热工测量及仪表基础知识

1、热工程与系统维护中的热测量仪器，长沙理工大学主动科学研究所，2017年8月，学习目标与要求，1。了解常用热参数测量的基本方法和原理。2.掌握典型热工测量仪器的基本原理、基本结构、使用方法和安装方法。3.理论联系实际，具备一定的热工测量仪器校准技能。信息：物质存在的一种方式、形式或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指包含在数据和信息中的意义，它可以减少信息中描述的事件的不确定性。信息技术：信息获取、传输和处理的技术。介绍、检测技术的含义、测量：将测量参数的量值与已知标准量进行比较，以获得测量参数相对于标准量的倍数的过程。检验：根据被测参数的范围判断或区分被测参数是否合格。检定(校准):定期将

2、使用过的仪器与标准仪器进行比较，判断使用过的仪器的准确度(精密度)是否合格。热测量的含义是检查(包括检验和验证)和测量反映生产过程运行的生产设备的各种物理量、化学量和工作条件，以监视生产过程的进展和趋势。二、热测量的意义，1。在热能利用过程中，直接、及时地反映热力设备和热力系统的运行状况，为值班操作人员提供可靠的操作依据，做出正确判断，合理控制和调整，确保生产安全可靠运行。2.为热工自动化设备提供准确、及时的测量信号，代替重复性劳动，摆脱繁重、杂乱的工作环境，保证设备和人身安全，减轻体力和脑力劳动强度，改善工作条件，避免人为失误。3.为火电厂各项技术经济指标的经济核算和计算提供数据，节能降耗，

3、延长设备使用寿命，降低生产成本。4.回忆事故前后被控设备各部分参数，分析事故原因，吸取事故教训，促进文明安全生产。5.保证热力设备安全经济运行和实现自动控制的必要条件，也是经济管理、环境保护和研究新型热力生产系统和设备的重要手段。第一章是热测量的基本知识，第一章是热测量的基础，第二章是热测量仪器的基本知识，第一章是热测量的基本概念，第一章是测量的主要任务：获取有用的信息。确定测量对象，选择测量工具(测量仪器)，研究测量方法和原理，指定测量单位，分析测量误差，并定义测量。根据被测对象的特点，利用专用测量工具，通过适当的实验或对实验数据的分析计算，将被测的X与相同性质的标准量(即规定的测量单位)U

4、x进行比较，得出比值，得到测量结果(即测量值)，并使测量误差的全过程最小化。基本分类：根据被测对象的性质和特点以及测量任务的要求，实现被测单位与测量单位的对比和给出比值的方法。1.根据获得测量结果的方式：直接测量、间接测量和组合测量。根据测量仪器是否与被测物体直接接触：接触测量法和非接触测量法。根据被测对象在测量过程中的状态：静态测量法和动态测量法。4.根据测量结果显示方法：模拟测量法、数字测量法和屏幕测量法。5.根据测量位置：离线测量法和在线实时测量法。(1)直接测量法：直接读数比较法：将一个与测量值相似的已知标准量与测量值进行比较，根据它们与已知标准量的差值得到测量值。-零值法：测量值与已

5、知标准值完全平衡。-差值法：测量量与已知标准量不完全平衡。无需对测量数据进行任何功能操作，直接将测量数据与选定的标准数据进行比较，即可立即获得比值，或使用预先校准的测量工具进行测量，从而直接获得测量结果。(2)间接测量法：直接测量与被测物理量有确定函数关系的其他物理量，利用已知的函数关系表达式进行计算，得到测量结果的方法。(3)组合测量法：测量几组具有一定函数关系的值，然后求解联立方程得到测量值的方法。(1)接触测量法：在测量过程中，仪器的全部或部分与被测物体接触，测量结果只能通过被测物体的直接作用获得。特点：干扰被测物体的性质，影响测量结果的准确性。它适用于静态或慢速运动材料参数的测量。(2

