建筑环境测试技术课件.ppt

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1、唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 Building Energy Efficiency Building Energy Efficiency TechnologyTechnology建筑环境与设备工程专业建筑环境与设备工程专业2007级级建筑环境测试技术建筑环境测试技术课程教案课程教案建筑环境测试技术建筑环境测试技术Building Environment Building Environment Measurement TechnologyMeasurement Technology唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 课程简介课程简介课程性质课程性质：专业基础课：专业基础课总课时总课时：3

2、232课时课时学分学分：2 2学分学分考核方式考核方式：平时考勤占：平时考勤占40%40%，期末考试（，期末考试（闭闭卷卷）占）占60%60%唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 学习目的学习目的通过对建筑环境与设备工程专业常见物理通过对建筑环境与设备工程专业常见物理参数（温度、湿度、压力、流速、流量、参数（温度、湿度、压力、流速、流量、热量等）的测量原理、测量仪器、使用方热量等）的测量原理、测量仪器、使用方法、注意事项等内容的学习，了解、熟悉法、注意事项等内容的学习，了解、熟悉和掌握建筑环境测控系统的基本组成、设和掌握建筑环境测控系统的基本组成、设计方法，以及仪器、仪表的选择等相关知计方法，以

3、及仪器、仪表的选择等相关知识，为今后工作中，设计开发相关实验装识，为今后工作中，设计开发相关实验装置和工程监测与控制系统，奠定专业基础。置和工程监测与控制系统，奠定专业基础。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 基本要求基本要求了解测量的基本知识，掌握测量误差及数据了解测量的基本知识，掌握测量误差及数据处理方法；处理方法；掌握温度测量、湿度测量、压力测量、流量掌握温度测量、湿度测量、压力测量、流量测量、以及热流与热量测量的基本原理、测量、以及热流与热量测量的基本原理、方法和仪器，掌握各种测试仪表的选择、方法和仪器，掌握各种测试仪表的选择、应用与标定方法；应用与标定方法；熟悉自动控制与测量系统的基

4、本设计方法和熟悉自动控制与测量系统的基本设计方法和相关实验方案设计；相关实验方案设计；了解智能测量系统的原理与基本组成；了解智能测量系统的原理与基本组成；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 参考书目参考书目1.1.方修睦、姜永成、张建利方修睦、姜永成、张建利.建筑环境测建筑环境测试技术试技术.建筑工业出版社建筑工业出版社,2003,82003,8.2.2.王智伟、杨振耀王智伟、杨振耀.建筑环境与设备工程建筑环境与设备工程实验及测试技术实验及测试技术.科学出版社科学出版社,2004,2,2004,2.3.3.张子慧、黄翔、张景春张子慧、黄翔、张景春.制冷空调自动制冷空调自动控制控制.科学出版社科

5、学出版社,1999,1999.4.4.刘国林刘国林.建筑物自动化系统建筑物自动化系统.机械工业机械工业出版社出版社,2002,2002.唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 课程重要性课程重要性实例（一）实例（一）地面市委大楼地下机房集水器分水器水源热泵风机盘管水泵人民大厦大剧院P1P2P3P4当时的症状：当时的症状：1、开机后，室内温度没有升高；、开机后，室内温度没有升高；2、水泵噪声较大；、水泵噪声较大；怀疑：怀疑：1、系统水未充满；、系统水未充满；2、系统排空不够；、系统排空不够；3、水泵压力不够；、水泵压力不够；去人工湖来自人工湖P6P5唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 课程重要性课程

6、重要性实例（二）实例（二）表冷器表冷器空气处理机组P1P2P3P4ABCD泵1泵2泵3间接蒸发冷水机组填料阀1阀2阀3唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 Building Energy Efficiency Building Energy Efficiency TechnologyTechnology建筑环境与设备工程专业建筑环境与设备工程专业2007级级建筑环境测试技术建筑环境测试技术课程教案课程教案第一章第一章 测量的基础知识测量的基础知识Building Environment Building Environment Measurement TechnologyMeasurement

