熱工測量與自動控制

1、教學教學大綱說明大綱說明：（一）課程的基本要求（一）課程的基本要求 初步掌握工程的測量方法以及誤差分析與數據處初步掌握工程的測量方法以及誤差分析與數據處理，能夠正確選擇和使用安裝測量儀表、儀器，合理理，能夠正確選擇和使用安裝測量儀表、儀器，合理組建常用的測量系統(tǒng)，了解自動控制的基本原理，能組建常用的測量系統(tǒng)，了解自動控制的基本原理，能準確地提出本專業(yè)對自動控制的要求正確繪制自動控準確地提出本專業(yè)對自動控制的要求正確繪制自動控制原理示意圖，并能配合自控人員進行工程調試。制原理示意圖，并能配合自控人員進行工程調試。（二）本課程與其它課程的關系（二）本課程與其它課程的關系 本課程是本專業(yè)的一門專業(yè)課

2、，與其它課程有橫本課程是本專業(yè)的一門專業(yè)課，與其它課程有橫向聯(lián)系，在學生對于其它專業(yè)課的內容有所了解的基向聯(lián)系，在學生對于其它專業(yè)課的內容有所了解的基礎上，開設本課使學生對于該專業(yè)各參數是如何測量礎上，開設本課使學生對于該專業(yè)各參數是如何測量的有所認識。的有所認識。（三）教學要求、重點、深廣度和教學方法建議（三）教學要求、重點、深廣度和教學方法建議 要求學生掌握教學大綱要求的內容、重點是各熱要求學生掌握教學大綱要求的內容、重點是各熱工參數的測量和自動測量的基本知識和術語，對于各工參數的測量和自動測量的基本知識和術語，對于各種儀表的制造原理有所了解，重點掌握各種的儀表使種儀表的制造原理有所了解，

3、重點掌握各種的儀表使用方法和各專業(yè)運行調試的方法。對于自動控制部分用方法和各專業(yè)運行調試的方法。對于自動控制部分的內容作為了解。的內容作為了解。緒論TC1M溫度傳感器溫度傳感器控制器控制器恒溫室恒溫室熱工測量熱工測量-測量與測量儀表的基本知識、誤差的基本性測量與測量儀表的基本知識、誤差的基本性質與處理、各種熱工參數測量儀表的結構、原理與使用質與處理、各種熱工參數測量儀表的結構、原理與使用測量熱工參數測量熱工參數:溫度、濕度、壓力、流量、流速、液位、熱量溫度、濕度、壓力、流量、流速、液位、熱量自動控制自動控制-自動控制原理、自動控制儀表、自動控制系自動控制原理、自動控制儀表、自動控制系統(tǒng)、自動控

4、制在暖通工程上的應用統(tǒng)、自動控制在暖通工程上的應用20溫度計溫度計恒溫室恒溫室20 1 第一章 測量的基本知識測量的基本知識（授課授課4 4學時）學時） 1-1 測量的意義及方法一、測量的概念一、測量的概念測量就是用專門的技術工具依靠實驗和計算找到測量值測量就是用專門的技術工具依靠實驗和計算找到測量值1 1、測量的定義：以同性質的標準量與被、測量的定義：以同性質的標準量與被 測量比較，并確定被測量對標準量的倍數。測量比較，并確定被測量對標準量的倍數。被測量：被測量： X = a U X = a U 兩者的比值（測量值）兩者的比值（測量值）測量單位（測量單位（S SI I） 測量方法測量方法 測

5、量儀器與設備測量儀器與設備測量過程的三要素測量過程的三要素玻璃感溫包玻璃感溫包毛毛細細管管標標尺尺(1-1)UXa 標準量（測量單位）標準量（測量單位）測量的基本方程式測量的基本方程式X = a U2 2、測量過程及變換（轉換）：、測量過程及變換（轉換）：測量過程測量過程包括包括調零、對比、示差、調平衡、讀數調零、對比、示差、調平衡、讀數五個動作。五個動作。 測量變換的定義是指把被測量按一定的規(guī)律測量變換的定義是指把被測量按一定的規(guī)律變換變換成另成另一個物理量的過程。實現該過程的元件稱為測量元件。一個物理量的過程。實現該過程的元件稱為測量元件。變換是測量的核心變換是測量的核心。二、測量的方法二

6、、測量的方法(如何實現如何實現被測量與標準量比較的方法被測量與標準量比較的方法) )（一）按照獲取測量結果的程序分（一）按照獲取測量結果的程序分（二）按照儀表特點分（二）按照儀表特點分（三）按照被測對象在測量過程中的狀態(tài)分（三）按照被測對象在測量過程中的狀態(tài)分（四）按照測量精度分（四）按照測量精度分直接測量測量間接測量測量組合測量組合測量非零測量法測量法零位法法 微差法微差法等精度測量等精度測量 不等精度測量不等精度測量接觸測量法測量法 非非接觸測量法測量法靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))動態(tài)點測量點測量 場測量場測量等精度測量等精度測量測量條件完全相同的情況下進行測量，其精度相同測量條件完全相同的情況下進行測量

7、，其精度相同。)()(rsPrsttmChhmQ熱水熱量指示積算儀熱水熱量指示積算儀測量過程包括測量過程包括調零、對比、示差、調平衡、讀數調零、對比、示差、調平衡、讀數五個動作五個動作C8500)1 (20BtAtRRt鉑熱電阻鉑熱電阻caRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 2caRRtbEGdRt0R2R4R3Rpr1求解聯(lián)立方程，求解聯(lián)立方程，得出常數得出常數A、BA B213dd0D20040020404,1,2)(241dADdBPPPPAPPdDdBMBABAh1h2hH01020300203020101010203030封液封液(水、酒水、酒精、水銀精、水銀)U形管壓力計形管壓

