热工测量-第1章_绪论

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接触测量和非接触测量
接触测量：传感器和被测对象直接接触而 进行的测量。 非接触测量：传感器和被测对象不直接接 触而进行的测量。
5 等精度测量和非等精度测量

等精度测量：在测量过程中影响误差大小的全部 测量条件不变。 非等精度测量：不同的测量条件下，对同一被测 量进行多次重复测量。
1.3 检测系统

偏差测量法：被测量作用在测量工具上， 其偏离测量工具的初始状态（零点），偏 离量得到被测量值。也就是说仪表指针的 位移决定被测量大小的测量方法。例如： 水银温度计；指针式万用表，弹簧秤。
零差测量法：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，已知量即为测量 值。 隐含： (1)已知量是连续可调的，随时可通过 调节 得到被测量。 (2)已知量可容易的准确测量 （天平，用电位差计测量热电偶产生的热电势。）
4 通讯总线与接口（管理两个不同系统之间的数据、 状态和控制信息的传输和交换）
总线：从任意一个源点到任意一个终点的 一组传送数字信号的公共通道，是各种信 号的集合。（一种规范，一种结构形式。） 接口：完成通信的硬件系统

流量检测系统的一个例子（流量跟节流件两侧压差的平发 根成正比）
管道 被测 对象
3 灵敏度 ( sensitivity )
灵敏度表征检测仪表对被测参数变化的灵敏程度。
定义： 测量系统在稳态下输出量的增量与输 入量的增量之比 斜率：
y K x K ( x x f ) Kx K y y K 1 1 K 1 1 x 1 K k

当K》1时，则
1 y x
对于闭环仪表，若正向通道总传递函数系统 K足够大，则闭环仪表的特性取决于反馈通 道的倒特性，而主通道各环节性能的改变不 会影响仪表的输出y。
1）绝对误差(Absolute Error): ：
x
指示值 真值
绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，故测量精 度愈高。但这一结论只适用于被测量值相同的情况， 而不能说明不同值的测量精度。绝对误差不足以反 映测量值偏离真值程度的大小。
例1 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0.5kg，但该采购员对卖巧克力商店意 见最大，为什么？
1.3
测量系统的组成
三个基本部分组成：检测部分、信号变换部分、 分析处理显示部分
信息获取 转换 （信号检出部分） （信号变换部分）
显示和处理
1 检测部分
1) 定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出 信号。也称：敏感元件、一次元件、变送器。如 热电偶 2) 要求：稳定性，选择性，线性性 输出信号必须随被测量变化 输出信号只能随被测量变化 输出信号与被测量之间必须是单值函数，最好 是线性关系
2 信号变换部分

信号调理电路
阻抗匹配 信号放大 去噪 信号变换
A/D,D/A
线性化处理
3.分析处理显示部分： 1) 定义：向观察者显示被测量的数值、量值的装置 2）分类： 按照显示方式不同分为： 模拟式 结构简单，价格低廉 存在视差 数字式 屏幕式 显示模拟曲线、数值，形象，有利于参数比较，最先进 按照显示功能的不同分为 显示仪表—显示被测量的瞬时值 记录仪表—记录被测量随时间变化 积算仪表—显示被测量对时间的积分 信号式仪表—反映被测量是否超过允许的限值 调节式显示仪表—根据被测量与规定值的偏差情况，发出对 被测对象进行调节的信号
1.5、仪表的检定
1.1
测量的基本概念
测量－－用实验的方法和专门的技术工具，依靠实验 和计算找到被测量的值（大小或正负）。 为了监督和控制生产，必须有测量和检测。是过程控制中 最重要的一环，生产过程中可以没有自动控制，但是绝对 不能没有检测。
1)测量过程的三要素： 测量方法；测量单位； 测量工具

