建筑环境测试技术教案.doc

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课程名称：

建筑环境测试技术

教案

2008~2009学年第1学期

院（部）　热能工程学院　

教研室　基础教研室　　

授课专业班级　暖本061-065　

主讲教师　　李慧　　　

教师职称　　副教授　　

教材名称　建筑环境测试技术　

热能工程学院

第1次课的教学整体安排

授课时间

第1周周2第5、6、7节

课时安排

3

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章：

测量的基本知识

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

目的：

掌握测量的基本知识

要求：

掌握测量的基本概念；理解测量系统的组成、仪表的性能指标；了解计量的基本概念。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）

基本内容：

这一章是本课程的基础，主要讲授测量、测量仪表的基本概念、测量方法及测量方法的选择、测量仪表的类型、功能和性能指标。

重点：

仪表误差的计算、测量系统的组成。

难点：

如何根据测量需要正确选择仪表，主要指仪表量程和精度的选择。

讨论与思考：

1.按照测量手段进行分类，测量通常分为哪几种类型？

2.按照测量方式进行分类，测量通常分为哪几种类型？

3.测量系统由哪几个环节组成？

4.仪表的性能指标有哪些？

5.如何进行仪表的正确选择？

课后作业：

1、某蒸汽供热系统的蒸汽压力控制指标为1.5Mpa，要求指示误差不大于+0.05Mpa，现用一只刻度范围为0～2.5Mpa，精度等级为2.5级的压力表，是否满足使用要求？

