Chapter 2 测量的基础知识

建筑环境测试技术第二章测量的基础知识BuiltEnvironmenttestingtechnology12第二章测量的基础知识测量的基本概念测量的基本方法测量系统及特性31．掌握测量的基本概念和基本方法

2．了解测量系统的构成和各环节的功能3．掌握测量仪表的基本技术指标本章目标4

概念：测量是运用专门的工具和方法，根据物理、化学、生物等原理，通过实验手段和计算找到被测量的量值。

定义：测量是以同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量与标准量之间的量值关系。

基本方程式：1.测量的定义测量值被测量标准量(单位)2.1测量的基本概念进行测量要建立单位，确定实验方法和测量设备，并最后估计出结果的误差。52.1测量的基本概念为使测量结果有意义，测量必须满足以下要求：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器必须经过验证。6静态参数：某些被测参数在整个测量过程中数值的大小保持不变，即参数值不随时间而变化。如周围环境大气压力，制冷压缩机稳定工况下的转速不随时间变化。统称为静态参数或常量。动态参数：随时间不断变化数值的被测量称为动态参数，如空调设备刚刚开启时，空调房间内的温度、湿度等。这些参数随时间变化的函数可以是周期函数，随机函数等，人们处理这类参数时常需较大的数据量来描述他们。2.被测量（参数）的定义2.1测量的基本概念7测量过程关键在于被测量和标准量的比较。能直接将被测量与标准量进行比较的物理量并不多。被测量和标准量都要变换到双方都便于比较的某个中间量。变换是测量的核心。3.测量的过程与变换2.1测量的基本概念8对于测量者来说，准确度高的精密度不一定高，反之亦然。但精确度高的准确度和精密度都高。（a）既不精密，也不准确。（b）准确但不精密。（c）精密但不准确。（d）精密度和准确度都很高，及精确度高。4.测量精度准确度——测量值偏离真值的程度。精密度——测量的重复性程度。精确度——测量结果与真值的一致程度。2.1测量的基本概念91.按测量结果产生的方式分类直接测量：将被测量直接与选用的标准量进行比较测量，或者用预先标定好的测量仪器进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法称为直接测量法。特点：直接、过程简单、迅速；测量精度不容易达到很高。y=x2.2测量的基本方法10间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系间接得到被测量的量值的方法。

特点：一般测量较多，测量计算工作量大，引起误差因素较多。在理想情况下，精度可达到很高。例1：用电压表测量已知电阻上消耗的

功率。P=UI测出U和I的值就可以求出P1.按测量结果产生的方式分类2.2测量的基本方法11例2：墙体传热系数检测。2.2测量的基本方法12组合测量：当某项测量结果需要多个未知参数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量值与未知参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。特点：科学实验和大型测试的工作中，大多属于组合测量。1.按测量结果产生的方式分类2.2测量的基本方法13例3：已知电器电阻值Rt与温度t之间满足关系

为了获得α、β值，可以在两个不同温度t1、t2测得相应的两个电阻值，代入上式得到联立方程组，就可以得到α、β值。若R20未知，则可联立三个方程即可。2.2测量的基本方法14等精度测量法：在测量过程中，使影响测量误差的各因素（环境条件、仪器仪表、测量人员、测试方法等）保持不变，对同一被测量值进行次数相同的重复测量，称为等精度测量。可靠程度是相同的。

非等精度测量法：与等精度测量相反。测量结果与仪器精度、重复次数、测量环境、人员熟练程度等有关。

工程中常采用等精度测量法。2.按测量条件分类2.2测量的基本方法15接触测量是仪表的某一部分必须接触被测对象，反之成为非接触测量。3.按测量过程是否与被测对象接触分类2.2测量的基本方法16静态测量

测量过程中，被测量参数恒定不变，则此种测量称为静态测量。动态测量

测量过程中，被测量参数随时间变化，则此种测量称为动态测量。4.按被测量的状态分类2.2测量的基本方法17考虑以下因素：1）

被测量本身的特性2）

所要求的测量准确度3）

测量环境4）

现有测量设备注意：选取合适的测量仪表和正确的测量方法。5.测量方式的选取原则2.2测量的基本方法18为实现一定的测量目的而将测量设备进行有效组合形成的测量体系，成为测量系统。由传感器、变换器或变送器、传输通道和显示装置组成。传感器变换器显示装置测量值传输通道被测量测量系统组成框图1.测量系统的组成测量环节2.3测量系统及特性19