8、力計610mm時間室內溫度0室外溫度0時間PAPB流量 1-2 測量系統(tǒng)-為完成為完成測量測量任務而被組合在一起的整體。任務而被組合在一起的整體。 一、測量系統(tǒng)的基本功能一、測量系統(tǒng)的基本功能二、測量系統(tǒng)的組成二、測量系統(tǒng)的組成變換功能變換功能 選擇功能選擇功能 比較和運算功能比較和運算功能顯示和記錄功能顯示和記錄功能傳感器傳感器 中間變換器中間變換器顯示裝置顯示裝置傳感器傳感器中間變換器中間變換器顯示顯示(記錄記錄)電源電源y=f(x)x被測信號被測信號控制控制器器玻璃感溫包玻璃感溫包毛細管標尺在實際應用中，一般用在實際應用中，一般用干、濕球溫度計干、濕球溫度計來測量出濕球溫來測量出濕球溫度

9、，近似代替熱力學濕球溫度。并且得到相對濕度。度，近似代替熱力學濕球溫度。并且得到相對濕度。v2.5m/s為常數為常數濕球溫度干球溫度t-ts紗布水變換元件變換元件Xg1g2gmY=f(X,g1,g2gm),()(.BvttfPBttAPPPsbqsbqbqq風扇變換功能變換功能 選擇功能選擇功能 比較和運算功能比較和運算功能顯示和記錄功能顯示和記錄功能三、熱工測量儀表的分類三、熱工測量儀表的分類（一）按被測參數分類（一）按被測參數分類-溫度、濕度、壓力、流量、溫度、濕度、壓力、流量、 流速、液位、熱量流速、液位、熱量（二）按顯示記錄形式分類（二）按顯示記錄形式分類 （三）工作原理分類（三）工作

10、原理分類: :機械式機械式/ /電子式電子式/ /氣動式氣動式/ /液動式液動式（四）其他分類（四）其他分類模擬式儀表模擬式儀表記錄儀表記錄儀表指針指示儀表指針指示儀表數字顯示儀表數字顯示儀表屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表模擬式信號記錄儀表模擬式信號記錄儀表數字打印記錄儀表數字打印記錄儀表記錄儀表記錄儀表指示儀表指示儀表按顯示功能分類按顯示功能分類用途：標準用途：標準/實驗實驗/工程用儀表工程用儀表 裝置地點：就地安裝儀表和盤用儀表裝置地點：就地安裝儀表和盤用儀表使用方法：固定式儀表和便攜式儀表使用方法：固定式儀表和便攜式儀表1-3 測量誤差與測量精度被測量的真值：被測量的真值：一、測量誤差：測量結

11、果與被測量的真值之間的差一、測量誤差：測量結果與被測量的真值之間的差系統(tǒng)誤差（系差）系統(tǒng)誤差（系差） 隨機誤差（偶然誤差）隨機誤差（偶然誤差）粗大誤差（過失誤差）粗大誤差（過失誤差）.按誤差產生的原因按誤差產生的原因 及性質的不同分為及性質的不同分為 按誤差的按誤差的 表示方法分表示方法分絕對誤差絕對誤差 =X-X0 (1-3)相對誤差相對誤差max0 XX)() 51 (max測量結果表達式：測量結果表達式：X0 = a U)41 (%1000X X0為一不確定值，在一區(qū)間范圍內。只有當給出了測為一不確定值，在一區(qū)間范圍內。只有當給出了測量結果量結果X、誤差范圍、誤差范圍 max 及其單位，

12、測量才算完成。及其單位，測量才算完成。（一）系統(tǒng)誤差（一）系統(tǒng)誤差: :在多次等精度測量同一恒定值時，在多次等精度測量同一恒定值時，誤差的絕對值和符號保持不變，或當條件改變時也按誤差的絕對值和符號保持不變，或當條件改變時也按某種規(guī)律變化的誤差，簡稱系差。某種規(guī)律變化的誤差，簡稱系差。產生原因：五條產生原因：五條P.11P.11（二）隨機誤差（二）隨機誤差: :在多次等精度測量同一恒定值時，在多次等精度測量同一恒定值時，其絕對值和符號無規(guī)則變化的誤差，測量次數足夠多其絕對值和符號無規(guī)則變化的誤差，測量次數足夠多時，服從統(tǒng)計規(guī)律，誤差的平均值趨近于零。又稱偶時，服從統(tǒng)計規(guī)律，誤差的平均值趨近于零。

13、又稱偶然誤差。然誤差。產生原因：三條產生原因：三條P.11 P.11 （三）粗大誤差（三）粗大誤差: :在一定的測量條件下，測量值明顯在一定的測量條件下，測量值明顯地偏離實際值所形成的誤差，簡稱粗差，又稱過失誤地偏離實際值所形成的誤差，簡稱粗差，又稱過失誤差。差。產生原因：產生原因： 粗心失誤粗心失誤毛毛細細管管標標尺尺標標準準溫溫度度計計6780100200二、二、測量精度測量精度(a)彈著點分散而偏斜彈著點分散而偏斜,測量中既不精密測量中既不精密,也不正確也不正確,即精確度很低。即精確度很低。 (b)彈著點仍較分散，但大致圍繞靶心，屬于正確而欠精密。彈著點仍較分散，但大致圍繞靶心，屬于正確

