1-測(cè)量的基本知識(shí)2017

1、建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù),中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院宋彥坡Email：songyanpo@csu.edu.cnCell: 13873117679 QQ：55189126,你更喜歡哪種？,區(qū)別？,建筑環(huán)境：室內(nèi)環(huán)境，室外環(huán)境,建筑環(huán)境測(cè)試：通過(guò)測(cè)量、試驗(yàn)等獲取建筑環(huán)境的相關(guān)信息，并做出評(píng)價(jià)。,溫度、濕度、壓力、流速、流量、液位等氣體成分、含塵濃度、環(huán)境噪聲、環(huán)境放射性、環(huán)境光照等,,本課程的主要內(nèi)容：,測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ),測(cè)量?jī)x表,測(cè)試技術(shù)

2、,,,,基本概念；測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理,建筑環(huán)境參數(shù)測(cè)量?jī)x表原理、結(jié)構(gòu)、選型方法等,數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；典型對(duì)象的測(cè)試技術(shù),第1、2章,第3-11章,第12、13章,課程特點(diǎn)：,章節(jié)內(nèi)容較多。多數(shù)章節(jié)在內(nèi)容自成體系，與其它章節(jié)內(nèi)容關(guān)聯(lián)較小。,參考教材：方修睦，《建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社（第三版），2016吳光杰, 王海寶，《傳感器與檢測(cè)技術(shù) 》，重慶大學(xué)出版社，2011年朱小良 , 方可人，熱工測(cè)量及儀表(第3版

3、），中國(guó)電力出版社，2011劉玉長(zhǎng)，《自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制》（第四版），冶金工業(yè)出版社，2010,考核方法：平時(shí)考核：到課率、課堂表現(xiàn)（回答問(wèn)題及課堂作業(yè)等）、作業(yè)情況期末考核：閉卷筆試,學(xué)習(xí)建議：高效利用課堂時(shí)間重視學(xué)習(xí)過(guò)程，功夫下到平時(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)各類測(cè)量?jī)x表及測(cè)量方法的原理了解各類參數(shù)的檢測(cè)難點(diǎn)及技術(shù)現(xiàn)狀,1 基本知識(shí),基本概念測(cè)量方法分類測(cè)量?jī)x表概述測(cè)試儀表的發(fā)展趨勢(shì),1.1 基本概念,測(cè)量,測(cè)量是運(yùn)用專門(mén)的工具

4、，根據(jù)物理、化學(xué)、生物等原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量（被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)信息）的量值。測(cè)量可用如下公式定義：,測(cè)量：,確定被測(cè)量的量值,檢測(cè)：,檢測(cè)/測(cè)量過(guò)程：,+,信號(hào)檢出,信息提取、信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、顯示記錄、分析處理,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,測(cè)量,利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。其主要任務(wù)是建立統(tǒng)一的基準(zhǔn)單位，使測(cè)量有客觀標(biāo)準(zhǔn)。,計(jì)量：,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,,,,利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確

5、可靠的測(cè)量。其主要任務(wù)是建立統(tǒng)一的基準(zhǔn)單位，使測(cè)量有客觀標(biāo)準(zhǔn)。,計(jì)量：,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,國(guó)際單位制（SI）,長(zhǎng)度 質(zhì)量 時(shí)間 電流 熱力學(xué)溫度 物質(zhì)的量 光強(qiáng),實(shí)物單位----千克標(biāo)準(zhǔn)原器,米,----光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485,能量（J）=力 ? 距離,基本單位：,組合單位：,七個(gè)相互獨(dú)立的物理量單位,由基本單位導(dǎo)出,=質(zhì)量 ? 加速度 ? 距離,J = kg（m/s2）m

6、= m2·kg/s2,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,大得多/小得多----詞頭：mm （10-3m） 、?m（10-6m）、nm（10-9m）； kHz（103Hz）、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,計(jì)量基準(zhǔn)：,主基準(zhǔn)：,用當(dāng)代最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和工

7、藝水平,以最高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性建立起來(lái)的專門(mén)用以規(guī)定、保持和復(fù)現(xiàn)物理量計(jì)量單位的特殊量具或儀器裝置等。,也稱作原始基準(zhǔn)，是用來(lái)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位，具有現(xiàn) 代 科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，經(jīng)國(guó)家鑒定批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國(guó)計(jì)量單位量值的最高依據(jù)。因此，主基準(zhǔn)也叫國(guó)家基準(zhǔn)。,副基準(zhǔn)：,工作基準(zhǔn)：,通過(guò)直接或間接與國(guó)家基準(zhǔn)比對(duì)，確定其量值并經(jīng)國(guó)家鑒定批準(zhǔn)的計(jì)量器具。其地位僅次于國(guó)家基準(zhǔn)，平時(shí)用來(lái)代替國(guó)家基準(zhǔn)使用或驗(yàn)證國(guó)家基準(zhǔn)的變化。