7、Technology主讲：郝小礼主讲：郝小礼20102010年年1010月月唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 1.1 测量的定义测量的定义测测量量就就是是利利用用实实验验手手段段，把把待待测测量量与与已已知知的的同同性性质质的的标标准准量量进进行行直直接接或或间间接接地地比比较较，将将已已知知量量作作为为计计量量单单位位，确确定定两两者者的的比比值值，从而得到被测量量值的过程。从而得到被测量量值的过程。L=X/U测测量量需需要要有有同同性性质质的的标标准准量量；标标准准量量应应该该是是国国际际或或国国家家公公认认的的，且且性性能能稳稳定定、易易于于复复现现测量结果需要给出测量结果需要给出单位

8、单位；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量单位测量单位每一个测量值都应有一定的单位，单纯说每一个测量值都应有一定的单位，单纯说某一个数值是没有意义的。某一个数值是没有意义的。【例如例如】：某同学身高：某同学身高1.751.75我身高1.75米我身高1.75厘米好帅的小伙子好帅的小伙子好可爱的卡通好可爱的卡通唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 单位制单位制单位分为单位分为标准单位标准单位和和非标准单位非标准单位，标准单，标准单位分为位分为基本单位基本单位和和导出单位导出单位。7 7个基本单位：个基本单位：长度单位：米（长度单位：米（m m）；）；时间单位：秒（时间单位：秒（s s）；）；质量

9、单位：千克（质量单位：千克（kgkg）；）；电流单位：安培（电流单位：安培（A A）；）；热力学温度单位：开尔文（热力学温度单位：开尔文（K K）；）；发光强度单位：坎德拉（发光强度单位：坎德拉（cdcd）；）；物质的量的单位：摩尔（物质的量的单位：摩尔（molmol）；）；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 单位制单位制导出单位导出单位：基本单位根据定义、定律及其：基本单位根据定义、定律及其它函数关系派生出来的单位称为导出单位。它函数关系派生出来的单位称为导出单位。【例如例如】：力的单位：牛顿力的单位：牛顿 N=kgm/sN=kgm/s2 2 压强单位：帕斯卡压强单位：帕斯卡 Pa=N/mP

10、a=N/m2 2=kgm/s=kgm/s2 2mm2 2=kg/ms=kg/ms2 2唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 单位制单位制工程单位：非标准单位，但在工程中经常工程单位：非标准单位，但在工程中经常使用。使用。【例如例如】压强单位在工程中经常有以下一些：压强单位在工程中经常有以下一些：公斤力：公斤力：kg/cmkg/cm2 2；巴：巴：barbar；毫巴：毫巴：mmbarmmbar；兆帕：兆帕：MPaMPa;米水柱：米水柱：mHmH2 2O O；毫米水柱：毫米水柱：mmHmmH2 2O O；毫米汞柱：毫米汞柱：mmHgmmHg唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 1.2 测量方法分类测量

11、方法分类按测量手段的不同，可分为：按测量手段的不同，可分为：直接测量直接测量：直接用测量仪表读取测量结果；：直接用测量仪表读取测量结果；间接测量间接测量：利用直接测量的结果，通过某：利用直接测量的结果，通过某种函数关系，计算求得被测量；种函数关系，计算求得被测量；组合测量组合测量：通过改变测量条件，进行多次：通过改变测量条件，进行多次测量，根据测量未知量之间的函数关系，测量，根据测量未知量之间的函数关系，列出方程组求解而得到被测量值；列出方程组求解而得到被测量值；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 1.2 测量方法分类测量方法分类按比较方式的不同可分为：按比较方式的不同可分为：偏偏差差法法：用

12、用仪仪表表指指针针指指示示偏偏离离零零位位的的大大小小，来指示测量结果的大小；来指示测量结果的大小；零零位位法法：用用指指零零仪仪表表指指示示被被测测量量与与标标准准量量相等，即可由标准量知道被测量；相等，即可由标准量知道被测量；微微差差法法：通通过过测测量量被被测测量量与与标标准准量量之之间间的的微小差值，然后计算得到被测量：微小差值，然后计算得到被测量：=X-S=X-S X=X=S+S+1.1.需要有可调的标准量；需要有可调的标准量；2.2.需要有精确的示零仪表；需要有精确的示零仪表；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量方法选择原则测量方法选择原则被测量本身的特性；被测量本身的特性；测

