第一章 测量的基本知识

建筑环境测试技术黄永红Email:[e-mail]:13875904224QQ:9310343302011《建筑环境测试技术》课程简介课程性质：专业基础课课程内容：测量与测量仪表的基本知识;温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热流量、成分分析、噪声等各种建筑环境测试参数的测量原理，对应的各种测量仪表的结构、原理与使用。教材：建筑环境测试技术（第二版），方修睦主编，中国建筑工业出版社，2008参考书目1.《建筑环境设备测试技术》，刘耀浩，天津大学出版社。2.《建筑热工及环境测试技术》，丁力行，机械工业出版社。3.《热工检测技术》，刘满堂，中国计量出版社。4.《热工检测仪表》，王玲生，冶金工业出版社。5.《自动检测技术》，王绍纯，冶金工业出版社。6.《自动检测技术》，王化祥，化工出版社。7.《流量测量仪表应用技巧》，纪纲，化学工业出版社。8.《压力测量技术及仪表》，杜水友，机械工业出版社。9.《温度的测量与控制》，姜忠良等，清华大学出版社10.热工测量与自动控制，张子慧第一章测量的基本知识授课时间：3学时主要内容：测量、测量仪表的基本概念。重点和难点:仪表误差的计算、测量系统的组成。思考题按照测量手段进行分类，测量通常分为哪几种类型？按照测量方式进行分类，测量通常分为哪几种类型？测量系统由哪几个环节组成？仪表的性能指标有哪些？如何进行仪表的正确选择？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。被测量标准量测量值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。二．测量方法按测量手段分类1．直接测量：通过测量能直接得到被测量数值的测量。),(21nxxxfyy=x测量值被测量直接测量值被测量热量表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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。RX3．微差法：偏差法与零位法相结合构成微差法。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+-5VV96.410000801000051UV31208012052U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。80kΩ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：被测量受到仪表的干扰而产生的偏离。）热电偶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。电动单元组合仪表——标准电压电流信号DDZII电流:0-10mA;电压0-10VDDZIII电流:4-20mA;电压1-5VDDZS电流:4-20mA;电压1-5V电容式压力变送器温度变送器3．显示装置：分为模拟式、数字式、屏幕式数字式模拟式屏幕式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。绝对误差：Axx相对误差：%100AxA%100xxx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。被测量真值测量值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。N(t)AxN(t)AxN(t)AxN(t)Ax只有随机误差累进系统误差恒定系统误差周期性系统误差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正确度—说明测量值与真值之间的接近程度，反映系统误差大小的程度。②精密度—说明测量值的分散性，反映随机误差大小的程度。③准确度—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，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。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。量程：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）AL仪表误差示值绝对误差：%100myL引用误差：%100mmjL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。举例1：仪表1：量程范围0～500℃，1.0级；仪表2：量程范围0～100℃，1.0级。21001%1C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。15001.0%5C举例2：仪表1：量程范围0～500℃，0.5级；仪表2：量程范围0～100℃，1.0级。C5.2%5.05001C1%11002仪表选择时，在满足测试要求的前提下，尽可能选择小量程的仪表。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。4．灵敏度：稳态下输出变化量对输入变化量的比值。%1001212XXLLSX1X2L2L1125．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。LmLm6．动态特性：仪表的输出响应随输入变化的能力。mmLL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？