第一章-测试技术的基本知识-2014.ppt

1、建筑环境测量,牛永胜 2015.2,建筑环境测量课程简介,课程内容： 测量与测量仪表的基本知识 误差的基本性质与处理 温度、湿度、压力、流量、流速、液位、热量、气体成分分析、噪声等各种建筑环境测试参数的工作原理，对应的各种测量仪表的结构、原理与使用 建筑环境测试技术,课程性质：专业基础课（必修）（注册）,参考书目,建筑热工及环境测试技术，丁力行，机械工业出版社 建筑环境测试技术，陈友明，机械工业出版社 热工测量仪表，张华、赵文柱，冶金工业出版社 热工参数测量与处理，吕崇德，清华大学出版社 建筑环境与设备工程实验及测试技术，王智伟等，科学出版社 建筑环境设备测试技术，刘耀浩，天津大学出版社,平时

2、成绩20（出勤、作业） 实验成绩10 ； 期末考试70,成绩评定,第1章 测试技术的基本知识,主要内容：测量、计量的基本概念，测量方法及其选择，测量仪表的类型、功能及主要性能指标 重点和难点：根据测量要求选择合适测量方法及测量仪表,第1节 测试技术的基本概念,一、基本概念 1、测量：以确定被测物属性量值为目的的一组操作，这种操作是将被测参数的量值与同性质的标准量进行比较的过程，得出的倍数即为测量结果。表达式如下：,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 测量的三要素：测量单位、测量仪器、测量方法,被测量,标准量,测量值,2、误差公理：测量的过程必然存在着误差，误

3、差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中,研究误差的目的是在一定测量条件下尽量减小误差,3、计量：利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。可看作测量的特殊形式 特点：准确性、一致性、溯源性和法制性,4、测试：测量和试验的全称 5、检测：检验和测量的统称，是意义更为广泛的测量（介绍热泵、水雾实验台）,计量与测量 VS 电信系统与打电话,二、测试技术的作用与任务,检定建筑节能材料和建筑热工产品的性能 监测或控制运行参数，以确保系统正常运行 对于许多复杂系统现有的理论或经验公式难以计算，利用测试技术积累系统实际运行的参数数据，通过对数据分析研究，有利于对现有系统运行提出最优运行方案

4、测试技术在许多科学研究领域有非常重要的作用,约克螺杆式冷水机组(YS),约克螺杆式冷水机组(YS),五、YS机组彩色图形控制中心 YS机组采用行业最先进的图形化彩色控制中心，大屏幕，中文动画显示。 加班时更加节能. 约克主机可以利用低至12.8度的,主控制界面,-故障记录 -遥控管理 -故障工况(负荷、温压、流量等),自動故障诊断,“預防性維護”控制系統,冷冻水出水温度的控制精度为0.2F（0.1 C） 精确显示以下温度和压力参数： - 冷冻水的进出水温度 - 冷却水的进出水温度 - 制冷剂的饱和蒸发温度和压力 - 制冷剂的饱和冷凝温度和压力 - 外部环境温度 - 回气温度、供液温度和排气温度

5、 - 排气和吸气过热度 - 回油温度 - 供油温度和压力 - 备选的冷凝器热回收温度 自动控制第一级和第二级冷冻水泵和冷却水泵 四级冷却塔风机的控制和旁通阀的调节,第2节 测量方法及分类,一、测量方法分类 按测量手段分：直接测量、间接测量和组合测量法 按测量方式分：偏差式、零位法、微差法 按测量敏感元件是否与介质接触分：接触式、非接触式 按被测对象变化快慢分：静态、动态 按测量数据是否实时处理分：在线、离线,按测量精度分：精密、工程 按测量时测量者的干预程度分：自动、非自动 按被测量与测量结果获取地点的关系分：本地（原位）、远地（遥测） 按被测量属性分：电量、非电量,二、测量方法 按测量手段分

