建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)市政環(huán)境工程學(xué)院熱能工程系建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)市政環(huán)境工程學(xué)院熱能工程系12023/8/232本課程學(xué)習(xí)主要參考書(shū)[1]《熱能與動(dòng)力工程測(cè)試技術(shù)》，王子延主編，西安交通大學(xué)出版社，1998年[2]《熱工測(cè)量技術(shù)》，郭紹霞主編，中國(guó)電力出版社，1997年[3]《過(guò)程檢測(cè)技術(shù)與儀表》化學(xué)工業(yè)出版社，1999年[4]《暖通規(guī)范實(shí)施手冊(cè)》建筑工業(yè)出版社，2000年2023/7/312本課程學(xué)習(xí)主要參考書(shū)[1]《熱能與動(dòng)力工22023/8/233本課程教學(xué)安排授課時(shí)數(shù)：36學(xué)時(shí)時(shí)間：1~9周實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)：12學(xué)時(shí)內(nèi)容：見(jiàn)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)日期：與實(shí)驗(yàn)中心張斌老師聯(lián)系考試：期末2023/7/313本課程教學(xué)安排授課3第1篇測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

測(cè)量是人們認(rèn)識(shí)和改造世界必不可少的重要手段通過(guò)測(cè)量能使人們對(duì)事物獲得定性或定量的概念，從而發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律性廣義地講，測(cè)量是對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢出，變換分析處理、判斷、控制等的綜合認(rèn)識(shí)過(guò)程2023/8/234第1篇測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

測(cè)量是人們認(rèn)識(shí)和改造世界必不可少4測(cè)試技術(shù)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)對(duì)象實(shí)施定性檢查和定量測(cè)量的技術(shù)測(cè)試技術(shù)涉及傳感器、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型理論、信號(hào)加工與處理、誤差理論、控制工程和參數(shù)估計(jì)等內(nèi)容根據(jù)誤差理論、檢測(cè)對(duì)象特性和檢測(cè)的具體問(wèn)題，合理設(shè)計(jì)、科學(xué)組建檢測(cè)系統(tǒng)，正確使用各種檢測(cè)工具、設(shè)備和檢測(cè)方法，正確地進(jìn)行測(cè)量并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行正確處理分析2023/8/235測(cè)試技術(shù)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)對(duì)象實(shí)施定性檢查和定量測(cè)量的技術(shù)25第1章測(cè)試技術(shù)的基本知識(shí)

本章主要介紹計(jì)量、測(cè)量、測(cè)試、測(cè)試技術(shù)的基本概念測(cè)量方法及分類(lèi)、測(cè)量?jī)x表概況、測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)成測(cè)試技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況2023/8/236第1章測(cè)試技術(shù)的基本知識(shí)

本章主要介紹計(jì)量、測(cè)量、測(cè)61.測(cè)試技術(shù)的基本概念測(cè)量測(cè)量是以確定量值為目的的一組操作。將被測(cè)參數(shù)的量值與單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，比出的倍數(shù)即為測(cè)量結(jié)果誤差公理測(cè)量誤差客觀存在于一切科學(xué)試驗(yàn)與工程實(shí)踐中，沒(méi)有誤差的測(cè)量是不存在的計(jì)量計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。計(jì)量可看作測(cè)量的特殊形式測(cè)試是測(cè)量和試驗(yàn)的全稱(chēng)，有時(shí)把較復(fù)雜的測(cè)量稱(chēng)為測(cè)試檢測(cè)是意義更為廣泛的測(cè)量，是檢驗(yàn)和測(cè)量的統(tǒng)稱(chēng)2023/8/2371.測(cè)試技術(shù)的基本概念測(cè)量2023/7/31772023/8/2382、測(cè)量方法測(cè)量以同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量比較，并確定被測(cè)量與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)

L=X/U L—比值；X—被測(cè)量；U—標(biāo)準(zhǔn)量測(cè)量過(guò)程中的關(guān)鍵在于被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量的比較通過(guò)變換可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量，變換也是實(shí)現(xiàn)測(cè)量的核心，一個(gè)新的變換對(duì)應(yīng)著一個(gè)新的測(cè)量元件、一個(gè)新的測(cè)量方法的產(chǎn)生2023/7/3182、測(cè)量方法測(cè)量83、測(cè)量分類(lèi)按測(cè)量方式：偏差式、零位式、微差式測(cè)量法按接觸方式：接觸式測(cè)量法、非接觸式測(cè)量法按被測(cè)對(duì)象參數(shù)變化：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量按測(cè)量系統(tǒng)是否施加能量：主動(dòng)式、被動(dòng)式測(cè)量法按測(cè)量數(shù)據(jù)是否實(shí)時(shí)處理：在線測(cè)量、離線測(cè)量按對(duì)測(cè)量精度的要求：精密測(cè)量、工程測(cè)量按對(duì)測(cè)量過(guò)程的干預(yù)程度：自動(dòng)測(cè)量、非自動(dòng)測(cè)量按測(cè)量結(jié)果獲取地點(diǎn)：本地測(cè)量、遠(yuǎn)地測(cè)量按被測(cè)量的屬性：電量測(cè)量和非電量測(cè)量2023/8/2393、測(cè)量分類(lèi)按測(cè)量方式：偏差式、零位式、微差式測(cè)量法202392023/8/23104、測(cè)量的過(guò)程被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較過(guò)程直接比較：用天平測(cè)量重量間接比較：用水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫，溫度的標(biāo)準(zhǔn)量變換為玻璃管的刻度值；用熱電阻測(cè)量水溫，溫度的標(biāo)準(zhǔn)量變換為熱電阻的刻度值2023/7/31104、測(cè)量的過(guò)程被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較過(guò)程102023/8/23115、測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)精度：用來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x表的性能精密度（δ）表示指示值的分散性。同一條件下多次測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果的分散程度，反映了隨機(jī)誤差正確度（ε）指示值與真值的接近程度。反映了系統(tǒng)誤差準(zhǔn)確度（τ）精密度與正確度的綜和。反映了系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差2023/7/31115、測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)精度：用來(lái)評(píng)112023/8/2312（a）正確度、精密度低；（b）精密度低；（c）精密度高、正確度低；（d）準(zhǔn)確度高例2：射擊結(jié)果分析2023/7/3112（a）正確度、精密度低；122023/8/2313測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)（續(xù)）穩(wěn)定度在規(guī)定的時(shí)間、區(qū)間和其他外界條件恒定不變的情況下儀表示值的變化例：(0.008%Tm+0.003Tx)/(8h)