13、量所需要的精度；测量所需要的精度；测量环境；测量环境；现有测量设备；现有测量设备；好的测量结果取决于：好的测量结果取决于：选择正确测量方法、选择正确测量方法、选择正确测量仪器、正确的测量操作、正选择正确测量仪器、正确的测量操作、正确的数据处理确的数据处理不一定是越精确的测量仪器，测量的结果就不一定是越精确的测量仪器，测量的结果就越好！越好！唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 与测量有关的几个概念与测量有关的几个概念u静态测量与动态测量静态测量与动态测量静态测量静态测量：测量过程中，被测量被认为是：测量过程中，被测量被认为是固定不变固定不变的；的；动态测量动态测量：测量量：测量量随时间发生变化随

14、时间发生变化；严格地讲，任何测量都是动态的，但当测严格地讲，任何测量都是动态的，但当测量量的变化相对于测量速度来说，是十分量量的变化相对于测量速度来说，是十分缓慢的，就可认为是静态测量；缓慢的，就可认为是静态测量；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 与测量有关的几个概念与测量有关的几个概念u等精度测量与不等精度测量等精度测量与不等精度测量等等精精度度测测量量是是指指在在测测量量过过程程中中，测测量量仪仪表表、测测量量方方法法、测测量量条条件件和和操操作作人人员员等等都都保保持持不不变变。因因此此，对对同同一一被被测测量量进进行行的的多多次次测测量量结结果果，可可认认为为具具有有相相同同的的信信

15、赖赖程程度度，应应按同等原则对待；按同等原则对待；不不等等精精度度测测量量是是指指测测量量过过程程中中测测量量仪仪表表、测测量量方方法法、测测量量条条件件或或操操作作人人员员等等中中某某一一因因素素或或某某几几个个因因素素发发生生变变化化，使使得得测测量量结结果果的的信信赖赖程程度度不不同同。对对不不等等精精度度测测量量的的数数据应按不等精度原则进行处理；据应按不等精度原则进行处理；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 1.3 测量仪表与测量系统测量仪表与测量系统测量仪表：将被测量转换成可供直接观察测量仪表：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。的指示值或等效信息的器具。测量仪表分

16、为：测量仪表分为：模拟式模拟式：对连续变化的被测物理量（模拟：对连续变化的被测物理量（模拟量）直接进行连续测量、显示和记录的仪量）直接进行连续测量、显示和记录的仪表，输出的是表，输出的是连续的模拟信号连续的模拟信号；数字式数字式：将被测的模拟量首先转换成数字：将被测的模拟量首先转换成数字量，再对数字量进行测量的仪表，输出的量，再对数字量进行测量的仪表，输出的是是不连续的数字信号不连续的数字信号，读数准确、客观，读数准确、客观，易于与计算机实现通信；易于与计算机实现通信；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 仪表的功能仪表的功能变换功能变换功能：根据被测量的某种效应，将其：根据被测量的某种效应，将

17、其特化为另一种较易测量的物理量，对该物特化为另一种较易测量的物理量，对该物理量进行测量，得到被测量的大小；理量进行测量，得到被测量的大小；传输功能传输功能：将测量结果从测量点传输到使：将测量结果从测量点传输到使用点；用点；传输过程中应尽量减少信号的失真传输过程中应尽量减少信号的失真及环境干扰；及环境干扰；显示功能显示功能：测量结果须以某种方式显示出：测量结果须以某种方式显示出来才有意义，常用的有指针指示的仪表盘，来才有意义，常用的有指针指示的仪表盘，有的通过数码管、液晶管来显示；有的通过数码管、液晶管来显示；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量仪表的主要指标测量仪表的主要指标准确度：测量结

18、果与被测量真值之间的一准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度，准确度包括正确度和精密度两个致程度，准确度包括正确度和精密度两个指标；指标；A A：既不精密，又不正确：既不精密，又不正确 B B：正确但不精密正确但不精密 C C：精密但不正确精密但不正确 D D：准确（即精密又正确）准确（即精密又正确）唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量仪表的主要指标测量仪表的主要指标准准确确度度等等级级数数：用用圆圆整整仪仪表表的的最最大大引引用用误误差差（满满度度相相对对误误差差）去去掉掉%后后的的数数字字表表示示。按按照照国国际际法法制制计计量量组组织织（OIMIOIMI）建建议议书书.34.34

19、的的推推荐荐，仪仪表表的的准准确确度度等等级级采采用用以以下下数数 字字：110110n n、1.5101.510n n、1.6101.610n n、210210n n、2.5102.510n n、310310n n、410410n n、510510n n和和610610n n，其其中中n n=1=1、0 0、-1-1、-2-2、-3-3等等。上上述述数数列列中中禁禁止止在在一一个个系系列列中中同同时时选选用用1.5101.510n n和和1.6101.610n n，310310n n也也只只有有证证明明必必要和合理时才采用。要和合理时才采用。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量仪表的主要

