测量的基本知识.ppt

,热工测量技术,第一章 测量的基本知识,热工测量是指压力、温度等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量，如测量流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分等。,本章主要内容：,测量的概念,测量的基本方法,测量仪表的基本组成,测量系统的质量指标,测量误差,测量的概念,1、定义：所谓测量就是人们借助于专门的工具用试验和计算的方法把要求的被测量与其测量单位进行比较，以测量单位的倍数显示被测量的数值。,测量的概念,2、测量过程三要素：测量工具 测量方法 测量单位,测量的概念,3、测量的基本方程式:xU 式中:x被测量 U 标准量（即选用的测量单位）被测量的真实数值，简称真值,xx0U,x0标准（校验）仪表示值,测量的要求：,1）用来进行比较的标准量应当是国际上或国家公认的，且性能稳定；2）进行比较用的方法和仪器必须经过验证。,测量的方法,1、电测法和非电测法；,2、静态测量和动态测量；,3、直接测量和间接测量；,4、接触测量和非接触测量；,5、绝对测量和非绝对测量；,6、在线测量和离线测量。,测量仪表的组成,变换元件（变送）,显示元件,传感元件（传感器）,被测对象,可读信号,标准信号,温度传感器:,热电偶传感器：,热电阻传感器：,压力传感器：,压力传感器：,温度变送器:,温度变送器：,压力变送器：,显示元件：,误差的表示 误差的分类,测量误差,误差的表示,绝对误差 相对误差（1）实际相对误差（2）示值相对误差（3）引用相对误差,误差的分类,系统误差 随机误差 粗大误差,（一）系统误差及其处理,1.定义：在相同条件下多次测量同一被测量过程中，误差值的大小和符号保持不变(恒值系统误差)或者条件变化时按某一确定的规律变化(变值系统误差)。,（一）系统误差及其处理,2.产生原因：测量设备、试验装置不完善或安装、调整、使用不当；测量的外部环境发生较大改变；测量方法错误或测量方法所赖以存在的理论本身不完善。注意：在测量系统和测量条件不变时，增加测量次数并不能减少系统误差。,（一）系统误差及其处理,3.处理方法：在测量前，应尽可能预见到产生系统误差的来源，设法消除或减小影响。在实际测量时，尽可能地使用有效的实验方法，消除系统误差对测量结果的影响；在测量之后，通过对测定值进行数据处理，检查是否存在未被注意的变值系统误差；最后，要设法估计未被消除而残留下来的系统误差对最终测量结果的影响。,（一）系统误差及其处理,示值修正法测量真值测量读数修正值其中，修正值标准器读数仪表读数,（二）随机误差及其处理,1.定义：在相同条件下对同一被测量进行多次测量时，误差中有一部分，它的大小和符号不可预知地随机变化，这部分误差称为随机误差。,（二）随机误差及其处理,2.产生原因：由于测量过程中某些尚未认知的原因或无法控制的微小变化因素所引起的，其大小、方向难以预测，无一定规律可循。注意：改善测量技术只能减少随机误差，却不能消除。,（二）随机误差及其处理,3.随机误差的特性 对称性 单峰性 有界性 抵偿性,大小相等、符号相反的随机误差出现的概率相同,绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小,绝对值很大的误差出现的概率接近于零,当测量次数n不断增加而趋于无穷多时，全部随机误差的算术平均值趋于零。,4.减小随机误差的方法对于已知的因素可以采取一定的对策，例如采用隔振措施减小振动的影响，利用电、磁、热屏蔽等办法减小干扰因素的影响。在使用仪表时，可采取对同一被测量增加测量次数取平均值的方法。选用以微处理机为核心的智能仪表，利用其数字滤波法也可减小随机误差的数值。,（二）随机误差及其处理,（三）粗大误差及其处理,1.定义：明显歪曲了测量结果的误差。又称疏忽误差或过失误差。测量数据中，数值明显偏离其它众多测量值的那些数据，通常含有粗大误差，此测量值称为坏值，应舍掉。,（三）粗大误差及其处理,2.产生原因：测量系统故障测量条件的突变或测量条件未达到预定的要求指标而匆忙测量操作失误、读数和记录错误等,（三）粗大误差及其处理,3.