Tm

–滿(mǎn)量程值（儀表）； TX

–示值（儀表）；2023/7/3113測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)（續(xù)）穩(wěn)定度132023/8/2314測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)（續(xù)）輸入電阻儀表的輸入阻抗一般用輸入電阻表示Ri靈敏度（分辨率）測(cè)量?jī)x表指示的增量與被測(cè)量量的增量之比，或叫做分辨率，如：0.1℃/字線性度輸入與輸出間的變化規(guī)律，線性或非線性y=f(x)動(dòng)態(tài)特性?xún)x表的輸出響應(yīng)隨輸入變化的能力2023/7/3114測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)（續(xù)）輸入電阻146、計(jì)量基準(zhǔn)主基準(zhǔn)、一級(jí)國(guó)家基準(zhǔn)、最高?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，國(guó)家批準(zhǔn)、全國(guó)統(tǒng)一副基準(zhǔn)、二級(jí)次國(guó)家基準(zhǔn)、用于替代國(guó)家基準(zhǔn)或驗(yàn)證國(guó)家基準(zhǔn)工作基準(zhǔn)、三級(jí)用于檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具避免頻繁使用主基準(zhǔn)和副基準(zhǔn)2023/8/23156、計(jì)量基準(zhǔn)主基準(zhǔn)、一級(jí)2023/7/3115152023/8/23167、計(jì)量值的傳遞與跟蹤、檢定與對(duì)比計(jì)量器具復(fù)現(xiàn)量值或?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成可直接觀測(cè)的指示值或等效信息的量具、儀器和裝置計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。分有等級(jí)工作計(jì)量器具在工作中直接用于測(cè)量的器具比對(duì)同等級(jí)計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行比較2023/7/31167、計(jì)量值的傳遞與跟蹤、檢定與對(duì)比計(jì)量162023/8/2317量值的傳遞與跟蹤、檢定與對(duì)比（續(xù)）檢定：用高一級(jí)的計(jì)量器具對(duì)低一級(jí)的計(jì)量器具比較并給出評(píng)價(jià)校準(zhǔn)：與高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)比較給出誤差量值的傳遞與跟蹤：把一個(gè)物理單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確地傳遞到測(cè)量器具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程2023/7/3117量值的傳遞與跟蹤、檢定與對(duì)比（續(xù)）檢定172023/8/2318計(jì)量基準(zhǔn)、器具與計(jì)量、測(cè)量?jī)x器儀表2023/7/3118計(jì)量基準(zhǔn)、器具與計(jì)量、測(cè)量?jī)x器儀表182023/8/2319習(xí)題與思考1、測(cè)量方法與選擇的原則2、測(cè)量?jī)x表的主要指標(biāo)3、測(cè)量與計(jì)量的關(guān)系4、計(jì)量基準(zhǔn)5、比對(duì)、檢定、校準(zhǔn)的定義6、精密度、正確度、準(zhǔn)確度的定義2023/7/3119習(xí)題與思考1、測(cè)量方法與選擇的原則192023/8/2320部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表介紹水位測(cè)量壓力測(cè)量流量測(cè)量溫度測(cè)量煤量測(cè)量含氧量測(cè)量2023/7/3120部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表介紹水位測(cè)量202023/8/23212023/7/3121212023/8/23222023/7/3122222023/8/23232023/7/3123232023/8/23242023/7/3124242023/8/23252023/7/3125252023/8/23262023/7/3126262023/8/23272023/7/3127272023/8/23282023/7/3128282023/8/23292023/7/3129292023/8/23302023/7/3130302023/8/23312023/7/3131312023/8/23322023/7/3132322023/8/23332023/7/3133332023/8/23342023/7/3134342023/8/23352023/7/313535第2章測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理主要概念真值、指定值、實(shí)際值、標(biāo)稱(chēng)值、示值單次測(cè)量和多次測(cè)量、等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量測(cè)量誤差、絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差、滿(mǎn)度相對(duì)誤差測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法及數(shù)據(jù)處理2023/8/2336第2章測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理主要概念2023/7/3136362023/8/23372.1測(cè)量誤差真值A(chǔ)0一個(gè)物理量在一定條件下所呈現(xiàn)的客觀大小或真實(shí)數(shù)值指定值A(chǔ)S（約定真值，國(guó)際間進(jìn)行比對(duì)）由國(guó)家設(shè)立各種盡可能維持不變的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)以法令的形式指定其所體現(xiàn)的量值作為計(jì)量單位的指定值例：標(biāo)準(zhǔn)砝碼上標(biāo)出的lkg例：標(biāo)準(zhǔn)電阻上標(biāo)出的1Ω例：標(biāo)準(zhǔn)電池上標(biāo)出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)1.0186V2023/7/31372.1測(cè)量誤差真值A(chǔ)0372023/8/2338測(cè)量誤差（續(xù)）實(shí)際值A(chǔ)(相對(duì)真值）上一級(jí)計(jì)量器具的值標(biāo)稱(chēng)值測(cè)量器具上標(biāo)稱(chēng)的數(shù)值示值由測(cè)量器具指示的被測(cè)量量值，數(shù)值和單位單次測(cè)量和多次測(cè)量等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量2023/7/3138測(cè)量誤差（續(xù)）實(shí)際值A(chǔ)(相對(duì)真值）382023/8/2339測(cè)量誤差（續(xù)）絕對(duì)誤差定義：?X=X–A0或?X=X–AA0–真值；A–實(shí)際值；X–測(cè)量值；特點(diǎn)：?jiǎn)挝?、符?hào)、表示方法測(cè)量值表示為：A=X±?X得知其固定的測(cè)量誤差C可以進(jìn)行修正測(cè)量實(shí)際值：A=X+C2023/7/3139測(cè)量誤差（續(xù)）絕對(duì)誤差392023/8/2340測(cè)量誤差（續(xù)）相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差定義：示值相對(duì)誤差定義：

如果測(cè)量誤差不大，可用示值相對(duì)誤差代替實(shí)際相對(duì)誤差2023/7/3140測(cè)量誤差（續(xù)）相對(duì)誤差402023/8/2341測(cè)量誤差（續(xù)）滿(mǎn)度相對(duì)誤差（滿(mǎn)度誤差和引用誤差）定義：儀表準(zhǔn)確度等級(jí)：S 按照γm

分級(jí) 0.1;0.2;0.5;1.0;1.5;2.5;5.0；0.1=0.1%,???滿(mǎn)度相對(duì)誤差實(shí)際給出了儀表全量程內(nèi)絕對(duì)誤差的最大值2023/7/3141測(cè)量誤差（續(xù)）滿(mǎn)度相對(duì)誤差（滿(mǎn)度誤差和412023/8/2342例1、某電壓表S=1.5，試算出0~100V量程中的最大絕對(duì)誤差

解：最大絕對(duì)誤差

注意：

1、如果沒(méi)有得到修正值，只能按最大誤差考慮

2、測(cè)量值應(yīng)選擇儀表滿(mǎn)量程的2/3處為宜2023/7/3142例1、某電壓表S=1.5，試算出0~1422023/8/2343例2、某壓力表S=1.0，滿(mǎn)度值1.0MPa，求測(cè)量值為1.00MPa、0.80MPa、0.20MPa時(shí)的絕對(duì)誤差和示值相對(duì)誤差

解：根據(jù)式2-9得最大絕對(duì)誤差示值相對(duì)誤差（續(xù)后）2023/7/3143例2、某壓力表S=1.0，滿(mǎn)度值1.0432023/8/2344示值相對(duì)誤差2023/7/3144示值相對(duì)誤差442023/8/2345由上例可總結(jié)：同一量程內(nèi)，測(cè)量值越小，示值相對(duì)誤差越大測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度，并不是測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度適當(dāng)選擇測(cè)量?jī)x表的量程，才能減小示值相對(duì)誤差2023/7/3145由上例可總結(jié)：同一量程內(nèi)，測(cè)量值越小，452023/8/2346例3、要測(cè)量100℃的溫度，現(xiàn)有0.5級(jí)、測(cè)量范圍為0~300℃時(shí)和1.0級(jí)、測(cè)量范圍為0~100℃的兩種溫度計(jì)，試分析各自產(chǎn)生的示值誤差解：0.5級(jí)溫度計(jì)，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差示值相對(duì)誤差2023/7/3146例3、要測(cè)量100℃的溫度，現(xiàn)有0.5462023/8/2347解：1.0級(jí)溫度計(jì)，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差示值相對(duì)誤差 顯然適當(dāng)選擇測(cè)量?jī)x表的量程，才能減小示值的相對(duì)誤差2023/7/3147解：472023/8/23482.2測(cè)量誤差的來(lái)源儀器誤差：精度人身誤差：人為影響誤差：環(huán)境方法誤差：測(cè)量或計(jì)算方法2023/7/31482.2測(cè)量誤差的來(lái)源儀器誤差：精482023/8/23492.3誤差的分類(lèi)系統(tǒng)誤差ε服從某一規(guī)律的誤差特點(diǎn)：測(cè)量條件不變，誤差為確切值；多次測(cè)量取均值不能消除；具有可重復(fù)性a.等值b.遞增c.周期性d.復(fù)雜2023/7/31492.3誤差的分類(lèi)系統(tǒng)誤差ε492023/8/2350隨機(jī)誤差δ（偶然誤差）：多次等精度測(cè)量，其絕對(duì)值和符號(hào)無(wú)規(guī)則變化的誤差特點(diǎn)：對(duì)稱(chēng)性抵償性小誤差概率大有界性殘差方差2023/7/3150隨機(jī)誤差δ（偶然誤差）：多次等精度測(cè)量502023/8/2351表2-1測(cè)量結(jié)果圖正偏差出現(xiàn)7次負(fù)偏差出現(xiàn)6次νi>0.5,1次；0.5νi>0.4,2次；…1,2,3,6次;2023/7/3151表2-1測(cè)量結(jié)果圖正偏差出現(xiàn)7次負(fù)512023/8/2352粗大誤差（粗差）明顯偏離實(shí)際值的誤差剔除粗差注意：

