1、熱工儀表與自動(dòng)控制-空調(diào)0931班 1.熱工測(cè)量?jī)x表是指i測(cè)量熱工參數(shù)的工業(yè)儀表，是為熱力設(shè)備試驗(yàn)和運(yùn)行而設(shè)計(jì)的，用以測(cè)試與監(jiān)測(cè)熱能利用中的各種參數(shù)（t， ，p，v，Q，等）。 2.熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)是對(duì)鍋爐、采暖、供熱、通風(fēng)、制冷與空氣調(diào)節(jié)等過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，用以代替操作、管理及科研人員的直接勞動(dòng)，使熱力工程、熱能利用、空氣調(diào)節(jié)等生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程在不同程度上自動(dòng)運(yùn)行。 3.測(cè)量與調(diào)節(jié) 測(cè)量是調(diào)節(jié)的依據(jù)，調(diào)節(jié)則是測(cè)量的目的之一 4.學(xué)習(xí)任務(wù)第一講-緒 論一.熱工儀表與自動(dòng)控制的含義 有六條： 掌握熱工測(cè)量?jī)x表的選擇設(shè)計(jì)及安裝事項(xiàng) 把握好誤差理論 熟練掌握數(shù)據(jù)處理 掌握自動(dòng)控制的基本理論 初步能夠繪制自

2、動(dòng)控制原理 能夠配合電氣人員進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作。二.熱工儀表的發(fā)展史 1.實(shí)驗(yàn)室-現(xiàn)場(chǎng) 2.在線測(cè)量-遠(yuǎn)程讀數(shù) 3.簡(jiǎn)單的物理儀器-熱工自控的專(zhuān)用儀表 4.基地式儀表-單元組合式儀表、組裝式儀表-計(jì)算機(jī)式的綜合儀表(三個(gè)階段) 5.簡(jiǎn)單儀表-簡(jiǎn)單自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表復(fù)雜自控系統(tǒng) 6.-多參數(shù)、最優(yōu)控制、智能控制，看重人機(jī)工程，強(qiáng)調(diào)環(huán)境效益三.熱工儀表的組成 1.熱工測(cè)量?jī)x表傳感器變換器顯示器 2.熱工自動(dòng)化儀表傳感器或變換器顯示、報(bào)警、記錄等觀察者調(diào)節(jié)器執(zhí)行器供熱通風(fēng)與空調(diào)等過(guò)程各種熱工參數(shù)圖1-1 熱工儀表的狹義組成.四.熱工儀表的分類(lèi) 1.儀器與熱工儀表 2.按其被測(cè)參數(shù)種類(lèi)分： 3.

3、按顯示功能分類(lèi)： 4.按傳感器變換原理分類(lèi)： 5.按儀表的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造原理分類(lèi)： 6.按其能源來(lái)劃分： 7.其它分類(lèi)方法。 儀表要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用及主要技術(shù)條件來(lái)選擇。第二講 測(cè)量的基本知識(shí)（一） 1) 測(cè)量是從客觀事物中提取有關(guān)信息并加工整理為數(shù)據(jù)的過(guò)程。 （也就是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。） （也是求被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)單位的比值的過(guò)程。） X0 ax 這里X0指被測(cè)量的真值 ； a 為測(cè)量單位； x 為測(cè)得量，即所測(cè)數(shù)值； ax指一般意義上的絕對(duì)測(cè)量誤差， 2)測(cè)量過(guò)程三要素:測(cè)量單位；測(cè)量方法;測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。 3)數(shù)據(jù)三要素：測(cè)得量（數(shù)值）；單位；測(cè)量誤差。 X0 ax ax= x x