为什么？

应选用什么级别的仪表？

2、用数字电压表测量一高内阻电路的端电压，已知高内阻电路的输出阻抗为80KΩ，输出端电压为5V，若数字电压表的内阻为240KΩ，试问数字电压表测量的电压为多少？

教学过程设计：

讲授120分钟，提问与讨论15分钟

授课类型：

　理论课　

教学方式：

　讲授　　讨论　　

教学资源：

　多媒体　　

填写说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。

第一章测量的基本知识

这一章是本课程的基础，主要讲授测量、测量仪表的基本概念、测量方法及测量方法的选择、测量仪表的类型、功能和性能指标。

第一节测量的基本概念

一．测量的定义

1．概念：

测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过实验和计算找到被测量的量值。

2.定义：

测量是以同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量相对标准量的倍数。

表达式：

L=X/U

说明：

①标准量应是国际或国家公认的。

②采用的方法或仪器需经验证。

二．测量方法

v按测量手段分类

1．

1．直接测量：

通过测量能直接得到被测量数值的测量。

y=x

2．间接测量：

被测量不能通过直接测量的方法得到，而必须通过一个或多个直接测量值利用一定的函数关系运算才能得到。

3．组合测量：

被测量不能通过直接测量或间接测量得到，而必须通过直接测量的测得值或间接测量的测得值建立联立方程组，通过求解联立方程组的办法才能得到最后结果。

公式：

举例：

电阻器温度系数的测量。

在此，温度系数αβ为被测量，可通过测得在两个不同温度下的电阻值，即通过得到t1、t2、Rt1、Rt2四个直接测量值建立方程组通过计算即可得到。

若R20未知，则可联立三个方程即可。

•按测量方式分类

1．偏差法：

用仪器仪表的指针的位移表示被测量大小的方法。

2．零位法：

亦叫平衡法。

测量时用被测量与标准量比较，不断调整标准量的大小，当指零器为0时，即可根据标准量的大小得到被测量的大小。

3．微差法：

偏差法与零位法相结合即构成微差法。

通过测量被测量与标准量之差来得到待测量的值。

除了以上分类方法以外，还可分为精密测量与工程测量、等精度测量与不等精度测量、本地测量与远地测量等。

三．测量方法的选择原则

①被测量本身的特性；

②被测量的准确度；

③测量环境；

④现有测量设备。

在此基础上选择合适的测量仪表和正确的测量方法。

举例：

电压表测量高内阻电路端电压。

若电路输出等效内阻为80kΩ，当电压表内阻分别为10MΩ、120kΩ，对应的数字电压表测得的电压为：

V

+

-5V

所以当测量电路的内阻较大时，要测量电路的端电压需要选用内阻高的数字电压表。

第二节测量仪表

一．测量系统的组成

测量系统由被测对象和测量设备组成，测量设备一般由传感器、变换器、显示装置、传输通道组成。

对应的系统框图如下。

传感器

变换器

显示装置

被测量

传输通道

1．传感器：

是测量系统与被测对象直接发生联系的部分。

对传感器的要求：

①输入与输出有稳定而准确的单值函数关系。

②非被测量对传感器作用时，应使其对输出的影响小到忽略。

③负载效应小。

（负载效应：

被测量受到的仪表的干扰而产生的偏离。

）

2．变换器（变送器）：

将传感器的输出信号转换成显示装置易于接受的信号。

包括机械放大，电信号放大，电信号转换

3．显示装置：

分为模拟式、数字式、屏幕式。

4．传输通道：

是各仪表之间输入与输出联系的纽带。

传输通道可以是导线、管道、光缆、无线电通讯等。

二．测量误差与测量精度

1．测量误差：

测量值与被测量真值之差。

表示方法：

绝对误差：

相对误差：

示值相对误差：

被测量真值一般无法得到，在实际中通常以实际值代替。

•分类：

①系统误差：

凡是误差的数值是固定的或者按照一定规律变化的误差。

②随机误差：

在测量过程中存在许多随机因素对测量造成干扰，使测得值带有大小和方向都难以预测的测量误差。

③粗大误差：

明显歪曲测量结果的误差。

2．测量精度：

描述测量值偏离真值的程度，与测量误差有着密切联系。

由测量误差决定。

①准确度—反映系统误差大小的程度。

②精密度—反映随机误差大小的程度。

③精确度—反映系统误差和随机误差合成大小的程度。

对于测量者来说，准确度高的精密度不一定高，反之亦然。

但精确度高的准确度和精密度都高。

三．测量仪表的主要性能指标

1．量程范围：

仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称作仪表的量程范围。

在数值上等于仪表上限减去仪表下限Lm。

2．仪表精度（仪表精度等级）

仪表误差

引用误差：

基本误差：

允许误差：

仪表出厂之前仪表厂家规定的仪表基本误差不能超过某一个值。

仪表精度等级：

允许误差去掉百分号的值定义为仪表的精度等级。

•精度等级的国家系列一般为0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等。

结论：

同一精度仪表窄量程仪表产生的绝对误差小于同一精度宽量程仪表产生的绝对误差。

举例：

仪表1：

量程范围0～500℃，0.5级；

仪表2：

量程范围0～100℃，1.0级。

•

3．稳定性（稳定误差）：

是指在规定的时间、区间和其他外界条件恒定不变的情况下，仪表示值变化的大小。

例如某数字温度表的稳定度为0.008%Lm+0.003Lx/8h。

4．输入电阻：

例如对于数字电压表对输入阻抗有一定要求。

5．灵敏度：

稳态下输出变化量对输入变化量的比值。

灵敏度的另一种表示方法为分辨率。

例如某一数字温度表的分辨率为0.1℃，即该温度表能区分的最小温度变化为0.1℃。

跳变一个字温度变化0.1℃。

通常分辨率为允许绝对误差的1/3即可。

6．线性度：

实际示值与理论示值差值的最大值与仪表量程的比值。

7．动态特性：

仪表的输出响应随输入变化的能力。

第2次课的教学整体安排

授课时间

第2周周2第5、6、7节

课时安排

3

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章：

温度测量

第一节温度测量概述

第二节：

膨胀式温度计

第三节：

热电偶

教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：

目的：

学会温度测量方法及分类。

要求：

掌握温度测量的分类，掌握液体膨胀式、固体膨胀式、压力式温度计；掌握热电偶的测量原理；理解温标；了解温度标准的传递。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

基本内容：

本次课程开始讲授温度测量，主要讲授温度测量方法的基本分类、温度标准、液体膨胀式、固体膨胀式、压力式温度计。

重点：

热力学温标、国际实用温标、热电偶的测量原理。

难点：

温标、热电偶测量原理

讨论与思考：

1.温标的三要素是什么？

2.假设一标准热源热力学温度为100K，热力学温标如何规定300K的温度？

课后作业：

1.什么是接触法测温？

什么是非接触法测温？

分别有什么优缺点？

2.玻璃管液体温度计使用注意事项是什么？

教学过程设计：

讲授120分钟，提问与讨论15分钟

授课类型：

　理论课　

教学方式：

　讲授　　讨论　　

教学资源：

　多媒体　　

填写说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。

第三章温度测量

3.1概述

一.什么是温标？

衡量温度的标准尺度。

譬如规定什么样的温度是150℃，什么样的温度是200℃

1.摄氏温标

1740年瑞典人摄氏

定义

水银体膨胀是线性；

标准大气压下纯水的冰点是摄氏零度，沸点为100度，而将汞柱在这两点间等分为100格，每等分格为摄氏1度，标记为℃。

2.华氏温标

定义

1714年德国人法伦海脱以水银为测温介质，制成玻璃棒水银温度计。

规定水的沸点为212度，氯化铵与冰的混合物为0度，中间等分为212份，每一份为1度记作℉。

称为华氏温标。

3.热力学温标

选用水的三相点温度为273.16，定义水的三相点温度的1/273.16为1度，单位为k，这样就建立了热力学温标。

只要确定一个基准点，则整个温标就确定了。

4.国际温标ITS-90

指导思想:

应尽量与热力学温标接近，温度的复现性要好。

内容

（1）定义了固定点，共有17个。

（2）规定不同区域内的基准仪器。

（3）建立基准仪器示值与国际温标之间的插补公式。

国际实用温标指出，热力学温度为基本物理量，规定水的三相点温度为273.16，单位为k，1k的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16，由于摄氏温标将冰点定义为0℃，而冰点比水的三相点低0.01k，那么冰点温度为273.15k，即单位℃。

二、温度仪表分类与选择

测温方法分类：

1．接触法测温：

敏感元件直接与被测对象接触，通过传导或对流达到热平衡，反映被测对象的温度。

优点：

直观、可靠。

缺点：

①存在负载效应，

②受到测量条件的限制，不能充分接触，使检测元件温度与被测对象温度不一致。

③热量传递需要一定时间造成测温滞后现象。

（动态误差）

2．非接触法测温：

检测部分与被测对象不直接接触，所以不破坏原有温度场。

通常用来测量1000℃以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。

3-2膨胀式温度计

一.玻璃管液体温度计

（一）工作原理

利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。

组成：

液体存储器、毛细