8、,經(jīng)與主基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)校準(zhǔn)或比對(duì)，并經(jīng)國(guó)家鑒定批準(zhǔn)，實(shí)際用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具。,基本任務(wù)是獲取有用信息，通常包含了測(cè)量/檢測(cè)、計(jì)算、 檢驗(yàn)，判斷等多層含義。,測(cè)試：,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,基本任務(wù)是獲取有用信息，通常包含了測(cè)量/檢測(cè)、計(jì)算、 檢驗(yàn)，判斷等多層含義。,測(cè)試：,測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量與測(cè)試,測(cè)試的關(guān)鍵任務(wù)：,①將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，獲得被測(cè)對(duì)象的數(shù)值結(jié)果。,②將被測(cè)量與設(shè)定值進(jìn)行比較，獲得被測(cè)對(duì)象在性能、參數(shù)、質(zhì)量、

9、功能等方面的評(píng)價(jià)。,③對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，根據(jù)測(cè)試要求不同，處理的結(jié)果可形成各種信息，也可去執(zhí)行各種操作。,一、根據(jù)測(cè)量結(jié)果是否直接可讀 直接測(cè)量法、間接測(cè)量法、組合測(cè)量法,1.2 測(cè)量方法分類,直接測(cè)量 –直接從測(cè)量?jī)x表讀出被測(cè)量,如何測(cè)量L1、L2功率、電阻？,功率 = 電壓 ? 電流,電阻 = 電壓 / 電流,間接測(cè)量 --被測(cè)量無(wú)法或不易進(jìn)行直接測(cè)量，根據(jù)相關(guān)的直接測(cè)量量計(jì)

10、算求取,目標(biāo)變量,自變量（直接測(cè)量量）,,組合測(cè)量 --多次測(cè)量，根據(jù)測(cè)量量和未知參數(shù)間的函 數(shù)關(guān)系列出方程組并求解，進(jìn)而確定未知 參數(shù)量值,相對(duì)于直接測(cè)量，組合測(cè)量有無(wú)優(yōu)勢(shì)？,偏差法 --- 用儀器儀表指針的位移表示被測(cè)量大小,例：彈簧秤稱物體重量, 萬(wàn)用表測(cè)電壓, 水銀溫度計(jì)測(cè)溫度,二、根據(jù)測(cè)量值的獲得方式 偏差法、零位法、微差法,零位法 --- 用指零儀表指示被測(cè)量與

11、標(biāo)準(zhǔn)量相等，從而獲得被測(cè)量,例：天平稱量物體，電位差計(jì)測(cè)電壓，惠斯登電橋測(cè)量電阻,微差法 --- 通過(guò)測(cè)量被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量之差得被測(cè)量,被償測(cè)量被測(cè)量余數(shù),,偏差法和零位法的結(jié)合,在線式 --- 實(shí)時(shí)獲取測(cè)量結(jié)果,三、根據(jù)測(cè)量值的實(shí)時(shí)性 在線式、離線式,離線式 --- 測(cè)量結(jié)果有一定滯后,被測(cè)量本身的特性所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)試環(huán)境現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備,選擇測(cè)量方法時(shí)需考慮的因素：,測(cè)量?jī)x表：將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可供直接觀察

12、的指示值或等效信息的器具，包括各類指示儀器、比較儀器、記錄儀器、傳感器和變送器。電子測(cè)量?jī)x表：利用電子技術(shù)對(duì)各種待測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備。,1.3 測(cè)量?jī)x表概述,測(cè)量?jī)x表,1.3.1 檢測(cè)儀表的分類,按使用性質(zhì)分類實(shí)用型：用于實(shí)際測(cè)量，包括工業(yè)用表與實(shí)驗(yàn)用表；范型：用于復(fù)現(xiàn)和保持計(jì)量單位，或用于對(duì)實(shí)用儀表進(jìn) 行校準(zhǔn)和刻度；標(biāo)準(zhǔn)型：具有更高準(zhǔn)確度的范型儀表，用以保持和傳遞國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并用于對(duì)范型儀表的定期檢定。,,按輸出信號(hào)分類模

