測量的基本知識

測量的基本知識第一頁，共八十三頁，2022年，8月28日教學(xué)安排課程性質(zhì)：必修課理論學(xué)時：40(含實驗4學(xué)時)考核方式：考試成績評定：考試成績、作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)、實驗成績要求：認真聽課，講稿中的很多內(nèi)容在教材中找不到，需要做好課堂筆記；按時完成作業(yè)；第二頁，共八十三頁，2022年，8月28日參考書目《熱工參數(shù)測量及儀表》華北電院何適生《熱工過程檢測儀表》東北電院程大亨《熱工測量及儀表》東南大學(xué)吳永生《熱工測量和儀表》上海電院朱祖濤《熱工測量及儀表習(xí)題集》第三頁，共八十三頁，2022年，8月28日

第一章測量的基本知識第四頁，共八十三頁，2022年，8月28日

測量是人類對自然界中客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認識過程。在這一過程中，人們借助于專門工具，通過試驗和對試驗數(shù)據(jù)的分析計算，求得被測量的值，獲得對于客觀事物的定量的概念和內(nèi)在規(guī)律的認識。

測量的意義第五頁，共八十三頁，2022年，8月28日測量技術(shù)可分為若干分支，如力學(xué)測量、電學(xué)測量、熱工測量等。不同的領(lǐng)域有不同的測量項目和測量特點。第六頁，共八十三頁，2022年，8月28日第七頁，共八十三頁，2022年，8月28日

熱工測量是指壓力、溫度等熱力狀態(tài)參數(shù)的測量，通常還包括一些與熱力生產(chǎn)過程密切相關(guān)的參數(shù)的測量，如測量流量、液位、振動、位移、轉(zhuǎn)速和煙氣成分等。

熱工領(lǐng)域里有哪些重要參數(shù)呢？第八頁，共八十三頁，2022年，8月28日第九頁，共八十三頁，2022年，8月28日第十頁，共八十三頁，2022年，8月28日熱工測量的意義及時反映熱力設(shè)備的運行工況，為運行人員提供操作依據(jù)；為熱工自動化系統(tǒng)準(zhǔn)確及時地提供信號；為運行的經(jīng)濟性計算提供數(shù)據(jù)。第十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容：測量的概念測量的基本方法測量儀表的基本組成測量系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)測量誤差第十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日測量的概念1、定義：所謂測量就是人們借助于專門的工具用試驗和計算的方法把要求的被測量與其測量單位進行比較，以測量單位的倍數(shù)顯示被測量的數(shù)值。2、測量的基本方程式:

x0＝μU

x0≈xU

式中:x0－被測量U－標(biāo)準(zhǔn)量（即選用的測量單位）

μ－被測量的真實數(shù)值，簡稱真值

x－被測量的標(biāo)準(zhǔn)值3、測量過程三要素：

測量單位測量方法測量工具第十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日測量單位國際單位制internationalsystemofunits，SI

國際計量會議以米、千克、秒為基礎(chǔ)所制定的單位制。后經(jīng)修改和補充，成為世界上通用的一套單位制。SI基本單位（7個）物理量名稱單位名稱單位符號

長度米m質(zhì)量千克kg時間秒s電流安（培）AAmpere熱力學(xué)溫度開（爾文）KKelvins發(fā)光強度坎（德拉）cdcandela物質(zhì)的量摩（爾）mol第十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日1）按測量結(jié)果的獲取方式：直接測量：被測量與測量單位直接比較即可獲得間接測量：通過測量值的函數(shù)運算后才能獲得被測量測量結(jié)果：20.1mm銅導(dǎo)線的導(dǎo)電率測量的方法第十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日2）按傳感器與被測對象是否直接接觸接觸測量：儀表的某一部分與被測對象接觸非接觸測量：儀表的任何部分與被測對象均不接觸第十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日3）按被測量在測量過程中的狀態(tài)：靜態(tài)測量：在測量過程中被測參數(shù)恒定不變或變化緩慢動態(tài)測量：在測量過程中被測參數(shù)隨時間變化