20、指标测量仪表的主要指标测量范围和量程测量范围和量程：选择测量仪表的量程时，：选择测量仪表的量程时，应最好使测量值落在量程的应最好使测量值落在量程的2/32/33/43/4处；处；灵敏度灵敏度：表示：表示测量仪表对被测量变化的反测量仪表对被测量变化的反应能力应能力，定义为：当输入量变化很小时，定义为：当输入量变化很小时，测量系统输出量的变化与引起这种变化的测量系统输出量的变化与引起这种变化的相应输入量的变化之比值；相应输入量的变化之比值；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量仪表的主要指标测量仪表的主要指标迟滞误差迟滞误差线性度线性度：唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 测量系统的组成测量系统

21、的组成传感器传感器变送器变送器传输元件传输元件显示装置显示装置xy感受被测参感受被测参量的变化，量的变化，并按照一定并按照一定规律将其转规律将其转换成一个相换成一个相应的便于传应的便于传递的输出信递的输出信号；号；将传感器传将传感器传来的微弱信来的微弱信号经某种方号经某种方式的处理式的处理,变换成测量变换成测量显示所要求显示所要求的信号；的信号；建立各测量建立各测量环节输入、环节输入、输出信号之输出信号之间的联系；间的联系；实现对被实现对被测参数数测参数数值的指示、值的指示、记录，记录，唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 1.4 关于计量的概念关于计量的概念问题：问题：如何保证使用某一仪表对一

22、被测量进行测如何保证使用某一仪表对一被测量进行测量的结果是准确的？量的结果是准确的？如何保证不同仪表对同一被测量所测量的如何保证不同仪表对同一被测量所测量的结果是一致的？结果是一致的？l计量的概念：计量的概念：计量是一种特殊的测量，它是用更高计量是一种特殊的测量，它是用更高标准的测量仪表，对低级测量仪表进行检标准的测量仪表，对低级测量仪表进行检定、校准的过程；定、校准的过程；计量具有计量具有国家强制性（度量衡）国家强制性（度量衡）唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 本章复习思考题本章复习思考题测量的定义与测量方法分类。测量的定义与测量方法分类。测量仪表有那两种类型？测量仪表有那两种类型？测量仪

23、表的基本功能有哪些测量仪表的基本功能有哪些?测量系统由哪几个测量系统由哪几个环节组成？环节组成？精密度、正确度与准确度之间的关系。精密度、正确度与准确度之间的关系。计量的基本概念。计量的基本概念。基本单位、导出单位与工程单位有哪些？基本单位、导出单位与工程单位有哪些？测量结果的准确性与那些因素有关？对于任何测测量结果的准确性与那些因素有关？对于任何测量，是不是测量仪表越精确越好？量，是不是测量仪表越精确越好？唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 Building Energy Efficiency Building Energy Efficiency TechnologyTechnology建筑

24、环境与设备工程专业建筑环境与设备工程专业2007级级建筑环境测试技术建筑环境测试技术课程教案课程教案第二章第二章 测量误差分析与处理测量误差分析与处理Building Environment Building Environment Measurement TechnologyMeasurement Technology主讲：郝小礼主讲：郝小礼20102010年年1010月月唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.1 误差的定义与表示方法误差的定义与表示方法由于由于测量器具不标准、测量手段不完善、测量器具不标准、测量手段不完善、测量环境的干扰、操作不熟练测量环境的干扰、操作不熟练等原因，都等原

25、因，都会使得测量值与真实值不同，这种会使得测量值与真实值不同，这种测量值测量值与真实值之间的差异，称为测量误差与真实值之间的差异，称为测量误差。测量误差的存在具有测量误差的存在具有普遍性与必然性普遍性与必然性；不能不能消除消除误差，只能误差，只能减少减少误差；误差；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.1.1 与测量误差相关的几个概念与测量误差相关的几个概念真实值真实值（A A0 0）：物理量的客观大小；）：物理量的客观大小；约定值约定值（A AS S）：国家规定的一种标准；）：国家规定的一种标准；实际值实际值（A A）：又称相对真值，在每一次标）：又称相对真值，在每一次标定中，都将用上一级

