1-測量的基本知識2017

1、建筑環(huán)境測試技術(shù),中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院宋彥坡Email：songyanpo@csu.edu.cnCell: 13873117679 QQ：55189126,你更喜歡哪種？,區(qū)別？,建筑環(huán)境：室內(nèi)環(huán)境，室外環(huán)境,建筑環(huán)境測試：通過測量、試驗等獲取建筑環(huán)境的相關(guān)信息，并做出評價。,溫度、濕度、壓力、流速、流量、液位等氣體成分、含塵濃度、環(huán)境噪聲、環(huán)境放射性、環(huán)境光照等,,本課程的主要內(nèi)容：,測試技術(shù)基礎(chǔ),測量儀表,測試技術(shù)

2、,,,,基本概念；測量誤差和數(shù)據(jù)處理,建筑環(huán)境參數(shù)測量儀表原理、結(jié)構(gòu)、選型方法等,數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；典型對象的測試技術(shù),第1、2章,第3-11章,第12、13章,課程特點：,章節(jié)內(nèi)容較多。多數(shù)章節(jié)在內(nèi)容自成體系，與其它章節(jié)內(nèi)容關(guān)聯(lián)較小。,參考教材：方修睦，《建筑環(huán)境測試技術(shù)》，中國建筑工業(yè)出版社（第三版），2016吳光杰, 王海寶，《傳感器與檢測技術(shù) 》，重慶大學(xué)出版社，2011年朱小良 , 方可人，熱工測量及儀表(第3版

3、），中國電力出版社，2011劉玉長，《自動檢測和過程控制》（第四版），冶金工業(yè)出版社，2010,考核方法：平時考核：到課率、課堂表現(xiàn)（回答問題及課堂作業(yè)等）、作業(yè)情況期末考核：閉卷筆試,學(xué)習(xí)建議：高效利用課堂時間重視學(xué)習(xí)過程，功夫下到平時重點學(xué)習(xí)各類測量儀表及測量方法的原理了解各類參數(shù)的檢測難點及技術(shù)現(xiàn)狀,1 基本知識,基本概念測量方法分類測量儀表概述測試儀表的發(fā)展趨勢,1.1 基本概念,測量,測量是運用專門的工具

4、，根據(jù)物理、化學(xué)、生物等原理，通過實驗和計算找到被測量（被測對象的狀態(tài)信息）的量值。測量可用如下公式定義：,測量：,確定被測量的量值,檢測：,檢測/測量過程：,+,信號檢出,信息提取、信號轉(zhuǎn)換存儲與傳輸、顯示記錄、分析處理,測量、檢測、計量與測試,測量,利用技術(shù)和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確可靠的測量。其主要任務(wù)是建立統(tǒng)一的基準單位，使測量有客觀標準。,計量：,測量、檢測、計量與測試,,,,利用技術(shù)和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確

5、可靠的測量。其主要任務(wù)是建立統(tǒng)一的基準單位，使測量有客觀標準。,計量：,測量、檢測、計量與測試,國際單位制（SI）,長度 質(zhì)量 時間 電流 熱力學(xué)溫度 物質(zhì)的量 光強,實物單位----千克標準原器,米,----光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/299792485,能量（J）=力 ? 距離,基本單位：,組合單位：,七個相互獨立的物理量單位,由基本單位導(dǎo)出,=質(zhì)量 ? 加速度 ? 距離,J = kg（m/s2）m

6、= m2·kg/s2,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,測量、檢測、計量與測試,大得多/小得多----詞頭：mm （10-3m） 、?m（10-6m）、nm（10-9m）； kHz（103Hz）、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）,測量、檢測、計量與測試,計量基準：,主基準：,用當(dāng)代最先進的科學(xué)技術(shù)和工