14、而欠精密。 (c)彈著點密集，但明顯偏向一方，屬于精密高而正確度差彈著點密集，但明顯偏向一方，屬于精密高而正確度差(準星準星 (d)彈著點相離很近且都圍繞靶心，彈著點相離很近且都圍繞靶心， 有問題有問題) 屬于即精密高又正確，精確度很高。屬于即精密高又正確，精確度很高。B點為壞值，應予以剔除。點為壞值，應予以剔除。保證精確度高應滿足三個方面的條件：保證精確度高應滿足三個方面的條件：(a)(b)(c)(d)靶心靶心-測量的真值測量的真值 靶上的彈著點靶上的彈著點-測量的結果測量的結果隨機誤差隨機誤差小小-精密度精密度高系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差小小-正確度正確度高粗大誤差粗大誤差-壞值壞值精確度精確度高高

15、三、隨機誤差的特性與處理三、隨機誤差的特性與處理（一）隨機誤差的特性隨機誤差的特性剔出粗差，消除系差，對同一量值進行無數次等精度剔出粗差，消除系差，對同一量值進行無數次等精度測量，得到的測量值測量，得到的測量值X Xi i叫測量列：叫測量列：X X1 1、X X2 2、 、X Xn n 被測參數的真值被測參數的真值組別x1x2x3x4x5x6xmax -xminA6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30 0.1237.806.300.05B6.00 6.30 6.60 6.20 6.40 6.30 0.6037.806.300.20iXX)1(10limniinXnX) 61

16、 (.121nXnXXXXniinn次測量的次測量的最佳值最佳值或或 最優(yōu)概值最優(yōu)概值(算術平均值算術平均值)：5676.30保證精確度高應滿足三個方面的條件：保證精確度高應滿足三個方面的條件：（1 1）性能優(yōu)良的測量儀表）性能優(yōu)良的測量儀表（2 2）正確的測量方法）正確的測量方法（3 3）正確細心的測量操作）正確細心的測量操作要實現準確測量必須做到要實現準確測量必須做到: :盡量避免過失誤差（粗差）盡量避免過失誤差（粗差）盡量減少系統(tǒng)誤差到可以忽略的程度盡量減少系統(tǒng)誤差到可以忽略的程度仔細地設計測量，并盡可能地進行多次（多次測仔細地設計測量，并盡可能地進行多次（多次測量的平均值，其隨機誤差比

17、單個測量值的隨機誤量的平均值，其隨機誤差比單個測量值的隨機誤差?。┎钚。?.1.正態(tài)分布：正態(tài)分布： 若一系列測量值中不含系統(tǒng)若一系列測量值中不含系統(tǒng)誤差和粗大誤差，隨機誤差：誤差和粗大誤差，隨機誤差：dY)2exp(21)(22 圖圖1-4 正態(tài)分布的正態(tài)分布的 隨機誤差概率密度曲線隨機誤差概率密度曲線0XXii)2exp(21)(22y(1-7)1)()(.1212022221nXXnXXnniiniin-標準偏差的最佳估計值標準偏差的最佳估計值)1()(12nnXXnniiX（1-9）算術平均值的算術平均值的標準偏差標準偏差（1-10）-標準偏差（教材上稱標準偏差（教材上稱標準誤差標準誤

18、差）ABA0)(y 正態(tài)分布函數為正態(tài)分布函數為 : (隨機誤差落在隨機誤差落在 到到的概率的概率)（1-8）B)121 (1%100)2exp(2122d55expe分布密度函數：分布密度函數：dY)2exp(21)(22011limniinn 正態(tài)分布函數為：正態(tài)分布函數為：0)(yd（1-8）2、 正態(tài)分布的隨機誤差具有的特性：正態(tài)分布的隨機誤差具有的特性：（1）隨機誤差的正負值分布具有對稱性）隨機誤差的正負值分布具有對稱性（2）隨機誤差數值分布的規(guī)律性）隨機誤差數值分布的規(guī)律性（3）隨機誤差絕對值的有限性）隨機誤差絕對值的有限性（4）曲線的對稱性）曲線的對稱性（二）隨機誤差的處理：（二

19、）隨機誤差的處理：隨機誤差隨機誤差 i 落在落在 到到的概率為：的概率為：ddY)2exp(22)2exp(21)(02222)121 (1)2exp(2122d隨機誤差隨機誤差i落在落在-到到的概率為的概率為)131 ()2exp(22)2exp(21)(02222ddYZ)(2)()151 ()2exp(21)(02ZYdZZZZ)141 ()2exp(22)(02dZZY令：令： 正態(tài)分布積分表（表正態(tài)分布積分表（表1-1）P.14：隨機誤差隨機誤差i落在落在（-，+）區(qū)間的概率為）區(qū)間的概率為6826.0)1 (2Y0)(y-2-23-3%26.68)1(2)1()1()(ZYYY標準

20、正態(tài)分布的分布函數標準正態(tài)分布的分布函數9973. 0) 3(23Y9546. 0)2(22Y隨機誤差隨機誤差i落在（落在（-，+）區(qū)間的概率為：區(qū)間的概率為：6826.0)1 (2Y3 隨機誤差絕對值大于隨機誤差絕對值大于3的可能性（概率）僅為的可能性（概率）僅為0.0027，實際出現的可能性極小，因此定義，實際出現的可能性極小，因此定義3為為極限極限誤差誤差（或叫（或叫最大誤差最大誤差、隨機不確定度隨機不確定度）。）。 在多次等精度測量中，通常將在多次等精度測量中，通常將 的測量值判為的測量值判為壞值，刪除掉。壞值，刪除掉。 i i落在（落在（-2-2，+2+2）區(qū)間的概率為：）區(qū)間的概率

