热工仪表与测量1-误差分析_精品文档.ppt

1、热工仪表及测量技术周彦波 主讲2012.4参考书目：参考书目：u书名：热工测量及仪表（第二版）书名：热工测量及仪表（第二版）主编：吴永生主编：吴永生 方可人方可人出版：东南大学出版：东南大学u书名：热工过程检测仪表书名：热工过程检测仪表主编：程大亨主编：程大亨出版：东北电力学院出版：东北电力学院n著名科学家门捷列夫n月日n“世界计量日”“没有测量，就没有科学。第一章第一章 测量的基本知识测量的基本知识第一节第一节 课程简介课程简介热热工工测测量量是是热热能能与与动动力力专专业业的的学学科科基基础础课。课。通过本课程的学习，使同学们通过本课程的学习，使同学们n掌握热工参数的正确测量方法；掌握热工

2、参数的正确测量方法；n掌握常用测量仪表的基本原理、主要性能，使用特点；掌握常用测量仪表的基本原理、主要性能，使用特点；n了解电厂热力设备和动力机械的检测系统的组成方法，了解电厂热力设备和动力机械的检测系统的组成方法，从而能在实际工作中知道如何正确的选择和使用测量仪表。从而能在实际工作中知道如何正确的选择和使用测量仪表。u测量技术可分为若干分支，如测量技术可分为若干分支，如力学测量、力学测量、电学测量、热工测量电学测量、热工测量等。等。u热工测量是指热工测量是指温度、湿度、压力、流量、温度、湿度、压力、流量、烟气成分烟气成分等参数的测量。等参数的测量。2 2应用方面应用方面 （1）过程监测：过程

3、监测：对过程参数的监测。对过程参数的监测。（2）过过程程控控制制：为为生生产产过过程程的的自自动动控控制制提提供依据。供依据。（3）试验分析与系统辨识：试验分析与系统辨识：解决科学上解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测量技术应用于实验分论和实验的方法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。析，是测量技术的一个典型应用。二、测量方法二、测量方法u测测量量：就就是是用用实实验验的的方方法法，把把被被测测量量与与同同性性质质的的标标准准量量进进行行比比较较，确确定定两两者者的的比比值，从而得到被测量的量值。值，从而得到被测量

4、的量值。u使测量结果有意义的使测量结果有意义的2个要求：个要求：u用用来来进进行行比比较较的的标标准准量量应应该该是是国国际际上上或或国国家家所公认的，且性能稳定。所公认的，且性能稳定。u进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。测量单位 n国际单位制 代号为SI n法定计量单位 n我国的法定计量单位包括：n(1)国际单位制的基本单位；n(2)国际单位制的辅助单位；n(3)国际单位制中具有专门名称的导出单位；n(4)国家选定的非国际单位制单位；n(5)由以上单位构成的组合形式的单位；n(6)由词头和以上单位构成的十进倍数和分数单位。测量的基本方程式：测量的基本

5、方程式：X=aU 式中，式中，X 被测量；被测量；U 标准量（即选用的测量单位）；标准量（即选用的测量单位）；a 被测量与标准量的数字比值。被测量与标准量的数字比值。u测量方法测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。就是实现被测量与标准量比较的方法。u测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：（1）直直接接测测量量法法：使使被被测测量量直直接接与与选选用用的的标标准准量量进进行行比比较较，或或者者预预先先标标定定好好了了的的测测量量仪仪表表进进行行测测量量，从从而而直直接接求求得得被测量数值的测量方法。被测量数值的测量方法。（2）间间接接测测量量法法

6、：通通过过直直接接测测量量与与被被测测量量有有某某种种确确定定函函数数关关系系的的其其它它各各个个变变量量，然然后后将将所所测测得得的的数数值值代代入入函函数数关关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。系进行计算，从而求得被测量数值的方法。（3）组合测量法：组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形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求得未知量的数值，这类测量称为组合测量。程组以求得未知量的数值，这类测量称为

7、组合测量。u测量方法的其它分类方式：测量方法的其它分类方式：u按按不不同同的的测测量量条条件件分分：等等精精度度测测量量与与非非等等精度测量精度测量u按按被被测测量量在在测测量量过过程程中中的的状状态态不不同同分分：静静态测量与动态测量态测量与动态测量第二节第二节 测量系统的组成及其功能测量系统的组成及其功能 一、测量系统的组成一、测量系统的组成 测测量量系系统统由由四四个个基基本本环环节节组组成成：传传感感器器、变换器或变送器、传输通道和显示装置。变换器或变送器、传输通道和显示装置。传感器变换器传输通道显示装置被测量测量值二、测量环节的功能二、测量环节的功能1、传感器（敏感元件）、传感器（敏

8、感元件）u它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。u理想敏感元件应满足的要求：理想敏感元件应满足的要求：u敏敏感感元元件件输输入入与与输输出出之之间间应应该该有有稳稳定定的的单单值值函函数数关关系。系。u敏敏感感元元件件应应该该只只对对被被测测量量的的变变化化敏敏感感，而而对对其其它它一一切可能的输入信号不敏感。切可能的输入信号不敏感。u在在测测量量过过程程中中，敏敏感感元元件件应应该该不不干干扰扰或或尽尽量量少少干干扰扰被测介质的状态。被测介质的状态。2、变换器（变送器）变换器（变送器）u它它是是传传感感器器和和显显示示装装置置中中间间的的部部分分