1、粗差較易發(fā)現(xiàn)并剔除 2、一般系差與隨機(jī)誤差同時(shí)存在，需分辨出并作相應(yīng)的處理2023/7/3152粗大誤差（粗差）522023/8/23532.4隨機(jī)誤差分析n次測(cè)量的算術(shù)平均值數(shù)學(xué)期望Ex當(dāng)n趨于無(wú)窮時(shí)當(dāng)無(wú)系統(tǒng)誤差和粗差時(shí)絕對(duì)誤差隨機(jī)誤差絕對(duì)誤差隨機(jī)誤差第i次測(cè)量值實(shí)際值2023/7/31532.4隨機(jī)誤差分析n次測(cè)量的算術(shù)532023/8/2354隨機(jī)誤差分析（續(xù)）隨機(jī)誤差的平均值：隨機(jī)誤差具有低償性，當(dāng)測(cè)量次數(shù)無(wú)限大時(shí)：

當(dāng)測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)：即多次測(cè)量可以接近實(shí)際值2023/7/3154隨機(jī)誤差分析（續(xù)）隨機(jī)誤差的平均值：542023/8/2355剩余誤差υ（

殘差） 各次測(cè)量值與算術(shù)平均值之差 兩邊分別求和

上式反映了殘差的特點(diǎn)，可用于檢查算術(shù)平均值是否正確2023/7/3155剩余誤差υ（殘差）552023/8/2356方差σ2為克服隨機(jī)誤差的抵償性，用方差σ2估計(jì)測(cè)量的精密度（偏離真值的程度，單位是相應(yīng)單位的平方）標(biāo)準(zhǔn)差σ

（均方根差，單位與測(cè)量值相同）：用標(biāo)準(zhǔn)差σ反映測(cè)量的精密度精密度正確度準(zhǔn)確度2023/7/3156方差σ2精密度562023/8/2357隨機(jī)誤差的正態(tài)分布

對(duì)于一組測(cè)量數(shù)據(jù)σ的大小反映了測(cè)量精密度特征：1、有界性2、對(duì)稱(chēng)性3、抵償性

σ越小測(cè)量值的精密度高2023/7/3157隨機(jī)誤差的正態(tài)分布對(duì)于一組測(cè)量572023/8/2358極限誤差?（最大誤差或稱(chēng)隨機(jī)不確定度）隨機(jī)誤差大于3σ的概率僅為0.003，可認(rèn)為是粗差注意：極限誤差?用于剔除粗差2023/7/3158極限誤差?（最大誤差或稱(chēng)隨機(jī)不確定度）582023/8/2359貝塞爾公式 上面分析有：

實(shí)際中：不可能，n＞1且有限時(shí)，用殘差代替隨機(jī)誤差，用下面公式表示有限次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差的最佳估計(jì)值（貝塞爾公式）： n應(yīng)大于1，最好不小于62023/7/3159貝塞爾公式592023/8/2360算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差 算術(shù)平均值與真值間也存在隨機(jī)誤差（每組測(cè)量的算術(shù)平均值也不相同，共m組），根據(jù)概率中的方差法則可求出：同理定義極限誤差：測(cè)量結(jié)果表達(dá)示：實(shí)際測(cè)量中標(biāo)準(zhǔn)差及平均值的標(biāo)準(zhǔn)差，直接寫(xiě)成：2023/7/3160算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差同理定義極限誤差：602023/8/2361有限次測(cè)量下的結(jié)果表達(dá)式1、列出測(cè)量數(shù)據(jù)表，測(cè)量n（10~20）次、m組2、計(jì)算算術(shù)平均值、殘差、方差3、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差、平均值的標(biāo)準(zhǔn)差4、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出測(cè)量結(jié)果表達(dá)式2023/7/3161有限次測(cè)量下的結(jié)果表達(dá)式612023/8/23622023/7/3162622023/8/2363解：測(cè)量結(jié)果表達(dá)式：多組測(cè)量時(shí)可以使用：2023/7/3163解：測(cè)量結(jié)果表達(dá)式：多組測(cè)量時(shí)可以使用632023/8/2364系統(tǒng)誤差的特性剔除粗差后，測(cè)量誤差等于隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差值的代數(shù)和：2.5系統(tǒng)誤差分析進(jìn)行n次等精度測(cè)量，系差為恒差或緩慢變化，則有：高一等級(jí)的測(cè)量?jī)x表，或另一用于比對(duì)的測(cè)量?jī)x表當(dāng)n足夠大時(shí)，第二項(xiàng)等于零。2023/7/3164系統(tǒng)誤差的特性2.5系統(tǒng)誤差分析642023/8/2365系統(tǒng)誤差的特性（續(xù)） 當(dāng)n足夠大時(shí)，由于隨機(jī)誤差的抵償性，其算術(shù)平均值等于零，于是得：系統(tǒng)誤差的特性：

1、不具備抵償性； 2、與測(cè)量次數(shù)無(wú)關(guān)； 3、取平均值無(wú)效； 4、研究其規(guī)律，發(fā)現(xiàn)并消除。如果已知A值，就可以得到系差值2023/7/3165系統(tǒng)誤差的特性（續(xù)） 當(dāng)n足夠大時(shí)，652023/8/2366系統(tǒng)誤差的判斷1、理論分析法 由于測(cè)量方法引入的誤差，通過(guò)理論分析解決2、校準(zhǔn)比對(duì)法 用準(zhǔn)確度高的儀器比對(duì)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)系差，修正3、校驗(yàn)比對(duì)法 改變測(cè)量環(huán)境、方法，比對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)系差4、殘差觀察法 根據(jù)殘差觀察有無(wú)系差及類(lèi)型，殘差觀察法主要發(fā)現(xiàn)變值系差，不能發(fā)現(xiàn)恒值系差，見(jiàn)下頁(yè)圖示2023/7/3166系統(tǒng)誤差的判斷1、理論分析法662023/8/23674、殘差觀察法（橫軸是均值不能發(fā)現(xiàn)恒值系差）無(wú)系差系差線性遞增系差規(guī)律復(fù)雜系差周期變化2023/7/31674、殘差觀察法（橫軸是均值不能發(fā)現(xiàn)恒值672023/8/2368消除系統(tǒng)誤差1、采用正確的測(cè)量方法和原理；2、選用正確的儀器、儀表及準(zhǔn)確度；3、測(cè)量用儀器、儀表定期檢定；4、使用中按規(guī)程或說(shuō)明書(shū)操作；5、注意環(huán)境溫度影響，電源電壓的影響；6、盡量使用數(shù)字儀表，避免讀數(shù)誤差；7、提高測(cè)量人員的操作水平。2023/7/3168消除系統(tǒng)誤差1、采用正確的測(cè)量方法和原682023/8/2369消弱系統(tǒng)誤差的典型技術(shù)1、零示法

待測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量

比較，二者效應(yīng)相互抵

消，指示為零?？梢韵闶酒鞯恼`差2、替換法（置換法）測(cè)量條件不變，用標(biāo)準(zhǔn)量替代被測(cè)量，通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量而使示值不變，標(biāo)準(zhǔn)量等于被測(cè)量。兩次測(cè)量零示法替換法標(biāo)準(zhǔn)電源標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻(可調(diào))2023/7/3169消弱系統(tǒng)誤差的典型技術(shù)1、零示法

692023/8/2370其他方法（1）系差修正 用恒值或公式修正（2）隨機(jī)化處理 多臺(tái)同類(lèi)儀表測(cè)量，取各自的平均值作為測(cè)量結(jié)果。不易實(shí)現(xiàn)（3）智能化儀表的系差處理a、零點(diǎn)校準(zhǔn)b、自動(dòng)校準(zhǔn)，見(jiàn)下頁(yè)2023/7/3170其他方法（1）系差修正702023/8/2371b、自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)開(kāi)始測(cè)量滿(mǎn)度自動(dòng)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電源2023/7/3171b、自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)開(kāi)始測(cè)量滿(mǎn)度712023/8/23722.6誤差的合成、間接測(cè)量的誤差傳遞與分配隨機(jī)誤差合成 若測(cè)量結(jié)果中有k個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)誤差、標(biāo)準(zhǔn)方差。則k個(gè)獨(dú)立隨機(jī)誤差的綜合效應(yīng)是他們的方和根