6、)非接触测量：在测量过程中，仪器的任何部分都可以获得测量结果，而不需要与被测物体发生机械接触。特点：不干扰被测物体，但可能受到外界干扰。它适用于高速运动或稳定的环境。(1)静态测量法：测量过程中被测对象不随时间变化。它也是一种静态测量，用于测量相对于测量速率变化非常慢的对象。特点：测量系统动态响应不高，精度高，操作简单。(2)动态测量方法：在测量过程中，被测物随时间变化明显。特点：测量系统的动态响应非常高，否则会引入很大的测量误差。(1)模拟测量法，仪器结构简单，价格低廉，便于直观指示被测变化方向，读数容易出错。(2)数字化测量方法，具有结构复杂、测量速度快、精度高、读数直观、重现性好、功能多

7、样的特点。(3)屏式测量法，其特点是仪器能显示复杂的图形和曲线，显示直观，设备投资和技术要求高。一、测量方法的选择原则、被测对象的具体特性和被测本身要求被测环境的测量精度，以及现有的测量仪器，四。计量单位：国际单位制单位：国际单位制单位的基础，基本单位，派生单位，辅助单位，国际单位制单位的十进制倍数和小数单位：由国际单位制单位加上国际单位制前缀组成。(国际单位制)，国际单位制前缀，分析测量误差的含义，正确理解误差的性质，并分析误差的原因。从根本上消除或减少误差，正确处理测量和实验数据，合理计算结果。通过计算使数据更接近真实值，正确组织实验过程，合理设计和选择仪器或测量方法。根据目标确定最佳测量

8、系统。5.测量误差：测量结果与测量参数的实际值之间的差值。真值：某一时间、空间或状态下被测参数的客观值。理论真值：在设计中给定的或通过数学和物理公式计算的给定值。常规真值：世界各国公认的几何和物理量的最高基准值。一种获取真值的常用方法，使用标准物质(标准仪器)提供的标准值作为真值。用更高标准的仪器测量的值近似为真实值。等精度测量n次测量数据，每个测量值的算术平均值近似为真值。n越大，越接近真实值。(1)量具误差、量具误差、仪器误差在测量装置的制造过程中，由于设计、制造、装配和验证的不完善，以及在使用过程中，由于部件的老化、机械零件的磨损和疲劳等因素，造成的设备误差。测量仪器附件和辅助工具引起的

9、误差。设计测量装置时，采用近似原理引起的工作原理误差、主要部件的制造误差和设备装配误差、设备出厂时校准和校准引起的误差、读数分辨率有限引起的读数误差、数字仪器特有的量化误差、部件老化、磨损和疲劳引起的误差。错误的来源，2。人员失误是指测量人员的工作职责、技术熟练程度和感官分辨率。减少人员误差的方法：要求操作人员在测量过程中有高度的责任心，熟练掌握测量程序，并具备一定的测量身心素质。(3)环境误差是指温度、湿度、振动、电源电压、电磁场和仪器要求等环境因素不一致造成的误差。对于电子测量，主要影响因素包括环境温度、电源电压和电磁干扰。(4)方法误差是指因测量方法不当、测量设备操作不当、测量所依据的理

10、论不严密或测量计算公式简化不当而引起的误差，也称理论误差。原则上，它可以通过理论分析和计算或通过改变测量方法和程序来消除或校正。(1)系统误差：在相同的测量条件下(相同的观测者、相同的测量仪器和相同的环境条件)，当重复测量相同的被测对象时，误差的绝对值和符号基本保持不变，或者当条件变化时，误差按照一定的规律变化。测量误差的分类：根据测量误差的性质或特征规律，-系统误差和特征常数系统误差的分类：其大小和符号不变的系统误差。变量值系统误差：按照一定规则变化的系统误差。它可以分为渐进系统误差和周期性系统误差。系统误差的分类，-原因：是由于测量仪器本身不完善、仪器长期使用的人为原因或测量过程中外部环境

11、条件变化较大造成的。-减少或消除系统误差的方法：校正方法；赔偿法；替代方法；交换方法。当测量工具和条件不变时，增加测量次数不能减少系统误差对测量结果的影响。(2)随机误差(random error):在相同的测量条件下，当相同的测量重复多次时，绝对值和符号没有一定的规律性，以不可预测的形式变化。就个体而言，随机误差是不规则的，不能用实验方法消除。然而，在等精度条件下，只要测量次数足够多，就会发现随机误差的分布总体上遵循一定的统计规律，随机误差对测量结果的影响可以从理论上进行估计。随机误差，-原因：由许多独立的未知和不可控的随机因素引起的误差，这些因素对测量影响很小。测量标准偏差、随机误差、特征