9、，它它是是将将传传感感器器输输出出的的信信号号变变换换成成显显示示装装置置易易于于接接收收的的部部件。件。u对对变变换换器器的的要要求求：性性能能稳稳定定，精精确确度度高高，使使信信息损失最小。息损失最小。3、显示装置、显示装置u它是测量系统直接与观测者发生联系的部分它是测量系统直接与观测者发生联系的部分u显示装置的基本形式：显示装置的基本形式：u模拟式显示元件模拟式显示元件u数字式显示元件数字式显示元件u屏幕式显示元件屏幕式显示元件4、传输通道、传输通道u它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。u分为电线、光导纤维和管路等。分为电线、光导纤维和管路

10、等。第三节第三节 测量误差与测量精度测量误差与测量精度一、测量误差的概念一、测量误差的概念u测测定定值值与与被被测测量量真真值值之之差差称称为为测测量量的的绝绝对对误误差差，或简称测量误差。或简称测量误差。=x X0 式中，式中，测量误差；测量误差；x 测定值（例如仪表指示值）；测定值（例如仪表指示值）；X0 被测量的真值。被测量的真值。u真值一般无法得到，所以用实际值真值一般无法得到，所以用实际值X代替代替X0。u对于绝对误差，应注意下面几个特点：对于绝对误差，应注意下面几个特点：u绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实际值相同。u绝对误差是有符号的量，其符号表示出测定值与实际值的大小关系

11、。u测定值与被测量实际值之间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。u示值的绝对误差与约定值之比值称为示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。其为无量纲数，以百分数表示。u一般约定值一般约定值m有如下几种取法：有如下几种取法：um取取测量仪表的指示值测量仪表的指示值x时，时，称为称为标称相对误差标称相对误差；um取取测量的实际值测量的实际值X时，时，称为称为实际相对误差实际相对误差；um取取仪表的满刻度值仪表的满刻度值时，时，称为称为引用相对误差引用相对误差。u对于相同的被测量，用绝对误差评定其对于相同的被测量，用绝对误差评定其测量精度的高低。但对于不同的被测

12、量，测量精度的高低。但对于不同的被测量，则应采用相对误差来评定。则应采用相对误差来评定。u测测量量过过程程中中存存在在测测量量误误差差是是不不可可避避免免的的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。任何测量值只能近似反映被测量的真值。u测测量量过过程程中中无无数数随随机机因因素素的的影影响响，使使得得即即使使在在同同一一条条件件下下对对同同一一对对象象进进行行重重复复测测量量也也不不会得到完全相同的测量值。会得到完全相同的测量值。u被被测测量量总总是是要要对对敏敏感感元元件件施施加加能能量量才才能能使使测测量量系系统统给给出出测测量量值值，这这就就意意味味着着测测量量值值并并不不能完全准确的反映

13、被测参数的真值。能完全准确的反映被测参数的真值。二、测量误差的来源二、测量误差的来源1、仪器误差仪器误差它是由于设计、制造、装配、检定等的它是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。器设备带有的误差。减少仪器误差的主要途径是根据具体测减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。量仪器。2、人身误差人身误差它指由于测量者感官的分辨能力、视觉它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习

14、惯等而对测量实验中的现疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。象与结果判断不准确而造成的误差。减少人身误差的途径减少人身误差的途径3、影响误差影响误差它是指各种环境因素与要求条件不一致它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。而造成的误差。主要的影响因素是环境温度、电源电压主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。和电磁干扰等。4、方法误差方法误差它是所使用的测量方法不当，或对测量设它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操作使用不当，或测量所依据的理论不备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原严格，或对测量计算公式不适当简化

15、等原因而造成的误差，也称理论误差。因而造成的误差，也称理论误差。原则上可通过理论分析和计算或改变测量原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。方法来加以消除或修正。三、测量误差的分类三、测量误差的分类1系统误差系统误差u在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，误误差差的的绝绝对对值值和和符符号号或或者者保保持持不不变变，或或按按一定的规律变化，这类误差称为一定的规律变化，这类误差称为系统误差系统误差。u恒值误差恒值误差u变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化恒值恒值累进性累进性按复杂规律变化按

16、复杂规律变化周期性周期性系统误差的特征系统误差的特征 2随机误差随机误差 在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，由由于于受受到到大大量量的的、微微小小的的随随机机因因素素的的影影响响，测测量量误误差差的的绝绝对对值值的的大大小小和和符符号号没没有有一一定定的的规规律律，且且无无法法简简单单估估计计，这这类类误误差差称称为为随随机误差机误差。指测量者无法严指测量者无法严格控制的因素格控制的因素u随机误差就随机误差就个体而言是无规律个体而言是无规律的，不能通的，不能通过实验的方法来消除。过实验的方法来消除。u但在等精度条件下，只要测量次数足够多，但在等精度条件下，只要测量次数足够多，那么就会发现：那么就会发现：从总体来说随机误差服从一从总体来说随机误差服从一定的统计规律定的统计规律，可以从理论上来估计随机误，可以从理论上来估计随机误差对测量结果的影响。差对测量结果的影响。u随机误差与系统误差既有区别又有联系，随机误差与系统误差既有区别又有联系，二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可以相互转化。以相互转化。u