嚴(yán)格來講，過程測量均屬動態(tài)測量，但是，在實際工程中，由于測量儀表反應(yīng)迅速，被測參數(shù)在測量儀表響應(yīng)過程中一般不發(fā)生變化，可作為靜態(tài)測量對待。第十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日4）按是否在生產(chǎn)過程中的進行：在線測量：在生產(chǎn)過程中進行的測量離線測量：在非生產(chǎn)過程中進行的測量第十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日溫包：溫度→水銀的體積膨脹量玻璃管：水銀的體積膨脹量→高度刻度標(biāo)尺：高度→溫度顯示舉例：水銀溫度計

感受元件顯示元件變換元件測量儀表的組成第十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日測量儀表的組成變換(傳送)元件顯示元件傳感元件被測對象可讀信號標(biāo)準(zhǔn)信號注意：對傳感元件的要求？第二十頁，共八十三頁，2022年，8月28日1）傳感元件（一次元件、傳感器）感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的規(guī)范信號輸出。

要求：

輸入與輸出之間應(yīng)該有穩(wěn)定的單值函數(shù)關(guān)系。應(yīng)該只對被測量的變化敏感，而對其它一切可能的輸入信號不敏感。在測量過程中，傳感元件應(yīng)該不干擾或盡量少干擾被測介質(zhì)的狀態(tài)。第二十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2）變換元件（變送器）將傳感元件輸出的信號根據(jù)顯示元件的要求，傳輸給顯示元件。功能：單純傳輸；放大信號，進行遠距離傳輸；轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一信號，進行遠距離傳輸；要求：性能穩(wěn)定，精確度高，使信息損失最小。第二十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日3）顯示元件（顯示器）顯示給觀察者反映被測量的變化顯示裝置的基本形式：模擬式、數(shù)字式、屏幕式第二十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日例：波紋管壓力計波紋管：壓力P→位移x電位器：位移x→電阻RP電阻測量儀表：電阻RP→壓力P顯示傳感器變換器顯示器能否判斷該儀表的傳感器、變換器、顯示器？RPpφ波紋管壓力計的組成x第二十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日熱電偶

熱電阻溫度傳感器:第二十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日壓力傳感器：第二十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日溫度變送器:第二十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日壓力變送器:第二十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日顯示元件：第二十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日課堂練習(xí)：1、測量三要素是指（）

A、測量單位

B、測量方法

C、測量工具

D、測量條件ABC第三十頁，共八十三頁，2022年，8月28日2、下面不屬于熱工量測量的是（）A、溫度B、流量C、電壓D、壓力C第三十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日3、下列測量過程不屬于直接測量的是（）

A、用磅秤稱體重；

B、用米尺測身高；

C、通過公式測量功率；

D、用水銀溫度計測體溫；C第三十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日4、在儀表的基本功能環(huán)節(jié)中，能直接感受被測量變化的是（）

A、傳感器

B、變送器

C、顯示器

D、傳輸通道A第三十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日誤差的表示誤差的分類測量誤差第三十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日誤差的表示絕對誤差

相對誤差（1）實際相對誤差（2）示值相對誤差（3）引用相對誤差第三十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日誤差的分類系統(tǒng)誤差隨機誤差粗大誤差第三十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日（一）系統(tǒng)誤差及其處理

1.定義：在相同條件下多次測量同一被測量過程中，誤差值的大小和符號保持不變(恒值系統(tǒng)誤差)或者條件變化時按某一確定的規(guī)律變化(變值系統(tǒng)誤差)。第三十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日（一）系統(tǒng)誤差及其處理

2.產(chǎn)生原因：測量設(shè)備、試驗裝置不完善或安裝、調(diào)整、使用不當(dāng)；測量的外部環(huán)境發(fā)生較大改變；測量方法錯誤或測量方法所賴以存在的理論本身不完善。注意：在測量系統(tǒng)和測量條件不變時，增加測量次數(shù)并不能減少系統(tǒng)誤差。第三十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日（一）系統(tǒng)誤差及其處理