12、对称性。绝对值相等的正误差与负误差具有相同的概率，并以零误差为中心对称分布。重复测量次数越多，误差分布图的对称性越好。限制。在一定条件下，随机误差的绝对值不会超过一定范围，或者出现绝对值大的随机误差的概率几乎为零。单峰。绝对值小的随机误差大于绝对值大的随机误差的概率。零误差对应于误差概率的峰值。妥协。在相同的条件下，相同测量的测量次数趋于无穷大，所有随机误差的算术平均值趋于零。补偿是随机误差最本质的特征。随机误差和系统误差之间有区别和联系，它们之间没有绝对的界限，在一定条件下可以相互转化。对于一个特定的误差，随着测量条件和意识的提高，一些过去被认为是随机误差的测量误差可能被分离为系统误差。注：

13、(3)粗差：读数误差、记录误差、测量结果明显失真，在相同的规定条件下超过预期值，由于操作人员技术水平低、责任心差，主观疏忽如对仪器缺乏了解，不注意计算误差或操作过程误差，仪器仪表突然故障引起的误操作，测量条件的意外变化，使本次测量无效。一般来说，测量的系统误差和随机误差应该最小化，并且应该避免粗差。一旦发现总误差，测量值必须立即从测量数据中移除并重新测量。根据被测参数与时间的关系：动态误差：当被测参数随时间快速变化时，测量系统的输出不能准确匹配被测时间的变化。静态误差：测量参数不随时间变化或随时间缓慢变化时的测量误差。绝对误差():仪器显示的数值和测量参数的真实值之间的代数差。(绝对误差)校正

14、值(c):4。测量误差的表示方法，相对误差():测量绝对误差与约定值之比的百分比。-标称相对误差：指示值与仪器指示值的绝对误差之比，以百分比形式表示。-实际相对误差：指示值的绝对误差与测量参数的实际值之比，以百分比形式表示。-参考相对误差(诱导相对误差):指示值的绝对误差与仪器范围的比率，以百分比形式表示。4。测量误差的表示方法(续)最大参考相对误差(仪器精度等级):从最大参考相对误差(需要四舍五入)中去掉百分号后的数值，国家标准规定了等级。测量的准确度、精密度和精密度，-准确度：准确度和精密度的总称，表示测量值和实际值的综合接近，反映测量结果的可靠性。准确度：它反映了测量过程中系统误差的大小

15、，并表示同一测量值被多次测量时，测量值与真实值的偏差程度。精度：反映测量过程中随机误差的大小，显示同一被测对象多次测量时多个测量结果的一致性。对于特定的测量结果，高精度的精度不一定高，高精度的精度不一定高，但是精度和高精度的精度必须高。测量工具(测量仪器):测量工具：以固定形式复制单一或多个已知值的测量工具。仪器：将测量数据转换成指示值或等效信号的测量工具。附件：用于扩展功能或提高器具和仪器性能的附加元件和组件。为了达到某种测量目的，将测量工具(测量仪器)以某种方式组合在一起的系统称为测量系统。热测量系统是测量热过程中热参数的系统，用于测量热参数的仪器称为热测量仪。1。热测量仪器的组成，2。热

16、工测量仪器基础知识，1。传感器(传感器、检测元件、初级元件):直接与被测物体接触，感受被测介质信号(或能量)，并根据被测尺寸和变化的一定规律，将其转换成便于传输、转换、处理和显示的输出信号。(1)传感器是一种测量装置，能够在特定条件下完成获取外部信息的检测任务。输入量为测量量，可以是物理量、化学量、生物量等。输出是便于传输、转换、放大、处理和显示的物理量。它可以是气体、光和电，但主要是电输出和输入之间存在一一对应关系，应保持一定的准确性。将难以转换成电信号的非电信号转换成易于转换成电信号的非电信号的敏感元件。将敏感元件输出的非电信号按照一定的对应关系转换成适合传输和测量的电信号。换能元件)、(1个传感元件)、(1)选择性。传感器的输出信号和被测物体的未