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建筑环境测量 2011.4 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： v测量与测量仪表的基本知识; v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。 参考书目 o1.建筑环境设备测试技术，刘耀浩，天津大学出版社 。 o2.建筑热工及环境测试技术，丁力行，机械工业出版 社。 o3.热工检测技术，刘满堂，中国计量出版社。 o4.热工检测仪表，王玲生，冶金工业出版社。 o5.自动检测技术，王绍纯，冶金工业出版社。 o6. 自动检测技术，王化祥，化工出版社。 o7.流量测量仪表应用技巧，纪纲，化学工业出版社。 o8.压力测量技术及仪表，杜水友，机械工业出版社。 o9.温度的测量与控制，姜忠良等，清华大学出版社 第一章 测量的基本知识 o授课时间：2-3学时 o主要内容：测量、测量仪表、计量的基本概 念。 o重点和难点:仪表误差的计算、测量系统的 组成。 思考题 o按照测量手段进行分类，测量通常分为哪 几种类型？ o按照测量方式进行分类，测量通常分为哪 几种类型？ o测量系统由哪几个环节组成？ o仪表的性能指标有哪些？ o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：标准量应是国际或国家公认的。 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 v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。 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。 公式： 举例：电阻器温度系数的测量。 在此，温度系数为被测量，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。 o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。 RX 3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 被测量本身的特性； 被测量的准确度； 测量环境； 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80k，当电压表 内阻分别为10M、120 k，对应的数字 电压表测得的电压为： V + - 5V 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。 80k 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： 输入与输出有稳定而准确的单值函数关系。 非被测量对传感器作用时，应使其对输出的影 响小到忽略。 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 oDDZII 电流: 0-10mA; 电压0-10V oDDZIII 电流: 4-20mA; 电压1-5V oDDZS 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： 相对误差： 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 o分类： 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。 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。 粗大误差：明显歪曲测量结果的误差。 N(t) A x N(t) A x N(t) A x N(t) A x 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。 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。 精密度说明测量值的分散性，反映随机误差大 小的程度。 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） 仪表误差 示值绝对误差： 引用误差： 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。 o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。 o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0500，1.0级； 仪表2：量程范围0100，1.0级。 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。 举例2： 仪表1：量程范围0500，0.5级； 仪表2：量程范围0100，1.0级。 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。例如某数字 温度表的稳定度为0.008%Lm+0.003Lx/8h 。 4输入电阻：例如对于数字电压表对输入阻抗有一 定要求。 5灵敏度：稳态下输出变化量对输入变化量的比值 。 X1 X2 L2 L1 1 2 例如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。跳变一个字温度变化0.1。 通常分辨率为允许绝对误差的1/3即可。 灵敏度的另一种表示方法为分辨率。 6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。 Lm 7动态特性：仪表的输出响应随输入变化 的能力。 第三节 计量的基本概念 1、计量 2、单位制 3、计量基准 4、量值的传递与跟踪，检定与比对 1、计量 计量与测量是互有联系又有区别的两个概念 测量是通过实验手段对客观事物取得定量信息的过程， 也就是利用实验手段把被测量直接或者间接的与另一个 量值比较，从而得到待测量的过程。 计量是利用技术和法律手段实现单位统一和量值准确可 靠的测量。 2、单位制 计量标准：任何测量都要有一个统一的体现计量单位 的量作为基准。 计量单位：有明确定义和名称并且数值为1的固定的量 。 法定计量单位：国家以法令形式规定使用的计量单位。 国际单位制（SI）：国际上通用的单位制。 包括基本单位、导出单位和辅助单位。 国际单位制 基本单位：可以彼此独立的加以规定的单位 。 长度单位米（m） 质量单位千克（kg） 时间单位秒（s） 电流单位安培（A） 热力学温度开尔文（K） 发光强度单位坎德拉（cd） 物质量单位摩尔（mol） 7个 国际单位制 导出单位：由基本单位通过定义、定律及其他 函数关系派生出来的单位。 力的单位牛顿、频率单位赫兹等等！ 辅助单位：既可以作为基本单位又可以作为导 出单位的单位。2个 平面角单位弧度、立体角单位球面角！ 2、单位制 由基本单位、辅助单位和导出单位 构成的完整体系叫做单位制。 国际单位制=7个基本单位 +2个辅助单位 +19个导出单位 3、计量基准 基准是指当代最先进的科学技术和工艺水平， 以最高的准确度和稳定性建立起来的钻们用依 规定、保持和复制物理计量单位的特殊量具或 仪器装置等。 主基准 副基准 工作基准 4、量值的传递与跟踪，检定与比对 计量器具：复现量值或将被测量转换成为课直接观 测的指示值或等效信息的量具、仪器、装置。 计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计 量标准或工作计量器具的计量器具。 工作计量器具：工作上直接使用，不用于进行量值 传递而是直接用来测量被测对象量值的计量器具。 4、量值的传递与跟踪，检定与比对 对比：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基 准、标准或工作计量器具之间的量值进行比较，其 目的是考核量值的一致性。 检定：用高一等级准确度的计量器具对低一等级的 计量标准进行比较，以达到全面评价被检计量器具 的计量性能是否合格的目的。 校核：计量器具与高一等级的计量标准相比较，以 确定被校计量器具的示值误差的全部工作。 4、量值的传递与跟踪，检定与比对 量值的传递与跟踪：把一个物理量单位通 过各级基准、标准及相应的辅助手段准确 的传递到日常工作所使用的测