间接测量法：通过直接测量其它变量， 再按函数关系计算求得被测量数值的方 法（过热蒸汽的质量流量：测得的是过 热蒸汽的温度、压力和标准节流装置的 差压信号，计算后得到流量。例如：测 量电功率，先测量电压U和电流I，再求 功率P=UI） 组合测量：为了同时取定多个未知量， 通过求解方程组。
2. 偏差测量法、微差测量法、零差测量法（被 测量与测量单位比较方式）
只要精心挑选元器件制作反馈通道 ，而对主通道不必苛求，就可以方 便地获得所要求设计的仪表。
反馈通道 相对误差
闭环仪表的相对误差为： f 闭环结构的灵敏度为： S 1

Sf
反馈通道 灵敏度
1.4 仪表的主要性能指标
仪表的主要性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要依据。 质量指标包括：计量性能、操作性能、可靠性、经济性 准确度

微差测量法：通过将被测量与已知标准量 进行比较，取得差值，再用偏差法测得此 差值，测量结果是已知标准量和偏差量的 代数和。(检定热电偶： 测量被校热电偶 的热电势与标准热电偶的微小差，来评价 要检验的热电偶的精度）
3. 静态测量法和动态测量法（测量过程中的 状态）

静态测量法：被测量在测量过程中不随时间变 化，或变化速率相对于测量速率变化十分缓慢 动态测量法：测量过程中被测量随时间有明显 变化
线性度 回差 重复性误差 分辨率 灵敏度
漂移
一、计量性能指标
1 测量范围和量程 测量范围上限值－下限值=量程 2 准确度：表示测量结果与被测真值之间的 接近程度。
测量误差（Measuring Error):测量值与真值（True value)之差。 所谓真值，是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。 真值分为： • 理论真值：例如，三角形内角之和180度 • 约定真值：例如，水的三相点273.16K • 相对真值：用精度较高的标准表所测得的标准值代替真值。
第一章 绪论
火电厂
自动检测与自动控制系统
在电力、冶金、石化、化工等流程工业中， 生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通 常建立24小时在线监测系统。
石化企业输油 管道、储油罐 等压力容器的 破损和泄露检 测。
在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时， 必须对其性能质量检测。
图示为汽车出厂检验原理框图， 测量参数包括润滑油温度、冷却 水温度、燃油压力及发动机转速 等。通过对抽样汽车的测试，工 程师可以了解产品质量。
检测系统：被测对象＋检测全过程 一个具体的检测系统必须包括:被测对象、检测 元件、显示装置。 Why？ 其余部分视具体结构而异

例如：用水银温度计检测容器中加热器的温度。 水银柱的位能 水的 第一过程： 热能 第二过程：水银柱的高度与玻璃上温度刻度比较 加热器-----？被测对象 水银--------？ 检测元件 玻璃刻度--------？ 显示装置
1） 开环结构仪表
输入 干扰 输出
特点：全部信息变换只沿着一个方向进行。
相对误差： 灵敏度：
1 2 n i
i 1
n
动圈式仪表
电流 I k1
力矩
角度 k2 T θ 动圈表方框图
位移 k3 X
特点： 各环节开环串联，信号沿一个方向传输。 按偏差测量法工作 要保证仪表指示正确，必须保持每个环节灵敏度 不变
分析

若要增加仪表灵敏度S必须 增加环节的个数或 提 高环节的灵敏度Si。 法1：增加环节的个数，仪表相对误差也相应增大， 法2：若不增加环节个数，而提高环节灵敏度，则 对应较小的输入信号，就能得到相同的指针偏转， 故仪表对应的测量范围必减小；若绝对误差不
变，仪表相对误差必将随着增大。
绝对误差 1 100％ 测量范围上限－测量范围下限 x-l = 100％ 测量范围上限－测量范围下限
ry
m
A
100 %