21、為：i i落在（落在（-3-3，+3+3）區(qū)間的概率為：）區(qū)間的概率為：0)(y-2-23-33有限次等精度測量最終結果表達式有限次等精度測量最終結果表達式(消除系差，剔出粗差消除系差，剔出粗差)XXX3( (可信度可信度99.7%)99.7%)的誤差叫的誤差叫粗大誤差粗大誤差i12345678910Xi90.9 91.2 91.5 90.2 91.8 91.3 91.6 92.1 90.7 91.4i-0.4-0.10.2-1.10.500.30.8-0.60.12i0.16 0.01 0.04 1.21 0.2500.09 0.64 0.36 0.01(1)最優(yōu)概值最優(yōu)概值(3)極限誤差極

22、限誤差(2)標準偏差標準偏差(4)最優(yōu)概值標準偏差最優(yōu)概值標準偏差(5)有限次等精度測量最終結果表達式有限次等精度測量最終結果表達式(消除系差，剔出粗消除系差，剔出粗差差)CXXii3.9110101Cnnii6 . 011077. 211238 .16 .033iCnX2 . 0106 . 0CXXX6 . 03 .913將【例將【例1-11-1】所列的等精度測量結果進行處理，并導】所列的等精度測量結果進行處理，并導出其最終結果表達式（出其最終結果表達式（P.14P.14）（無粗大誤差）（無粗大誤差）(可信度可信度99.7%)i12345678910Xi105.30104.94105.631

23、05.24104.84104.97105.35105.16105.71105.36i0.05-0.31-0.38-0.01-0.39-0.280.10-0.090.460.112i0.00250.09610.14440.00010.15210.07840.010.00810.21160.0121(1)最優(yōu)概值最優(yōu)概值(3)極限誤差極限誤差(2)標準偏差標準偏差(4)最優(yōu)概值標準偏差最優(yōu)概值標準偏差(5)有限次等精度測量最終結果表達式有限次等精度測量最終結果表達式(消除系差，剔出粗消除系差，剔出粗差差)25.10510101iiXX28. 01107154. 0112nnii384.028.03

24、3i09. 01026. 0nX27. 025.1053XXXP18.11 P18.11 題題 求測量標準偏（誤）差，求測量標準偏（誤）差，最優(yōu)概值標準最優(yōu)概值標準偏（誤）差；偏（誤）差；置信度分別為置信度分別為95.5%95.5%，99.7%99.7%的測量結果。的測量結果。（無粗大誤差）（無粗大誤差）(可信度可信度99.7%)【作業(yè)【作業(yè)1-11-1】將下列兩組等精度測量結果進行】將下列兩組等精度測量結果進行處理，并導出最終結果表達式。（單位處理，并導出最終結果表達式。（單位 ）x1x2x3x4x5x6A儀器6.25 6.30 6.36 6.24 6.35 6.30B儀器6.00 6.30

25、 6.60 6.20 6.40 6.30組別測量列作業(yè)作業(yè) P18. 11題題 三位有效數字三位有效數字兩位有效數字兩位有效數字最后一位數字為欠準數字最后一位數字為欠準數字567010206.30 6.3 誤差理論：誤差理論：6.256.356.2956.305 注意測量時幾位有效數字的取值，計算結果要和給注意測量時幾位有效數字的取值，計算結果要和給出的數字取同樣多的位數，運算過程中出的數字取同樣多的位數，運算過程中至多至多要比給出的要比給出的數字取多一位的位數或相同位數，多了也沒用。數字取多一位的位數或相同位數，多了也沒用。1000kPa 1Mpa 0.5MPa1.5MPa999.5kPa

26、1000.5kPa=1.000MPa0.9995MPa1.0005MPa05. 03 . 6005. 030. 6i123456XiA6.25 6.30 6.366.246.356.30XiB6.00 6.30 6.606.206.406.30iA-0.0500.06- 0.060.050 iB-0.3000.30- 0.1000(1)(1)最優(yōu)概值最優(yōu)概值(3)(3)極限誤差極限誤差(2)(2)標準偏差標準偏差(4)(4)最優(yōu)概值標準偏差最優(yōu)概值標準偏差（5 5）有限次等精度測量最終結果）有限次等精度測量最終結果 表達式（消除系差，剔出粗差）表達式（消除系差，剔出粗差）661iiXX20.

27、005. 0112BAniin360.03,15.03iBA08. 0,02. 0,BAXXXnCXXCXXBAXBBXAA24. 030. 6306. 030. 63【作業(yè)【作業(yè)1-11-1】將下列兩組等精度測量結果進行處理，并導出最】將下列兩組等精度測量結果進行處理，并導出最終結果表達式。終結果表達式。( (單位：單位： ）（無粗大誤差）（無粗大誤差）30.6BAXX(可信度可信度99.7%)1-4 1-4 測量儀表的基本技術指標測量儀表的基本技術指標 允許誤差限內，測量儀表的被測量值的范圍叫作測允許誤差限內，測量儀表的被測量值的范圍叫作測量范圍。測量范圍上限值量范圍。測量范圍上限值( (

28、最高值最高值) )與下限值與下限值( (最低值最低值) )之之差稱作量程差稱作量程XmXm一、儀表的精度與穩(wěn)定性一、儀表的精度與穩(wěn)定性1 1、測量誤差、測量誤差 （1 1）示值絕對誤差）示值絕對誤差 =X-X=X-X0 0 (1-16)(1-16)（2 2）示值相對誤差）示值相對誤差（3 3）引用誤差）引用誤差（4 4）基本誤差）基本誤差（5 5）允許誤差：基本誤差不超過）允許誤差：基本誤差不超過某一規(guī)定值某一規(guī)定值。2 2、儀表的精度、儀表的精度-允許誤差去掉百分號的數值稱作儀表的精度等級允許誤差去掉百分號的數值稱作儀表的精度等級)191 (%100maxmjX)171 (%100%1000