6、类,y=x,测量值,被测量,1、直接测量：直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法,直接测量是直接将被测量与标准量进行比较，得到测量结果。直接测量又可分为绝对测量和相对测量两种,测量结果：20.1 mm,特点：简单、直观、明了； 测量精度不高,基准量：20.00 mm,测量值：+0.08 mm,结 果：20.08 mm,特点：精度高；复杂、成本高、要求高,绝对测量：用测量仪器上的示值直接表示被测量大小的测量（如米尺、光栅尺、激光等） 相对测量：将被测量与它只有微小差别的同类标准进行比较，测出两个量值之差的测量,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

7、定的函数关系运算才能得到。,直接测量值,被测量,如测导线的导电率：,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,式中，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,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

8、，即可根据标准量的大小得到被测量的大小,3微差法：偏差法与零位法相结合即构成微差法。通过测量被测量与标准量之差来得到待测量的值。,偏差法和零位法的结合,被测量值与标准量的差值,被测量值与标准量大体平衡,按测量数据是否实时处理分类 1在线测量：测量、数据存储、数据处理和数据应用在一个采样周期内完成。如：空调系统中空调房间温、湿度的数据,2离线测量：对测量数据没有实时应用的要求。一般情况只需在一个采样周期内进行测量和存储数据，而数据处理和应用是在以后的某一时刻进行。如：节能墙体测量的温度,三、测量方法的选择原则 被测量本身的特性 被测量要求的准确度 测量环境 现有测量设备 在此基础上选择合适的测量

9、仪表和正确的测量方法。,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、120k，对应的数字电压表测得的电压为：,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,相对误差,相对误差,测量仪表是将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具 包括：各类指示仪器、比较仪器、记录仪器、传感器和变送器等,第3节 测量仪表,一、测量仪表类型,按测量仪表输出信号：模拟信号和数字信号 按测量仪表用途分类 ：温度、压力、速度、流量等测量仪表 按物理原理分类： 电参量式测量仪表：电阻式、电感式、电容式等 磁电式测量仪表：磁电感应式、霍尔式、磁栅

10、式等 压电式测量仪表：超声波测量仪表 热电式测量仪表：热电偶、热电阻 波式测量仪表：超声波式等 半导体式测量仪表：热敏电阻 其他原理的测量仪表：差动变压器、振弦式等,电阻式远传压力表,感应式流量表,称重测量仪表,超声测量仪表,风力参数测量仪表,质子旋进式磁敏测量仪表,压阻式液位测量仪表,光敏测量仪表,温度测量仪表,风力参数测量仪表,地震检波器,反射式光敏测量仪表,磁、气、力敏测量仪表,超声 测量仪表,测量仪表技术在汽车中的应用日新月异,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感

11、器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容,普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,离心机组问题1，制冷剂HFC-134a 项目设计实际 1、冷冻水进出水压降17.93kpa17.23kpa 2、蒸发器进水温度12.20C 11.10C 3、蒸发器出水温度6.70C 7.20C 4、蒸发器进出水温差-12.20C 5、吸气压力227.4k

12、pa 6 、蒸发温度3.90C 7、吸气温度 6.70C 8、过热度 9、换热温差 10、冷冻水流量GPM480 11、冷凝器进出水压降26.9kpa26.2kpa 12、冷凝器进水温度29.40C26.70C 13、冷凝器出水温度350C30.60C 14、冷凝器进出水温差 15、排气压力27.4kpa 16、排气温度54.40C 17、冷凝温度40.60C,离心机组问题1，制冷剂HFC-134a 项目设计实际 18、换热温差（接近温差） 19、排气过热度 20、液管温度33.30C 21、过冷度 22、冷凝器水流量GPM600 23、马达电流200RLA175A 24、油压1.03kPa

13、25、油冷却器进油温度54.40C 26、油冷却器出油温度37.80C 27、室外干球温度32.20C 28、室外湿球温度23.90C22.20C 一、实际运行参数是否反映故障？ 二、如有故障，请说明：,测量仪表技术在日常生活中的应用与日俱增,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器,自动感应灯：亮度测量仪表-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度测量仪表-热敏电阻、热电偶,电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器,遥控接收：红外测量仪表-光敏二极管、光敏三极管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档扫