合成誤差時(shí)經(jīng)常用極限誤差合成（測(cè)量次數(shù)夠），極限誤差為 合成的極限誤差

2023/7/31722.6誤差的合成、間接測(cè)量的誤差722023/8/2373系統(tǒng)誤差合成1、確定系統(tǒng)誤差的合成（1）代數(shù)合成法（2）絕對(duì)值合成法（3）方和根合成法2023/7/3173系統(tǒng)誤差合成1、確定系統(tǒng)誤差的合成732023/8/23741、確定系統(tǒng)誤差的合成（續(xù)）合成方法說(shuō)明：（1）代數(shù)合成法計(jì)算的結(jié)果可以抵消部分符號(hào)相反的誤差項(xiàng)（2）絕對(duì)值合成法計(jì)算的結(jié)果偏大（3）m大于10時(shí)各分量出現(xiàn)最大值時(shí)的概率不同，故可以采用方和根合成法，結(jié)果適中（4）若每一項(xiàng)的系統(tǒng)誤差屬于定值，可在修正后再合成作業(yè)例52023/7/31741、確定系統(tǒng)誤差的合成（續(xù)）合成方法說(shuō)742023/8/23752、不確定系統(tǒng)誤差的合成（1）線性相加法 各系統(tǒng)不確定度線性相加（2）方和根合成法（3）標(biāo)準(zhǔn)差法2023/7/31752、不確定系統(tǒng)誤差的合成（1）線性相加752023/8/23762、不確定系統(tǒng)誤差的合成（續(xù)）當(dāng)q<10時(shí)，采用（1）法當(dāng)q>10時(shí)，采用（2）、（3）法2023/7/31762、不確定系統(tǒng)誤差的合成（續(xù)）當(dāng)q<762023/8/2377隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差合成1、合成的極限誤差

k個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)誤差2、合成的確定系統(tǒng)誤差

m個(gè)確定的系統(tǒng)誤差3、合成的不確定系統(tǒng)誤差

q個(gè)不確定的系統(tǒng)誤差4、測(cè)量結(jié)果綜合誤差2023/7/3177隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差合成1、合成的極限誤772023/8/2378間接測(cè)量的誤差傳遞 在供熱量測(cè)量中，供回水溫度、流量為直接測(cè)量，熱量是間接測(cè)量值1、間接測(cè)量函數(shù)

各xi相互獨(dú)立，其絕對(duì)誤差為Δxi，y的絕對(duì)誤差為Δyi，則2023/7/3178間接測(cè)量的誤差傳遞 在供熱量測(cè)量中，782023/8/23791、間接測(cè)量函數(shù)（續(xù)）將上式按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，且略去高階項(xiàng)所以用相對(duì)誤差形式表示2023/7/31791、間接測(cè)量函數(shù)（續(xù)）將上式按泰勒級(jí)數(shù)792023/8/23802、常用函數(shù)的誤差傳遞（1）和差函數(shù)合成誤差設(shè)：絕對(duì)誤差(?x符號(hào)不定時(shí))：相對(duì)誤差：

分別推導(dǎo)出和函數(shù)、差函數(shù)的相對(duì)誤差。作業(yè)例6、7、82023/7/31802、常用函數(shù)的誤差傳遞（1）和差函數(shù)合802023/8/2381（2）積函數(shù)合成誤差（用間接測(cè)量誤差合成推導(dǎo)、過(guò)程見(jiàn)書(shū)）設(shè)：絕對(duì)誤差：相對(duì)誤差：（3）商函數(shù)合成誤差（推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)書(shū)）設(shè)：絕對(duì)誤差：相對(duì)誤差：2023/7/3181（2）積函數(shù)合成誤差（用間接測(cè)量誤差合812023/8/2382（4）冪函數(shù)合成誤差（推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)書(shū)）設(shè)：相對(duì)誤差：2023/7/3182（4）冪函數(shù)合成誤差（推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)書(shū)）822023/8/23833、間接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差對(duì)n個(gè)量等精度直接測(cè)量了m次，可以推出（1）間接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差（2）間接測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差的相對(duì)誤差表示形式2023/7/31833、間接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差對(duì)n個(gè)量等精832023/8/2384間接測(cè)量的誤差分配 間接測(cè)量時(shí)需要對(duì)各測(cè)量元件或儀表進(jìn)行誤差分配，從爾保證誤差合成后，滿(mǎn)足綜合誤差要求 設(shè)間接測(cè)量函數(shù)為

根據(jù)間接測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差為2023/7/3184間接測(cè)量的誤差分配 間接測(cè)量時(shí)842023/8/2385間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)） 現(xiàn)假設(shè)間接測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差已確定，要求確定各分項(xiàng)誤差

按等作用原則分配誤差方法，各局部誤差對(duì)總誤差的影響相等，既2023/7/3185間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)） 現(xiàn)假設(shè)間接852023/8/2386間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)）從而間接測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差為各分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)誤差為用極限誤差表示2023/7/3186間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)）從而間接測(cè)量標(biāo)862023/8/2387間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)）按等作用原則分配誤差的特點(diǎn)： 1、各局部標(biāo)準(zhǔn)誤差相等 2、局部各測(cè)量量的誤差不相等實(shí)際測(cè)量中的誤差分配 1、初步按等作用原則分配誤差 2、根據(jù)局部各測(cè)量量的誤差進(jìn)行誤差分配調(diào)整 3、進(jìn)行綜合誤差合成，再分配各測(cè)量量誤差作業(yè)例92023/7/3187間接測(cè)量的誤差分配（續(xù)）按等作用原則分872023/8/23882.7測(cè)量數(shù)據(jù)的處理有效數(shù)字處理1、有效數(shù)字 從誤差的觀點(diǎn)定義近似值的有效數(shù)字 若末位數(shù)字是個(gè)位，則包含的絕對(duì)誤差不大于0.5例：3.142，極限誤差≤0.0005；8700，極限誤差≤0.5；0.020，極限誤差≤0.0005；87x102，極限誤差≤0.5

x102特點(diǎn)： ①、小數(shù)點(diǎn)后末位的零不能省略； ②、有效數(shù)字與極限誤差有關(guān)2023/7/31882.7測(cè)量數(shù)據(jù)的處理有效數(shù)字處理882023/8/23892、多余數(shù)字的舍入規(guī)則保留有效數(shù)字，采取“小于5舍，大于5入，等于5則奇入、偶不變”。最后一位認(rèn)為有“0.5”的誤差。例：12.34…….12.3；12.36…….12.4；

12.35…….12.4；12.45…….12.4；2023/7/31892、多余數(shù)字的舍入規(guī)則保留有效數(shù)字，采892023/8/23903、有效數(shù)字的運(yùn)算法則（1）加法法則 以小數(shù)點(diǎn)位數(shù)最少的為準(zhǔn)。（2）減法法則 原則同加法。（3）乘除法法則 運(yùn)算結(jié)果比有效數(shù)字位多保留一位。（4）乘方、開(kāi)放運(yùn)算 運(yùn)算結(jié)果比有效數(shù)字位多保留一位。2023/7/31903、有效數(shù)字的運(yùn)算法則（1）加法法則902023/8/2391等精度測(cè)量結(jié)果的處理作業(yè)例11：16次等精度測(cè)量如下表，計(jì)算測(cè)量結(jié)果。2023/7/3191等精度測(cè)量結(jié)果的處理作業(yè)例11：16次912023/8/2392等精度測(cè)量結(jié)果的誤差處理（續(xù)）1、系差修正；2、計(jì)算算術(shù)平均值；3、計(jì)算殘差；并驗(yàn)證殘差應(yīng)為零；4、計(jì)算殘差的平方，按貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值；5、按極差原則檢查剔除粗差；6、修正后重新計(jì)算算術(shù)平均值；7、重新計(jì)算各殘差、標(biāo)準(zhǔn)差；8、再按極差原則檢查粗差，如有重復(fù)6；9、繪出殘差圖，判斷有無(wú)系差，如有想法克服，重復(fù)210、計(jì)算算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差；11、寫(xiě)出結(jié)果表達(dá)式作業(yè)例112023/7/3192等精度測(cè)量結(jié)果的誤差處理（續(xù)）1、系差922023/8/2393習(xí)題：第2章習(xí)題：4、6、9、10、18、23、26、29、31、32、37題2023/7/3193習(xí)題：第2章習(xí)題：93第三章溫度測(cè)量重點(diǎn)溫標(biāo)液體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)2023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)94第三章溫度測(cè)量重點(diǎn)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)94942023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)95§3-1、溫度測(cè)量概述 溫度是國(guó)際單位制7個(gè)基本理量之一一、溫度與溫標(biāo)（一）溫度描述系統(tǒng)不同自由度間能量分布狀況的物理量描述系統(tǒng)冷熱程度的物理量借助于某種物質(zhì)（液體、氣體、固體）的某種特性（體積、壓力、長(zhǎng)度、熱電勢(shì)、電阻等）隨溫度變化的一定規(guī)律來(lái)描述2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)95§3-1、溫度測(cè)量概述952023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)96（二）溫標(biāo)用來(lái)衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度