29、00XXXX)181 (%100myX0100 單位KPa精度:1級2 2、儀表的精度、儀表的精度 基本誤差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值叫允許誤差?；菊`差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值叫允許誤差。允許誤差去掉百分號的數值稱作儀表的精度等級。允許誤差去掉百分號的數值稱作儀表的精度等級。0.0050.005、0.010.01、0.020.02、（、（0.0350.035）、）、0.040.04、0.050.05、0.10.10.20.2、（、（0.350.35）、）、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、4.04.0、5.05.0掌握儀表的精度要注意的幾點（掌握儀表的精度要注意的幾點

30、（P15P15）：）：（1 1）用戶只可降級使用不可升級使用。）用戶只可降級使用不可升級使用。（2 2）在測量中使用同一精度（）在測量中使用同一精度（1.01.0級），量程又相同的級），量程又相同的儀表儀表(50 (50 100 100 ),所測值的絕對誤差所測值的絕對誤差( (0.5 )0.5 )與與被測參數的數值無關。被測參數的數值無關。(3)(3)兩塊同一精度的儀表（兩塊同一精度的儀表（1.01.0級），量程不等級），量程不等( (一塊一塊0 0 50 50 ,另一塊一塊0 0 100 100 ），則在測量中可能），則在測量中可能產生的絕對誤差是不相同的產生的絕對誤差是不相同的( (0.

31、5 0.5 、1 )1 )科學研究用工業(yè)檢測用%100maxmjXCXmj5 . 0)50100%(1max(3)(3)兩兩只只同一精度的儀表（同一精度的儀表（1.01.0級），量程不等級），量程不等( (一一只只0 0 50 50 ,另一一只只0 0 100 100 ），測同一環(huán)境溫），測同一環(huán)境溫度為度為40 40 ，用那一塊更好？，用那一塊更好？C0 . 1)0100(%12max結論：盡量選擇量程小的儀表，并使測量值在上限至量程結論：盡量選擇量程小的儀表，并使測量值在上限至量程的三分之二左右。的三分之二左右。 兩塊儀表，精度、量程均不等，測同一參數用那一塊更好？兩塊儀表，精度、量程均不

32、等，測同一參數用那一塊更好？ 【作業(yè)【作業(yè)1-2】測測90 90 溫度，現有溫度，現有兩只溫度計，一只精度兩只溫度計，一只精度0.50.5級，量程級，量程0 0 300 300 ；另；另一只精度一只精度1.01.0級，量程級，量程0 0 100 100 ，問用那一只，問用那一只溫度計測量溫度計測量更好？更好？測量中測量中可能產生的最大絕對誤差為：可能產生的最大絕對誤差為：用第一塊更好用第一塊更好, ,可能產生的可能產生的最大最大絕對誤差更小。絕對誤差更小。mjXmaxC5 . 0)050(%11max0100 單位KPa精度:1級0100 單位KPa精度:1級0100 單位KPa精度:1級C5

33、 . 1)0300(%5 . 01maxmjXmaxC0 . 1)0100(%12max【作業(yè)【作業(yè)1-2】測】測90 溫度，現有兩只溫度計，一只精溫度，現有兩只溫度計，一只精度度0.5級，量程級，量程0 300 ；另一只精度；另一只精度1.0級，量程級，量程0 100 ，問用那一只溫度計測量更好？，問用那一只溫度計測量更好？可能產生的最大絕對誤差為：可能產生的最大絕對誤差為：用用1.01.0級，量程級，量程0 0 100 100 的溫度計更好的溫度計更好, ,可能產生的可能產生的絕對誤差更小。絕對誤差更小。結論：精度低、量程小的儀表可能產生的絕對誤差更小，結論：精度低、量程小的儀表可能產生的

34、絕對誤差更小，而且降低成本。測量值在上限至量程的三分之二左右。而且降低成本。測量值在上限至量程的三分之二左右。3、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性穩(wěn)定度穩(wěn)定度 各環(huán)境影響系數各環(huán)境影響系數CmVhmVtw10/1 . 08/3 . 10100 單位KPa精度:1級二、儀表的特性二、儀表的特性（靜態(tài)特性：與時間無關的參數描述測量儀表的特性）（靜態(tài)特性：與時間無關的參數描述測量儀表的特性）1 1、靈敏度、靈敏度2 2、靈敏限、靈敏限 （分辨率）（分辨率）3 3、線性度、線性度4 4、變差、變差5 5、溫度誤差、溫度誤差三、動態(tài)特性三、動態(tài)特性: :儀表對隨時間變化的參數的響應特性儀表對隨時間變化的參數的響應特性)2

35、11 (%100maxmaxYLE)221 (%100maxmaxYHmAmaxYYXmaxL0圖圖1-5 儀表的儀表的 靜特性曲線靜特性曲線圖圖1-6 儀表的儀表的變差示意圖變差示意圖X X、Y-Y-被測量的輸入被測量的輸入增量增量、輸出增量、輸出增量)201 ( XYK2maxLmAmaxYYXmaxH0（其他溫度測量值與（其他溫度測量值與20 時測量值的差值）時測量值的差值）Y Ymaxmax儀表量程儀表量程三、動態(tài)特性三、動態(tài)特性: :儀表對隨時間變化的參數的響應特性儀表對隨時間變化的參數的響應特性0t實際值實際值測量值測量值CXmj3)6001200%(5 . 0max最大絕對誤差小

