测量热力测试技术

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1、1,1.1测量的定义及测量方法 1.2测量系统的结构及基本功能 1.3测量误差与测量精度的基本内容 1.4测量仪表的种类及其基本性能,主要内容,2,1.1 测量的定义及测量方法,测量的定义 测量的步骤与测量变换 测量方法,3,1.1 测量的定义及测量方法,一、测量的定义 1. 定义 所谓测量，就是用实验的方法，把被测量（参数）与同性质的标准量进行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的量值。 2. 测量必须满足以下要求: 用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认 的，且性能稳定； 进行比较所用的方法和仪器必须经过验证。,4,1.1 测量的定义及测量方法,3. 测量基本方程式,标准量（即选用的

2、测量单位）,被测量与标准量的数字比值,被测量,5,1.1 测量的定义及测量方法,4. 被测量（参数） 在测量的过程当中，通常就把需要检测的物理量称为被测参数或被测量。如温度、压力、湿度、噪声、有害物浓度 静态参数（常量） 周围环境的大气压力 制冷压缩机稳定工况下的转速 动态参数 空调设备刚刚开启时，空调房间内的温度、湿度等,6,1.1 测量的定义及测量方法,二、测量的步骤与测量变换 2. 测量变换 测量过程的关键在于被测量和标准量的比较，但是能直接将被测量与标准量进行比较的物理量并不多，大多数的被测量和标准量都要变换到双方都便于比较的某个中间量，才能进行直接比较，这种变换称为测量变换。 变换是

3、测量的核心。 变换元件 实现这种变换过程的元件,7,1.1 测量的定义及测量方法,三、测量方法 按测量结果产生的方式来分类 直接测量 间接测量法 组合测量法,8,偏差式、零位式、微差式 偏差式测量法是指，在测量过程中,用仪器表指针的位移(即偏差)来表示被测量的测量方法。 零位式测量法是指，测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量。 微差式测量法：偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差式测量法。它通过测量待测量与标准量之差（通常该差值很小）来得到待测量量值。,9,1.1 测量的定义及测量方法,按不同的测量条件分类 等精度测量 不等精度测量 按被测

4、量在测量过程中的状态分类 静态测量 动态测量,10,1.1 测量的定义及测量方法,1. 直接测量 使被测量直接与选用的标准量进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法 直读法 比较法,零值法（又称零示法） 差值法 代替法,11,1.1 测量的定义及测量方法,零值法（又称零示法） 在测量时，使被测量所产生的效果与已知量（往往是测量仪器）产生的效果相互抵消，使得总的效果为零，这样就可以肯定被测量等于该已知量。 例如利用天平来测量某一物体的重量或利用电位差计来测量热电偶测温时产生的热电势的大小等。,12,1.1 测量的定义及测量方法,差值法 通过测量被测量与一个已

5、知量的差值来求得被测量的方法，就称差值法。 例如：已知某建筑物的高度H和某人所处楼层的高度h，要测量该人从所处楼层爬到屋顶的垂直距离，只需将建筑物的高度减去所处楼层的高度既可 h1=H-h,13,1.1 测量的定义及测量方法,代替法 在一定的测量条件下，选择一个大小适当的已知量（通常是可调的标准量具），使它在测量装置中取代被测量而不至于引起仪表指示值的变化，那么，被测量的数值就等于这个已知量。 由于在代替法中的两次测量，仪表的状态及其指示值都相同，所以仪表的准确度对测量结果基本上没有什么影响，从而消除了测量结果中的仪表误差，这样就可以在测量过程中选择准确度较差的测量仪表而获得较高的测量精度。

6、比如用电位差计测量回路中滑动变阻器阻值与已知电流的乘积来替代热电偶所测的热电势的大小。,14,1.1 测量的定义及测量方法,2. 间接测量法 通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其他各个变量,然后将所测得的数值代入函数关系式进行计算，从而求得被测量数值的方法。 例如,测量管道内不可压缩流体的流速时，采用函数关系式 通过直接测量管道内某一截面流体的动压值和流体的密度 ,然后将测得的数值代入上式,可以求得流速。,15,1.1 测量的定义及测量方法,3. 组合测量法 测量中使各个未知量以不同的组合形式出现(或改变测量条件以获得这种不同组合)，根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方程组以