溫標(biāo)的三要素：某物質(zhì)相平衡溫度的固定點(diǎn)刻度描述兩固定點(diǎn)中間溫度值關(guān)系的函數(shù)，內(nèi)插函數(shù)（或稱(chēng)內(nèi)插方程）

溫度計(jì)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)96（二）溫標(biāo)用來(lái)衡量溫度962023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)971、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)定義：借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)例：以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，以其體積隨溫度的變化為依據(jù)，制成玻璃水銀溫度計(jì)規(guī)定水的沸點(diǎn)為212度，氯化氨和冰的混合物為0度，這兩個(gè)固定點(diǎn)中間等分為212份，每一份為1度記作℉。這種標(biāo)定溫度的方法稱(chēng)為華氏溫標(biāo)。把冰點(diǎn)定為0度，把水的沸點(diǎn)定為100度．用這兩個(gè)固定點(diǎn)來(lái)分度玻璃水銀溫度計(jì)，將兩個(gè)固定點(diǎn)之間的距離等分為100份，每一份為1度，記作℃。這種標(biāo)定溫度的方法稱(chēng)為攝氏溫標(biāo)。其它：蘭氏、列氏溫標(biāo)等。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)971、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)定義：借助972023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)98經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)局限性和隨意性使用溫度受限制理論不嚴(yán)格，從經(jīng)驗(yàn)中推出2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)98經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)局限性982023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)992、熱力學(xué)溫標(biāo)物理學(xué)家開(kāi)爾文（Kelvin）提出，在可逆條件下，工作于兩個(gè)熱源之間的卡諾熱機(jī)與兩個(gè)熱源之間交換熱量之比等于兩個(gè)熱源熱力學(xué)溫度數(shù)值之比：

Ｑ１／Ｑ２＝Ｔ１／Ｔ２，或Ｔ1＝（Ｑ１／Ｑ２）·Ｔ２式中：Ｑ１一卡諾熱機(jī)從高溫?zé)嵩次盏臒崃浚?/p>

Ｑ２一卡諾熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃浚?/p>

Ｔ１一高溫?zé)嵩吹臏囟龋?/p>

Ｔ２一低溫?zé)嵩吹臏囟取?/p>

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)992、熱力學(xué)溫標(biāo)物理學(xué)家992023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)100設(shè)待測(cè)熱源的熱力學(xué)溫度為Ｔ，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)熱源的熱力學(xué)溫度已知為273.16K（水三相點(diǎn)），利用卡諾熱機(jī)測(cè)溫，令Ts＝273.16K則有熱力學(xué)溫標(biāo)的內(nèi)差方程T／TS＝Q／QS，或Ｔ＝（Ｑ／ＱS）·ＴS

式中:Qs一卡諾熱機(jī)向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量 Ts一273.16K 實(shí)際上，卡諾熱機(jī)是不存在的，只好用與卡諾定理等效的理想氣體狀態(tài)方程復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)100設(shè)待測(cè)熱源的熱力學(xué)溫1002023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)101根據(jù)玻意耳一馬略特定律復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)： ＰＶ＝ＲＴ

式中：Ｐ一一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)；Ｖ－氣體的體積；Ｒ－普適常數(shù)；Ｔ－熱力學(xué)溫度。當(dāng)氣體的體積恒定時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，其溫度與壓強(qiáng)成正比：Ｔ／Ts

＝Ｐ／Ｐs

或Ｔ＝（Ｐ／Ｐs

）·Ts

式中:Ts=273.16K；對(duì)應(yīng)Ts時(shí)的壓力Ｐs

測(cè)出壓力比P／Ps時(shí)，即可求得相應(yīng)的熱力學(xué)溫度Ｔ。氣體溫標(biāo)的建立繁雜，而且使用很不便2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)101根據(jù)玻意耳一馬略特定1012023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1023、國(guó)際溫標(biāo)為實(shí)用方便，經(jīng)國(guó)際協(xié)商，建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)。具備以下條件：(1).盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)；(2).復(fù)現(xiàn)精度高，各國(guó)均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保統(tǒng)一；(3).用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，使用方便，性能穩(wěn)定。 第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)“1927年國(guó)際溫標(biāo)”，記為ITS－27。 第二個(gè)國(guó)際溫標(biāo)“1948年國(guó)際溫標(biāo)”，記為ITS－48。 第三個(gè)國(guó)際溫標(biāo)“1968年國(guó)際溫標(biāo)”，記為ITS－68。 第四個(gè)國(guó)際溫標(biāo)“1990年國(guó)際溫標(biāo)”，記為ITS－90。

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1023、國(guó)際溫標(biāo)為實(shí)用方1022023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)103二、1990年國(guó)際溫標(biāo)（ITS-90）簡(jiǎn)介

熱力學(xué)溫度記作T，為了區(qū)別于以前的溫標(biāo)，用“T90”代表新溫標(biāo)的熱力學(xué)溫度，單位仍是K與此并用的攝氏溫度記為ｔ90，單位是“℃”關(guān)系是：ｔ90

=T90

－273.15（一）定義固定點(diǎn) 見(jiàn)表3-12023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)103二、1990年國(guó)際溫1032023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)104表3-2VP—蒸汽壓力點(diǎn)TP—三相點(diǎn)MP—熔點(diǎn)FP—凝固點(diǎn)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)104表3-2VP—蒸汽壓1042023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)105（二）、標(biāo)準(zhǔn)儀器

（1）

0．65～5.0Ｋ，３He和４He蒸汽壓溫度計(jì)；（2）

3.0～24.5561Ｋ，３He和４He定容氣體溫度計(jì)；（3）13.8033Ｋ～961.78℃，鉑電阻溫度計(jì)；（4）961.78℃以上，光學(xué)或光電高溫汁。（三）、內(nèi)插公式 可以跨范圍并交疊使用，略。

注意：溫標(biāo)三要素2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)105（二）、標(biāo)準(zhǔn)儀器（1052023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)106（四）、三種溫標(biāo)換算表：溫度換算表2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)106（四）、三種溫標(biāo)換算1062023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)107三、溫標(biāo)的傳遞2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)107三、溫標(biāo)的傳遞1072023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)108四、溫度測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)

熱力學(xué)第零定律。 取3個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)A、B、C，A與C、B與C接觸，過(guò)一段時(shí)間后，A與C、B與C都相平衡，再將A與B相接觸，則發(fā)現(xiàn)A與B的狀態(tài)都不再發(fā)生變化。由熱力學(xué)第零定律已知：

處于同一熱平衡狀態(tài)的所有物體都具有某一共同的宏觀特性。表征這一宏觀性質(zhì)的物理量就是溫度。顯然溫度不能直接測(cè)量。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)108四、溫度測(cè)量方法及測(cè)1082023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)109溫度測(cè)量方法

1、接觸法 根據(jù)熱平衡原理進(jìn)行接觸測(cè)溫。特點(diǎn)：①溫度計(jì)要與被測(cè)物體有良好的熱接觸；②破壞被測(cè)物體的熱平衡狀態(tài)； ③感溫元件的結(jié)構(gòu)、性能受被測(cè)物體限制。2、非接觸法 利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測(cè)溫。特點(diǎn)：①不改變被測(cè)熱平衡狀態(tài)；②熱慣性小； ③可測(cè)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)109溫度測(cè)量方法1109兩種測(cè)溫方法的特點(diǎn)2023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)110兩種測(cè)溫方法的特點(diǎn)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1101102023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1113、測(cè)溫儀表分類(lèi)表2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1113、測(cè)溫儀表分類(lèi)表1112023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1122023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1121122023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)113§3-2、膨脹式溫度計(jì)利用物體受熱膨脹的原理制成

一、液體膨脹式溫度計(jì)

常見(jiàn)的是玻璃管式溫度計(jì)。它主要由儲(chǔ)液器，毛細(xì)管和標(biāo)尺組成。根據(jù)所充填的液體介質(zhì)不同能夠測(cè)量-200℃

～750℃范圍的溫度。

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)113§3-2、膨脹式溫度1132023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1141、原理利用液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制作

