪表误差的描述。
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1.3.2 测量误差的分类
根据误差的性质不同，可以把误差分为系统误 差、随机误差和疏失误差三种。 1.系统误差
定义：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。 特征：在相同条件下，多次测量同一量值时，该误差 的绝对值和符号保持不变，或者在条件改变时，按某一 确定规律变化的误差。
光学高温计测温
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1.2 热工测量仪表的组成与分类
1.2.1 组成
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1．感受部件 感受部件的具体要求是：
输出信号必须随被测参数变化而变化。 输出信号只能随被测参数变化而变化。 输出信号与被测参数的变化之间呈单值函数关系， 最好呈线性关系，并有较高的灵敏度，即有较小的被 测量变化时，输出信号就有较显著的变化。 反应快、迟延小。
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测量误差的概念——真值
真值：与给定的特定量一致的值。 理论真值一般只存在于纯理论之中。 如：三角形内角之和恒为180º ，一个整圆周角为 360º 真值。
测量误差的概念——约定真值
约定真值：是指对于给定用途、具有适当不确定度的、赋予 特定量的值。 亦称：指定值、约定值、参考值或最佳估计值。 例：由国家建立的实物标准（或基准）所指定的千克副原 器质量的约定真值为1kg，其复现的不确定度为0.008mg。
G2 的测量效果较好。
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3.折合误差（引用误差）
定义：是指仪表量程范围内指示值的最大绝对误差与该仪 表的量程范围之间的百分比，即
max
Amax Amin 100%
max —仪表量程范围内指示值的最大绝对误差；
Amax Amin

—仪表的量程。
我国电工仪表、压力表的准确度等级（accuracy class）是按 照引用误差进行分级的。当一个仪表的等级s选定后，用此表测 量某一被测量时，所产生的最大绝对误差为：
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例：压力P1=50 kPa，误差d1 = 2kPa；压力 P2=2MPa，误差d2 = 50 kPa
解： G1的相对误差为 G2的相对误差为
2 1 100% 100% 4% G1 50
1
2
2
G2
100%
50 100% 2.5% 2000
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制作： Email： 密码： 办公室： 韩东太 Thermal2004@163.com thermal 机电学院A327
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课程简介


《动力工程测试技术及仪表》是热能与动力专业 的学科基础课。 通过本课程的学习，使同学们 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； 了解电厂热力设备和动力机械的检测系统的组 成方法。 能在实际工作中知道如何正确的选择和使用测 量仪表。
被测量的真值
x X0
测定值
适用于：同一
量级的同种量的 测量结果的误差 比较和单次测量 结果的误差计算。
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2.相对误差
定义：仪表的绝对误差与被测量的真实值之比，用百 分数表示，即
x x0 100% x0
相对误差的特点：
①相对误差只有大小和符号，无量纲，一般用百分数 来 表示； ②相对误差常用来衡量测量的相对准确程度。 被测量的大小不同---允许的测量绝对误差不同； 相对误差相同时，被测量的量值小 --- 允许的测量绝 对误差也越小
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随机误差的特征

随机误差的最主要特征是具有随机性，没有确定的规律。 类似于其它随机变量，对无限次测量来说，随机误差服从 统计规律。
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3.疏失误差
定义： 指明显超出统计规律预期值的误差。又称为疏忽误差、 过失误差或简称粗差。 产生原因：某些偶尔突发性的异常因素或疏忽所致。 测量方法不当或错误，测量操作疏忽和失误（如未按 规程操作、读错读数或单位、记录或计算错误等） 测量条件的突然变化（如电源电压突然增高或降低、 雷电干扰、机械冲击和振动等）。 由于该误差很大，明显歪曲了测量结果。故应按照一定的 准则进行判别，将含有粗大误差的测量数据（称为坏值或 异常值）予以剔除。
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2.随机误差
定义 测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测 量结果的平均值之差。又称为偶然误差。 特点 在相同测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符 号以不可预定方式变化的误差。 产生原因 随机误差是由人们不能掌握，不能控制，不能调节，更 不能消除的微小因素造成。这些因素中，有的是尚未掌 握其影响测量准确的规律；有的是在测量过程中对其难 以完全控制的微小变化(如温度波动、噪声干扰、电磁 场微变、电源电压的随机起伏、地面振动等)，而这些 微小变化又给测量带来误差。
x X0
测量误差
测定值（测量结果）
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测量误差的概念——测定值
测定值（测量结果） 测定值x是由测量所得到的赋予被测量的值。 广义上我们可以把测得值、测量值、检测值、实验值、 示值、名义值、标称值、预置值、给出值等均看作是 测量结果。 测量结果是我们要研究的对象。
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系统误差举例
用天平计量物体质量时，砝码的质量偏差 用千分表读数时，表盘安装偏心引起的示值误差 刻线尺的温度变化引起的示值误差


在实际估计测量器具示值的系统误差时，常常用适当次 数的重复测量的算术平均值减去约定真值来表示，又称 其为测量器具的偏移或偏畸。 由于系统误差具有一定的规律性，因此可以根据其产生 原因，采取一定的技术措施，设法消除或减小；也可以 在相同条件下对已知约定真值的标准器具进行多次重复 测量的办法，或者通过多次变化条件下的重复测量的办 法，设法找出其系统误差的规律后，对测量结果进行修 正。
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“ 热工测量原理及仪表”是一门专业必修课， 也是一门与就业紧密相关、实践性很强的专业 课程
成绩评定方法： 1. 平时考勤、作业、实验等占总成绩 30 % 2. 期终考试占总成绩 70 %

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参考书目
热能工程测试技术及仪表讲义，韩东太主编 热工测量仪表，第二版，高魁明主编，冶金 工业出版社 热工测量及仪表，第二版，吴永生，方可人 编，中国电力出版社 热工参数测量及仪表，何适生主编，中国电 力出版社 吕崇德.热工参数测量与处理.第二版.北京： 清华大学出版社,2001
m ( Amax Amin ) %
绝对误差的最大值与该仪表的标称范围（或量程）上限成正比。 如何使用这类仪表？
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引用误差示例 用有一块测量范围为－0.1MPa～＋0.1MPa，2.5级的 压力真空表，在进行计量校准时，各示值点上最大 允许误差是多少？ 解：该压力真空表在－0.1MPa～＋0.1MPa范围内 各示值点上的引用误差不应超过2.5％，则各示值 点上允许误差的最大示值误差应为： δ≤2.5％〓[0.1－（－0.1）]＝0.005（MPa）
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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。 所得到的倍数就是被测量的值。 两个条件： 用来进行比较的标准量应该是国际上或国家 所公认的，且性能稳定； 进行比较所用的方法和仪器必须经过验证。
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第一章 测量方法及误差分析
学习要求： 要求掌握测试系统的基本组成；仪器仪 表的主要性能参数；误差的分类及处理方法； 直接测量及间接测量中随机误差和系统误差 的计算方法。
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热工测量是指在热工过程中对各种热工参数，如 温度、压力、流量、液位等的测量（热力发电厂中， 有时也把成分分析、转速、振动等列入其中）。用 来测量热工参数的仪表称为热工测量仪表。