36、于測量最大允許誤差最大絕對誤差小于測量最大允許誤差4 4 ，所以是合，所以是合適的。適的。作業(yè)作業(yè) P67.10P67.10【例【例1-11-1】精度】精度0.50.5級，量程為級，量程為600 600 12001200 。測量。測量最大允許誤差為最大允許誤差為4 4 【解】最大絕對誤差為：【解】最大絕對誤差為：作業(yè)作業(yè) P67.10標準表讀數（標準表讀數（MPaMPa）0246810被校表正行程讀數（被校表正行程讀數（MPaMPa）01.993.975.957.989.98被校表反行程讀數（被校表反行程讀數（MPaMPa）02.034.036.058.0210.02【解】（【解】（1 1）變

37、差）變差%1%1000101 . 0%100maxmaxYH因為基本誤差因為基本誤差允許誤差允許誤差所以該儀表符合所以該儀表符合1.0級精度。級精度。(2)如果該壓力表的精度等級為如果該壓力表的精度等級為1.0級，則允許誤差為級，則允許誤差為1.0%基本誤差基本誤差%5 .0%10001005.0%100maxmjX第二章第二章 溫度測量溫度測量（本章授課本章授課6 6學時）學時） 2-1 測溫儀表的分類一、溫度和溫標一、溫度和溫標（一）攝氏溫標（一）攝氏溫標( (代號代號t):1atmt):1atm純水冰點純水冰點0,0,沸點沸點100 100 ， 之間之間100100等份，其中等份，其中1

38、 1等份等份= 1 = 1 （二）華氏溫標（二）華氏溫標( (代號代號F):1atmF):1atm純水冰點純水冰點3232F F，沸點，沸點212212F,F,之間之間180180等份等份, ,其中其中1 1等份等份=1=1F F攝氏溫標與華氏溫標換算關系：攝氏溫標與華氏溫標換算關系：（三）熱力學溫標：純理論不能付諸實用。（三）熱力學溫標：純理論不能付諸實用。（四）國際實用溫標（四）國際實用溫標( (代號代號T T）：單位）：單位K K（開爾文）（開爾文）水三相點熱力學溫度水三相點熱力學溫度( (溫標的唯一基準點溫標的唯一基準點) )的的1/273.16=1K1/273.16=1K T=t+2

39、73.15 (2-1) T=t+273.15 (2-1)273.15K= 0 =T273.15K= 0 =T0 0 -標準大氣壓下冰的熔化溫度標準大氣壓下冰的熔化溫度二、溫度的檢測方法的主要方法和分類（表二、溫度的檢測方法的主要方法和分類（表2-12-1）P20 P20 （測溫介質為水銀）（測溫介質為水銀）) 12()32(95Ft2-2 2-2 雙金屬片溫度計雙金屬片溫度計=f（t - t0）（2-3） 應用范圍應用范圍-80 600 ，精度，精度0.5 1級，常作為級，常作為恒定溫度的控制元件?？拐鹦阅芎?，結構簡單，牢固可恒定溫度的控制元件。抗震性能好，結構簡單，牢固可靠，讀數方便，精度不

40、高，測量范圍不大?？浚x數方便，精度不高，測量范圍不大。絕緣體絕緣體調節(jié)螺釘調節(jié)螺釘雙金屬片溫度計雙金屬片溫度計ZJ繼電器繼電器加加熱熱器器燈泡燈泡電源電源電源電源2-3 玻璃液柱溫度計一、一、玻璃液柱膨脹式溫度計的玻璃液柱膨脹式溫度計的分類、結構形式和特點分類、結構形式和特點玻璃溫包玻璃溫包毛細管標標尺尺水銀水銀 有機液體有機液體普通型溫度計普通型溫度計精密型溫度計精密型溫度計貝克曼溫度計貝克曼溫度計電接點溫度計電接點溫度計棒式棒式圖圖2-2(b) 內標式內標式圖圖2-2(a) 可調式電接點溫度計可調式電接點溫度計固定式電接點溫度計固定式電接點溫度計分類分類感溫感溫液體液體用途用途結構結構形

41、式形式水銀水銀凸面凸面有機液有機液體凹面體凹面表表2-3 2-3 P.23P.23分度值小于分度值小于0.010.01(圖圖2-3)（表（表2-2）ZJ繼電器繼電器加加熱熱器器燈泡燈泡電源電源電源電源二、二、玻璃液柱膨脹式溫度計的玻璃液柱膨脹式溫度計的使用使用（一）允許示值誤差（表（一）允許示值誤差（表2-32-3）示值誤差示值誤差= =顯示值顯示值- -真實值真實值（二）誤差原因及處理（表（二）誤差原因及處理（表2-42-4）（避免或減少誤差）（避免或減少誤差） 2-4 壓力式溫度計 密閉容器中液體或氣體受熱后壓力的升高來反映密閉容器中液體或氣體受熱后壓力的升高來反映被測溫度。此溫度計結構簡

42、單，強度較高，抗震性能被測溫度。此溫度計結構簡單，強度較高，抗震性能好。好。( (圖圖P.24P.58)P.24P.58) 一、充氣體的一、充氣體的壓力溫度計溫度計 PV= mRTPV= mRT 二、充蒸汽的二、充蒸汽的壓力溫度計溫度計 蒸汽的飽和蒸汽壓蒸汽的飽和蒸汽壓 溫度溫度充氮氣測溫充氮氣測溫-120 2-5 熱電偶溫度計熱電偶溫度計是目前最為廣泛的溫度傳感器，結構簡熱電偶溫度計是目前最為廣泛的溫度傳感器，結構簡單、測溫范圍廣（單、測溫范圍廣（-100 -100 1600 1600 ），準確度高，慣），準確度高，慣性小，輸出為電信號，便于遠傳與轉換的優(yōu)點。性小，輸出為電信號，便于遠傳與轉