7、求得未知量的数值 。 例如，用铂电阻温度计测量介质温度时，其电阻值与温度的关系 为了确定常系数a，b，首先需要测得铂电阻在不同温度下的电阻值Rt，然后再建立联立方程求解，得到a，b的数值。,16,1.2 测量系统的结构及基本功能,一、测量系统组成 为实现一定的测量目的而将测量设备进行有效组合所形成的测量体系就称为测量系统。 二、测量环节及其功能 测量环节是指建立输入和输出两种物理量之间某种函数关系的一个基本部件。从这种意义上说，整个测量系统实际上是若干个测量环节的组合，并可看成是由许多测量环节连接成的测量链。,17,二、测量环节及其功能 传感器 变换器或变送器 显示装置 传输通道,1.2 测量

8、系统的结构及基本功能,18,1.2 测量系统的结构及基本功能,传感器 又称敏感元件，它是与被测对象直接发生联系的部分，故又称一次仪表。它接收来自被测量（包括物理量、化学量、生物量等）的信号后，把这些信号按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种量的输出信号。 它是实现测量的首要环节。其功能是将被测量以单值函数关系、稳定而准确地转换成另一种物理量，给后面环节的变换、比较、运算及显示、记录被测量提供便捷。 例如温度传感器中的热电偶、热电阻等。,19,1.2 测量系统的结构及基本功能,传感器 敏感元件能否精确、快速地产生与被测量相应的信号，对测量系统的测量质量有着决定性的影响。一个理想的敏感元件应该

9、满足如下几方面的要求： 1. 敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系； 2. 敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其他一切可能的输入信号（包括噪声信号）不敏感； 3. 在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。,20,1.2 测量系统的结构及基本功能,变换器或变送器 它是传感器与显示装置中间的部分，它将传感器输出的信号变换成显示装置易于接受的信号。 要求它的性能稳定、精确度高，而且应使信息损失最小 。 变成标准（电压、电流）信号： 010 V DC 0-10mA或者4-20 mA DC,21,1.2 测量系统的结构及基本功能,显示装置 显示装置是测量系统直接与观测者

10、发生联系的部分，其作用是向观测者指出被测参数的数值。显示装置可以对被测量进行指示、记录，有时还带有调节功能，以控制生产过程。 模拟式显示仪表 数字式显示仪表 屏幕式显示仪表,22,1.2 测量系统的结构及基本功能,传输通道 如果测量系统各环节是分离的，那么就需要把信号从一个环节送到另一个环节。实现这种功能的环节称为传输通道。 传输通道是各环节间输入、输出信号的连接部分，它分为电线、光导纤维和管路等。传输通道一般较为简单，容易被忽视。 在实际的测量系统中，应按规定要求进行选择和布置，否则会造成信息损失、信号失真或引入干扰。,23,1.3测量误差与测量精度的基本内容,真值、测量值及测量误差的定义

11、测量误差的分类 测量精度,24,1.3测量误差与测量精度的基本内容,25,1.3测量误差与测量精度的基本内容,一、真值、测量值及测量误差的定义 需要进行测量的物理量，始终具有一个客观存在的数值，这一数值就称为真值。用X0表示。 而通过测量仪表检测得到的结果称为测量值，或称示值。用X表示。 真值与测量值两者之间的差异程度，称为测量误差。 测量值可以无限地逐渐逼近真值，然而却不能等于真值 。,26,1.3测量误差与测量精度的基本内容,二、测量误差的分类 1. 按照误差数值的表示方法可分为 ： 示值绝对误差 示值相对误差 引用误差和基本误差 2. 按测量误差的特性可分为 ： 系统误差 随机误差（又称