26、标准所测量的值，当定中，都将用上一级标准所测量的值，当做无误差的值，或者叫做实际值。做无误差的值，或者叫做实际值。标称值标称值：测量器具上标定的数值，称为标：测量器具上标定的数值，称为标称值。称值。示值示值（X X）：由测量器具所指示的被测量的）：由测量器具所指示的被测量的大小，称为器具的示值，或称作测量值。大小，称为器具的示值，或称作测量值。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.1.2 误差的表示方法误差的表示方法1.1.绝对误差绝对误差绝对误差为：绝对误差为：xx=x=xA A0 0 xx =x=xA A注意：注意：绝对误差有单位绝对误差有单位可正可负可正可负只能表示绝对大小，不能表示相

27、对大小只能表示绝对大小，不能表示相对大小唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.1.2 误差的表示方法误差的表示方法2.2.相对误差相对误差实际相对误差：实际相对误差：示值相对误差：示值相对误差：满度相对误差（最大引用误差）：满度相对误差（最大引用误差）：满度相对误差用于表示仪表的准确度等级满度相对误差用于表示仪表的准确度等级唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 用用仪仪表表的的最最大大引引用用误误差差（满满度度相相对对误误差差）去去掉掉%后后的的数数字字，表表示示仪仪表表的的准准确确度度等等级级。国国际际推推荐荐的的仪仪表表的的准准确确度度等等级级采采用用以以下下数数字字：110110n n、

28、1.5101.510n n、1.6101.610n n、210210n n、2.5102.510n n、310310n n、410410n n、510510n n和和610610n n，其其中中n n=1=1、0 0、-1-1、-2-2、-3-3等等。上上述述数数列列中中禁禁止止在在一一个个系系列列中中同同时时选选用用1.5101.510n n和和1.6101.610n n，310310n n也也只只有有证证明明必必要要和和合合理理时才采用。时才采用。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 Which is better现现有有准准确确度度等等级级为为0.50.5级级、测测量量范范围围为为0 03

29、00300和和准准确确度度等等级级为为1.01.0级级、测测量量范范围围为为0 0100100的的两两种种温温度度计计，想想要要用用来来测测量量普普通通热热水水供供暖暖系系统统的的回回水水温温度度，问问选选用用哪哪一一种种温度计会更好些？温度计会更好些？计算结果表明：计算结果表明：仪表并不是越精确越好；仪表并不是越精确越好；在在满满足足测测量量范范围围要要求求的的前前提提下下，尽尽量量选选用用量量程小的仪表；程小的仪表；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2 误差的分类误差的分类1 1系统误差系统误差1.1.定定义义：在在多多次次等等精精度度测测量量同同一一恒恒定定量量值值时时，误误差差的

30、的绝绝对对值值和和符符号号保保持持不不变变（恒恒值值系系统统误误差差），或或者者条条件件发发生生改改变变时时，误误差差呈呈现现某某种种变变化化规规律律（变变值值系系统统误误差差），这这种种误误差称为差称为系统误差系统误差。2.2.特点特点：只要测量条件不变，误差也不变；只要测量条件不变，误差也不变；用多次测量取平均值的方法不能消除系统用多次测量取平均值的方法不能消除系统误差；误差；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2 误差的分类误差的分类3.3.产生的原因产生的原因测量仪器原理上的缺陷；测量仪器原理上的缺陷；测量环境条件与仪表所要求的环境条件不测量环境条件与仪表所要求的环境条件不同；同；

31、方法或公式的近似造成的误差方法或公式的近似造成的误差人员估计时，偏向于某一方造成的误差人员估计时，偏向于某一方造成的误差唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2 误差分类误差分类2 2随机误差随机误差1.1.定义：又称偶然误差，是指对同一恒定值进行定义：又称偶然误差，是指对同一恒定值进行多次多次等精度测量等精度测量时，其误差时，其误差大小和符号无规则大小和符号无规则变化变化，这种误差称为，这种误差称为随机误差随机误差。这里所讲的无规则是指单次测量的，对于多次这里所讲的无规则是指单次测量的，对于多次测量，它呈现一定的统计规律。测量，它呈现一定的统计规律。真实值上界限下界限测量结果唯实惟新唯实惟