43、換的優(yōu)點。一、熱電偶溫度計的測溫原理一、熱電偶溫度計的測溫原理+-A（T）B（T）NANBEAB(T)接觸電勢接觸電勢 (帕爾貼電勢帕爾貼電勢),()(),()(),(000TTETETTETETTEBABoAABAB電子擴散方向電子擴散方向T T0EA(T,T0)AT0T溫差電勢溫差電勢 (湯姆遜電勢湯姆遜電勢)-+T0參比參比(考考)端端 自由端或冷端自由端或冷端一般恒定在一般恒定在0 0 T測量端測量端 工作端或熱端工作端或熱端ABEA(T,T0)EB(T,T0)EAB(T0)EAB(T)T T0NANB熱電偶回路的熱電勢熱電偶回路的熱電勢:TBTAABNNekTTE,ln)( )42(

44、ln)(00,00TBTAABNNekTTE（一）接觸電勢（一）接觸電勢 ( (帕爾貼電勢帕爾貼電勢) )（二）溫差電勢（二）溫差電勢 ( (湯姆遜電勢湯姆遜電勢) )TTAAdTTTE0),(0)52(),(00TTBBdTTTECTfTfTfTTETETTETETTEBABoAABAB)()()(),()(),()(),(000000,0lnTBTANNekTTBTANNekT,lnTTBdT0TTAdT0e-e-單位電荷，單位電荷，e=1.6e=1.61010-9 -9 C C k-k-玻耳茲曼常數，玻耳茲曼常數，k=1.38k=1.381010-23 -23 J/K J/K N NA

45、A，N NB B-材料材料A A、B B的自由電子密度，是溫度的函數。的自由電子密度，是溫度的函數。A、B-導體導體A A、B B的湯姆遜系數，與材料的性質和兩端溫的湯姆遜系數，與材料的性質和兩端溫度有關。度有關。（三）熱電偶回路的熱電勢（三）熱電偶回路的熱電勢CTf)(0若冷端溫度固定若冷端溫度固定 (常數常數)(2-6) (2-7) (2-8)ABEAB(T,T0)TT0 =0 令令T T0 0=0 =0 ，根據分度表（例如表，根據分度表（例如表2-62-6），電勢和溫度），電勢和溫度的對應值，得出的對應值，得出T T值來。值來。( (熱電偶種類：表熱電偶種類：表2-5) 2-5) 【例【

46、例2-12-1】用鉑銠】用鉑銠10-10-鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度為為 0 0 ，測得熱電勢一次為，測得熱電勢一次為0.173mV0.173mV，另一次為，另一次為2.58mV,2.58mV,求兩次所測點的溫度。求兩次所測點的溫度。解：查表解：查表2-62-6（P29P29）(1) 0.173mV 30 (1) 0.173mV 30 (2) 0.258mV t=?(2) 0.258mV t=?t=300+28=328 t=300+28=328 【作業(yè)2-1】用鉑銠】用鉑銠10-鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度為為0 ，測得熱電勢為，測得熱

47、電勢為1.00mV，求所測點的溫度。，求所測點的溫度。0 .28)2030(506. 2599. 2506. 258. 220tmV0t1t2tV1VV2) 92(),(),(00TTETTEABABCTT0BT0T/0T/0AB/A/1、熱電偶（感溫元件）、熱電偶（感溫元件）2、連接導線連接導線（銅導線或補償導線）（銅導線或補償導線）毫毫伏伏計計。TnBABATnTT0。TnBAB/A/TnTT0(二二)中間導體定律中間導體定律( (三三) )中間溫度定律中間溫度定律(四四)連接導體定律連接導體定律)102(),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB)112(),(),(),(

48、00TTETTETTTEnBAnABnABAB二、熱電偶基本定律二、熱電偶基本定律P.27P.27( (一一) )均質導體定律均質導體定律。 。TnCBABTnT0TP30補償補償導線導線BATnTT0BABATT0【例【例2-22-2】用鉑銠】用鉑銠10-10-鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度為鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度為 30 30 ，測得熱電勢為，測得熱電勢為0.699mV0.699mV，求所測點的溫度。，求所測點的溫度。解：解：查表查表2-6（P29）t=130 【作業(yè)【作業(yè)2-2】用鉑銠】用鉑銠10-鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度鉑熱電偶測溫，熱電偶冷端溫度為為 20 ，測得熱電勢為，測

49、得熱電勢為0.682mV，求所測點的溫度。，求所測點的溫度。 連接導體定律的應用連接導體定律的應用補償導線補償導線P30，表，表2-7mVEtEtEABABAB872. 0173. 0699. 0)0 ,30()30,()0 ,(中間溫度定律的應用中間溫度定律的應用。TnBABATnTT0)102(),(),(),(00TTETTETTEnABnABAB三、熱電偶的材料、分類與構造三、熱電偶的材料、分類與構造（一）材料：滿足四點要求（一）材料：滿足四點要求P.28P.28（二）分類（二）分類（三）構造（三）構造四、熱電偶冷端溫度的補償四、熱電偶冷端溫度的補償標準標準 非標準非標準普通型普通型鎧

50、裝型鎧裝型薄膜型薄膜型冰浴法冰浴法( (四，圖四，圖2-14)2-14)校正法校正法( (二二, ,中間溫度定律中間溫度定律計算計算) )儀表機械零點調整法儀表機械零點調整法( (五五) )補償電橋法補償電橋法( (三，圖三，圖2-13)2-13)0t0)122()0 ,(),()0 ,(00tEttEtE)132(),()0 ,(0abVttEtEcaRRtbEGdR0R2R4R3I 1I 2R Rt t為熱電阻為熱電阻平衡電橋和不平衡電橋平衡電橋和不平衡電橋1 1、不平衡電橋測、不平衡電橋測溫度溫度 c c、d d兩點間的電位相等，檢流計兩點間的電位相等，檢流計G G中沒有電流通過時，中沒

