热工参数复习

第一章测量概述1.所为测量，就是用实验的方法，把被测量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.使测量结果有意义的要求：（1）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。（2）进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。3.测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：（1）直接测量法：使被测量直接与选用的标准量进行比较，或者预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法。（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它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。（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求得未知量的数值，这类测量称为组合测量。4.测量系统由四个基本环节组成：敏感元件、变换元件、传送元件、显示元件。5.理想敏感元件应满足的要求：敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系。敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其它一切可能的输入信号不敏感。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。6.显示装置的基本形式：模拟式显示元件、数字式显示元件、屏幕式显示元件7.绝对误差的特点：绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实际值相同。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。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。8.测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，简称测量误差。δ=x－X0【δ—测量误差；x—测定值（例如仪表指示值）；X0—被测量的真值。】真值一般无法得到，所以用实际值X代替X0。9.示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差。10.在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量，误差的绝对值和符号或者保持不变，或按一定的规律变化，这类误差称为系统误差。11.在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量，由于受到大量的、微小的随机因素的影响，测量误差的绝对值的大小和符号没有一定的规律，且无法简单估计，这类误差称为随机误差。12.明显地歪曲了测量结果的误差称为粗大误差，大多是由于测量者粗心大意造成的。13.精密度：对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布的密集程度，称为测量的精密度。它反映随机误差的影响，随机误差越小，精密度越高。14.准确度：对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值的程度称为测量的准确度。它反映系统误差的影响，系统误差越小，准确度越高。15.精度：精密度与准确度的综合指标称为精确度，或称精度。它反映随机误差和系统误差的综合影响。精密度高的，准确度不一定高；准确度高的精密度不一定高；但精确度高的，则精密度与准确度都高。16.不确定度：测量的不确定度表示用测量值代表被测量真值时的不肯定度，是对被测量的真值以多大可能性处于测量值所决定的某个量值范围的一个估计。不确定度小，测量结果的精确度高。17.测量技术的发展状况：敏感元件（传感器）向着高精度、高灵敏度、大测量范围、小型化和智能化方向发展。测量技术的实时化与自动化。测量原理、测量手段的重大突破。第二章测量误差分析与处理1.随机误差的分布规律：有界性、单峰性、对称性、抵偿性。2.随机误差的正态分布性质)2)exp(21)2exp(21)(2222xxf（＝3.正态分布与均方根误差：σ越小，曲线越尖锐，幅值越大，测量列中数值较小的误差占优势，测量的精密度越高；σ越大，曲线越平坦，幅值越小，测量列中数值较大的误差占优势，测量的精密度越低。4.子样平均值：niixnx11；子样方差：212)(1niixxns5.算术平均值原理：测定值子样的算术平均值是被测量真值的最佳估计值。算术平均值相对于真值的误差可以用x表示：nx6.贝塞尔公式：21)(11niixxn7.测量结果的置信度：某个未知母体参数落在一定区间之内的肯定程度。置信区间越宽置信概率越大。置信区间：xx置信概率：?)(xxP1-α8.测量结果的误差评价：标准误差：σ称为测量值的标准误差，σx为平均值的标准误差。相应于置信概率P=0.683的误差限。极限误差：定义测量标准误差的3倍为极限误差。39.t分布：处理小子样的方法引入统计量t为：nxxtxˆˆT分布的概率密度函数为：2/)1(2)1)(2()21();(vvtvvtf10.误差传布原理：),......,(21mxxxfY),......,(2211mjmjjjyxxxfY2222222121)(...)()(mmyxfxfxf11.组合测量误差分析与处理的任务：根据直接测量或间接测量所获得的数据求取未知参数的最佳估计值。12.粗大误差：不能用测量客观条件解释为合理的突出误差，它明显歪曲测量结果。产生原因：测量者的主观原因：测量时操作不当，或粗心、疏失而造成读书、记录的错误；客观外界条件的原因：测量条件意外的改变引起仪表示值的改变。处理方式：设法从实验结果中发现和鉴别而加以剔除，加强测量工作者责任心和严格的科学态度，保证测量条件稳定。13.系统误差：出现有一定的规律性，通过校验可以发现和消除。（1）性质：①对于系统误差，只影响测量结果的准确度，不影响测量的精密度参数。如果测定值子样容量足够大，含有恒值系统误差的测定值仍服从正态分布。②对于变值系统误差，不仅影响测量结果的准确度，而且会影响测量的精密度参数。（2）处理的一般原则：①在测量前，应该尽可能预见到系统误差的来源，设法消除之。或者使其影响减少到可以接受的程度。