32、新 至诚致志至诚致志 2.2 误差分类误差分类2.2.特点：特点：有界性有界性：其值随机波动，但有一定的界限；：其值随机波动，但有一定的界限；对称性对称性：正、负误差出现的机会几乎相等；：正、负误差出现的机会几乎相等；趋趋零零性性：无无限限次次测测量量时时，随随机机误误差差的的算算术术平平均均值趋近于值趋近于0 0；单单峰峰性性：分分布布上上具具有有单单峰峰性性。绝绝对对值值小小的的误误差差出出现现的的概概率率大大，绝绝对对值值大大的的误误差差出出现现的的概概率率小小，零误差出现的概率最大；零误差出现的概率最大；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2 误差分类误差分类3.产生的原因产生的原

33、因仪器本身的随机噪声（接触不良、摩擦）仪器本身的随机噪声（接触不良、摩擦）环境的无规则变化环境的无规则变化人体感官的随机性、不确定性人体感官的随机性、不确定性唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2 误差分类误差分类3 3粗大误差粗大误差1.1.定义定义：测量值明显地偏离实际值所形成的误差，：测量值明显地偏离实际值所形成的误差，也称作疏失误差。也称作疏失误差。2.2.产生的原因产生的原因 测量方法不当或错误测量方法不当或错误操作人员的疏失或失误操作人员的疏失或失误测量条件的突然变化测量条件的突然变化3.3.处理方法处理方法：含有粗大误差的测量值称为：含有粗大误差的测量值称为坏值坏值，应当将其

34、从测量结果中应当将其从测量结果中剔除剔除。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.3 随机误差随机误差1随机误差的分布规律随机误差的分布规律大量的统计表明，大多数测量的随机误大量的统计表明，大多数测量的随机误差都服从差都服从正态分布规律正态分布规律。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.3.1 测量的两个统计量测量的两个统计量1.测量的数学期望测量的数学期望测量的真实值测量的真实值唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.3.1 测量的两个统计量测量的两个统计量2.测量的方差测量的方差方差是方差是误差平方的期望误差平方的期望，反映这测量值在，反映这测量值在真实值周围的真实值周围的散布程度散布程

35、度。方差的单位是测量单位的平方，为了使单方差的单位是测量单位的平方，为了使单位一致，使用位一致，使用标准差标准差来表示来表示：唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 那种测量的标准差更大那种测量的标准差更大越大，曲线越平坦，数据越分散，精密度越差。越大，曲线越平坦，数据越分散，精密度越差。越小，曲线越陡峭，数据越集中，精密度越好。越小，曲线越陡峭，数据越集中，精密度越好。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.3.2 概率积分概率积分根据统计知识：根据统计知识：落在落在之外的概率很小，只有之外的概率很小，只有0.3%0.3%称为称为极限误差极限误差，用于判断是否存在坏值，用于判断是否存在坏值 唯实

36、惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2 2有限次测量的随机误差有限次测量的随机误差1.1.设对被测量设对被测量x x进行进行n n（有限）次等精度测（有限）次等精度测量：量：x x1 1、x x2 2、x x3 3x xn n子样平均值子样平均值：子样方差子样方差：趋于趋于当当n n趋于无穷大时，趋于无穷大时，趋于趋于，唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.2.有限次测量时的真值估计值有限次测量时的真值估计值如果一列子样容量为如果一列子样容量为n n的等精度测定值的等精度测定值 服从正态分布，则可以根据该列测定值提供的服从正态分布，则可以根据该列测定值提供的信息，利用最大似然估计方法来估计被测量

37、的信息，利用最大似然估计方法来估计被测量的真值真值数学证明，测定值子样的数学证明，测定值子样的算术平均值算术平均值是被是被测量测量真值的最佳估计值真值的最佳估计值 唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 2.3.3 测量子样平均值的均方差测量子样平均值的均方差测定值子样平均值测定值子样平均值 是一个随机变量，亦服从正是一个随机变量，亦服从正态分布，其方差为：态分布，其方差为：均方根误差：均方根误差：测定值子样平均值的均方根误差是测定值母体均测定值子样平均值的均方根误差是测定值母体均方根误差的方根误差的 倍。因此，倍。因此，在等精度测量条件下在等精度测量条件下对某一被测量进行多次测量，用测定值子样平