13、擬式：對(duì)連續(xù)變化的被測(cè)物理量（模擬量）直接進(jìn)行連續(xù)測(cè)量、顯示或記錄；數(shù)字式：將被測(cè)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示。,1.3.2 檢測(cè)儀表的主要性能指標(biāo),靜態(tài)性能指標(biāo) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),反映測(cè)量?jī)x表輸入量與輸出量之間的靜態(tài)關(guān)系。,測(cè)量?jī)x表在動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中所呈現(xiàn)出的特性，其反映測(cè)量?jī)x表的輸出響應(yīng)隨輸入變化的能力，通常采用時(shí)域特性與頻域特性等來(lái)表征。,一、測(cè)量范圍與量程,測(cè)量范圍: 測(cè)量量程:,指在正常工作條件下

14、，檢測(cè)系統(tǒng)或儀表能夠測(cè)量的被測(cè)量值的總范圍，測(cè)量范圍用下限值至上限值來(lái)表示a～b；,儀表量程的上限：Ymax: 4/3~3/2倍（被測(cè)變量） 波動(dòng)較大時(shí)：3/2~2倍（被測(cè)變量）下限：一般地，被測(cè)變量的值不低于全量程的1/3。,測(cè)量范圍上限a與下限b的代數(shù)差。,二、精度,儀表讀數(shù)（測(cè)量結(jié)果）與被測(cè)量真值相一致的程度。,精密度同一測(cè)量條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，得到結(jié)果的分散程度。反映了隨機(jī)誤差的影響。正確度

15、指示值與真值的接近程度。正確度反映了系統(tǒng)誤差的影響。 準(zhǔn)確度 精密度與正確度的綜合反映。,儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。 精度等級(jí)：允許誤差去掉“±”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。,精度等級(jí),目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,儀表的

16、精度等級(jí)以一定的符號(hào)形式表示在儀表標(biāo)尺板上，如1.0外加一個(gè)圓圈或三角形。精度等級(jí)1.0，說(shuō)明該儀表允許誤差為1.0%。,[例1] 某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍是600~1100℃，其最大絕對(duì)誤差為±4 ℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。,由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，而該儀表的最大引用誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表的允許誤差，所以這臺(tái)儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)。,解 儀表的最大允許誤差為,目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.

17、005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即 靈敏度=△Y/△X對(duì)于模擬式儀表而言，ΔY是儀表指針的角位移或線位移。靈敏度反映了儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度。,分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。分辨率是靈敏度的一種反映。對(duì)于數(shù)字式儀表，分辨率就是數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測(cè)

18、量的變化與量程的比值。,問(wèn)：某測(cè)量范圍是0～100MPa的壓力表，其滿量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？,2.7度/MPa,三、靈敏度和分辨率,四、變差,正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g -- 檢測(cè)裝置輸入— 輸出曲線的不重合程度,外界條件不變 --- 同一大小的輸入信號(hào) --- 正反行程的輸出信號(hào)數(shù)值不相等,產(chǎn)生：檢測(cè)裝置中的彈性元件、機(jī)械傳動(dòng)中的間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的磁滯 --- 實(shí)驗(yàn)確定,,最大相對(duì)變差

19、,五、重復(fù)性,重復(fù)性指在測(cè)量裝置在同一工作環(huán)境，被測(cè)對(duì)象參量不變的條件下，輸入量按同一方向做多次（三次以上）全量程變化時(shí)，輸入輸出特性曲線的一致程度。,六、穩(wěn)定性,穩(wěn)定性 保持輸入信號(hào)不變的前提下，輸出信號(hào)隨時(shí)間或溫度變化而出現(xiàn)緩慢變化的程度，一般由穩(wěn)定度與環(huán)境影響系數(shù)來(lái)表征。 穩(wěn)定度 反映儀表內(nèi)部隨機(jī)性變動(dòng)、周期性變動(dòng)、漂移等引起示值的變化程度； 環(huán)境影響系數(shù) 則表征環(huán)境溫度、大氣壓力、振動(dòng)等外部狀態(tài)變化及電源電壓、頻率

20、等儀表工作條件變化給與示值的影響。,七、線性度,儀表實(shí)測(cè)輸入輸出特性曲線與理想線性輸入輸出特性曲線的偏離程度,理想檢測(cè)系統(tǒng) --- 輸出與輸入 --- 比例關(guān)系：y(t)=kx(t),實(shí)際檢測(cè)裝置 --- 輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系,智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化,1.4 測(cè)試儀表的發(fā)展趨勢(shì),智能化,,,傳統(tǒng)儀表,智能儀表,虛擬儀表,智能儀表中含有專用的微處理器、單片計(jì)算機(jī)或體積很小的微型機(jī)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力。,虛擬儀表用現(xiàn)成的