4、a 一.測(cè)量的概念二.基本測(cè)量方法 1)非零測(cè)量法、零位測(cè)量法與微差法 例：水銀溫度計(jì)、完全平衡天平、U型管測(cè)壓計(jì) 2）接觸法與非接觸法 3）靜態(tài)測(cè)量法與動(dòng)態(tài)測(cè)量法 靜態(tài)測(cè)量是穩(wěn)態(tài)測(cè)量，一般 是點(diǎn)參數(shù)測(cè)量；動(dòng)態(tài)測(cè)量的值是時(shí)間的函數(shù)，一般要求在瞬間完成一次測(cè)量，測(cè)量精度很高。 4）直接測(cè)量法與間接測(cè)量法 直接測(cè)量法與接觸法的區(qū)別；間接測(cè)量不一定是非接觸測(cè)量。 5）多次測(cè)量與單次測(cè)量；等精度測(cè)量與不等精度測(cè)量三.測(cè)量系統(tǒng) 1)測(cè)量系統(tǒng) 系統(tǒng)是指一些部件（單元）組合，完成一定的指定任務(wù)。測(cè)量系統(tǒng)是指為完成測(cè)量任務(wù)而組合在一起的總體，研究時(shí)必須將整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)（包括測(cè)量中所有環(huán)節(jié)，被測(cè)對(duì)象與觀察操作者）

5、作為整體來(lái)研究。有狹義和廣義之分。？簡(jiǎn)單： 一般： 復(fù)雜： 2)傳感器傳感器是測(cè)量系統(tǒng)與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的部分。它的作用是感受被測(cè)量的大小后，輸出一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)，把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為易于傳差額 顯示的物理量。？傳感器特點(diǎn)： 準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面 ： 靈敏性方面： 負(fù)載效應(yīng)方面 ： 經(jīng)濟(jì)性、耐腐蝕性等方面：?傳感器位置（測(cè)點(diǎn)）： 3)中間變換器 有時(shí)也稱(chēng)變送器，它的作用是將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的發(fā)送、放大、線性化或轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一信號(hào)，供顯示儀器用。 ？不合格產(chǎn)品引起：信號(hào)失真 ？實(shí)物： 4）顯示裝置 也稱(chēng)測(cè)量終端，顯示可以是瞬量指示、累積量指示、越限和極限報(bào)擎等，也可以是相應(yīng)記錄顯示等。總體上顯示

6、方式有指示式、數(shù)字式和屏幕式。 ？顯示方式的優(yōu)缺點(diǎn)： ？各舉幾例：四.測(cè)量誤差1)絕對(duì)誤差測(cè)量值與被測(cè)量的真值之間的差：=xi-X0 X0 X0 = axax= x xa 2)相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差與真值的百分比: = 100%3)系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是在偏離規(guī)定條件或由于測(cè)量方法所引入的因素，按其確定規(guī)律所引起的誤差。當(dāng)偏離規(guī)定條件時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持恒定；當(dāng)測(cè)量條件改變量，按某一確定規(guī)律變化。?產(chǎn)生的原因與解決措施：4)隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差是在測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差 的絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化的誤差 。它可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)與概率論來(lái)進(jìn)行研究，可定其區(qū)間與出現(xiàn)的概率。 怎么辦：5)粗

7、大誤差粗大誤差是指超過(guò)規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。也稱(chēng)粗差、壞值、異常值。產(chǎn)生的原因系嚴(yán)重的偏離規(guī)定條件，如使用有缺陷的儀器，測(cè)量?jī)x器不正確，錯(cuò)誤讀取示值等。？怎么辦6)另外還有引用誤差、基本誤差和允許誤差0X五.測(cè)量精度1)精密度是指在一定條件下進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果彼此之間符合的程度。是隨機(jī)誤差的大小的表示。2)準(zhǔn)確度是指在規(guī)定條件下，在測(cè)量 中所有系統(tǒng)誤差的綜合。表示了系統(tǒng)誤差。3)精確度表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。是隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合表示。 (a) (b) (c)(a)隨機(jī)誤差小（精密度高），系統(tǒng)誤差大（準(zhǔn)確度小）；（b)隨機(jī)誤差大，系統(tǒng)誤差小；（c）隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差均小，精確度

