热工测试技术0概述课件.ppt

1、1Measuring Technique For Thermal and Power Engineeringu教材：教材：严兆大主编，热能与动力工程测试技术（第严兆大主编，热能与动力工程测试技术（第2版），机械工业出版社版），机械工业出版社教材与参考书推荐u参考书目：参考书目：u严兆大主编，内燃机测试技术，浙江大学出版社；严兆大主编，内燃机测试技术，浙江大学出版社；u郑正泉等编，热能与动力工程测试技术，华中科技大学出版社；郑正泉等编，热能与动力工程测试技术，华中科技大学出版社；u吴永生等编，热工测量及仪表吴永生等编，热工测量及仪表(第第2版版)，中国电力出版社；，中国电力出版社；u吕崇德主编，

2、热工参数测量与处理吕崇德主编，热工参数测量与处理 （第（第2版），清华大学出版社版），清华大学出版社.2课程简介3n课程性质课程性质 是热能与动力工程专业的技术基础课。是热能与动力工程专业的技术基础课。是是一门与动力机械工程、精密仪器、材料科学、一门与动力机械工程、精密仪器、材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。的学科。 n课程目的课程目的 培养学生解决实际工程测量问题的能力。培养学生解决实际工程测量问题的能力。只有通只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的实际过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的实际动手能力和更好的掌握书本

3、知识。动手能力和更好的掌握书本知识。课程简介4n课程主要内容：课程主要内容：F测量仪器的基础知识、误差分析理论和传感器原测量仪器的基础知识、误差分析理论和传感器原理等；理等；F热能与动力机械工程领域的各个主要参数的测量热能与动力机械工程领域的各个主要参数的测量方法、测试系统、所用仪表原理及测试结果分析，方法、测试系统、所用仪表原理及测试结果分析，包括包括温度、压力、转速和功率、流速、流量、液温度、压力、转速和功率、流速、流量、液位、气体成分分析、振动、噪声位、气体成分分析、振动、噪声等参数。等参数。n教学方式：教学方式： 理论教学：理论教学：5 5第一章 概述 第一节第一节 热能与动力工程测试

4、技术概述热能与动力工程测试技术概述 第二节第二节 测量的基本概念测量的基本概念 第三节第三节 测量仪器的组成与分类测量仪器的组成与分类 第四节第四节 测量仪器的主要性能指标测量仪器的主要性能指标 第五节第五节 现代计算机测试技术与系统简述现代计算机测试技术与系统简述6测量的意义l测量过程是测量过程是采集和表达被测物理量采集和表达被测物理量，同时与标准作，同时与标准作比较。比较。 l测量是人类对自然界的客观事物取得测量是人类对自然界的客观事物取得数量观念数量观念的一的一种认识过程（日常生活中的种认识过程（日常生活中的“三表三表”、天气预报、卫、天气预报、卫星导航定位、地质勘探、考古研究半衰期、空

5、气质量星导航定位、地质勘探、考古研究半衰期、空气质量指数、指数、B B超、超、CTCT、核磁共振、核磁共振）l科学技术发展与测量技术的不断完善是紧密相关的科学技术发展与测量技术的不断完善是紧密相关的（实验物理学家、实验科学、高能加速器、激光测速（实验物理学家、实验科学、高能加速器、激光测速仪、运动会的电子显示计时仪仪、运动会的电子显示计时仪以实验为依据和基以实验为依据和基础础） 引论7秦始皇在统一六国后便立即建立了统一的度量度量 衡衡制度制度，并对破坏这一制度的人给以严厉的惩罚。说明测量和标准测量和标准对促进当时生产发展和社会进步的重要性。测量技术的历史测量技术的历史方法：方法：比较法比较法

6、；装置：装置：船、石头、小秤船、石头、小秤 ； 检查检查、测量测量，从而得到，从而得到定性定性、定量定量的结果。的结果。9 9国际单位制国际单位制(SI)(SI) 国际单位制由国际单位制由7 7个基本单位个基本单位、两个、两个辅助单位辅助单位和和1919个具有专门名称的个具有专门名称的导出单位导出单位所组成。所组成。所有单位都各有一个主单位和十进倍数（十进所有单位都各有一个主单位和十进倍数（十进分数）的词头组成。分数）的词头组成。7 7个基本单位定义如下：个基本单位定义如下：光在真空中于光在真空中于1 1299792458s299792458s时间所经过的距离时间所经过的距离(1983(198