38、均对某一被测量进行多次测量，用测定值子样平均值估计被测量真值比用单次测量测定值估计具有值估计被测量真值比用单次测量测定值估计具有更高的精密度更高的精密度。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.有限次测量时的均方根误差估计值有限次测量时的均方根误差估计值数学证明，测定子样方差数学证明，测定子样方差 是母体方差是母体方差 的最大似然估计值，但却是的最大似然估计值，但却是有偏的有偏的。的的无偏估计无偏估计为：为：均方根误差的估计值为均方根误差的估计值为 唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 4.测量结果的表达式测量结果的表达式以测量结果的平均值表示以测量结果的平均值表示以单次测量结果表示以单次测

39、量结果表示测量结果测量结果=子样平均值子样平均值 置信区间半长（置信概率置信区间半长（置信概率P P=？）？）测量结果测量结果=单次测定值单次测定值置信区间半长（置信概率置信区间半长（置信概率P=P=？）？）唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 用标准误差作为置信区间半长用标准误差作为置信区间半长用极限误差作为置信区间半长用极限误差作为置信区间半长测量结果测量结果=单次测定值单次测定值 标准误差标准误差 （P P=68.3%=68.3%）测量结果测量结果=子样平均值子样平均值 标准误差标准误差 （P=68.3%P=68.3%）测量结果测量结果=单次测定值单次测定值 极限误差极限误差 （P P=9

40、9.7%=99.7%）测量结果测量结果=子样平均值子样平均值 极限误差极限误差 （P=99.7%P=99.7%）唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 注意注意：以上分析都是基于测量子样误差服：以上分析都是基于测量子样误差服从从正态分布规律假设正态分布规律假设基础上的，当子样样基础上的，当子样样本数本数n n较大时，能够基本满足以上假设，但较大时，能够基本满足以上假设，但当当n n较小时，按照正态分布假设计算的结果较小时，按照正态分布假设计算的结果会会偏好偏好，会，会夸大测量的精密度夸大测量的精密度。对于。对于小子小子样的误差分析样的误差分析（n10nNB接触电势接触电势:唯实惟新唯实惟新 至诚致

41、志至诚致志 温差电势（汤姆逊电势）温差电势（汤姆逊电势）TT0TT0+-温差电势温差电势:唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 闭合回路中的总电势闭合回路中的总电势ABEAB(T0)EAB(T)TT0EB(T,T0)EA(T,T0)ABEAB(T0)EAB(T)TT0EB(T,T0)EA(T,T0)TT0NANB（请同学们自己证明）（请同学们自己证明）唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 如果让如果让 固定，则固定，则 T T的单值函数，存在一一对应关系的单值函数，存在一一对应关系由此可见，当由此可见，当保持热电偶冷端温度保持热电偶冷端温度 不变时不变时，只要用，只要用仪表仪表测得热电势测得热电势

42、 ，就可，就可求得被测温度求得被测温度T T。国际温标规定：在国际温标规定：在 =0=0时，用实验的方法测出各时，用实验的方法测出各种不同热电极组合的热电偶在不同的工作温度下所产种不同热电极组合的热电偶在不同的工作温度下所产生的热电势值，并制成一张张表格，这就是常说的生的热电势值，并制成一张张表格，这就是常说的分分度表度表，平时通过查分度表，就可确定温度值；，平时通过查分度表，就可确定温度值；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.2 分度表的使用分度表的使用镍铬镍铬-镍硅热电偶分度表镍硅热电偶分度表 T=360唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 关于热电偶的几点结论：关于热电偶的几点结论

43、：不同材质不同材质的导体皆可组成热电偶的导体皆可组成热电偶热电偶热电势的大小仅与两端点的热电偶热电势的大小仅与两端点的温度温度有关，有关，与热电极与热电极尺寸、形状尺寸、形状无关无关热电偶用作测温时，参考点的温度必须热电偶用作测温时，参考点的温度必须固定固定唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用 1.均质导体定律均质导体定律由由同种均质材料同种均质材料组成的热电偶，不论其组成的热电偶，不论其截截面积、长度、形状面积、长度、形状以及各处的以及各处的温度分布温度分布如如何，都何，都不能产生热电势不能产生热电势。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚

44、致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用推论推论热电偶必须由两种热电偶必须由两种不同性质的材料不同性质的材料组成；组成；热电势仅取决于组成热电偶的热电势仅取决于组成热电偶的材料材料、热端和热端和冷端温度冷端温度，而与热电偶的，而与热电偶的几何形状、尺寸几何形状、尺寸大小和沿电极温度分布无关大小和沿电极温度分布无关。由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如果回路中产生热电势，则说明该材料是果回路中产生热电势，则说明该材料是不不均匀的均匀的l应用应用用于用于检查热电极材料均匀性检查热电极材料均匀性唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.