7、藝水平,以最高的準確度和穩(wěn)定性建立起來的專門用以規(guī)定、保持和復(fù)現(xiàn)物理量計量單位的特殊量具或儀器裝置等。,也稱作原始基準，是用來復(fù)現(xiàn)和保存計量單位，具有現(xiàn) 代 科學(xué)技術(shù)所能達到的最高準確度的計量器具，經(jīng)國家鑒定批準，作為統(tǒng)一全國計量單位量值的最高依據(jù)。因此，主基準也叫國家基準。,副基準：,工作基準：,通過直接或間接與國家基準比對，確定其量值并經(jīng)國家鑒定批準的計量器具。其地位僅次于國家基準，平時用來代替國家基準使用或驗證國家基準的變化。

8、,經(jīng)與主基準或副基準校準或比對，并經(jīng)國家鑒定批準，實際用以檢定下屬計量標準的計量器具。,基本任務(wù)是獲取有用信息，通常包含了測量/檢測、計算、 檢驗，判斷等多層含義。,測試：,測量、檢測、計量與測試,基本任務(wù)是獲取有用信息，通常包含了測量/檢測、計算、 檢驗，判斷等多層含義。,測試：,測量、檢測、計量與測試,測試的關(guān)鍵任務(wù)：,①將被測量與標準量進行比較，獲得被測對象的數(shù)值結(jié)果。,②將被測量與設(shè)定值進行比較，獲得被測對象在性能、參數(shù)、質(zhì)量、

9、功能等方面的評價。,③對測試數(shù)據(jù)進行各種處理，根據(jù)測試要求不同，處理的結(jié)果可形成各種信息，也可去執(zhí)行各種操作。,一、根據(jù)測量結(jié)果是否直接可讀 直接測量法、間接測量法、組合測量法,1.2 測量方法分類,直接測量 –直接從測量儀表讀出被測量,如何測量L1、L2功率、電阻？,功率 = 電壓 ? 電流,電阻 = 電壓 / 電流,間接測量 --被測量無法或不易進行直接測量，根據(jù)相關(guān)的直接測量量計

10、算求取,目標變量,自變量（直接測量量）,,組合測量 --多次測量，根據(jù)測量量和未知參數(shù)間的函 數(shù)關(guān)系列出方程組并求解，進而確定未知 參數(shù)量值,相對于直接測量，組合測量有無優(yōu)勢？,偏差法 --- 用儀器儀表指針的位移表示被測量大小,例：彈簧秤稱物體重量, 萬用表測電壓, 水銀溫度計測溫度,二、根據(jù)測量值的獲得方式 偏差法、零位法、微差法,零位法 --- 用指零儀表指示被測量與

11、標準量相等，從而獲得被測量,例：天平稱量物體，電位差計測電壓，惠斯登電橋測量電阻,微差法 --- 通過測量被測量與標準量之差得被測量,被償測量被測量余數(shù),,偏差法和零位法的結(jié)合,在線式 --- 實時獲取測量結(jié)果,三、根據(jù)測量值的實時性 在線式、離線式,離線式 --- 測量結(jié)果有一定滯后,被測量本身的特性所要求的測量準確度測試環(huán)境現(xiàn)有測量設(shè)備,選擇測量方法時需考慮的因素：,測量儀表：將被測量轉(zhuǎn)換成可供直接觀察

12、的指示值或等效信息的器具，包括各類指示儀器、比較儀器、記錄儀器、傳感器和變送器。電子測量儀表：利用電子技術(shù)對各種待測量進行測量的設(shè)備。,1.3 測量儀表概述,測量儀表,1.3.1 檢測儀表的分類,按使用性質(zhì)分類實用型：用于實際測量，包括工業(yè)用表與實驗用表；范型：用于復(fù)現(xiàn)和保持計量單位，或用于對實用儀表進 行校準和刻度；標準型：具有更高準確度的范型儀表，用以保持和傳遞國家計量標準，并用于對范型儀表的定期檢定。,,按輸出信號分類模

13、擬式：對連續(xù)變化的被測物理量（模擬量）直接進行連續(xù)測量、顯示或記錄；數(shù)字式：將被測的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示。,1.3.2 檢測儀表的主要性能指標,靜態(tài)性能指標 動態(tài)性能指標,反映測量儀表輸入量與輸出量之間的靜態(tài)關(guān)系。,測量儀表在動態(tài)工作過程中所呈現(xiàn)出的特性，其反映測量儀表的輸出響應(yīng)隨輸入變化的能力，通常采用時域特性與頻域特性等來表征。,一、測量范圍與量程,測量范圍: 測量量程:,指在正常工作條件下