7、3年第年第1717届国际计量大会通过届国际计量大会通过) )。 质量单位、等于国际千克原器的质量质量单位、等于国际千克原器的质量(1901(1901年第年第3 3届国际计量大会规定届国际计量大会规定) )。国际单位制基本单位中唯。国际单位制基本单位中唯一保留的一保留的实物基准实物基准。1010 铯铯-133-133原子基态的两个超精细原子基态的两个超精细能级之间跃迁能级之间跃迁所对应所对应的的辐射辐射的的91926317709192631770个个周期的持续时间周期的持续时间(1967(1967年第年第1313届国际计量大会决定届国际计量大会决定) )。 一恒定电流，若保持在处于真空中一恒定电

8、流，若保持在处于真空中相距相距1m1m的两无限的两无限长而截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之长而截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在间产生的力在每米长度上等于每米长度上等于2 2l0l0-7-7N N(1948(1948年第年第9 9届国际计量大会确定届国际计量大会确定) )。 水的三相点热力学温度的水的三相点热力学温度的1 1273.16(1967273.16(1967年第年第1313届届国际计量大会通过国际计量大会通过) )。1111 一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与数与0.012kg0.012kg碳碳-12-1

9、2的原子数目相等的原子数目相等(1971(1971年第年第1414届届国际计量大会决定增加的基本单位国际计量大会决定增加的基本单位) )。在使用摩时。在使用摩时，应指明基本单元是原于、分子、离子、电子及其，应指明基本单元是原于、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。它粒子，或是这些粒子的特定组合。 发出发出频率为频率为540540l0l01212HzHz单色辐射单色辐射的光源在给定方向的光源在给定方向上的上的发光强度发光强度。而且在此方向上的幅射强度为。而且在此方向上的幅射强度为(1(1683)w683)wsrsr19791979年第年第1616届国际计量大会规定届国际计量大会规

10、定) )。12测量技术的应用测量的广博性如今测量已渗透到人类活动的每个领域；任何一门学科都可以在测量学中找到它的踪迹；测量技术反映了一个国家科技和经济发展的总体水平。（如各大学的检测设备如各大学的检测设备XRD、SEM、TG和和XPS等等）。131 1、工业自动化中的应用、工业自动化中的应用 在各种自动控制系统中，测试环节起着在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官系统感官的作的作用，是其重要组成部分。用，是其重要组成部分。a) 机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转动转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器

11、、触觉传感器、热觉传感器、觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。嗅觉传感器。 机械手装配模型机械手装配模型机器狗机器狗切削力传感器，加工切削力传感器，加工噪声传感器，超声波噪声传感器，超声波测距传感器、红外接测距传感器、红外接近开关传感器等。近开关传感器等。数字化工厂数字化工厂b) 生产加工过程监测生产加工过程监测 152、流程工业设备运行状态监控、流程工业设备运行状态监控 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在小时在线监测

12、系统。线监测系统。 石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测。和泄露检测。163、产品质量测量、产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。必须对其性能质量进行测量和出厂检验。 汽车出厂检验：测量润滑油温度、冷却水汽车出厂检验：测量润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加

13、工精度测量174、楼宇控制与安全防护、楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。度监测、电梯运行状况。 公司楼宇自动化系统：电源公司楼宇自动化系统：电源管理、安全监测、照明控制、管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、消防空调控制、停车管理、消防报警、水报警、水、废水管理和电梯废水管理和电梯监控。监控

14、。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器185、家庭与办公自动化、家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：衣全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透水温传感器，水质传感器，透光率光传感器光率光传感器(洗净度洗净度) 液位传液位传感器，电阻传感器感器，电阻传感器( (衣物烘干衣物烘干检测检测) )。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传