45、3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用2.参考电极定律参考电极定律两种导体两种导体A A、B B分别与参考电极分别与参考电极C C（或称标（或称标准电极）组成热电偶，如果它们所产生的准电极）组成热电偶，如果它们所产生的热电势为已知，那么，热电势为已知，那么，A A与与B B两个热电极配两个热电极配对后组成热电偶的热电势为：对后组成热电偶的热电势为：唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用应用应用参考电极定律为参考电极定律为制造和使用不同材料的热电制造和使用不同材料的热电偶奠定了理论基础偶奠定了理论基础。现实中，可采用同一

46、。现实中，可采用同一参考电极与各种不同材料组成热电偶，先参考电极与各种不同材料组成热电偶，先测试其热电特性，然后再利用这些特性组测试其热电特性，然后再利用这些特性组成各种配对的热电偶，这是研究、测试热成各种配对的热电偶，这是研究、测试热电偶的通用方法。工程实践中，常采用铂电偶的通用方法。工程实践中，常采用铂丝作为参考电极。丝作为参考电极。唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用3.中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要与在热电偶回路中接入第三种导体，只要与第三种导体相连接的两接点温度相同，则第三种导体相连接的两接点温度

47、相同，则接入第三种导体后，对热电偶回路中的总接入第三种导体后，对热电偶回路中的总电势没有影响电势没有影响TABCT0T0ABCDEFT1T1T1T1T2T2六种不同的导体组成如图回路，六种不同的导体组成如图回路，写出回路中总的热电势。写出回路中总的热电势。?唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用应用应用：为在热电偶闭合回路中接入各种仪表、连接为在热电偶闭合回路中接入各种仪表、连接导线等提供理论依据导线等提供理论依据可采用开路热电偶（即热电偶的热端开路），可采用开路热电偶（即热电偶的热端开路），测量液态金属或金属壁面的温度测量液态金属或金

48、属壁面的温度 TABT0T0唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用4.中间温度定律中间温度定律在热电偶回路中，两接点温度分为在热电偶回路中，两接点温度分为 时时的热电势，等于该热电偶在两接点温度分的热电势，等于该热电偶在两接点温度分别为别为 和和 时相应热电势的代数和，即时相应热电势的代数和，即ABABABTTnTo唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.3 热电偶的基本定律及其应用热电偶的基本定律及其应用应用应用为在热电偶回路中应用为在热电偶回路中应用补偿导线补偿导线提供了理提供了理论依据论依据为制定和使用热电偶为制定和使用热电偶

49、分度表分度表奠定了基础奠定了基础唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.4 热电偶冷端温度的处理方法热电偶冷端温度的处理方法问题问题热电偶只有在热电偶只有在冷端温度保持不变冷端温度保持不变时，热电时，热电势才是热端温度的单值函数，如果冷端温势才是热端温度的单值函数，如果冷端温度不能保持恒定，不能测量出热端温度；度不能保持恒定，不能测量出热端温度；测量现场测量现场环境温度难以保持稳定环境温度难以保持稳定，时刻发，时刻发生变化；生变化；怎么办怎么办？唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.4 热电偶冷端温度的处理方法热电偶冷端温度的处理方法1.冷端恒温法冷端恒温法：为测量提供一个人工恒温环

50、：为测量提供一个人工恒温环境境冰点槽法冰点槽法恒温箱法恒温箱法TAB冰槽唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致志 3.3.4 热电偶冷端温度的处理方法热电偶冷端温度的处理方法2.补偿导线法补偿导线法在实际应用中，热电偶的长度一般有限，在实际应用中，热电偶的长度一般有限，因而参考端离被测对象很近，易受热源影因而参考端离被测对象很近，易受热源影响，难以保持恒定；响，难以保持恒定；热电偶的输出信号要传至数十米以外的控热电偶的输出信号要传至数十米以外的控制室里；制室里；工业装置上使用的热电偶一般都有固定结工业装置上使用的热电偶一般都有固定结构，不能随意延长；构，不能随意延长；唯实惟新唯实惟新 至诚致志至诚致