3.處理方法：

在測量前，應(yīng)盡可能預(yù)見到產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來源，設(shè)法消除或通過補償法減小其影響。在實際測量時，盡可能地采取適當(dāng)?shù)臏y量方法，消除系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響；在測量之后，通過對測定值進行數(shù)據(jù)處理，檢查是否存在未被注意的變值系統(tǒng)誤差。第三十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日（二）隨機誤差及其處理1.定義：在相同條件下對同一被測量進行多次測量時，誤差中有一部分，它的大小和符號不可預(yù)知地隨機變化，這部分誤差稱為隨機誤差。第四十頁，共八十三頁，2022年，8月28日（二）隨機誤差及其處理2.產(chǎn)生原因：由于測量過程中某些尚未認知的原因或無法控制的微小變化因素所引起的，其大小、方向難以預(yù)測，無一定規(guī)律可循。

注意：改善測量技術(shù)只能減少隨機誤差，卻不能消除。第四十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日第四十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日第四十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日（二）隨機誤差及其處理3.隨機誤差的特性

對稱性

單峰性

有界性

抵償性

大小相等、符號相反的隨機誤差出現(xiàn)的概率相同絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率小絕對值很大的誤差出現(xiàn)的概率接近于零當(dāng)測量次數(shù)n不斷增加而趨于無窮多時，全部隨機誤差的算術(shù)平均值趨于零。第四十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日4.減小隨機誤差的方法對于已知的因素可以采取一定的對策，例如采用隔振措施減小振動的影響，利用電、磁、熱屏蔽等辦法減小干擾因素的影響。在使用儀表時，可采取對同一被測量增加測量次數(shù)取平均值的方法。選用以微處理機為核心的智能儀表，利用其數(shù)字濾波法也可減小隨機誤差的數(shù)值。（二）隨機誤差及其處理第四十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日（三）粗大誤差及其處理1.定義：明顯歪曲了測量結(jié)果的誤差。

又稱疏忽誤差或過失誤差。測量數(shù)據(jù)中，數(shù)值明顯偏離其它眾多測量值的那些數(shù)據(jù)，通常含有粗大誤差，此測量值稱為壞值，應(yīng)舍掉。第四十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日（三）粗大誤差及其處理2.產(chǎn)生原因：測量系統(tǒng)故障測量條件的突變操作失誤、讀數(shù)和記錄錯誤等

第四十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日（三）粗大誤差及其處理3.處理方法：在測量時，一旦發(fā)現(xiàn)或懷疑數(shù)據(jù)不對時，應(yīng)及時重新測量；若已離開測量現(xiàn)場，應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計檢驗方法來判別是否為壞值，以便取舍。第四十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日問：下列誤差屬于哪類誤差？

(1)用一只普通萬用表測量同一個電壓，每隔10min測一次，重復(fù)測量l0次，數(shù)值相差造成的誤差，屬于何種誤差？

(2)觀測者抄寫記錄時錯寫了數(shù)據(jù)造成的誤差。

(3)在流量測量中，流體溫度、壓力偏離設(shè)計值造成的流量誤差。

(4)用一塊普通萬用表測量同一電壓，重復(fù)測量20次后所得結(jié)果的誤差。隨機誤差粗大誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差第四十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日測量儀表的質(zhì)量指標(biāo)允許誤差精確度變差靈敏度分辨率線性度漂移第五十頁，共八十三頁，2022年，8月28日允許誤差儀表出廠時應(yīng)保證它的誤差不超過某一規(guī)定值，該規(guī)定值叫做儀表的允許誤差。允許誤差以引用相對誤差ryu的形式表示。第五十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日精確度正確度

測量值與被測量真值之間的符合程度。反映系統(tǒng)誤差的影響。對同一被測量進行多次測量，測量值彼此之間接近的程度（測量的重復(fù)性）。反映隨機誤差的影響。精密度第五十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日第五十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日（a）精密度高（b）正確度高（c）準(zhǔn)確度高第五十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日

ABC第五十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日精確度精度等級0.10.20.51.01.52.54允許誤差±0.1%±0.2%±0.5%±1.0%±1.5%±2.5%±4%注意：因為精度等級源于誤差，所以值愈小，精度愈高。儀表的精確度等級第五十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。精度等級數(shù)值越小，就表征該表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5級以下。儀表的精度等級一般用不同的符號形式標(biāo)志在儀表面板上。第五十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日精確度基本誤差