15、感器温度传感器温度传感器19鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄像头摄像头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡 + D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置传感器位置传感器6、PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用神州六号飞船的仪表板“神六”由643个部件组成，各种电子元器件有10万多个。焊点12万个，飞船上的电缆总长度有80公里21发动机性能参数测量发动机性能参数测量n内燃机学科是试验性的学内燃机学科是试验性的学科；科；测试对象、测试仪表测试对象、测试仪表种类繁多；种类繁多；转速、扭矩、转速、扭矩、功率、油耗、各种温

16、度功率、油耗、各种温度；排放、噪声、排放、噪声、燃烧过程燃烧过程 ；车速、里车速、里程程 。第一节第一节 热能与动力工程中测试技术发展概况热能与动力工程中测试技术发展概况n发动机的进步离不开测试手段的进步发动机的进步离不开测试手段的进步( (电喷机空燃比电喷机空燃比控制、点火控制等控制、点火控制等) )。n测试技术发展测试技术发展20世纪世纪50年代年代机械式传感器机械式传感器60年代年代非电量电测技术的应用非电量电测技术的应用80年代年代动态参数的实时检测和处理动态参数的实时检测和处理新型传感器的应用新型传感器的应用2223 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1、传感器方面、传感器方面 a

17、) 利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器效应开发出的新型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的的电子电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量24b) 传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器252、测量信号处理方面、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术

18、用用PC机仪器板卡机仪器板卡 代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件 代替硬件分析电路代替硬件分析电路我们的工作我们的工作26高精度高精度数字电压、欧姆表 将量程切换将量程切换到到2V2V时，最时，最小显示值为小显示值为1V1V27高可靠性高可靠性28 网络化网络化292 2、振动、振动/ /噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/ 1、工业自动化类传感器、工业自动化类传感器 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心） http:/ 主要传感器和测试仪器生产厂

19、商主要传感器和测试仪器生产厂商303 3、测量分析仪器、测量分析仪器 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商)http:/ 测量的基本概念测量的基本概念n1.1.测量的基本概念测量的基本概念 通过通过试验手段试验手段将被测物理量与另一同名的作为将被测物理量与另一同名的作为单位的物理量单位的物理量，以确定两者之间的比值。，以确定两者之间的比值。 确定一个数值未知的物理量的过程。确定一个数值未知的物理量的过程。 测量科学技术测量科学技术：是一门完整的、独立的学科。主：是一门完整的、独立的学科。主要研究测量原理、测量方法、测量工具和测量数据要研

20、究测量原理、测量方法、测量工具和测量数据处理等。处理等。 例：确定某人的身高例：确定某人的身高 通常采用标准长度的米尺通常采用标准长度的米尺( (一个预定标准一个预定标准) )对其对其进行测量，通过被测量与预定标准之间的定量比较，进行测量，通过被测量与预定标准之间的定量比较，从而得到此人实际的身高从而得到此人实际的身高( (被测对象的数值结果被测对象的数值结果) )。 33l力学测量力学测量 位移、速度、加速度、尺寸、转矩、惯量、振动l热工测量热工测量 压力、温度、湿度、流量、浓度(ppm)、粒径(PM10)、功率l电学测量电学测量 电压、电流、电阻、磁场、电功率2.测量对象3434式中：式中

21、： 被测量；被测量； 标准量（即选用的测量单位）；标准量（即选用的测量单位）； 被测量与标准量的数字比值。被测量与标准量的数字比值。0XU0XU351.1.测量对象与被测量；测量对象与被测量；2.2.测量环境；测量环境；3.3.测量单位：测量过程中使用的标准量应该是国际或国测量单位：测量过程中使用的标准量应该是国际或国 内公认的性能稳定的量；内公认的性能稳定的量；4.4.测量方法；测量方法；5.5.测量资源：包括测量仪器与辅助设施、测量人员等；测量资源：包括测量仪器与辅助设施、测量人员等；6.6.数据处理和测量结果。数据处理和测量结果。4 4、一个完整的测量包含、一个完整的测量包含六个要素：六

