热工测量基本知识

热工测量基本知识测量的意义和测量方法一、测量的意义1．测量的意义：测量是人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。在这一过程中，人们借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。测量技术可分为力学测量、电学测量、热工测量等。不同的领域有不同的测量项目和测量特点。热工测量：在火力发电厂中，热工测量是指热力生产过程中各种热工参数，如温度、压力、流量、液位等的测量方法。多数热工参数是不能直接测量，是借助于一些物质的物理、化学性质的关联性进行。2．应用方面（1）过程监测：对过程参数的监测。（2）过程控制：为生产过程的自动控制提供依据。（3）试验分析与系统辨识：解决科学上的和过程上的问题，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析，是测量技术的一个典型应用。二、测量方法测量的定义：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。使测量结果有意义的要求：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。进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。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。测量方法的其它分类方式：按不同的测量条件分：等精度测量与非等精度测量按被测量在测量过程中的状态不同分：静态测量与动态测量第二节测量系统的组成及其功能一、测量系统的组成测量系统由四个基本环节组成：传感器、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1、传感器（敏感元件）它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。理想敏感元件应满足的要求：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。2、变换器（变送器）它是传感器和显示装置中间的部分，它是将传感器输出的信号变换成显示装置易于接收的部件。对变换器的要求：性能稳定，精确度高，使信息损失最小。3、显示装置它是测量系统直接与观测者发生联系的部分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4、传输通道它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。分为电线、光导纤维和管路等。仪表的分类按被测参数不同：温度、压力、流量、物位、机械量（位移、转速）仪表的用途：标准用、实验室用及工程用显示特点和功能：指示式、记录式、积算式、数字式积屏幕式工作原理：机械、电气、化学、气动和液位安装地点：就地式、盘用仪表使用方式：固定式和便携式第三节测量误差与测量精度一、测量误差的概念测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简称测量误差。δ=x－X0式中，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。示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。一般约定值m有如下几种取法：m取测量仪表的指示值x时，γ称为标称相对误差；m取测量的实际值X时，γ称为实际相对误差；m取仪表的满刻度值时，γ称为引用相对误差。100%m测量过程中存在测量误差是不可避免的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。测量过程中无数随机因素的影响，使得即使在同一条件下对同一对象进行重复测量也不会得到完全相同的测量值。被测量总是要对敏感元件施加能量才能使测量系统给出测量值，这就意味着测量值并不能完全准确的反映被测参数的真值。二、测量误差的来源1、仪器误差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、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。2、人身误差它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、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。减少人身误差的途径3、影响误差它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。4、方法误差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严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差，也称理论误差。原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。三、测量误差的分类1．系统误差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。恒值误差变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化2．随机误差在相同测量条件下，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。指测量者无法严格控制的因素3．粗大误差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。粗大误差一经发现，必须立即从测量数据中剔除。三、测量精度1．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。2．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。3．精确度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。第四节测量仪表的基本技术指标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，简称量程。在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为-20℃，最高温度为100℃，它的量程是多少？120℃2．灵敏度在稳定情况下，仪表输出变化量△L与引起此变化的输入量的变化量△Xb之比值，定义为仪表的灵敏度。用S表示，即式中，S——仪表灵敏度△L、△Xb——分别为输入与输出变化量bLSX问：某测量范围是0～100MPa的压力表，其满量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？2.7度/MPa3．灵敏限（分辨率、死区）它表明仪表响应输入量微小变化的能力指标，即不能引起输出发生变化的最大输入变化幅度与量程范围之比的百分数。4.仪器基本误差仪表测量值中的最大示值绝对误差与仪表量程之比值称为仪表的基本误差。100%mjmL5.仪器允许误差它表示对测量仪表所允许的误差界限，即出厂的仪表都要保证基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。6．准确度等级它指根据测量仪表准确度大小所划分的等级或级别。允许误差去掉百分号的数值就是准确度等级，工程上称为精度等级。7.变差在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测量进行反复测量（正行程和反行程）时，所产生的最大差值与仪表量程之比值称为变差，用ε表示。'100%mmLL正行程：测量系统的输入量从量程下限增至量程的上限的测量过程。反行程：测量系统的输入量从量程上限减少至量程的下限的测量过程。