合格的儀表：基本誤差≤允許誤差對于給定的儀表，在規(guī)定的正常工作條件下，通過檢定（校驗），在整個刻度范圍內(nèi)各點示值誤差中最大的誤差之絕對值。第五十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日例1：某臺測溫儀表的測溫范圍為200℃～700℃，檢驗該表時得到的最大絕對誤差為4℃，試確定該表的精度等級。

[提示：求rj]如果將該儀表的rj去掉百分號，其數(shù)值為0.8，由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表超過了0.5級儀表的允許誤差，所以這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。

第五十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日例2：某臺測溫儀表的測溫范圍為0～1000℃，根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±7℃，試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求。根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為如果將儀表的允許誤差去掉±與%號，其數(shù)值介于0.5～1.0之間，如果選擇精度等級為1.0級的儀表，其允許誤差為±1.0%，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求。第六十頁，共八十三頁，2022年，8月28日根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇精度等級，情況是不一樣的。根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該大于（至少等于）儀表校驗所得的基本誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（至多等于）工藝上所允許的最大相對誤差。總結(jié)第六十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日例3：

某臺測溫儀表的量程是600～1100℃，儀表的最大絕對誤差為士4℃，試確定該儀表的精度等級。

由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表超過了0.5級儀表的允許誤差，所以這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。

第六十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日例4：某1.5級測量范圍為0~100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點校驗時，其示值絕對誤差分別為－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，試問該表是否合格？因為1.2％<1.5%，所以該表合格。儀器基本誤差小于允許誤差，儀器合格；反之則不合格。第六十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日例題：例5：有二支溫度計，刻度范圍和精度分別為A表:刻度范圍為0

～800℃，精度1.0級;B表:刻度范圍為-50

～400℃，精度1.5級。問：（1）哪個溫度計精度等級高，允許誤差??？（2）要求測溫誤差不超過±7℃時，應(yīng)選用哪個溫度計？[提示:Δyu=±A×精度等級/100]第六十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日例題：例6：用0～16MPa壓力表測量10MPa左右的主蒸汽壓力，要求|相對誤差|≤0.5%,試選擇儀表的精度等級。（可選等級有0.2級、0.5級）對儀表精度的選擇,不是選擇精度等級越高就越好。儀表精度越高,儀表的價格就越高,而且對測量環(huán)境要求也高。第六十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日解：（1）最大絕對誤差（2）最大的引用相對誤差（3）選擇精度等級要保證|ryu|≤|rcmax|,所以精度等級選0.2級。第六十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日課堂測試：1、用測量范圍－50～150KPa的壓力表測量140KPa壓力時，儀表示值為142KPa，求該示值的絕對誤差、實際相對誤差、示值相對誤差和引用誤差。2、兩支溫度計：

A:刻度范圍為0

～800℃，精度1.0級;B:刻度范圍為0

～400℃，精度1.5級。被測溫度常為300～350℃，若要求|測量誤差|≤6℃

，應(yīng)選哪一支？第六十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日在全量程范圍內(nèi)，上下行程(即逐漸由小到大再由大到小)測量差異最大的數(shù)值與儀表量程之比的百分數(shù)為測量系統(tǒng)或儀表的變差。變差（回差、滯后誤差）第六十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日第六十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日變差通常是由于儀表中的彈性元件、磁性元件等滯后現(xiàn)象引起的，也可能是機械元件之間的間隙等原因引起的。儀表變差不應(yīng)超過允許誤差。為了測出儀表變差，在校驗儀表時，一般應(yīng)進行上、下行程的校驗。變差（回差、滯后誤差）

第七十頁，共八十三頁，2022年，8月28日例題：例7：一支水位計，量程-320mm~320mm，精度1.0級，當(dāng)水位上升至零水位時，指示

-5mm；水位下降至零水位時，指示5mm。問水位計是否合格。第七十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日靈敏度反映儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。靈敏度S＝穩(wěn)態(tài)時儀表的輸出信號的變化量Δy與產(chǎn)生該變化量的輸入信號的變化量Δx之比。S過高穩(wěn)定性差，S過低精度差。靈敏度第七十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日第七十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日第七十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日第七十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日分辨率是指能夠引起測量系統(tǒng)或儀表輸出量發(fā)生變化所對應(yīng)輸入量的最小變化量。通常把不能引起輸出量