热工测量与自动控制

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1、 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 工参数的测量和自动测量的基本知识和术语，对于各 种仪表

2、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TC 1 M温度传感器控制器恒温室热工测量-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温度计恒温室20 1 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

3、数。被测量： X = a U 两者的比值（测量值）测量单位（SI） 测量方法 测量仪器与设备测量过程的三要素玻璃感温包毛 细 管标 尺 (1-1)标准量（测量单位）测量的基本方程式X = a U2、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）按照测量精度分直接测量 间接测量 组合测量非零测量法 零

4、位法 微差法等精度测量 不等精度测量接触测量法 非接触测量法 静态(稳态) 动态点测量 场测量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、读数五个动作铂热电阻caRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 2caRRtbEGdRt0R2R4R3Rpr1求解联立方程， 得出常数A、BA B213dd0Dh1h2 hH01020300203020101010203030封液(水、酒 精、水银)U形管压力计610mm时间室内温度0室外温度0时间PAPB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、

5、测量系统的组成变换功能 选择功能 比较和运算功能 显示和记录功能 传感器 中间变换器 显示装置传感器中间变换器显示(记录 )电源y=f(x)x被测信号控制器玻璃感温包毛 细 管标 尺在实际应用中，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 。v2.5m/s为常数湿球温度干球温度t-ts纱布水变换元件X g1 g2 gmY=f(X,g1,g2gm)风扇变换功能 选择功能 比较和运算功能 显示和记录功能三、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/

6、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 数字打印记录仪表记录仪表指示仪表按显示功能分类用途：标准/实验/工程用仪表 装置地点：就地安装仪表和盘用仪表 使用方法：固定式仪表和便携式仪表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 UX0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

7、 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：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：粗心失误毛 细 管标 尺标 准 温 度 计6780100200二、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

8、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，应予以剔除。保证精确度高应满足三个方面的条件： (a)(b)(c)(d) 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 被测参数的真值组 别x1x2x3x4x5x6xmax

9、 -xmin A6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30 0.1237.806.300.05 B6.00 6.30 6.60 6.20 6.40 6.30 0.6037.806.300.20n次测量的最佳值或 最优概值(算术平均值)：5676.30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

10、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）0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：0（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 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0-2-23-3标

11、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：0-2-23-3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i12345678910 Xi90.9 91.2 91.5 90.2 91.8 91.3 91.6 92.1 90.7 91.4i-0.4-0.10.2-1.10.500.30.

12、8-0.60.12i0.16 0.01 0.04 1.21 0.2500.09 0.64 0.36 0.01(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)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%)i12345678910 Xi105.30104.94105.63105.24104.84104.97105.35105.16105.71105.36i0.05-0.31-0.38-0.01-0.39-0.280.10-0.090.460.112i0.

13、00250.09610.14440.00010.15210.07840.010.00810.21160.0121(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 ）x1x2x3x4x5x6 A仪器6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30 B仪器6.00 6.30 6.60 6.2

14、0 6.40 6.30组别测量列作业 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567010206.30 6.3 误差理论：6.25 6.356.295 6.305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 0.5MPa 1.5MPa999.5kPa 1000.5kPa=1.000MPa0.9995MPa 1.0005MPai123456 XiA6.25 6.30 6.366.246.356.30XiB6.00 6.30 6.606.206.406.30i

15、A-0.0500.06- 0.060.050 iB-0.3000.30- 0.1000(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