14、，檢測系統(tǒng)或儀表能夠測量的被測量值的總范圍，測量范圍用下限值至上限值來表示a～b；,儀表量程的上限：Ymax: 4/3~3/2倍（被測變量） 波動較大時：3/2~2倍（被測變量）下限：一般地，被測變量的值不低于全量程的1/3。,測量范圍上限a與下限b的代數(shù)差。,二、精度,儀表讀數(shù)（測量結(jié)果）與被測量真值相一致的程度。,精密度同一測量條件下對同一被測量進行多次測量時，得到結(jié)果的分散程度。反映了隨機誤差的影響。正確度

15、指示值與真值的接近程度。正確度反映了系統(tǒng)誤差的影響。 準確度 精密度與正確度的綜合反映。,儀表的精度等級是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。儀表精度等級數(shù)值越小，說明儀表測量準確度越高。 精度等級：允許誤差去掉“±”號及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。,精度等級,目前我國生產(chǎn)的儀表的精度等級有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,儀表的

16、精度等級以一定的符號形式表示在儀表標尺板上，如1.0外加一個圓圈或三角形。精度等級1.0，說明該儀表允許誤差為1.0%。,[例1] 某臺測溫儀表的測量范圍是600~1100℃，其最大絕對誤差為±4 ℃，試確定該儀表的精度等級。,由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表的最大引用誤差超過了0.5級儀表的允許誤差，所以這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。,解 儀表的最大允許誤差為,目前我國生產(chǎn)的儀表的精度等級有：0.

17、005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即 靈敏度=△Y/△X對于模擬式儀表而言，ΔY是儀表指針的角位移或線位移。靈敏度反映了儀表對被測量變化的靈敏程度。,分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。分辨率是靈敏度的一種反映。對于數(shù)字式儀表，分辨率就是數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測

18、量的變化與量程的比值。,問：某測量范圍是0～100MPa的壓力表，其滿量程時指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？,2.7度/MPa,三、靈敏度和分辨率,四、變差,正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g -- 檢測裝置輸入— 輸出曲線的不重合程度,外界條件不變 --- 同一大小的輸入信號 --- 正反行程的輸出信號數(shù)值不相等,產(chǎn)生：檢測裝置中的彈性元件、機械傳動中的間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的磁滯 --- 實驗確定,,最大相對變差

19、,五、重復(fù)性,重復(fù)性指在測量裝置在同一工作環(huán)境，被測對象參量不變的條件下，輸入量按同一方向做多次（三次以上）全量程變化時，輸入輸出特性曲線的一致程度。,六、穩(wěn)定性,穩(wěn)定性 保持輸入信號不變的前提下，輸出信號隨時間或溫度變化而出現(xiàn)緩慢變化的程度，一般由穩(wěn)定度與環(huán)境影響系數(shù)來表征。 穩(wěn)定度 反映儀表內(nèi)部隨機性變動、周期性變動、漂移等引起示值的變化程度； 環(huán)境影響系數(shù) 則表征環(huán)境溫度、大氣壓力、振動等外部狀態(tài)變化及電源電壓、頻率

20、等儀表工作條件變化給與示值的影響。,七、線性度,儀表實測輸入輸出特性曲線與理想線性輸入輸出特性曲線的偏離程度,理想檢測系統(tǒng) --- 輸出與輸入 --- 比例關(guān)系：y(t)=kx(t),實際檢測裝置 --- 輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系,智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化,1.4 測試儀表的發(fā)展趨勢,智能化,,,傳統(tǒng)儀表,智能儀表,虛擬儀表,智能儀表中含有專用的微處理器、單片計算機或體積很小的微型機，具有數(shù)據(jù)存儲和處理能力。,虛擬儀表用現(xiàn)成的