第一章测试技术的基本知识-2014.

建筑环境测量牛永胜2015.2《建筑环境测量》课程简介课程内容：测量与测量仪表的基本知识误差的基本性质与处理温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量、气体成分分析、噪声等各种建筑环境测试参数的工作原理，对应的各种测量仪表的结构、原理与使用建筑环境测试技术课程性质：专业基础课（必修）（注册）参考书目建筑热工及环境测试技术，丁力行，机械工业出版社建筑环境测试技术，陈友明，机械工业出版社热工测量仪表，张华、赵文柱，冶金工业出版社热工参数测量与处理，吕崇德，清华大学出版社建筑环境与设备工程实验及测试技术，王智伟等，科学出版社建筑环境设备测试技术，刘耀浩，天津大学出版社平时成绩20％（出勤、作业）实验成绩10％；期末考试70％成绩评定第1章测试技术的基本知识主要内容：测量、计量的基本概念，测量方法及其选择，测量仪表的类型、功能及主要性能指标重点和难点：根据测量要求选择合适测量方法及测量仪表第1节测试技术的基本概念一、基本概念1、测量：以确定被测物属性量值为目的的一组操作，这种操作是将被测参数的量值与同性质的标准量进行比较的过程，得出的倍数即为测量结果。表达式如下：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测量的三要素：测量单位、测量仪器、测量方法被测量标准量测量值2、误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中研究误差的目的是在一定测量条件下尽量减小误差3、计量：利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。可看作测量的特殊形式特点：准确性、一致性、溯源性和法制性4、测试：测量和试验的全称5、检测：检验和测量的统称，是意义更为广泛的测量（介绍热泵、水雾实验台）一个数和合适的计量单位表示的量计量与测量VS电信系统与打电话二、测试技术的作用与任务检定建筑节能材料和建筑热工产品的性能监测或控制运行参数，以确保系统正常运行对于许多复杂系统现有的理论或经验公式难以计算，利用测试技术积累系统实际运行的参数数据，通过对数据分析研究，有利于对现有系统运行提出最优运行方案测试技术在许多科学研究领域有非常重要的作用约克螺杆式冷水机组(YS)约克螺杆式冷水机组(YS)五、YS机组彩色图形控制中心YS机组采用行业最先进的图形化彩色控制中心，大屏幕，中文动画显示。加班时更加节能.约克主机可以利用低至12.8度的主控制界面-故障记录-遥控管理-故障工况(负荷、温压、流量等)自動故障诊断“預防性維護”控制系統冷冻水出水温度的控制精度为0.2F（0.1C）精确显示以下温度和压力参数：--冷冻水的进出水温度--冷却水的进出水温度--制冷剂的饱和蒸发温度和压力--制冷剂的饱和冷凝温度和压力--外部环境温度--回气温度、供液温度和排气温度--排气和吸气过热度--回油温度--供油温度和压力--备选的冷凝器热回收温度自动控制第一级和第二级冷冻水泵和冷却水泵四级冷却塔风机的控制和旁通阀的调节第2节测量方法及分类一、测量方法分类按测量手段分：直接测量、间接测量和组合测量法按测量方式分：偏差式、零位法、微差法按测量敏感元件是否与介质接触分：接触式、非接触式按被测对象变化快慢分：静态、动态按测量数据是否实时处理分：在线、离线按测量精度分：精密、工程按测量时测量者的干预程度分：自动、非自动按被测量与测量结果获取地点的关系分：本地（原位）、远地（遥测）按被测量属性分：电量、非电量二、测量方法按测量手段分类y=x测量值被测量1、直接测量：直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法直接测量是直接将被测量与标准量进行比较，得到测量结果。直接测量又可分为绝对测量和相对测量两种测量结果：20.1mm特点：简单、直观、明了；测量精度不高基准量：20.00mm测量值：+0.08mm结果：20.08mm特点：精度高；复杂、成本高、要求高绝对测量：用测量仪器上的示值直接表示被测量大小的测量（如米尺、光栅尺、激光等）相对测量：将被测量与它只有微小差别的同类标准进行比较，测出两个量值之差的测量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。),(21nxxxfy直接测量值被测量如测导线的导电率ρ：Rdl24热量表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。0),,,(12111211nmxxxyyyf0),,,(22212212nmxxxyyyf公式：0),,,(2121nmmmmmxxxyyyf举例：电阻器温度系数的测量220)20()20(ttRRt211201)20()20(ttRRt222202)20()20(ttRRt式中，温度系数α、β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。偏差法和零位法的结合被测量值与标准量的差值被测量值与标准量大体平衡按测量数据是否实时处理分类1．在线测量：测量、数据存储、数据处理和数据应用在一个采样周期内完成。如：空调系统中空调房间温、湿度的数据2．离线测量：对测量数据没有实时应用的要求。一般情况只需在一个采样周期内进行测量和存储数据，而数据处理和应用是在以后的某一时刻进行。如：节能墙体测量的温度三、测量方法的选择原则①被测量本身的特性②被测量要求的准确度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。