工作液體體積變化為VT1＝VTO（α－αˊ）ｔ１VT2＝VTO（α－αˊ）ｔ２△V＝VT2－VT1＝VTO（α－αˊ）（ｔ2－ｔ１）式中：VT０，VT1，VT２—分別為工作液體在0℃及溫度為ｔ１和ｔ2時(shí)的體積。α，αˊ——分別為工作液體和玻璃的體膨脹系數(shù)。α>>αˊ，靈敏度高，測(cè)溫精度也高。αˊ影響小。常用玻璃液體溫度計(jì)見(jiàn)下表：

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1141、原理利用液體體積1142023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)115常用玻璃管液體溫度計(jì)的測(cè)溫范圍溫度計(jì)分段使用2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)115常用玻璃管液體溫度計(jì)1152023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1162、特點(diǎn)①直觀；

②準(zhǔn)確；

③簡(jiǎn)單；

④低廉；

⑤應(yīng)用廣泛；

⑥不能記錄；

⑦不能遠(yuǎn)傳；

⑧易碎；

⑨遲延較大。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1162、特點(diǎn)①直觀；1162023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1173、玻璃管液體溫度計(jì)分類(lèi)①標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)：用于精密測(cè)量和校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度高，分度值0.1（個(gè)別測(cè)量范圍內(nèi)分度值可達(dá)0.05℃）～0.2℃，基本誤差在0.1～0.8℃內(nèi)。②實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì)：用于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)溫。

③工業(yè)用溫度計(jì)：工業(yè)測(cè)溫，準(zhǔn)確度較低，允許誤差可在l～10℃之間。

④電接點(diǎn)溫度計(jì)：作溫度控制用。定期校驗(yàn)并校正其零位。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1173、玻璃管液體溫度計(jì)1172023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1184、玻璃管溫度計(jì)測(cè)溫誤差分析

（1）遲延誤差 a.玻璃材料的熱滯后； b.工作液體的熱滯后；（2）安裝誤差 外露部分環(huán)境溫度的影響； 插入部分的溫包應(yīng)在被測(cè)溫度中心點(diǎn)。

環(huán)境溫度修正見(jiàn)后頁(yè)。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1184、玻璃管溫度計(jì)測(cè)溫1182023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)119環(huán)境溫度修正：△ｔ＝ｎγ（ｔ－ｔa）式中：△ｔ一露出液體部分的溫度修正值（℃）n——露出液柱部分所占的刻度數(shù)（℃）γ——工作液體對(duì)玻璃的相對(duì)體膨脹系數(shù)（1/℃）（汞＝0.000161/℃,酒精＝0.0001031/℃）t—溫度計(jì)的指示值（℃）ｔa—液柱露出部分所處的環(huán)境溫度（℃）例3.2.1：2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)119環(huán)境溫度修正：△ｔ1192023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)120（3）非線性誤差：

液體溫度計(jì)是由兩個(gè)固定點(diǎn)（冰融點(diǎn)和水沸點(diǎn)）間均勻劃分等分來(lái)進(jìn)行分度的，實(shí)際液體的體積隨溫度的變化存在一定的非線性度。（4）工作液的遲滯誤差： 由于表面吸附力會(huì)造成工作液流動(dòng)的遲滯性，從而降低溫度計(jì)的靈敏度，甚至出現(xiàn)液柱中斷現(xiàn)象。（5）讀數(shù)誤差： 非水平讀數(shù)；手摸標(biāo)尺處。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)120（3）非線性誤差：1202023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)121二、壓力式溫度計(jì)利用密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)，通過(guò)對(duì)工作介質(zhì)的壓力測(cè)量來(lái)判斷溫度值的一種機(jī)械式儀表。工作介質(zhì)：氣體、液體和固體。結(jié)構(gòu)：溫包、毛吸管和傳動(dòng)指示機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、抗震性能好、無(wú)電源、防 爆、測(cè)溫-50~550℃、測(cè)量與顯示間的距離 小于60米，動(dòng)態(tài)特性差、滯后較大。使用場(chǎng)合：常用于飛機(jī)、拖拉機(jī)、汽車(chē)、鍋爐 等。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)121二、壓力式溫度計(jì)利用121三、固體膨脹式溫度計(jì)利用兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片焊制成雙金屬片的一端固定，另一端為自由端。當(dāng)溫度變化時(shí)，由于兩種金屬的線膨脹系數(shù)不同，雙金屬片必然發(fā)生彎曲變形其彎曲的偏轉(zhuǎn)角反映了被測(cè)溫度的數(shù)值，利用其偏轉(zhuǎn)角的變化可以制成相應(yīng)的溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)常用作自動(dòng)控制裝置中的溫度測(cè)量元件，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，但精度不高2023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)122三、固體膨脹式溫度計(jì)利用兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片焊制成201222023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)123§3-3、熱電偶測(cè)溫溫度計(jì)：熱電偶產(chǎn)生與溫度相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)， 再由儀表顯示。測(cè)溫范圍：-200~1300℃，特殊2800℃或4K。一、工作原理：1、熱電現(xiàn)象：兩種不同的導(dǎo)體A和B連接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。記為EAB。2、特點(diǎn)： ①兩種不同的導(dǎo)體；

②兩個(gè)連接點(diǎn)；

③兩點(diǎn)有溫差。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)123§3-3、熱電偶測(cè)溫1232023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)124（一）接觸電動(dòng)勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）現(xiàn)象：兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生自由電子擴(kuò)散，電子擴(kuò)散的速率與自由電子的密度及所處的溫度成正比。導(dǎo)體失去電子而帶正電，獲得電子而帶負(fù)電。在某一溫度下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，電子擴(kuò)散能力與電場(chǎng)阻力平衡，在其接 觸處形成接觸電勢(shì) 用符號(hào)EＡＢ（T） 表示2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)124（一）接觸電動(dòng)勢(shì)（珀1242023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)125接觸電勢(shì)可用下式表示：EＡＢ（T）＝kT/e（ln(NＡＴ/NＢＴ)）

式中：k——波耳茲曼常數(shù)，等于1.38×10-23 J／℃；e——電荷單位，等于4.802×10-10絕對(duì)靜電單位；NＡ、NＢ——分別為在溫度為T(mén)時(shí)，導(dǎo)體A與B的電子密度；T——接觸處的溫度，K。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)125接觸電勢(shì)可用下式表示1252023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)126閉合回路的接觸電勢(shì)分別為：EAB（T）＝kT/e（ln(NAT/NBT））EAB（TO）＝kTO/e（ln(NATO/NBTO)）

NAT、NATO－

A導(dǎo)體的電子密度。

NBT、NBTO－

B導(dǎo)體的電子密度。特點(diǎn)：①溫度越高電勢(shì)越大；②兩導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢(shì)越大。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)126閉合回路的接觸電勢(shì)分1262023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)127（二）溫差電勢(shì)同一導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，高溫端失電子，帶正電。低溫端得電子，帶負(fù)電。建立平衡電動(dòng)勢(shì)：2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)127（二）溫差電勢(shì)同一導(dǎo)1272023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)128（三）閉合回路的總電動(dòng)勢(shì)閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)EＡＢ（T，T０）應(yīng)為接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即： 經(jīng)整理推導(dǎo)后可得： 特點(diǎn)：①總電動(dòng)勢(shì)與T、T０有關(guān)；②NAT、NBT隨T變化，不是常數(shù)；既EＡＢ（T，T０）＝f（T）－f（T０）如：f（T０）＝C；EＡＢ（T，T０）＝f（T）－C

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)128（三）閉合回路的總電1282023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)129顯然用熱電偶測(cè)溫的關(guān)鍵： ①將冷端溫度固定； ②用試驗(yàn)法找出熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系（函數(shù)式、表格、曲線形式）。結(jié)論：（1）凡是兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體材料皆可制成熱電偶。（2）熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，在熱電極材料一定的情況下，僅決定于測(cè)量端和參考端的溫度，而與熱電極的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。（3）熱電偶參考端溫度必須保持恒定，最好保持為0℃。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)129顯然用熱電偶測(cè)溫的關(guān)1292023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)130二、熱電偶的應(yīng)用定則