22、个要素：36n5 5、测量方法、测量方法1 1直接测量直接测量 凡被测量的数值可以直接从使用的测量仪器上读得的，凡被测量的数值可以直接从使用的测量仪器上读得的，称为直接测量，如用天平测物体质量、用米尺测量物体长度、称为直接测量，如用天平测物体质量、用米尺测量物体长度、测量导体的电阻、压力计测量压力、用温度计测量温度等。测量导体的电阻、压力计测量压力、用温度计测量温度等。382 2间接测量间接测量 被测量的被测量的不能直接从测量仪器上读得不能直接从测量仪器上读得，需要直接，需要直接测量得到与被测量有一定测量得到与被测量有一定函数关系函数关系的量，然后经过运的量，然后经过运算得到被测量的数值。内燃

23、机功率：算得到被测量的数值。内燃机功率：测运动物体的动能等测运动物体的动能等393 3组合测量组合测量 各未知量以不同组合形式出现，根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联立方程组求得未知量的数值。 例：例：标准电阻电阻值和温度之间的数值关系)20()20(1 220ttRRt)20()20(1 211201ttRRt)20()20(1 222202ttRRt、40n5 5、测量方法、测量方法4142例如：已知甲精确身高为170cm，若乙比甲高出5cm，于是可知乙的身高为175cm43n5 5、测量方法、测量方法 接触式测量：接触式测量：体温计测体温体温计测体温非接触式测量：非接触式测量：雷

24、达测速雷达测速( (车载电车载电子警察子警察) )离线测量：离线测量：产品质量检验产品质量检验在线测量：在线测量：在流水线上，边加工，边检在流水线上，边加工，边检验，提高产品的一致性和加工精度。验，提高产品的一致性和加工精度。4646n6 6、非稳态和瞬变参数的测量、非稳态和瞬变参数的测量 随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬变参数变参数( (或称动态参数），如非稳定工况或过渡工况或称动态参数），如非稳定工况或过渡工况时内燃机的转速、功率；在制冷过程中冷库的温度时内燃机的转速、功率；在制冷过程中冷库的温度等。这些参数随时间变化的函数可以是等。这些

25、参数随时间变化的函数可以是等。等。 对快速瞬变参数，则对快速瞬变参数，则需采用灵敏度更高的记录需采用灵敏度更高的记录或显示仪器，如用或显示仪器，如用。47 模拟测量：模拟测量：被测参数的量或它的变化，不表现为被测参数的量或它的变化，不表现为“可数可数”的形式。以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量结的形式。以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量结果。果。优点：优点：直观性强、灵活、简便、价格低；直观性强、灵活、简便、价格低；缺点：缺点：测量精测量精度低。度低。 数字测量：数字测量：可直接用数字形式表示。优点是能排除人为可直接用数字形式表示。优点是能排除人为的读数误差，的读数误差，并可直

26、接由数字记录或打印机记录数据，并可直接由数字记录或打印机记录数据，或与或与计算机相联实现数据自动处理计算机相联实现数据自动处理。n7 7、模拟测量与数字测量系统、模拟测量与数字测量系统4848第三节 测量仪器的组成和分类n一、测量仪器的组成一、测量仪器的组成 按工作原理，任何测量仪器都包括按工作原理，任何测量仪器都包括三部分。三部分。49491 1感受件：直接与被测对象发生联系，感知被测参感受件：直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号。数的变化，同时对外界发出相应的信号。2 2中间件：多为导线、中间件：多为导线、导管、光导纤维、无导管、光导纤维、无线电通信等。且完

27、成线电通信等。且完成放大、变换和运算等放大、变换和运算等任务。任务。3 3效用件：指示传感器输出信号的大小。如通过标效用件：指示传感器输出信号的大小。如通过标尺和指针尺和指针( (或液面、光线等或液面、光线等) )反映。反映。 将变化历程记录下来的仪器称为将变化历程记录下来的仪器称为（如（如笔式记录仪、磁带记录仪等）。笔式记录仪、磁带记录仪等）。感受件感受件中间件中间件效用件效用件50热工仪表的组成热工仪表的组成5151n二、测量仪器的分类二、测量仪器的分类 按其用途可分为按其用途可分为范型仪器范型仪器和和实用仪器实用仪器两类。两类。 对其他测量仪器进行标定和刻对其他测量仪器进行标定和刻度。度