仪表精度等级是指仪表在规定的工作条件下， 允许的最大引用误差，按照国家统一规定，工 业仪表的等级有：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0, 共七个等级。所谓1级表，即该仪表允许的最 大引用误差为1％。精度等级表示方法：如：1 级为
1.0 1.0
例：有一台测压仪表，其标尺范围为0~500kPa,其 绝对误差最大值 pmax 4kPa 求仪表的精度等级。 解： 4
流体动能－> 静压能－> 标准电流信号
检测元件 开方处理
该系统包括除被测对象外的六部分。
当检测系统进行测量时，首先是通过检测元件、 变送器、传输、处理四部分把被测变量的能量形 式经过多次转换，变成了与被测量成一定对应关 系（线性）的电信号，这是第一过程； 将电信号通过测量电路和显示装置，进行测量单 位的比较过程，通常由显示仪表完成，这是第二 过程。
因此开环仪表在增加灵敏度的同时，仪表的 相对误差也相应增大，从而降低了仪表精度。 另一方面，由于灵敏度增加，仪表的稳定性 将大大降低，为了保证仪表具有较好的稳定 性，则：

开环仪表的灵敏度不易做得很高
2） 闭环结构仪表
正向通道传 递函数K
x x xf xf y
反馈通道传 递函数β
检测通常包括两个过程

1. 能量形式的一次或多次转换过程－－检测（敏感） 元件、变换（转换）器、信号传输和信号处理等部分。 2. 将被测变量与其相应的检测单位进行比较。－－测 量电路及显示装置部分。 例如：水银温度计
1.2
测量方法
测量方法：实现被测量与其测量单位相比较获得测量 值的方法。注意与测量原理的区别。 根据不同的分类标准，可包括 1. 直接测量法和间接测量法（被测 值获取方式不 同) 直接测量法:用测量仪器直接得到被测量。（直尺 测量长度,压力表测压力,玻璃温度计测温度） 直接测量法分为：直接比较和间接比较。 直接比较：直接把被测物理量与标准量做比较的测 量方法。例如直尺测量长度。特点：测物理量与 标准量是同一物理量 间接比较：水银温度计，弹簧秤

检测仪表



检测仪表是组成检测过程中的一部分或全部。
一部分：热电偶＋数字显示仪表测温度 全部：水银温度计测温度
结构：变换(传感器，变送器)、比较（测量电 路）和显示装置三部分。 变换部分往往是由若干个环节按一定方式联接 而成。（开环结构和闭环结构）

仪表内每一次信号的转换和传输可作为一个环节， 整个仪表是各环节的连接。
分贝误差：
20 lg(

)
注：实际相对误差和示值相对误差不能评价仪表的性能，为什么？
2）仪表的基本误差： 在规定的正常工作条件下，仪表在全量程范围内各点示值 误差中绝对值最大的误差。仪表规定的标准条件是：电源电 压（220+5）v；电网频率(50+2)Hz;环境温度（20+5）0c；环境 湿度65%+5%； 仪表的附加误差 :不在正常工作条件下工作 外界条件变动引起 4）仪表的允许误差和精度等级 仪表的允许误差：在规定的正常工作条件下，为了保证仪表 的质量，国家规定的各类仪表的基本误差不能超过的限值。 精度（精确度、准确度） ：通常用仪表引用误差形式表示的 允许误差去掉百分号余下的数值的大小衡量。
max
500 0
100% 0.8%
最大误差大于0.5%，而小于1，按仪表精度等级划 分，该仪表的精度为1级。

现根据测量的需要，仪表的测量范围改为200 －400KP，仪表的绝对误差不变，此时仪表的 最大引用误差
max
4 100% 2% 400 200
精度等级为2.5级。 仪表的绝对误差相等，测量范围大的仪表精度 高，反之仪表精度低！ 举例
绝对误差评价相同被测量测量精度高低
相对误差评价不同被测量测量精度高低
相对误差更能说明示值的准确程度
2）相对误差(Relative

Error)
实际相对误差：
r
x

示值相对误差：
引用相对误差：
rA rA


100%


x
100 %
A
x
100 %
仪表量程A：仪表测量上限与下限之差
汽车扭距测量
机床加工精度测量
高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、 距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动 等进行实时准确的测量，一般需要30～1 00种 传感器。
汽车与传感器Leabharlann 第1章 绪论主要内容
1.1、测量的基本概念 1.2、测量方法 1.3、测量系统的组成 1.4、仪表的主要质量指标