8、高精密度高，精確度不一定高；精確度高，則精密度和準(zhǔn)確度都高。第三講 測(cè)量的基本知識(shí)（二）誤差處理 講授目的要求： 1.掌握等精度測(cè)量的數(shù)據(jù)處理 2.掌握間接測(cè)量的整理 3.對(duì)非等精度測(cè)量有所了解 4.隨機(jī)誤差的特性一.隨機(jī)誤差的特性1.等精度測(cè)量列是指用同一方法、同一儀表，對(duì)同一參數(shù)，進(jìn)行的多次測(cè)量值。2.最優(yōu)概值測(cè)量次數(shù)無(wú)限多時(shí)，就是真值;若有限次時(shí)近似等于真值 。 3.標(biāo)準(zhǔn)偏差 = =是指作為測(cè)量列中單次測(cè)得值的不可靠性的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)， 值愈大，測(cè)量值越來(lái)越分散，相對(duì)于真值，分散范圍越來(lái)越大，反之，分散范圍小。4.剩余誤差 由此，標(biāo)準(zhǔn)偏差公式為 = 此式稱(chēng)為貝塞爾公式 nxxnii1nn222

9、21nXxnniinniin12012)()(limlim121nn）0()(Xxxxiii5.隨機(jī)誤差的數(shù)據(jù)特征 對(duì)稱(chēng)性：對(duì)稱(chēng)于最優(yōu)概值 單峰性： 區(qū)域性（有限性）：在- , 區(qū)間，誤差的概率為0.683， 2區(qū)間誤差的概率為0.954，即95.4，在 3區(qū)間的概率為99.73 ，也就是測(cè)量次數(shù)在 3區(qū)間的概率為99.73 補(bǔ)償性：當(dāng)測(cè)量誤差趨于 時(shí)，測(cè)量次數(shù)與其對(duì)應(yīng)的誤差的乘積趨于零。y（）-+3=0.5=1=2y（）二.隨機(jī)誤差的處理(z)稱(chēng)為置信概率，置信度，置信限用 ？表示 ，置信區(qū)間用?，?表示，1- (z)稱(chēng)為置信水平。y(?)為概率密度。比如(3) = 0.49863，y(3

10、)=0.9973=99.73 1.分布公式： 概率密度函數(shù) 分布函數(shù) （一般所需）在 之間的概率 標(biāo)準(zhǔn)化隨機(jī)誤差的概率(式中Z=/ ) 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù))2exp(21)(22ydy)2exp(21)(22dy)2exp(21)(2202)2exp(22)(dzzyzdzzz02)2exp(21)( 2.隨機(jī)誤差處理步驟 求平均值-標(biāo)準(zhǔn)偏差-3 -把結(jié)果表達(dá)出來(lái)三.直接測(cè)量的數(shù)據(jù)整理例2-1對(duì)某場(chǎng)合溫度進(jìn)行十五次測(cè)量得測(cè)量值如表所示，求最優(yōu)概值及其誤差。 t( 序次12345678t()105.30104.94105.63105.24104.86104.97105.35105.16序次9101

11、112131415t()105.71104.70105.36105.21105.19105.21105.32CxxXCxXCCnCnCxnxxxxxxxniinii21. 021.105307. 021.10521. 0208. 00692. 03307. 00692. 015268. 027. 0268. 01150056. 1121.1051515.1578)32.10594.10430.105(1511maxmax121或測(cè)量結(jié)果表達(dá)為：最優(yōu)概值的極限誤差：最優(yōu)概值的標(biāo)準(zhǔn)偏差：測(cè)量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差：解：求最優(yōu)概值：步驟求平均值求列的標(biāo)準(zhǔn)偏差求平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差求平均值的極限誤差寫(xiě)出表達(dá)式 例2

