建筑環(huán)境測試技術(shù)-其他參數(shù)測量

1、建筑環(huán)境測試技術(shù)_其他參數(shù)測量第一頁，共44頁。 第二頁，共44頁。 （1學(xué)時(shí)）第三頁，共44頁。第11章 電動顯示儀表11.1模擬式顯示儀表11.2模擬式顯示儀表11.3數(shù)字式顯示儀表11.4智能式顯示儀表11.5傳感器及變送器與顯示儀表的連接*JW型建筑熱工溫度與熱流巡回檢測儀 *XMD系列數(shù)字智能巡回檢測儀第四頁，共44頁。511.1 概念 模擬 數(shù)字 模擬量數(shù)字化 比較第五頁，共44頁。611.1.1 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表的構(gòu)成與數(shù)字式顯示儀表的構(gòu)成比較。如圖所示： 第六頁，共44頁。711.1.2 數(shù)字式顯示儀表 （一）數(shù)字式顯示儀表的構(gòu)成 數(shù)字式顯示儀表的構(gòu)成如圖所示 第七

2、頁，共44頁。8（二）數(shù)字式顯示儀表的技術(shù)指標(biāo) 1分辨率 儀表在最小量程時(shí)，最末一位數(shù)字跳變一個字所代表的量值。它反映了儀表的靈敏度. 第八頁，共44頁。92精確度 在模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量的過程中，至少要產(chǎn)生土1個量化單位的誤差，因此，數(shù)字儀表的誤差由模擬誤差和數(shù)字誤差兩部分構(gòu)成。 數(shù)字儀表精確度的表示方法有兩種：將第二種方法寫成相對誤差的形式，則有第二種方法用得較多，見例題第九頁，共44頁。103輸入阻抗 它是指儀表在工作狀態(tài)下，儀表兩個輸入端子之間所呈現(xiàn)的等效阻抗 4干擾抑制比 工業(yè)現(xiàn)場存在很強(qiáng)的電磁場及各種高頻干擾，因此，對數(shù)字抗干擾性有一定的要求，通常用干擾抑制比來表示 串模

3、干擾：疊加在測量信號上共模干擾：不同的地電位造成的電位差第十頁，共44頁。11.1.3 智能式顯示儀表11模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換部分與數(shù)字式儀表相同轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入微處理器中，進(jìn)行處理后再顯示智能式顯示儀表按使用性質(zhì)不同可分為專用型儀表和通用型儀表通用型儀表可以接受所有的標(biāo)準(zhǔn)電信號和部分非標(biāo)準(zhǔn)電信號的輸入 可以將輸入信號進(jìn)行輸出，輸出信號可以是模擬信號輸出，也可以是以通訊方式的數(shù)字信號輸出第十一頁，共44頁。1. 智能式顯示儀表的構(gòu)成12第十二頁，共44頁。1311.3 數(shù)字式顯示儀表 數(shù)字顯示儀表中模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD）、非線性補(bǔ)償和標(biāo)度變換是組成數(shù)字式儀表的三要素第十三頁，共44頁。1411.3.

4、1 模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換（AD） 在數(shù)字式顯示儀表中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，需要把連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量統(tǒng)稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換。 AD轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個編碼器 第十四頁，共44頁。151直接比較型AD轉(zhuǎn)換 直接比較型 AD轉(zhuǎn)換的原理是基于電位差計(jì)的電壓比較原理。通過不斷比較、不斷鑒別，實(shí)現(xiàn)了 AD轉(zhuǎn)換。第十五頁，共44頁。16逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換是最典型的直接比較型。為了具體了解這種轉(zhuǎn)換原理舉例說明，將模擬電壓624mV按8、4、2、l碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出（分辨力lmV）標(biāo)準(zhǔn)電壓共有三組，具有以下等級：800mV、400mV、200mV、100mV80mV、

5、40mV、20mV、10mV 8mV、4mV、2mV、lmV第十六頁，共44頁。17逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)電壓按高到低的順序與被測電壓642mV進(jìn)行比較，從最高位開始，直至最低位比較結(jié)束，逐步實(shí)現(xiàn)模一數(shù)轉(zhuǎn)換。比較過程如下：第一步，用第一組的最大值 800mV與 642mV進(jìn)行比較，800mV642mV，此值棄去，記作“0”（標(biāo)在示意圖橫坐標(biāo)下方）第二步，用400mV與 642mV比較，400mV642mV，此值留下，記作“1”第十七頁，共44頁。18逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換第三步，用（200400） mV與642mV比較，（200400）mV642mV，將（400200）mV值留下，記作“1”第

6、四步，用（100200400） mV與642mV比較，（100200400） mV642mV，此值棄去，記作“0”百位比較完后，得到的是600 mV第十八頁，共44頁。逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換如此下去，直至第十二步，將最小電壓值lmV用完得到三位二進(jìn)制數(shù)碼（0110 ；0100； 0010）即642這個數(shù)碼就是經(jīng)比較后的轉(zhuǎn)換結(jié)果，為模擬電壓642mV的8、4、2、1碼形式的數(shù)字輸出19第十九頁，共44頁。20逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換編碼過程 800mV、400mV、600mV、700mV80mV、40mV、60mV、50mV 8mV、4mV、2mV、3mV電壓比較過程：第二十頁，共44頁。2111.3.