处理方法：在测量时，一旦发现或怀疑数据不对时，应及时重新测量；若已离开测量现场，应根据统计检验方法来判别是否为坏值，以便取舍。,（三）粗大误差及其处理,判别坏值的统计检验法：拉依达准则（3准则）格拉布斯准则,测量仪表的质量指标,精确度与允许误差变差灵敏度分辨率线性度漂移,精确度与允许误差,允许误差,仪表出厂时应保证它的误差不超过某一规定值，该规定值叫做仪表的允许误差。允许误差以引用相对误差ryu的形式表示。,对同一被测量进行多次测量，则测量值偏离被测量真值的程度称为精确度。,精确度,精确度与允许误差,注意：因为精度等级源于误差，所以值愈小，精度愈高。,精确度与允许误差,基本误差,合格的仪表：基本误差允许误差,对于给定的仪表，在规定的正常工作条件下，通过检定（校验），在整个刻度范围内各点示值误差中最大的误差之绝对值。,例题：,例1：某台测温仪表的测温范围为200 700，检验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该表的精度等级。提示：求rj 4/500*100%=0.8%选0.5级,例题：,例2：有二支温度计，刻度范围和精度分别为A表:刻度范围为0 800，精度1.0级;B表:刻度范围为-50 400，精度1.5级。问：（1）哪个温度计精度等级高，允许误差小？（2）要求测温误差不超过 7时，应选用哪个温度计？提示:yu=A精度等级/100450*1.5/100=6.75,例题：,例3：用016MPa压力表测量10MPa左右的主蒸汽压力，要求|相对误差|0.5%,试选择仪表的精度等级。（可选等级有0.2级、0.5级）,课堂测试：,1、用测量范围50150KPa的压力表测量140KPa压力时，仪表示值为142KPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、示值相对误差和引用误差。2、两支温度计：A:刻度范围为0 800，精度1.0级;B:刻度范围为0 400，精度1.5级。被测温度常为300350，若要求|测量误差|6，应选哪一支？,在全量程范围内，上下行程(即逐渐由小到大再由大到小)测量差异最大的数值与仪表量程之比的百分数为测量系统或仪表的变差。,变差（回差、滞后误差）,变差通常是由于仪表中的弹性元件、磁性元件等滞后现象引起的，也可能是机械元件之间的间隙等原因引起的。仪表变差不应超过允许误差。为了测出仪表变差，在校验仪表时，一般应进行上、下行程的校验。,变差（回差、滞后误差）,例题：,一支水位计，量程为320mm320mm，精度1.0级，当水位上升至零水位时，指示5mm；水位下降至零水位时，指示5mm。问水位计是否合格。,10/640=0.015625,灵敏度反映仪表对被测参数变化的灵敏程度。灵敏度S稳态时仪表的输出信号的变化量y与产生该变化量的输入信号的变化量x之比。S过高稳定性差，S过低精度差。,灵敏度,分辨率是指能够引起测量系统或仪表输出量发生变化所对应输入量的最小变化量。通常把不能引起输出量变化的最大输入信号的值称为仪表的不灵敏区(或死区)。,分辨率,例：模拟仪表刻度范围50150，总共有160格分度，则分辨率为_ 150-(-50)/160=1.25/格,分辨率,衡量实际特性曲线与理想特性曲线符合程度的一项指标。仪表实际输入和输出特性曲线往往偏离理想特性曲线。偏离程度用“线性度”加以表征线性度仪表测量范围内实际特性曲线偏离理想特性曲线的最大偏差与仪表全量程的百分比表示。,线性度(非线性误差),漂移,在保持一定的输入信号、环境和工作条件下，经过一段时间后，输出的变化称为漂移。以仪表全量程上输出的最大变化量对量程的百分数表示的。通常是由于电子元件的老化、弹性元件的失效，节流元件的磨损、热电偶、热电阻元件的污染等原因引起的,作业1,现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为 100500,50550,01000，现要测量500的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用那块表最合适？,作业2,