28、。，对它的保存和使，对它的保存和使用有较高的要求。用有较高的要求。必须要提供关于它必须要提供关于它们读数的们读数的，使用，使用时应考虑周围环境对示值的影响时应考虑周围环境对示值的影响( (如如温度、压力、磁场、振动等温度、压力、磁场、振动等) )，其测，其测量结果具有量结果具有；不需要标定资料。其不需要标定资料。其准确度是预先根据其结构、制造和运准确度是预先根据其结构、制造和运用条件定出的。对它的要求是用条件定出的。对它的要求是，其测量结果应，其测量结果应能满足工程测量误差所允许的范围。能满足工程测量误差所允许的范围。范型仪器：范型仪器：精度精度0.20.2级以上级以上（0.10.1、0.01

29、0.01、0.020.02、0.050.05）试验室用仪器：试验室用仪器：精度精度0.20.20.50.5级（级（0.20.2）工程用仪器：工程用仪器：精度精度0.50.54 4级级（0.50.5、1 1、1.51.5、2.52.5、4 4） 5252第四节 测量仪器的主要性能指标n1.1.精确度精确度 性能指标决定所得测量结果的可靠程度。主要有：性能指标决定所得测量结果的可靠程度。主要有：等。等。 测量结果与真值一致的程度。它是系统误差和随机误差的测量结果与真值一致的程度。它是系统误差和随机误差的综合反映。常用综合反映。常用精度精度表示，为仪器满量程时所允许的最大相对表示，为仪器满量程时所允

30、许的最大相对误差的百分数，即误差的百分数，即 %100jy=-y 为仪器精度或允许误差；为仪器精度或允许误差；n范型仪器在范型仪器在0.20.2级以上；试验室用仪器为级以上；试验室用仪器为0.20.20.50.5级；工程用级；工程用仪器为仪器为0.50.54 4级。级。j A A为允许的最大绝对误差；为允许的最大绝对误差；、分别为仪器刻度的上限和下限值；分别为仪器刻度的上限和下限值；5353例例1 1：两个温度表，精度均为两个温度表，精度均为1.5%1.5%。一个量程。一个量程0 05050，另一，另一个为个为0 0200200，计算测量中可能产生的，计算测量中可能产生的C75. 0%5 .

31、1)050(=-C3%5 . 1)0200(=-例例2 2：被测温度为被测温度为4040左右，绝对误差不超过左右，绝对误差不超过0.50.5。0 05050 的的1.01.0级级仪表与仪表与0 0100100 的的0.50.5级仪表是否均能满足要求。级仪表是否均能满足要求。 C5 . 0%1)050(C5 . 0%5 . 0)0100(同样精度仪表，量程不同，量程大的绝对误差大。同样精度仪表，量程不同，量程大的绝对误差大。54例：例：现有现有2.5级、级、2.0级、级、1.5级三块测温仪表，对应级三块测温仪表，对应的测量范围分别为的测量范围分别为100+500、50550、01000。解：解：

32、(500+100)2.5%=15，15500100%=3%； (550+50)2.0%=12， 12500100%=2.4%； (10000)1.5%=15， 15500100%=3%； 5555仪表选择原则仪表选择原则: : 1. 1.只要能满足被测量的要求，只要能满足被测量的要求，尽可能选用小量程的尽可能选用小量程的仪表仪表；如满足相同的误差要求，；如满足相同的误差要求，。 2. 2.在选择仪表时，首先要对被测量有大致的估计，在选择仪表时，首先要对被测量有大致的估计，最好使最大测量值落在最好使最大测量值落在（若一旦超载，会（若一旦超载，会使仪表损坏）。使仪表损坏）。 地磅测量棉花地磅测量棉

