第1章 测量的基本知识讲解

x RP
传感器
p
显示器
φ
波纹管压力计的组成
温度传感器:
热电偶 热电阻
压力传感器：
温度变送器:
压力变送器:
显示元件：
课堂练习：
1、测量三要素是指（ ABC ） A、测量单位 B、测量方法 C、测量工具 D、测量条件
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）
3、下列测量过程不属于直接测量的是（ C ） A、用磅秤称体重； B、用米尺测身高；
C、通过公式 W UI 测量功率；
D、用水银温度计测体温；
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 ） A、传感器
B、变送器
C、显示器
D、传输通道
测量误差
误差的表示 误差的分类
热工测量技术
主讲教师：陈磐
Email： panchen326@163.com
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；
允许误差以引用相对误差ryu的形式表示。
精确度
精密度 正确度
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。
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。
（a）精密度高 （b）正确度高 （c）准确度高
A
B
C
精确度
仪表的精确度等级
[提示：求rj ]
rj

| max
A
|A
100%

4 100% 700 200

0.8%
1.0%
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。
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。
算术平均值趋于零 。
1
lim n n
n
i
i 1
1 lim
n n
(xi ) 0
（二）随机误差及其处理
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。
2、测量的基本方程式:
3、测量过程三要素：
x0＝μU
x0≈ x U

式中: x0－被测量

U －标准量（即选用的测量单位）
测量单位 测量方法 测量工具
μ－被测量的真实数值，简称真值
x －被测量的标准值
测量单位
国际单位制 international system of units，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。
（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)。
（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
SI基本单位（7个） 物理量名称 单位名称 单位符号
长度 质量 时间 电流 热力学温度 发光强度 物质的量
米 千克 秒 安（培） 开（尔文） 坎（德拉） 摩（尔）
m kg s A Ampere K Kelvins cd candela mol
测量的方法
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
(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。 系统误差
(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
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
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。
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。
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。
误差的表示
绝对误差 ＝x 或 x x0
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
r＝ 100％＝ x x0 100%
x0
x0
r 100% x x0 100%
x
x

rc

100% A
误差的分类
系统误差 随机误差 粗大误差
精度等级 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4
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。
精确度
基本误差

＝
j
|

m
ax
|A
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。
rj＝|
max
A
|A
100％
合格的仪表：基本误差≤允许误差
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。
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。
总结
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。
（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。
（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
（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。
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？ 随机误差 (2)观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。 粗大误差
举例：水银温度计
显示元件 刻度标尺：高度→温度显示 变换元件 玻璃管：水银的体积膨胀量→高度 感受元件 温包：温度→水银的体积膨胀量
测量仪表的组成
被测对象
可读
信号
传感
变换(传送)
元件
元件
标准 信号
显示 元件
注意：对传感元件的要求？
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。
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。
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？
注意：改善测量技术只能减少随机误差，却不能消除。
（二）随机误差及其处理
3. 随机误差的特性 大小相等、符号相反的随
对称性
绝对值机小误的差误出差现出的现概的率概相率同大，
单峰性 有界性 抵偿性
绝对值大的误差出现的概率小
当绝测对量值次很数大n的不误断差增出加现而趋的于
无概穷率多接近时于，零全 部 随 机 误 差 的
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。
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；
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。
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 测量误差 测量系统的质量指标
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。
测量结果：20.1 mm
• 间接测量：通过测量值的函数运算后才能获得被测量
铜导线的导电率


4l
d 2 R
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
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
要求：性能稳定，精确度高，使信息损失最小。
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
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
变换器
能否判断该仪表 的传感器、变换 器、显示器？
Βιβλιοθήκη Baidu
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》
第一章 测量的基本知识
测量的意义
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。
查是否存在未被注意的变值系统误差。
（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。
（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。
• 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。
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
测量仪表的组成
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。
（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
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。
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？
热工测量的意义