热工自动控制概要

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1、热工测量与自动控制,任 课 教 师: 班级:供热、空调、水电,教学大纲说明： （一）课程的基本要求 初步掌握工程的测量方法以及误差分析与数据处理，能够正确选择和使用安装测量仪表、仪器，合理组建常用的测量系统，了解自动控制的基本原理，能准确地提出本专业对自动控制的要求正确绘制自动控制原理示意图，并能配合自控人员进行工程调试。 （二）本课程与其它课程的关系 本课程是本专业的一门专业课，与其它课程有横向联系，在学生对于其它专业课的内容有所了解的基础上，开设本课使学生对于该专业各参数是如何测量的有所认识。 （三）教学要求、重点、深广度和教学方法建议 要求学生掌握教学大纲要求的内容、重点是各热工参数的测

2、量和自动测量的基本知识和术语，对于各种仪表的制造原理有所了解，重点掌握各种的仪表使用方法和各专业运行调试的方法。对于自动控制部分的内容作为了解。,绪论,热工测量-测量与测量仪表的基本知识、误差的基本性质与处理、各种热工参数测量仪表的结构、原理与使用 测量热工参数:温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量 自动控制-自动控制原理、自动控制仪表、自动控制系统、自动控制在暖通工程上的应用,20,第一章 测量的基本知识（授课4学时）,1-1 测量的意义及方法 一、测量的概念 测量就是用专门的技术工具依靠实验和计算找到测量值 1、测量的定义：以同性质的标准量与被 测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。

3、被测量： X = a U,两者的比值（测量值）,(1-1),标准量（测量单位）,测量的基本方程式,X = a U,2、测量过程及变换（转换）： 测量过程包括调零、对比、示差、调平衡、读数五个动作。 测量变换的定义是指把被测量按一定的规律变换成另一个物理量的过程。实现该过程的元件称为测量元件。 变换是测量的核心。 二、测量的方法(如何实现被测量与标准量比较的方法) （一）按照获取测量结果的程序分 （二）按照仪表特点分 （三）按照被测对象在测量过程中的状态分 （四）按照测量精度分,等精度测量测量条件完全相同的情况下进行测量，其精度相同。,热水热量指示积算仪,测量过程包括调零、对比、示差、调平衡、读

4、数五个动作,铂热电阻,求解联立方程，得出常数A、B,时间,室内温度,0,室外温度,0,时间,PA,PB,流量,1-2 测量系统 -为完成测量任务而被组合在一起的整体。,一、测量系统的基本功能 二、测量系统的组成,在实际应用中，一般用干、湿球温度计来测量出湿球温度，近似代替热力学湿球温度。并且得到相对湿度。,变换元件,X,g1,g2,gm,Y=f(X,g1,g2gm),风扇,三、热工测量仪表的分类 （一）按被测参数分类-温度、湿度、压力、流量、 流速、液位、热量 （二）按显示记录形式分类 （三）工作原理分类:机械式/电子式/气动式/液动式 （四）其他分类,模拟式仪表记录仪表,指针指示仪表数字显示

5、仪表屏幕显示仪表,模拟式信号记录仪表数字打印记录仪表,按显示功能分类,1-3 测量误差与测量精度,被测量的真值： 一、测量误差：测量结果与被测量的真值之间的差,系统误差（系差） 随机误差（偶然误差） 粗大误差（过失误差）,.,按误差产生的原因 及性质的不同分为,按误差的 表示方法分,绝对误差 =X-X0 (1-3) 相对误差,测量结果表达式：,X0 = a U,X0为一不确定值，在一区间范围内。只有当给出了测量结果X、误差范围 max 及其单位，测量才算完成。,（一）系统误差:在多次等精度测量同一恒定值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时也按某种规律变化的误差，简称系差。 产生原因：