33、花56（a）精密度高）精密度高 （b）准确度高）准确度高 （c）精确度高）精确度高（1 1）对同一被测量进行多次测量，测量的重复性程度称为）对同一被测量进行多次测量，测量的重复性程度称为。（2 2）对同一被测量进行多次测量、测量值偏离被测量真值的程度称）对同一被测量进行多次测量、测量值偏离被测量真值的程度称为为。（3 3）精密度）精密度与准确与准确度的综合度的综合称称精确精确度度，它反映了测量结果中系统误差和随机，它反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合数值，即测量结果与真值的一致程误差的综合数值，即测量结果与真值的一致程度。度。 (a)(a)精密度低；准确度低精密度低；准确度低 （b b）

34、精密度高，准确度低；（）精密度高，准确度低；（c c）精确度高）精确度高5757 恒定是仪器多次重复测量时，其指示值的稳定程度。恒定是仪器多次重复测量时，其指示值的稳定程度。 变差：变差：当外部条件不变时，用同一仪器当外部条件不变时，用同一仪器或是或是相隔一段时间再测量时，相隔一段时间再测量时，的百分数。变差稳定，仪器恒定度好。的百分数。变差稳定，仪器恒定度好。 n2 2恒定度恒定度 当仪器指针当仪器指针上升上升( (正行程正行程) )与下降与下降( (反行程反行程) )时，由于仪器内部有阻尼、时，由于仪器内部有阻尼、传动系统中有摩擦和间隙，传动系统中有摩擦和间隙，对同一被测量所得读数之差，对

35、同一被测量所得读数之差，称之为称之为迟滞误差迟滞误差。58 它以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测它以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例量的变化值之间的比例S S来表示来表示n3 3灵敏度灵敏度AS = 为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；A 为被测量的变化值；为被测量的变化值；a. a. 线性检测系统：灵敏度为常数线性检测系统：灵敏度为常数；b. b. 非线性检测系统：灵敏度为变数；非线性检测系统：灵敏度为变数；说明说明：bxaybS )(xfy dxxdfS)(59例：间隙式平板电容传感器，电容例：间隙式平板电容传感器，电容与极板间隙的关

36、系与极板间隙的关系灵敏度灵敏度dSC2dSdCS双曲线、非线性双曲线、非线性y yx xx xy y6060 足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值。量的变化值。 对于用在零值法中的对于用在零值法中的指零仪器指零仪器有着重要的意义。有着重要的意义。 。n4 4灵敏度阻滞（感量）灵敏度阻滞（感量） 从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的的，又称，又称。 时滞主要由仪器的时滞主要由仪器的惯性惯性引起，如机械式仪器中运引起，如机械式仪器中运动件的质量、电测仪器中的电感或电容、传热式仪动件的质量、电

37、测仪器中的电感或电容、传热式仪器中的热容量等。器中的热容量等。n5.5.指示滞后时间指示滞后时间 6161 零点漂移与灵敏度漂移零点漂移与灵敏度漂移 n6 6零点零点和灵敏度和灵敏度漂移漂移 传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点零点漂移漂移和和灵敏度漂移灵敏度漂移等。等。6262n7 7 读数校正读数校正 仪器的上述指标在仪器的使用和保管过程中往往仪器的上述指标在仪器的使用和保管过程中往往逐渐变坏逐渐变坏，必须及时加以检验和校正。，必须及时加以检验和校正。 校正：校正

38、：将将与准确度更高的与准确度更高的比较比较其读数，将标尺上各点实际误差测出，作校正曲线其读数，将标尺上各点实际误差测出，作校正曲线或数值表。使用时对该仪器的或数值表。使用时对该仪器的。 校正数标准值读数校正数标准值读数63第五节 现代计算机测试技术与系统 包括智能测试仪、总线仪器、包括智能测试仪、总线仪器、PCPC仪器、虚拟仪器、网络仪器、虚拟仪器、网络化仪器等微机化仪器及自动化测试系统。化仪器等微机化仪器及自动化测试系统。n一一. .计算机测控系统的基本组成及功能计算机测控系统的基本组成及功能6464放大、整形、滤波等，保证感放大、整形、滤波等，保证感器输出信号成为器输出信号成为A/DA/D