(一)均質(zhì)導(dǎo)體定則同一勻質(zhì)導(dǎo)體（電子密度處處相同）組成的閉合回路中，任何條件下，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。(二)中間導(dǎo)體定則在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，第三種導(dǎo)體相連接的兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶回路中的總電勢(shì)沒(méi)有影響。證明見(jiàn)書(shū)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)130二、熱電偶的應(yīng)用定則1302023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)131(三)中間溫度定則它是指熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為T(mén)、T０時(shí)，熱電勢(shì)等于該熱電偶在兩接點(diǎn)溫度分別為T(mén)，TＮ和TＮ，T０時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和：EAB（T，TO）＝EAB（T，TN）＋EAB（TN,TO）用于冷端溫度不是0℃而是中間值TN時(shí)的修正計(jì)算。EAB（T，TN）實(shí)測(cè)值；EAB（TN,TO）查表值2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)131(三)中間溫度定則它1312023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)132三、熱電偶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化（一）鎧裝熱電偶1、接線盒：接引出導(dǎo)線用。2、保護(hù)套管：保護(hù)電極不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸。3、絕緣套管：防止短路。4、熱電極①直徑：由材料價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率及用途定。廉金屬0.5~3.2mm;貴金屬0.3~0.65mm②長(zhǎng)度：按安裝條件定，一般為350~2000mm。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)132三、熱電偶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)132（二）薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端極點(diǎn)非常薄，大約0.01～0.1μm薄膜熱電偶適合于表面溫度的快速測(cè)量，響應(yīng)時(shí)間約為數(shù)毫秒基板由云母或浸漬酚醛塑料片等制成，熱電極由鎳鉻-鎳硅、銅-康銅等。薄膜熱電偶的測(cè)溫范圍一般在300℃以下使用時(shí)可用粘結(jié)劑將基板固定在被測(cè)物體的表面2023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)133（二）薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電1332023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)134四、熱電偶分類(lèi)（一）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1、廉金屬熱電偶（1）T型（銅-康銅）熱電偶特點(diǎn)：廉金屬熱電偶中準(zhǔn)確最高、熱電勢(shì)較大、 -200~300℃。（2）K型（鎳鉻-鎳鋁或鎳硅）熱電偶特點(diǎn)：廉金屬熱電偶中測(cè)溫范圍最寬（-200~1100℃），線性較好，熱電勢(shì)較大，我國(guó)目前用鎳鉻-鎳硅熱電偶，它們的特性一樣，而且脫氧化性強(qiáng)。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)134四、熱電偶分類(lèi)（一）1342023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)135（3）E型（鎳鉻-康鋼）熱電偶

不及K型熱電偶應(yīng)用廣泛，但在標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶中在氧化氣氛中靈敏度最高，可使用到1000℃。（4） J型（鐵-康銅）熱電偶 價(jià)廉、靈敏，但準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不如T型熱電偶，0℃以下很少用；其測(cè)溫上限在氧化性氣氛中可到750℃；在還原性氣氛中可到950℃。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)135（3）E型（鎳鉻-康1352023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1362、貴金屬熱電偶（1）S型（鉑銠10-鉑）熱電偶

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中準(zhǔn)確度最高，但熱電勢(shì)小，熱電特性非線性較大。長(zhǎng)期使用上限到1400℃。短期可到1600℃，不適于還原性氣氛。

（2）

R型（鉑銠13-鉑）熱電偶 與S型熱電偶相比除熱電勢(shì)稍大之外，其它特點(diǎn)相同。它只作為引進(jìn)設(shè)備的配件生產(chǎn)。（3）

B型（鉑銠30-鉑銠6、簡(jiǎn)稱(chēng)雙鉑銠熱電偶）熱電偶 具有鉑銠-鉑熱電偶的各種特點(diǎn)，抗污染能力強(qiáng)，具有較好的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期使用上限達(dá)1600℃，但熱電勢(shì)最小，靈敏度低，室溫下熱電勢(shì)極小，E(25)＝-2mV，故一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1362、貴金屬熱電偶（11362023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)137我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要特性

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)137我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主1372023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)138(二)非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1、鎢-錸系熱電偶

熱電勢(shì)較大，線性較好，價(jià)廉。不同批量的熱電特性是有差別的，穩(wěn)定性也較差（極易氧化）。一般用到2400℃以下，不能在氧化氣氛中使用。在冶金、建材、航天、航空及核能等行業(yè)都得到應(yīng)用。是高溫測(cè)試領(lǐng)域中很有前途的測(cè)溫材料。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)138(二)非標(biāo)準(zhǔn)化熱電1382023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1392、鎢-銥系熱電偶

是一種高溫貴金屬熱電偶，熱電勢(shì)較高，接近線性，只能在2200℃以下的真空或情性氣氛中應(yīng)用。3、其他非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（1）鎳鉻一金鐵熱電偶在低溫時(shí)熱電勢(shì)較大，可在2～273K溫度范圍內(nèi)使用。（2）鎳鈷一鎳鋁熱電偶測(cè)溫300～1000℃，300℃以下熱電勢(shì)很小，室溫附近近似零，因此可不必進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和修正。（3）非金屬熱電偶石墨-石墨熱電偶，石墨-二硼化鋯熱電偶，石墨-碳化鈦熱電偶等。

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1392、鎢-銥系熱電偶1392023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)140（3）非金屬熱電偶石墨-碳化硅熱電偶，石墨-二硼化鋯熱電偶，石墨-碳化鈦熱電偶等。非金屬熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)顯著的大。在各種氣氛中物理化學(xué)性能都很穩(wěn)定，測(cè)量上限在3000℃以上。其主要缺點(diǎn)是材料的復(fù)現(xiàn)性很差；沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，機(jī)械強(qiáng)度低。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)140（3）非金屬熱電偶石1402023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)141五、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、測(cè)溫儀表及電路構(gòu)成。（一）熱電偶參考端的溫度處理 只有在固定冷端溫度時(shí)，熱電偶的輸出電勢(shì)才只是熱端溫度Ｔ的單值函數(shù)。1、補(bǔ)償導(dǎo)線法

選擇與熱電偶熱電特此相同的廉金屬導(dǎo)線，作為熱電偶與儀表見(jiàn)的聯(lián)線，相當(dāng)于將測(cè)量端附近的冷端移到儀表端， 以減小熱端的影響。

補(bǔ)償原理圖：2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)141五、熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)由1412023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)142常用補(bǔ)償導(dǎo)線：分為補(bǔ)償型及延伸型兩種，延伸型選擇與所配用熱電偶相同的材料?？稍诤軐挼臏囟确秶鷥?nèi)保持高精度，誤差曲線符合線性，但是價(jià)格高；補(bǔ)償型選擇與所配用熱電偶近似的材料，這種補(bǔ)償導(dǎo)線在較寬的溫度范圍內(nèi)，不能保持高精度，價(jià)格便宜。

注意：1.配套使用；2.正負(fù)極不要接反。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)142常用補(bǔ)償導(dǎo)線：分為補(bǔ)1422023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1432、計(jì)算修正法用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延長(zhǎng)到某一溫度處（通常是環(huán)境溫度），測(cè)量冷端溫度，根據(jù)中間溫度定則，再對(duì)冷端溫度進(jìn)行計(jì)算修正。

步驟（見(jiàn)例3.3.1）（1）測(cè)量冷熱端溫差電勢(shì)；（2）測(cè)量冷端溫度：（3）將冷端溫度換算成電勢(shì)；（4）將冷熱端溫差電勢(shì)與冷端溫度電勢(shì)相加；（5）再換算成溫度。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1432、計(jì)算修正法用補(bǔ)償1432023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1443、冷端恒溫法（1）冰點(diǎn)恒溫法 冷端0℃恒溫，實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量。（2）冷端恒溫法 冷端采用電加熱恒溫，工業(yè)中較精密測(cè)量。4、補(bǔ)償電橋法 在熱電偶測(cè)溫回路中串聯(lián)一個(gè)不平衡電橋，此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化，從而修正熱電偶冷端溫度波動(dòng)引入的誤差。 見(jiàn)下頁(yè)圖：2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1443、冷端恒溫法（1）1442023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)145補(bǔ)償電橋法：ru1熱電阻；

20℃時(shí)電橋調(diào)平衡；不是20℃時(shí)電橋有電勢(shì)，與電偶電勢(shì)相加。儀表初值為20℃2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)145補(bǔ)償電橋法：ru11452023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)146（二）熱電偶的檢定和誤差分析

1、熱電偶的檢定和誤差分析試驗(yàn)要求：1、給出熱電偶測(cè)溫公式；

2、給出測(cè)溫公式的誤差（精度）；

3、試做誤差分析2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)146（二）熱電偶的檢定和1462023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1472、熱電偶測(cè)溫誤差分析