6、五条P.11 （二）随机误差:在多次等精度测量同一恒定值时，其绝对值和符号无规则变化的误差，测量次数足够多时，服从统计规律，误差的平均值趋近于零。又称偶然误差。 产生原因：三条P.11 （三）粗大误差:在一定的测量条件下，测量值明显地偏离实际值所形成的误差，简称粗差，又称过失误差。 产生原因： 粗心失误,二、测量精度,(a)弹着点分散而偏斜,测量中既不精密,也不正确,即精确度很低。 (b)弹着点仍较分散，但大致围绕靶心，属于正确而欠精密。 (c)弹着点密集，但明显偏向一方，属于精密高而正确度差(准星 (d)弹着点相离很近且都围绕靶心， 有问题) 属于即精密高又正确，精确度很高。B点为坏值，应予

7、以剔除。 保证精确度高应满足三个方面的条件：,靶心-测量的真值 靶上的弹着点-测量的结果,随机误差小-精密度高系统误差小-正确度高粗大误差-坏值,精确度高,三、随机误差的特性与处理 （一）随机误差的特性 剔出粗差，消除系差，对同一量值进行无数次等精度测量，得到的测量值Xi叫测量列：X1、X2、 、Xn 被测参数的真值,n次测量的最佳值或 最优概值(算术平均值)：,6.30,保证精确度高应满足三个方面的条件： （1）性能优良的测量仪表 （2）正确的测量方法 （3）正确细心的测量操作 要实现准确测量必须做到: 尽量避免过失误差（粗差） 尽量减少系统误差到可以忽略的程度 仔细地设计测量，并尽可能地进

8、行多次（多次测量的平均值，其随机误差比单个测量值的随机误差小）,1.正态分布： 若一系列测量值中不含系统误差和粗大误差，随机误差：,图1-4 正态分布的 随机误差概率密度曲线,(1-7),-标准偏差的最佳估计值,（1-9）,算术平均值的标准偏差,（1-10）,-标准偏差（教材上称标准误差）,正态分布函数为 : (随机误差落在 到的概率),（1-8）,分布密度函数：,正态分布函数为：,（1-8）,2、 正态分布的随机误差具有的特性： （1）随机误差的正负值分布具有对称性 （2）随机误差数值分布的规律性 （3）随机误差绝对值的有限性 （4）曲线的对称性,（二）随机误差的处理：,随机误差 i 落在

9、到的概率为：,随机误差i落在-到的概率为,令：,令：,正态分布积分表（表1-1）P.14：,随机误差i落在 （-，+）区间的概率为,-,2,-2,标准正态分布的分布函数,随机误差i落在（-，+）区间的概率为：,随机误差绝对值大于3的可能性（概率）仅为0.0027，实际出现的可能性极小，因此定义3为极限误差（或叫最大误差、随机不确定度）。 在多次等精度测量中，通常将 的测量值判为坏值，删除掉。,i落在（-2，+2）区间的概率为：,i落在（-3，+3）区间的概率为：,-,2,-2,有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗差),(可信度99.7%),的误差叫粗大误差,(1)最优概值,(3)极

10、限误差,(2)标准偏差,(4)最优概值标准偏差,(5)有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗差),将【例1-1】所列的等精度测量结果进行处理，并导出其最终结果表达式（P.14）,（无粗大误差）,(可信度99.7%),(1)最优概值,(3)极限误差,(2)标准偏差,(4)最优概值标准偏差,(5)有限次等精度测量最终结果表达式(消除系差，剔出粗差),P18.11 题 求测量标准偏（误）差，最优概值标准偏（误）差；置信度分别为95.5%，99.7%的测量结果。,（无粗大误差）,(可信度99.7%),【作业1-1】将下列两组等精度测量结果进行处理，并导出最终结果表达式。（单位 ）,组别,测量