39、转换器能接受的电信号。转换器能接受的电信号。实现多路信号测量，并由实现多路信号测量，并由它完成轮流切换被测量与模它完成轮流切换被测量与模/ /数转换器的连接。数转换器的连接。保证采样信号在保证采样信号在A/DA/D转换过程转换过程中不发生变化以提高测量精度。中不发生变化以提高测量精度。将输入的模拟信号换成计算机将输入的模拟信号换成计算机能接受的数字信号。能接受的数字信号。65CATCAT组成组成: :由由加加和和组成。组成。 能够对信号进行复杂的分析处理；能够对信号进行复杂的分析处理； 高精度、高分辨率和高速实时分析处理；高精度、高分辨率和高速实时分析处理； 性能可靠、稳定、维修方便；性能可靠

40、、稳定、维修方便； 能够以多种形式输出信息；能够以多种形式输出信息； 多功能；多功能； 自动测试和故障监控。自动测试和故障监控。计算机辅助测试计算机辅助测试CAT-Computer Assisted TestingCAT-Computer Assisted Testing6666n智能传感器智能传感器 Intelligent SensorIntelligent Sensor或或 Smart SensorSmart Sensor。是。是“电五官电五官”与与“微微电脑电脑”的有机结合，对外界信息具有的有机结合，对外界信息具有检测、逻辑判断、检测、逻辑判断、自行诊断、数据处理和自适应能力自行诊断、数

41、据处理和自适应能力的集成一体化多功能的集成一体化多功能传感器。传感器。 还具有与主机互相对话的功能，自行选择最佳方案。还还具有与主机互相对话的功能，自行选择最佳方案。还能将已取得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高能将已取得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度的传输。速度、高精度的传输。被测量传感器预处理及接口微型机输出接口执行机构显示和记录信号预处理模拟信号数字化输入接口MP、ROM、RAM信息处理及校正软件D / A转换、驱动电路 平板式平板式工作站（带触摸屏）工作站（带触摸屏）军用便携式军用便携式工作站工作站一体化工作站一体化工作站数据采集便携式工控整机数据采集便携式工控

42、整机 USB接口盒接口盒及接口线及接口线利用利用USB扩展插头可配接多个扩展插头可配接多个接口盒接口盒信号输入信号输入笔记本电脑数据采集整机笔记本电脑数据采集整机69n二二. .总线技术的应用总线技术的应用 连接功能部件或系统的一组连接功能部件或系统的一组公用信号线公用信号线，它具有很，它具有很强的兼容性和扩展能力，便于灵活组建测控系统。强的兼容性和扩展能力，便于灵活组建测控系统。 并行总线：并行总线：SDTSDT、ISAISA（Industrial Standard Industrial Standard ArchitectureArchitecture）、）、CompacPCICompac

43、PCI（Peripheral Peripheral Component InterconnectComponent Interconnect）、）、VXIVXI（VmebusVmebus Extension for InstrumentationExtension for Instrumentation）；）； 串行总线串行总线（实现远距离通信与系统通信或网络通（实现远距离通信与系统通信或网络通信）：信）：RS-232CRS-232C、RS422/485RS422/485、GPIBGPIB（General General Purpose Interface BusPurpose Interfa

44、ce Bus）及现场通信等。）及现场通信等。7071n三三. .虚拟仪器虚拟仪器VIVI（Virtual InstrumentsVirtual Instruments）l虚拟仪器：虚拟仪器：以计算机和测以计算机和测试模块的硬件为基础、以计试模块的硬件为基础、以计算机算机软件为核心软件为核心所构成的，所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机由用户软件来定义的计算机仪器。仪器。 传统仪器PXI机箱和模块机箱和模块PXI: PCI总线在仪器领域的扩展总线在仪器领域

45、的扩展72虚拟仪器与传统仪器比较虚拟仪器与传统仪器比较传统仪器传统仪器 虚拟仪器虚拟仪器 功能由仪器厂商定义功能由仪器厂商定义 功能由用户自己定义功能由用户自己定义 与其它仪器设备的连接十分有与其它仪器设备的连接十分有限限 面向应用的系统结构，可方便地与网络、面向应用的系统结构，可方便地与网络、外设及其它应用连接外设及其它应用连接 图形界面小，人工读数，信息图形界面小，人工读数，信息量小量小 展开全汉化图形界面，计算机读数及分析展开全汉化图形界面，计算机读数及分析处理处理 数据无法编辑数据无法编辑 数据可编辑、存储、打印数据可编辑、存储、打印 硬件是关键部分硬件是关键部分 软件是关键部分软件是