14、描-线阵CCD,红外传输数据：红外测量仪表-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压测量仪表 - 压力传感器,血糖测试仪、胆固醇测量仪表仪 - 离子传感器,测量仪表的功能 变换功能 传输功能 显示功能 测量仪表的主要性能指标 量程范围 测量精度 灵敏度 稳定度 线性度、动态特性、迟滞、重复性,二、测量仪表,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、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，反映系统误差的大小 精密度说明测量值的

15、分散性，反映随机误差的大小 准确度反映系统误差和随机误差的综合影响,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,(a) (b) (c) (d),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%Tm+0.003Tx/(8h) 4、灵敏度：表示测量仪表对被测量变化的反应能力,5、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,6、动态特性：仪表的输出响应随输入变化的能力,例：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或跳变一个字温度变化0

16、.1。,灵敏度的另一种表示方法为分辨率,通常分辨率为允许绝对误差的1/3即可,7、迟滞,迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差,传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出-输入曲线不重合称为迟滞,迟滞特性如图所示，一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即,式中 Hmax正反行程间输出的最大迟滞差值,8、重复性,重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即,重复性是指传感器在输入量按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度,Rmax1正行程

17、的最大重复性偏差 Rmax2 反行程的最大重复性偏差,数字压力表,三、测量系统的组成,力 物位 速度 压力 流量 温度 湿度,电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式,电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器,笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡,数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机,被测对象,传感器,中间变换 测量装置,显示及 记录装置,实验结果 处理装置,激发装置,测量系统由被测对象和测量设备,例：空调机测量控制室温,空气,被测对象：,被测量：,检测器具：,操作过程：,室内空气,温度,温度传感器 热电

18、阻、热电偶, 热敏电阻, 电信号, 处理, 显示,空调机,测量系统的基本设备一般由传感器、变送器、显示装置、传输通道组成。对应的系统框图如下,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：被测量受到的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,电容式压力变送器,温度变送器,3、显示装置：有模拟式、数字式、屏幕式,模拟式,数字式,屏幕式,4、传输通道：是各仪表之间输入

19、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,思考题,按照测量手段进行分类，测量通常分为哪几种类型？ 按照测量方式进行分类，测量通常分为哪几种类型？ 测量系统由哪几个环节组成？ 仪表的性能指标有哪些？ 如何进行仪表的正确选择？,计量,计量 利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量 国家建立的这么一套体系，如果你的测量方法正确，它保证你的测量结果正确且可以被公众接受。 计量与测量 VS 电信系统与打电话 电信系统 如果你说话不结巴，保证对方听清你的话,把测量中的标准量定义为“单位”，单位是一个选定的标准量。 1960年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种单位制国

20、际单位制（ International System of Units，简写 SI）。,国际单位制,包括以下三个部分 基本单位 （base unit ）彼此独立加以规定的物理量单位 ( 7)。 导出单位（derived unit ） 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称为导出单位(19) 辅助单位 既可作为基本单位又可以作为导出单位的单位 平面角的单位弧度(rad)、立体角的单位球面角(sr)(2)。,国际单位制（SI）基本单位,目前，国际单位制下有7个基本单位： 长度 米 M 质量 千克（公斤） Kg 时间 秒 S 电流 安培 A 热力学温度 开尔文 K 物质的量 摩尔 M

21、ol 发光强度 坎德拉 cd,基本单位的定义,米：光在真空中（1/299792458s）时间间隔内所经过路径的长度。第17届国际计量大会（1983） 千克：国际千克原器的质量。第1届国际计量大会（1889）和第3届国际计量大会（1901） 秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。第13届国际计量大会（1967），决议1,基本单位的定义,安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7 N，则每根导线中的电流为1 A。国际计量委员会（1946）决议2。第9届国际

22、计量大会（1948）批准 开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。第13届国际计量大会（1967），决议4,基本单位的定义,摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012 kg碳-12的原子数目相等。第14届国际计量大会（1971），决议3 坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012 Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。第16届国际计量大会（1979），决议3,国际单位制（SI）的导出单位,国际单位制中具有专门名称的导出单位量 频率 赫兹 Hz 力（重力、压力） 牛顿 N 压强（应力） 帕斯卡 Pa 能量（功、热） 焦耳 J 功率（辐射通量