传感器：又称敏感元件，它直接与被测对象直接发生联系，接收来自被测量（包括物理量、化学量、生物量等）的信号后，将这些信号按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种量的信号。1.测量系统的组成

功能：将被测量以单值函数关系，稳定而准确地转换成另一种物理量。2.3测量系统及特性20理想的敏感元件应满足三个要求:①敏感元件发出的信号与被测参数之间应该有稳定的单值函数关系，即一个确定的信号只能与该参数的一个值相对应。②敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其他一切可能的输入信号（包括环境和噪声信号）不敏感。③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。热电偶压力敏感元件2.3测量系统及特性

变换器或变送器：它位于传感器与显示装置中间的部分，可将传感器输出的信号变化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0-10VDDZIII电流:4-20mA;电压1-5VDDZS电流:4-20mA;电压1-5V电容式压力变送器温度变送器1.测量系统的组成2.3测量系统及特性2122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。显示装置：模拟式，数字式和屏幕式。1.测量系统的组成2.3测量系统及特性232.测量仪表的分类（1）按显示记录形式及功能分类1）按显示记录形式模拟式仪表数字式仪表2）按显示功能不同指示仪表（指针指示仪表、数字显示仪表、屏幕显示仪表）记录仪表（模拟式图示记录仪表、数字式打印记录仪表）2.3测量系统及特性242.测量仪表的分类（2）按工作原理分类机械式、电子式、气动式、液动式仪表（3）按用途分类标准仪表（范型器具）1）计量基准2）计量标准实用仪表1）实验室用仪器（标定）2）工程用仪器2.3测量系统及特性25

包括测量范围(量程)、精度、稳定性、静态特性和动态特性量程：仪表在保持规定精确度的前提下所能够测量的最大输入值，最小输入值之间的范围。上、下限，零位、满量程。3.测量仪表的基本性能合理选择量程太小→过载而损坏，不能进行测量太大→测量精度下降原则：被测量为满量程的2/3左右。2.3测量系统及特性26

3.测量仪表的基本性能基本误差：精度等级：允许误差去掉百分号之后的数值。精度等级序列：0.005,0.01,0.02,0.04,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0,5.0等。精确度：仪表测量某物理量可能达到的测量值与真值想复合的程度，简称精度。2.3测量系统及特性27

3.测量仪表的基本性能稳定性（稳定误差）：由稳定度和各环境影响系数指标表示。稳定度定义：在规定的工作条件保持恒定时，测量仪表的性能在规定时间内保持不变的能力。产生原因：仪表的元件或环节的性能参数的随机性变动、周期性变动和随时间漂移等。各环境影响系数由于室温、大气压、振动，以及电源电压与频率等仪表外部状态及工作条件变化对其示值的影响。温度系数βθ、电源电压系数βU2.3测量系统及特性28

3.测量仪表的基本性能

静态特性：包括灵敏度、灵敏限、线性度、变差、漂移。1）灵敏度定义：表征测量仪表对被测量变化的灵敏程度，或对被测量变化的反应能力。单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表的精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。输出量的变化量引起输出量变化的输入量的变化量2.3测量系统及特性293.测量仪表的基本性能2）灵敏限（分辨率）定义：指能引起仪表输出量变化的被测量的最小（极限）变化量。灵敏限的数值应不大于仪表测量值中最大示值绝对误差的绝对值的1/2。2.3测量系统及特性303.测量仪表的基本性能3）线性度定义：指仪表静态特性输出实际特性曲线偏离理想拟合直线的程度。最大偏差值满量程输出值2.3测量系统及特性313.测量仪表的基本性能4）变差（迟滞）产生原因：仪表传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件的响应滞后等。最大迟滞差值满量程输出值定义：在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对相同的被测参数进行正反行程测量时，所得到的仪表指示值却不相等，二者之差就是变差。2.3测量系统及特性323.测量仪表的基本性能5）漂移定义：输入量不变时，经过一段时间后输出量产生变化。温漂——由于温度变化而产生的漂移。零漂——当输入量固定在零点不变时，输出量的变化值引起的漂移。产