11、列,作业 P18. 11题,三位有效数字,两位有效数字,最后一位数字为欠准数字,6.30 6.3,误差理论：,注意测量时几位有效数字的取值，计算结果要和给出的数字取同样多的位数，运算过程中至多要比给出的数字取多一位的位数或相同位数，多了也没用。,1000kPa 1Mpa,=1.000MPa,(1)最优概值,(3)极限误差,(2)标准偏差,(4)最优概值标准偏差,（5）有限次等精度测量最终结果 表达式（消除系差，剔出粗差）,【作业1-1】将下列两组等精度测量结果进行处理，并导出最终结果表达式。(单位： ）,（无粗大误差）,(可信度99.7%),1-4 测量仪表的基本技术指标,允许误差限内，测量仪

12、表的被测量值的范围叫作测量范围。测量范围上限值(最高值)与下限值(最低值)之差称作量程Xm 一、仪表的精度与稳定性 1、测量误差 （1）示值绝对误差 =X-X0 (1-16) （2）示值相对误差 （3）引用误差 （4）基本误差 （5）允许误差：基本误差不超过某一规定值。 2、仪表的精度-允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级,2、仪表的精度 基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。允许误差去掉百分号的数值称作仪表的精度等级。 0.005、0.01、0.02、（0.035）、0.04、0.05、0.1 0.2、（0.35）、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0 掌握仪表的精度

13、要注意的几点（P15）： （1）用户只可降级使用不可升级使用。 （2）在测量中使用同一精度（1.0级），量程又相同的仪表(50 100 ),所测值的绝对误差(0.5 )与被测参数的数值无关。 (3)两块同一精度的仪表（1.0级），量程不等(一块0 50 ,另一块0 100 ），则在测量中可能产生的绝对误差是不相同的(0.5 、1 ),科学研究用,工业检测用,(3)两只同一精度的仪表（1.0级），量程不等(一只0 50 ,另一只0 100 ），测同一环境温度为40 ，用那一块更好？,结论：尽量选择量程小的仪表，并使测量值在上限至量程的三分之二左右。 两块仪表，精度、量程均不等，测同一参数用那一块

14、更好？ 【作业1-2】测90 温度，现有两只温度计，一只精度0.5级，量程0 300 ；另一只精度1.0级，量程0 100 ，问用那一只温度计测量更好？,测量中可能产生的最大绝对误差为：,用第一块更好,可能产生的最大绝对误差更小。,【作业1-2】测90 温度，现有两只温度计，一只精度0.5级，量程0 300 ；另一只精度1.0级，量程0 100 ，问用那一只温度计测量更好？,可能产生的最大绝对误差为：,用1.0级，量程0 100 的温度计更好,可能产生的绝对误差更小。,结论：精度低、量程小的仪表可能产生的绝对误差更小，而且降低成本。测量值在上限至量程的三分之二左右。,3、稳定性,稳定度 各环境

15、影响系数,二、仪表的特性 （静态特性：与时间无关的参数描述测量仪表的特性） 1、灵敏度 2、灵敏限 （分辨率） 3、线性度 4、变差 5、温度误差 三、动态特性:仪表对随时间变化的参数的响应特性,图1-5 仪表的 静特性曲线,图1-6 仪表的变差示意图,X、Y-被测量的输入增量、输出增量,（其他温度测量值与20 时测量值的差值）,Ymax仪表量程,三、动态特性:仪表对随时间变化的参数的响应特性,最大绝对误差小于测量最大允许误差4 ，所以是合适的。 作业 P67.10,【例1-1】精度0.5级，量程为600 1200 。测量最大允许误差为4 ,【解】最大绝对误差为：,作业 P67.10,【解】（1）变差,所以该仪表符合1.0级精度。,(2)如果该压力表的精度等级为1.0级，则允许误差为1.0%,基本误差,第二章 温度测量（本章授课6学时） 2-1 测温仪表的分类,一、温度和温标 （一）摄氏温标(代号t):1atm纯水冰点0,沸点100 ， 之间100等份，其中1等份= 1 （二）华氏温标(代号F):1atm纯水冰点32F，沸点212F,之间180等份,其中