7、2 非線性補(bǔ)償 非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏?，一類是用硬件的方式?shí)現(xiàn)；一類是以軟件的方式實(shí)現(xiàn)（常用在智能儀表中）。硬件非線性補(bǔ)償，在 AD轉(zhuǎn)換中進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)姆Q為非線性 AD轉(zhuǎn)換。模擬式線性化精度較低，非線性 AD轉(zhuǎn)換則介于上面兩者之間，補(bǔ)償精度可達(dá)0.l0.3，價(jià)格適中 第二十一頁，共44頁。22（2）反饋式接入 所謂反饋式線性化就是利用反饋補(bǔ)償原理，引入非線性的負(fù)反饋環(huán)節(jié)，用負(fù)反饋環(huán)節(jié)本身的非線性特性來補(bǔ)償檢測元件或傳感器的非線性，使UO和X之間的關(guān)系具有線性特性. 第二十二頁，共44頁。11.3.3 信號的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換 將檢測元件或傳感器送來信號的標(biāo)準(zhǔn)化或標(biāo)度變換，是數(shù)字顯示儀表設(shè)計(jì)中必須

8、解決的基本問題23第二十三頁，共44頁。1、信號標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化的電流信號有兩種，一種是將測量信號轉(zhuǎn)換成420mA、DC；另一種是將測量信號轉(zhuǎn)換成010mA、DC標(biāo)準(zhǔn)化的電壓信號目前國內(nèi)采用的統(tǒng)一直流電壓傳輸信號有以下幾種：010mV、030mV、040.95mV、050mV、05V、15V等24第二十四頁，共44頁。2、標(biāo)度變換對于過程參數(shù)測量用的數(shù)字儀表的顯示，要求用被測變量的形式顯示，例如：溫度、壓力、流量、物位等.是一個量綱還原問題.25第二十五頁，共44頁。11.3.4 數(shù)字式儀表的規(guī)格與型號 數(shù)字式儀表的型號基本沿襲了動圈式儀表的編號方法，見教材.26第二十六頁，共44頁。11.4 智

9、能式顯示儀表將檢測元件、變送器或傳感器送來的電流或電壓信號，經(jīng)前置放大器放大后，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號.然后將數(shù)字量信號經(jīng)過智能式儀表內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線，傳送給儀表內(nèi)部的微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.最后再進(jìn)行顯示和遠(yuǎn)傳.27第二十七頁，共44頁。11.4.1 智能式儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)微處理器化儀表的核心部分使用微處理器總線結(jié)構(gòu)儀表內(nèi)部以微處理器為核心的芯片都是以總線方式相連接的標(biāo)準(zhǔn)化接口并行總線接口RS232、RS485接口28第二十八頁，共44頁。靈活的面板結(jié)構(gòu)儀表使用功能鍵完成人機(jī)接口的簡單操作功能.使用LED、LCD顯示功能操作指令、測量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)曲線等所有的面板操作與顯示均由微處理器控制與管理

10、.29第二十九頁，共44頁。11.4.2 數(shù)字濾波技術(shù)測量信號在傳輸過程中混入了各種隨機(jī)干擾信號，在A/D轉(zhuǎn)換之前可以采用硬件電路進(jìn)行濾波.但是硬件濾波電路只能濾掉部分干擾信號，為了提高數(shù)據(jù)測量的精度在儀表內(nèi)部還要使用軟件濾波技術(shù).30第三十頁，共44頁。1、算術(shù)平均值法對同一測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，連續(xù)采樣N次，然后取其平均值.算術(shù)平均值法是常用的、最簡單的方法，但是如果在測量信號中混入了較大的脈沖干擾，則會給測量結(jié)果帶來很大的誤差.31第三十一頁，共44頁。2、中位值法對同一測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，連續(xù)采樣3次。將測量數(shù)據(jù)排隊(duì)，取其中間值作為測量值.因此中位值法濾波的應(yīng)用需要進(jìn)一步完善.32第三十二頁，共44