12、-2：有一測(cè)量列為8.5，8.6，8.2，8.3，8.5，8.4，8.5，9.0 ，求這個(gè)數(shù)據(jù)。CttTCxXCCnCnCtntttxtttniinii2 . 04 . 816. 043. 832 . 04 . 832 . 01566. 00522. 03305. 00522. 07138. 014. 0138. 017)429. 85 . 8 ()429. 86 . 8 ()429. 85 . 8 (14 . 8429. 8759) 5 . 84 . 85 . 83 . 82 . 86 . 85 . 8 (711maxmax222121或 解：把9.0一數(shù)據(jù)剔除，有 求平均值求列的標(biāo)準(zhǔn)偏差求

13、平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差求平均值的極限誤差寫(xiě)出表達(dá)式四.間接測(cè)量的處理 間接測(cè)量是指形如Y=F(x,z,)的測(cè)量。Y是被測(cè)量，x、z是所測(cè)量，它們之間存在函數(shù)關(guān)系。間接測(cè)量誤差處理步驟如下：Y=F（x1，x2）,x10、x20, 1、2，x1，x2是自變量,x10、x20分別是x1，x2的最優(yōu)概值， 1、2分別是x1，x2的標(biāo)準(zhǔn)偏差。y0=F(x10，x20) 22222121)()(xyxyy=2221DD iixy稱(chēng)作自變量xi的相對(duì)部分誤差，記作Di,YDi稱(chēng)作自變量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，YDi=5，記作D0i=5%。Yy稱(chēng)作Y的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差，Yy=20iD若說(shuō)某測(cè)量誤差為5，則記作0y，則0y=若知

14、道測(cè)量次數(shù)，可求出y0的標(biāo)準(zhǔn)偏差和極限誤差。 最后寫(xiě)出Y的表達(dá)式例2-3：計(jì)算電阻R上功率P的標(biāo)準(zhǔn)誤差，已知測(cè)量出：I=10.0A，I =0.2A，R=10.0，R=0.1。 若已知測(cè)量次數(shù)為8，則p0 = 341.23/(8)0.5 = 43.73w 又知p0 = I2R = 10210 = 1000w故P=100043.73wP的相對(duì)誤差為43.73/1000 =4.37，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差為41.23/1000 = 4.12wIRIIIRRPIPIRPIRIPRIPRIRIRIP23.411 . 0102 . 0104104422222222224222222222）（）（得。代入標(biāo)準(zhǔn)誤差公式

15、，；，故因?yàn)榻猓豪?2-4 設(shè)計(jì)某換熱器傳熱系數(shù)K的測(cè)量系統(tǒng)已知某種換熱器的傳熱系數(shù)K可以用式子K=QF-1t-1計(jì)算(式中t 為兩種流體的對(duì)數(shù)平均溫差，F(xiàn)為換熱器的傳熱面積，Q為 換熱量）t 可以通過(guò)冷卻水與空氣兩種流體的進(jìn)出口溫度的測(cè)量，間接求得；Q可以通過(guò)冷卻水溫的改變量進(jìn)行計(jì)算，即Q=CW，為冷卻水的進(jìn)出口溫差。 則 K= CWF-1t-1由此可以間接測(cè)量K，先用誤差傳遞定律。有若要求K的測(cè)量誤差在5以?xún)?nèi)，即0K =5%，則測(cè)量系統(tǒng)必須符合這個(gè)要求，選擇各種測(cè)量?jī)x器是重要的一環(huán)。需要定出各自變量的允許誤差，進(jìn)而定出儀器的精度等各種規(guī)格。知D0C=0，其它先根據(jù)等作用原則可得D0=2.5

16、這樣不盡合理，假定D0和D0F降低到1，則可求得 D0W=D0t=3.4%這樣就可充分利用儀器設(shè)備而不必對(duì)水量和對(duì)數(shù)平均 溫差苛求了，提高了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和正確性。20202020200tFWCKDDDDD六.儀表的基本特性一）.測(cè)量?jī)x表的靜特性1.測(cè)量范圍 是指在允許誤差限內(nèi)測(cè)量?jī)x表的被測(cè)量值的范圍。L=XminXmax。2.準(zhǔn)確度等級(jí) 是根據(jù)測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級(jí)或級(jí)別。？它的作用規(guī)定：允許誤差去掉百分號(hào)的數(shù)值便是準(zhǔn)確度，也稱(chēng)精度。我國(guó)熱工儀表有15個(gè)等級(jí)序列，即0.005、0.01、0.02、（0.035）、0.04、0.05、0.1、0.2、（0.35）、0.5、1.0、