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：11000054.96V8010000U212053V80120U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V+-5V80kΩ14.965100%0.8%5235100%40%5相对误差相对误差测量仪表是将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具包括：各类指示仪器、比较仪器、记录仪器、传感器和变送器等第3节测量仪表一、测量仪表类型按测量仪表输出信号：模拟信号和数字信号按测量仪表用途分类：温度、压力、速度、流量等测量仪表按物理原理分类：电参量式测量仪表：电阻式、电感式、电容式等磁电式测量仪表：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等压电式测量仪表：超声波测量仪表热电式测量仪表：热电偶、热电阻波式测量仪表：超声波式等半导体式测量仪表：热敏电阻其他原理的测量仪表：差动变压器、振弦式等电阻式远传压力表感应式流量表称重测量仪表超声测量仪表风力参数测量仪表质子旋进式磁敏测量仪表压阻式液位测量仪表光敏测量仪表温度测量仪表风力参数测量仪表地震检波器反射式光敏测量仪表磁、气、力敏测量仪表超声测量仪表测量仪表技术在汽车中的应用日新月异发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等离心机组问题1，制冷剂HFC-134a项目设计实际1、冷冻水进出水压降17.93kpa17.23kpa2、蒸发器进水温度12.20C11.10C3、蒸发器出水温度6.70C7.20C4、蒸发器进出水温差-12.20C5、吸气压力227.4kpa6、蒸发温度3.90C7、吸气温度6.70C8、过热度9、换热温差10、冷冻水流量GPM48011、冷凝器进出水压降26.9kpa26.2kpa12、冷凝器进水温度29.40C26.70C13、冷凝器出水温度350C30.60C14、冷凝器进出水温差15、排气压力27.4kpa16、排气温度54.40C17、冷凝温度40.60C离心机组问题1，制冷剂HFC-134a项目设计实际18、换热温差（接近温差）19、排气过热度20、液管温度33.30C21、过冷度22、冷凝器水流量GPM60023、马达电流200RLA175A24、油压1.03kPa25、油冷却器进油温度54.40C26、油冷却器出油温度37.80C27、室外干球温度32.20C28、室外湿球温度23.90C22.20C一、实际运行参数是否反映故障？二、如有故障，请说明：测量仪表技术在日常生活中的应用与日俱增家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器自动感应灯：亮度测量仪表---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度测量仪表---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外测量仪表---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外测量仪表---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压测量仪表---压力传感器血糖测试仪、胆固醇测量仪表仪---离子传感器测量仪表的功能变换功能传输功能显示功能测量仪表的主要性能指标量程范围测量精度灵敏度稳定度线性度、动态特性、迟滞、重复性二、测量仪表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量程：在数值上等于仪表上限减去仪表下限Lm2、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正确度—说明测量值与真值之间的接近程度，反映系统误差的大小精密度—说明测量值的分散性，反映随机误差的大小准确度—反映系统误差和随机误差的综合影响对于测量者来说，正确度高的精密度不一定高，反之亦然。但准确度高的正确度和精密度都高(a)(b)(c)(d)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%Tm+0.003Tx/(8h)4、灵敏度：表示测量仪表对被测量变化的反应能力0limxydySxdxx1x2xy212y1y5、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6、动态特性：仪表的输出响应随输入变化的能力100%mFSLy例：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℃或跳变一个字温度变化0.1℃。灵敏度的另一种表示方法为分辨率通常分辨率为允许绝对误差的1/3即可ymLx7、迟滞0yx△HmaxyFS迟滞特性%100maxFSHyH迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出-输入曲线不重合称为迟滞迟滞特性如图所示，一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即式中△Hmax—正反行程间输出的最大迟滞差值8、重复性xy0△Rmax2△Rmax1%100/maxFSRyR重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即重复性是指传感器在输入量按同一方向