②在实际测量时，尽可能的采用有效的测量方法，消除或减弱系统误差对测量结果的影响。③在测量之后，通过对测定值进行处理，检查是否存在尚未被注意到的变值系统误差。④最后，要设法估计出未被消除而残留下来的系统误差对最终测量结果的影响。（3）存在与否的检验：①根据测定值残差的变化判定变值系统误差的存在。②利用判据来判定变值系统误差的存在。③利用数据比较判定任意两组数据间系统误差的存在。第三章测量系统分析1.测量系统基本静态特性是指被测物理量和测量系统处于稳定状态时，系统的输入量与输出量之间的函数关系。对于理想测量系统，要求其静态特性曲线应该是线性的，或者在一定的测量范围之内是线性的。2.测量系统的静态性能指标：灵敏度：当输入量变化很小时，测量系统输出量的变化△y与引起这种变化的相应输入量的变化△x之比值，用S表示，则S=。量程：测量系统所能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。基本误差：指在规定的标准条件下（所有影响量在规定值及其允许的误差范围之内），用标准设备进行静态校准时，测量系统在全量程中所产生的最大绝对误差的绝对值与系统量程之比。精确度：表征测量某物理量可能达到的测定值与真值相符合的程度。迟滞误差：理想测量系统的输入-输出关系应该是单值的，但实际上对于同一输入量，其正反行程输出量往往不相等的现象。线性度：衡量测量系统实际特性曲线与理想特性曲线之间符合程度的指标，用全量程范围内测量系统的实际特性曲线和其理想特性曲线之间的最大偏值△Lmax与满量程输出值Ymax之比来表示。3.理想特性曲线的确定方法：①根据一定的要求，规定一条理论直线。②通过静态校准求得的零平均值点和满量程输出平均值点做一条直线。③根据静态校准取得的数据，利用最小二乘法，求出一条最佳拟合直线。4.测量系统的动态特性：在动态测量时测量系统输出量与输入量之间的关系，其数学表示式称为系统的动态数学模型。5.拉普拉斯变换与拉普拉斯反变换：在全部初始化条件为0时，系统输出量的拉普拉斯与输入量的拉普拉斯变换之比称为线性定常系统的传递函数。传递函数表达了线性定常系统的输入量与输出量之间的关系。传递函数表达了测量系统本身的特性，而与输入量无关。传递函数反映了系统的响应特性，但它不能表明测量系统的物理结构。物理结构完全不同的两个系统，可以具有相同的传递函数，具有相似的传递特性。6.测量环节组合的基本方式：串联、并联和反馈。7.测量系统的动态特性基本类型：零阶系统、一阶系统和二阶系统。研究测量系统的动态性能，可以从时域和频域两方面来讨论。在低阶系统中或输入简单的瞬态信号时，测量系统的性能指标多以时域量值的形式给出；而在高阶系统中和输入周期性的、复杂的信号时，以频域量值的形式给出测量系统的性能指标则更为方便。第四章温度测量1.热电偶测温：（1）测温原理：热电效应：两种材料性质不同的导体A与B相互接触组成回路，如果两个接触点处于不同的温度时，回路即出现电动势，并有回路电流产生的现象。（2）热电势：由热电效应所产生的电动势。EAB(T,T0)=EAB(T)+E(T,T0)（3）接触电势：当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，会有一部分电子从A扩展到B，使A失去电子呈正电位，B获得电子呈负电位，形成由A向B的静电场，当扩散利于电场力平衡时，A与B之间形成固定的接触电势。)()(ln)(TNTNeKTTEBAABe——单位电荷，4.802e-10绝对静电单位；K——玻尔兹曼常数,1.38e-23J/°C;NA(T)和NB(T)——材料A和B在温度T时的电子密度（4）温差电势：同一种导体或半导体材料，其两端温度不同时，两端电子所具有的能量不同，温度高的一端电子能量高，电子向低温端运动，形成由高温端指向低温端的静电场，电子迁移力和静电场力达到平衡时所形成的电位差叫温差电势。)(1),(00tNdNeKTTETT（5）优点：结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、热惯性小。2.热电偶回路的性质：①均质材料定律：由一种均值材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。反之，回路中有热电势存在则材料必为非均质。②中间导体定律：热电偶回路中插入第三中或多种均质材料，只要两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势，且增加其工作稳定性。③中间温度定律：两种不同材料A和B组成的热电偶回路，其连接点温度分别为t和t0时的热电势EAB(t,t0)等于连接点温度为(t,tn)和(t,t0)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,t0)的代数和。EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)④连接导体定律：如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A’、B’相连接，则回路总热电势为EABB’A’(t,tn,t0)=EAB(t,t0)+EA’B’(t,t0)。3.对材料的要求：①两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶，应输出较大的热电势，才能得到较高的灵敏度，且E(t)和温度t之间尽可能呈线性函数关系；②较宽的温度应用范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。有较好的耐热性、抗氧化、抗还原、抗腐蚀等性能③较高的导电率和较低的电阻温度系数④较好的工艺性能，便于成批生产，具有满意的复现性，以便采用统一的分度表。4.常用材料：①铂铑10-铂热电偶：常用直径为0.35～0.5mm；使用温度高达1600℃,适用于氧化或中性气氛介质中，高温还原介质中容易被侵蚀、污染；热电势较小，灵敏度较低，价格昂贵，可作等级标准热电偶，等级I，分度号S。②铂铑30-铂铑6热电偶：贵金属，0.3-0.5mm，段时间测温1800℃，精度高，在氧化或中性气氛中使用，灵敏度较低。分度号B。③镍铬-镍硅热电偶：是一种贱金属热电偶；金属丝直径范围大，0.5-3mm，价格低廉、灵敏度高、复现性好、高温下抗氧化能力强，工业中和实验室里大量使用，还原性介质或含硫化物气氛中易被侵蚀，分度号K，根据亲磁性区分正负极（弱磁性为负极）。④铜－康铜热电偶：贱金属热电偶，金属丝0.2～1.6mm，-200～400°C范围内测量精度高，稳定性好，低温时灵敏，价格低廉。分度号T。红色为正极，银白色为负极。