46、关键部分 价格昂贵价格昂贵 价格低廉（是传统仪器的五至十分之一）价格低廉（是传统仪器的五至十分之一） 系统封闭、功能固定、扩展性系统封闭、功能固定、扩展性低低 基于计算机技术开放的功能块可构成多种基于计算机技术开放的功能块可构成多种仪器仪器技术更新慢（周期技术更新慢（周期510510年）年） 技术更新快（周期技术更新快（周期1212年）年） 开发和维护费用高开发和维护费用高 基于软件体系的结构，大大节省开发维护基于软件体系的结构，大大节省开发维护费用费用 7373虚拟示波器虚拟示波器虚拟数字电压表虚拟数字电压表基于虚拟仪器的温度检测与控制基于虚拟仪器的温度检测与控制74LabviewLabvi

47、ew应应用：用：化工生产流量测控化工生产流量测控75n四四. .网络化测试仪器网络化测试仪器 总线式仪器、虚拟仪器等总线式仪器、虚拟仪器等。 ：把：把VIVI技术和面向技术和面向InternetInternet的的WebWeb技术二者有机结合。技术二者有机结合。 VIVI：把传统仪器的前面板移植到普通计算机上，利用计算把传统仪器的前面板移植到普通计算机上，利用计算机的资源处理相关的测试需求；机的资源处理相关的测试需求； 基于基于WebWeb的的VIVI：是把是把，通过，通过WebWeb服务器处理相关的测试需求。服务器处理相关的测试需求。 浏览器 浏览器 浏览器 浏览器 虚拟仪器 虚拟仪器 虚拟

48、仪器 Internet 虚拟仪器与虚拟仪器与WWWWWW结合模型结合模型 76n五五. .仪表的检定仪表的检定 国家计量检定规程国家计量检定规程。规程。规程详细规定了如下项目：详细规定了如下项目： 被检仪表的技术条件；被检仪表的技术条件； 检定用的标准测量器具和设备；检定用的标准测量器具和设备； 检定项目、方法和步骤；检定项目、方法和步骤； 检定结果处理；检定结果处理； 检定证书的格式和填写要求等。检定证书的格式和填写要求等。为评定仪表的计量性能为评定仪表的计量性能(精确度、灵敏度等精确度、灵敏度等)，与规，与规定的指标比较，确定其性能是否合格所进行的全部工定的指标比较，确定其性能是否合格所进

49、行的全部工作称为作称为检定检定，又称校验。，又称校验。 77 按产生被测量标准量值的方法不同，仪表的检定按产生被测量标准量值的方法不同，仪表的检定方法分为方法分为和和两种。两种。 （l）标准物质检定法）标准物质检定法 标准物质是指能提供某一标准物质是指能提供某一种参数的标准量值的物质。种参数的标准量值的物质。 例：例：在某种标准条件下，纯金属的固在某种标准条件下，纯金属的固-液相平衡液相平衡点点(熔点熔点)，可作为温度检定的，可作为温度检定的。检定方法检定方法78 （2）示值比较检定法）示值比较检定法 是用是用对被检定仪对被检定仪表进行检定。被检表和标准表表进行检定。被检表和标准表，把标准表的示值当成真值，比较二者的示值以确定把标准表的示值当成真值，比较二者的示值以确定被检仪表性能指标。被检仪表性能指标。 为保证检定工作的质量：为保证检定工作的质量： 一、要求标准表的精确度要足够高，一、要求标准表的精确度要足够高，一般要求一般要求其允许误差应小于（其允许误差应小于（1/31/10）被检表的允许误差；）被检表的允许误差； 二、在检定时，应二、在检定时，应严格保证标准表与被检表测严格保证标准表与被检表测量的是量的是。79小 结n一、测量的基本概念n二、测量仪器的组成与分类n三、测量仪器的主要性能指标