12、偶然误差） 过失误差（又称疏忽误差、粗大误差或粗差）,27,1.3测量误差与测量精度的基本内容,二、测量误差的分类 3. 按测量误差产生的来源可分为： 仪表误差 人为误差（也称操作误差） 环境误差 方法误差 装置误差 校验误差,28,1.3测量误差与测量精度的基本内容,示值绝对误差 测量仪表的指示值（示值或测量值）X与被测量的真值X0（一般在测量中用最优概值来代替）之间的代数差值称为示值的绝对误差，用x表示 绝对误差是有单位的量，其单位与测得值和实际值相同。 误差是有符号的量，其符号表示出测量值与实际值的大小关系，若测量值较实际值大，则绝对误差为正值，反之为负值。 测量值与被测量实际值间的偏离

13、程度和方向是通过绝对误差来体现的。但仅用绝对误差，通常不能说明测量的质量，,29,1.3测量误差与测量精度的基本内容,示值相对误差 示值的绝对误差与被测量的真值之比，称为示值的相对误差，常用百分数表示 .,30,1.3测量误差与测量精度的基本内容,引用误差和基本误差 示值的绝对误差与该仪表的量程范围lm之比称为示值的引用误差y 示值的最大绝对误差值与该仪表的量程范围之比称为示值的基本误差j 基本误差去掉%常常称为测量仪表的精度等级,31,1.3测量误差与测量精度的基本内容,注意 由于被测量的真值X0实际上是无法得到的，因此，绝对误差x和相对误差也无法求得，所以在实际计算中往往把最优概值作为真值

14、X0的近似值来计算。 一般来说，测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差实际上未必处处相等，但对使用者来讲，在没有修正值可利用的情况下，只能按最坏情况来处理，即认为仪器在同一量程各处的绝对误差是个常数且等于x m，人们把这种处理叫做误差的整量化。 为了减小测量中的示值误差，在进行量程选择时应尽可能使示值能接近满量程值，一般以示值不小于满量程值的2/3为宜。,32,1.3测量误差与测量精度的基本内容,系统误差 在相同的测量条件下，对同一被测量进行多次测量时，误差的大小和符号或者保持恒定，或者按一定的规律变化，这类误差称为系统误差。前者称为恒值系统误差，后者称为变值系统误差。 在变值系统误差中，又可

15、按误差变化规律的不同分为累进系统误差、周期性系统误差和按复杂规律变化的系统误差。 例如，仪表指针零点偏移将产生恒值系统误差；电子电位差计中滑动变阻器的磨损将导致累进性的系统误差；而测量现场电磁场的干扰，往往会引人周期性的系统误差。,33,1.3测量误差与测量精度的基本内容,系统误差 系统误差的主要特点是：只要测量条件不变，误差即为确切的数值，用多次测量平均值的办法不能改变或消除系统误差；而当条件改变时，误差也随之遵循某种确定的规律而变化，具有可重复性。 产生系统误差的主要原因有： 1. 测量仪器设计原理及制作上的缺陷。例如刻度偏差，刻度盘或指针安装偏心，使用过程中零点漂移，安装位置不当等。 2

16、. 测量时的环境条件如温度、湿度及电源电压等与其使用要求不一致。 3. 采用近似的测量方法或近似的计算公式。 4. 测量过程中估计读数时习惯偏于某一方向所引起的误差。,34,1.3测量误差与测量精度的基本内容,系统误差 系统误差体现了测量的正确度，系统误差小，表明测量的正确度高。 系统误差就个体而言是有规律的，其产生的原因往往是可知的或者是能够掌握的。因此，系统误差的处理多属测量技术上的问题，可以通过实验的方法加以消除，也可以通过引入更正值的方法加以修正。更正值的大小与系统误差的大小相等，但符号相反。,35,1.3测量误差与测量精度的基本内容,随机误差（又称偶然误差） 在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号时大时小,时正时负,没有确定的规律,也不可能预知，这类误差称为随机误差。这种误差常常是由于测量中偶然原因引起的，故又常称偶然误差。 随机误差的产生取决于测量过程中一系列随机因素的影响。例如：仪表内部存在有摩擦和间隙等不规则变化；测量过程中外界环境条件的无规则变化；测量时不确定的读数误