51、有電流通過時，電橋平衡：電橋平衡：電橋對邊的電阻值乘積電橋對邊的電阻值乘積相等，電橋就平衡。相等，電橋就平衡。溫度升高，熱電阻溫度升高，熱電阻RtRt變大，變大，I G 變大，根據檢流計指針檢流計指針的偏移得知熱電阻所測量的溫度。的偏移得知熱電阻所測量的溫度。)(0324tRRRRRttttRRRRRRRRRRRRRRRIRIRRIRIR02430324230422102314,)()(或或（可?。扇。㊣ G = 0I G = 0不平衡電橋不平衡電橋R Rt t為熱電阻為熱電阻,R,Rp p為滑線電阻，在為滑線電阻，在測量溫度下限時測量溫度下限時Rt有最小阻值有最小阻值Rt0 ,電阻滑動觸

52、點應在電阻滑動觸點應在Rp的左的左端，此時讓電橋平衡端，此時讓電橋平衡,即：即：caRRtbEGdRt0R2R4R3Rpr1ttPtttttPtRRRRrrRRrRRrRRrRRRRRRRRRRRR32311231314213423)()()(0002 2、平衡電橋、平衡電橋測溫度測溫度若I G = 0調整滑線電阻，使調整滑線電阻，使I G = 0 滑線電阻中觸點位置反映了熱電阻阻值的變化，也就滑線電阻中觸點位置反映了熱電阻阻值的變化，也就反映了熱電阻所在環(huán)境溫度的變化。反映了熱電阻所在環(huán)境溫度的變化。（所測溫度（所測溫度 t 大于測量溫度下限大于測量溫度下限 t0）2-6 熱電阻溫度計金屬或

53、半導體的電阻值隨溫度的變化而變化金屬或半導體的電阻值隨溫度的變化而變化一、金屬熱電阻（鉑電阻、銅電阻、鎳電阻等）傳感器一、金屬熱電阻（鉑電阻、銅電阻、鎳電阻等）傳感器（一）鉑熱電阻（一）鉑熱電阻（二）銅熱電阻（非國際標準）（二）銅熱電阻（非國際標準）二、半導體熱敏電阻溫度計二、半導體熱敏電阻溫度計 熱電阻溫度計由熱電阻或半導體熱敏電阻、顯示儀熱電阻溫度計由熱電阻或半導體熱敏電阻、顯示儀表和連接導線組成。表和連接導線組成。 要求熱電阻要求熱電阻穩(wěn)定；穩(wěn)定；復現性好，互換；復現性好，互換；電阻溫度系數大，電阻溫度系數大，靈敏度高；靈敏度高；電阻率大，體積??；電阻率大，體積?。痪€性；線性；價格低。價

54、格低。特點：特點： 中低溫，精度高于熱電偶溫度計；中低溫，精度高于熱電偶溫度計； 靈敏度高靈敏度高, 溫度升高溫度升高1 ，金屬熱電阻阻值增（，金屬熱電阻阻值增（0.4% 0.6%）；半）；半導體熱敏電阻阻值減少（導體熱敏電阻阻值減少（3% 6%） 體積比熱電偶大。體積比熱電偶大。SlRCC85000200)1 ()100(120320BtAtRRttCBtAtRRtt（2-14）（2-15） 鉑絲的純度用鉑絲的純度用R R100100/R/R0 0表示，越大越好表示，越大越好, ,越純。越純。R0表示表示0 電阻值電阻值,越小越純。越小越純。愈純、穩(wěn)定性愈高、復現性好、愈純、穩(wěn)定性愈高、復現

55、性好、精度愈高。精度愈高。實驗室：實驗室：，0 電阻值，電阻值，Pt50、Pt100、Pt300,3925. 1/0100RR391. 1/0100RR30,100R工業(yè)用：工業(yè)用：表表2-82-8，表，表2-9 P342-9 P34一、金屬熱電阻傳感器一、金屬熱電阻傳感器（一）鉑熱電阻（一）鉑熱電阻（二）銅熱電阻（非國際標準）（二）銅熱電阻（非國際標準）)172()1 (0tRRt-50-50150150CuCu5050和和CuCu100100（表（表2-102-10，P34P34）CuCu100100分度表（表分度表（表2-112-11） 等于等于Cu50的分度值乘以的分度值乘以2即即Cu

56、50分度表是將分度表是將Cu100分度表中的阻值除以分度表中的阻值除以2【例【例2-32-3】用】用CuCu100100熱電熱電阻阻測出的阻值為測出的阻值為78.49 78.49 ，所測，所測點的溫度是多少？若用點的溫度是多少？若用CuCu5050熱電熱電阻阻測出的阻值也為測出的阻值也為78.49 78.49 ，所測點的溫度又是多少？，所測點的溫度又是多少？78.49 x2=156.98 查查CuCu100100分度表得分度表得CuCu5050熱電熱電阻所測溫度阻所測溫度133.05 【作業(yè)【作業(yè)2-32-3】用】用CuCu100100熱電熱電阻阻測出的阻值為測出的阻值為81.20 81.20 ，所，所測點的溫度是多少？若用測點的溫度是多少？若用CuCu5050熱電熱電阻阻測出的阻值也為測出的阻值也為81.20 81.20 ，所測點的溫度又是多少？，所測點的溫度又是多少？二、半導體熱敏電阻溫度計二、