11、頁。3、綜合濾波法 結(jié)合上述的算術(shù)平均值法和中位值法濾波的特點(diǎn)，構(gòu)成綜合濾波法. 吸收了均值濾波和中值濾波的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。采用此種方法N值不能取得太小，通常N值取715次。m取值13次.33第三十三頁，共44頁。11.4.3 標(biāo)度變換經(jīng)過傳感器、變送器和A/D轉(zhuǎn)換后的測量信號，已經(jīng)完全丟失了測量數(shù)據(jù)的量綱.要想顯示它的實(shí)際測量數(shù)據(jù)的量綱，需要進(jìn)行標(biāo)度變換.信號傳遞過程的變化和最后的量綱轉(zhuǎn)換過程與數(shù)字儀表相同.34第三十四頁，共44頁。1、線性信號的標(biāo)度變換智能儀表的標(biāo)度變換，就是將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息復(fù)原成傳感器測量的實(shí)際數(shù)據(jù).針對線性信號可有如下的轉(zhuǎn)換關(guān)系:35第三十五頁，共44

12、頁。2、非線性信號的標(biāo)度變換測量信號與傳輸信號之間的關(guān)系有時(shí)是非線性關(guān)系，可以采用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法解決.以流量測量為例，采用差壓流量計(jì)測量，不考慮其液體密度的修正，流量與測量壓差的關(guān)系:36第三十六頁，共44頁。11.4.4 非線性補(bǔ)償技術(shù)在信號變送、傳輸、轉(zhuǎn)換過程中，即使是線性傳感器也會發(fā)生非線性的變化.尤其是在高精度測量時(shí)，非線性變化的誤差會直接影響測量精度.目前在線性化處理方法中，最常用的是線性插值法，而且此方法在智能儀表中也很容易實(shí)現(xiàn).37第三十七頁，共44頁。1、線性插值原理線性插值的思想就是以直代曲.將一個非線性的關(guān)系曲線，用分成若干的直線段來表示.分成的直線段越多，越接近于曲線，線

13、性插值的誤差也就越小.38第三十八頁，共44頁。2、線性插值分段法目前主要有兩種線性插值分段法一種是等距分段法。另一種是變距分段法。等距分段法計(jì)算簡單、各段的線性化誤差不相等。變距分段法根據(jù)非線性化誤差的大小來進(jìn)行分段。計(jì)算較為復(fù)雜，但是各段的線性化誤差相等。39第三十九頁，共44頁。11.4.5 數(shù)據(jù)處理功能求取測量值的平均值、方差值、標(biāo)準(zhǔn)差值和均方根值等.按線性關(guān)系、對數(shù)關(guān)系即乘方關(guān)系求取測量值相對于基準(zhǔn)值的各種比值.進(jìn)行各種隨機(jī)量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的分析和處理.進(jìn)行曲線擬合和非線性的校正.進(jìn)行邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)極值判別和報(bào)警功能等.進(jìn)行加、減、乘、除、積分、微分等計(jì)算.40第四十頁，共44頁。11.

14、4.6 自校準(zhǔn)功能自動校準(zhǔn)功能是為了消除測量過程中，智能儀表的使用環(huán)境發(fā)生變化而帶來的測量誤差.這種校準(zhǔn)功能只能減小儀表本身的測量轉(zhuǎn)換誤差，而消除不了測量信號的傳輸誤差.41第四十一頁，共44頁。建筑熱工溫度與熱流自動測試系統(tǒng)（巡檢儀）JW-型熱流計(jì)式導(dǎo)熱儀操作規(guī)程啟動前先檢查設(shè)備是否正常狀態(tài)。安裝試樣：從主機(jī)上取下有機(jī)玻璃罩和保溫套，試樣緊靠熱板，移動冷卻單元，使試樣與冷、熱板接觸，擰緊壓力裝置，裝上有保溫套和機(jī)玻璃罩。開啟總電源開關(guān)：打開智能化儀表開關(guān)，待儀表巡檢一周后，按動功能選擇鍵“S”,選“10”和“11”，輸入檢測材料厚度d及熱板控制溫度值。設(shè)定冷板溫度：撥動開關(guān)指向“預(yù)置”，調(diào)節(jié)“預(yù)置”按鈕，設(shè)置溫度然后將開關(guān)至于控溫。打開加熱開關(guān)：將開關(guān)置于“自動”，調(diào)節(jié)電壓按鈕升溫，當(dāng)熱板溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，開關(guān)拔向“手動”人工調(diào)節(jié)最佳電壓值。變化值小于1.5%，儀器進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，讀取熱流計(jì)輸出熱電勢。關(guān)機(jī)：操作結(jié)束，將儀器關(guān)機(jī)。JW-型熱流計(jì)式導(dǎo)熱儀第四十二頁，共44頁。JW-III建筑材料熱流計(jì)