17、1.5、2.5、4.0、5.0，這就是精度等級(jí)。工業(yè)用測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)一般為0.5級(jí)以下。？0.51.0 ，精度等級(jí)0.5精度1.0，精度0.5高質(zhì)量于精度1.0 ？若知儀表基本誤差為1.4，則其允許誤差為1.5，精度等級(jí)為1.5。3.穩(wěn)定度幾種誤差 1.引用誤差 是指絕對(duì)誤差 與測(cè)量范圍上限值（下限值為零）或量程之比值，以百分?jǐn)?shù)表示。 公式為y = /Xm 100% 2.基本誤差 指測(cè)量范圍中最大的絕對(duì)誤差的絕對(duì)值和該儀表的測(cè)量上限或量程之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 公式為j =|max|/Xm 100% 3.允許誤差 是指對(duì)測(cè)量?jī)x表所允許的誤差界限，以百分?jǐn)?shù)表示。 y j yx 在選用儀表時(shí)，盡

18、可能選擇量程小的儀表，并使測(cè)量值在上限或量程的三分之二左右 （1）在測(cè)量中使用同一精度等級(jí)，量程又相同的儀表，那么引起儀表的絕對(duì)誤差與被測(cè)參數(shù)的數(shù)值大小無(wú)關(guān)。 （2）同一精度的儀表，如果量程 不等，則在測(cè)量中可能產(chǎn)生的絕對(duì)誤差是不同的。 （3）用戶(hù)不能 隨意給儀表升級(jí)使用，但可降級(jí)使用。 3.穩(wěn)定度 穩(wěn)定度是指在規(guī)定工作條件內(nèi)，測(cè)量?jī)x表某些性能隨時(shí)間保持不變的能力。它是由于儀表中之元件或環(huán)節(jié)的性能參數(shù)的隨機(jī)性變動(dòng)、周期性變動(dòng)和隨時(shí)間漂移等因素造成的。 4.靈敏度與靈敏限 靈敏度是表征測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)的量變化的反應(yīng)能力。K= Y/ X。而儀表靈敏限是儀表可察覺(jué)變化的被測(cè)的量的最小變化值 Xmin。

19、它表征了儀表響應(yīng)與輸自變量微小變化的能力。 5.線性度與變差 線性度用E表示為：E= y/Xm 100% 變差用 = yb/Xm 100%來(lái)表示，是正反行程的測(cè)量所產(chǎn)生的差值與測(cè)量范圍之比。二）.動(dòng)態(tài)特性 1.階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指儀表在輸入階躍信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)能否立即跟隨輸入信號(hào)變化的能力。若時(shí)間常數(shù)小，即慣性小，則階躍響應(yīng)好，儀表的動(dòng)態(tài)特性好。 時(shí)間常數(shù)是指在階躍信號(hào)作用下，輸出信號(hào)（或被調(diào)量）以最大速度變化到新穩(wěn)態(tài)值時(shí)所南需的時(shí)間。 2.頻率響應(yīng) 一般固有頻率高，儀表頻率特性好。yt1t0T作業(yè) Page181: 3.5.7. 補(bǔ)充1：在相同條件下有一組測(cè)量值：10.1、10.2、10.5、10.3、10.2、10.6、10.3 ，求這個(gè)溫度。 補(bǔ)充2：用畢托管測(cè)風(fēng)速，工作液體采用水，其密度為1000 Kg/m3，空氣密度為1.29Kg/m3，求所測(cè)風(fēng)速是多少。已知水柱高度數(shù)據(jù)為：12.6