（1）分度誤差分度誤差是指檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，其值不得超過(guò)允許誤差（2)

冷端溫度引起的誤差冷端溫度補(bǔ)償產(chǎn)生的誤差（3）補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與所配熱電偶不完全相同所造成的（4）熱交換所引起的誤差被測(cè)對(duì)象接觸不良，熱電極向周?chē)h(huán)境的導(dǎo)熱損失誤差（5）測(cè)量線路和顯示儀表的誤差線路總電阻一定（動(dòng)圈儀表15Ω）的變化產(chǎn)生測(cè)量誤差（6）其他誤差屏蔽和絕緣不良產(chǎn)生一些其它的誤差2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1472、熱電偶測(cè)溫誤差分1472023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1483、熱電偶變送器熱電偶溫度傳感器的測(cè)溫信號(hào)通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，容易引起很多誤差因此就地將熱電偶傳感器的測(cè)溫信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4～20mA、DC信號(hào)）后，再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸變送器可以與熱電偶溫度傳感器制成一體化結(jié)構(gòu)變送器的信號(hào)線一般為兩線制，連接熱電偶變送器的導(dǎo)線既是電源線又是信號(hào)線2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1483、熱電偶變送器熱電1482023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)149§3-4熱電阻測(cè)溫目前在測(cè)量-200～600℃時(shí)多采用電阻溫度計(jì)。尤其對(duì)于低溫測(cè)量，電阻溫度計(jì)應(yīng)用更為廣泛電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，在13.8033K～961.78℃范圍內(nèi)鉑電阻溫度計(jì)作為實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，信號(hào)便于傳送電阻溫度計(jì)的缺點(diǎn)是；不能測(cè)量太高的溫度；需外電源供電，因此使用受到限制；連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度的影響，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)149§3-4熱電阻測(cè)1492023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)150

一、熱電阻的特性

熱電阻的特性材料：用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。有鉑、銅、鎳、鐵、銠、鐵合金等，半導(dǎo)體有鍺、硅、碳及其他金屬氧化物等。特性：物體的電阻一般隨溫度而變化，通常用電阻溫度系數(shù)α來(lái)描述這一特性。溫度變化系數(shù)，單位是：1/℃；α可用下式表示：2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)150一、熱電阻的特性1502023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)151電阻與溫度的關(guān)系是非線性的，要知任意溫度下的a值，則：α是表征導(dǎo)體電阻與溫度關(guān)系內(nèi)在特性的一個(gè)物理量，可用α表示相對(duì)靈敏度。這是一個(gè)通用的表達(dá)式，具有廣泛的意義

各種材料的α值并不相同，對(duì)純金屬而言，一般為0.38％～0.68％左右。它的大小與導(dǎo)體本身的純度有關(guān)，α越大，導(dǎo)體材料的純度越高2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)151電阻與溫度的關(guān)系是1512023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)152電阻比W（T）：

W（T）同α一樣與材料的純度有關(guān)，W（T）值越大，電阻絲的純度越高，因此，鉑電阻溫度計(jì)的鉑純度用電阻比W（T）表示某一溫度下的阻值參考溫度下的阻值2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)152電阻比W（T）： 1522023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)153電阻值與溫度的關(guān)系特性表示方法：作圖法函數(shù)表示法列表法（分度表法）2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)153電阻值與溫度的關(guān)系特1532023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)154二、常用熱電阻

1、鉑熱電阻

國(guó)際公認(rèn)的成熟產(chǎn)品，性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、精度高，在工業(yè)用溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。它的測(cè)溫范圍一般為-200～650℃。

當(dāng)溫度為-200℃≤t≤0℃時(shí)：

當(dāng)溫度為0℃≤t≤650℃時(shí)：

一般工業(yè)用鉑熱電阻要求Ｗ(１００)＝1.387～l.390；標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻要求Ｗ(１００)≥1.39252023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)154二、常用熱電阻1、1542023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1552、銅熱電阻在測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可以采用銅熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量，它的測(cè)量范圍一般為-50～150℃在使用溫度范圍內(nèi)，銅熱電阻的特性方程為銅熱電阻的工藝性好，價(jià)格便宜，但它易氧化，不適于在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1552、銅熱電阻在測(cè)量精1552023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1563、鎳熱電阻

鎳熱電阻的電阻溫度系數(shù)a較鉑大，約為鉑的1.5倍，使用溫度范圍為-50～300℃但是在200℃左右時(shí)。具有特異點(diǎn)，故多用于150℃以下電阻與溫度的關(guān)系式為

未制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分度表，故目前多用于溫度變化范圍小，靈敏度要求高的場(chǎng)合上述三種熱電阻均是標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻溫度計(jì)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1563、鎳熱電阻鎳熱電1562023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1574、半導(dǎo)體熱敏電阻

半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值高。它的電阻值較鉑熱電阻高1～4個(gè)數(shù)量級(jí)電阻與溫度的關(guān)系不是線性的，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)表示：特點(diǎn)：體積小，熱慣性也小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可制成各種形狀，最小珠狀可達(dá)φ0.2ｍｍ，常用來(lái)測(cè)點(diǎn)溫。資源豐富、價(jià)格低廉?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，元件表面用玻璃等陶瓷材料封裝，可用于環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合?？裳兄瞥鲮`敏度高、響應(yīng)速度快、使用方便的溫度計(jì)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1574、半導(dǎo)體熱敏電阻1572023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)158三、特殊熱電阻

1、鎧裝熱電阻

（1）外徑尺寸小，套管內(nèi)為實(shí)體，響應(yīng)速度快；（2）抗震，可繞，使用方便，適于安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位；（3）感溫元件不接觸腐蝕性介質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)。鎧裝熱電阻的外徑尺寸一般為ф2～8ｍｍ，可制成ф1ｍｍ。常用溫度為-200～600℃。

2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)158三、特殊熱電阻1、1582023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1592、薄膜鉑熱電阻

利用真空鍍膜法將純鉑直接蒸鍍絕緣的基板上而制成。它的測(cè)溫范圍是-50～600℃。

薄膜鉑熱電阻的生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)量高，適用于表面、狹小區(qū)域、快速測(cè)溫及需要高阻值的場(chǎng)合。

3、厚膜鉑熱電阻

用高純鉑粉與玻璃粉混合，加有機(jī)載體調(diào)成糊狀漿料。用絲網(wǎng)印刷在剛玉基片上，再燒結(jié)安裝引線，。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1592、薄膜鉑熱電阻利1592023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)160四、熱電阻測(cè)溫電路

（一）平衡電橋測(cè)溫 Ｒｔ＝Ｒ１（Ｒ３／Ｒ２） 由于Ｒ２和Ｒ３都是固定的已知電阻，其比值為常數(shù)，所以被測(cè)電阻Ｒｔ與Ｒ１成正比，只要沿Ｒ１敷設(shè)標(biāo)尺，便可根據(jù)觸頭位置讀出被測(cè)電阻值，即被測(cè)溫度。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)160四、熱電阻測(cè)溫電路1602023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)161二線與三線制測(cè)溫Ｒｔ置于被測(cè)介質(zhì)中以感受被測(cè)溫度的變化ＲＷ是導(dǎo)線電阻隨著環(huán)境溫度的變化而變化。它的變化也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果二線法帶來(lái)測(cè)量誤差，為了減小這項(xiàng)誤差，實(shí)用上多采用三線連接法2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)161二線與三線制測(cè)溫Ｒ1612023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)162三線法測(cè)溫平衡電橋法三線接法的優(yōu)點(diǎn)兩根銅導(dǎo)線的電阻分別加到電橋相鄰的兩臂上，它們的電阻變化對(duì)讀數(shù)的影響可以相互對(duì)消第三根銅導(dǎo)線，由于連接在電源對(duì)角線上，其電阻變化對(duì)讀數(shù)沒(méi)有影響2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)162三線法測(cè)溫平衡電橋1622023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)163（二）不平衡電橋測(cè)溫不平衡電橋測(cè)溫工作原理是當(dāng)測(cè)測(cè)溫度為下限值ｔmin（相應(yīng)于Ｒmin）時(shí)，電橋恰好處于平衡狀態(tài)當(dāng)t≠ｔmin時(shí)（Ｒｔ≠Ｒｔmin），電橋平衡被破壞，Ｉy≠０，且隨著t與ｔmin偏差的加大，Ｉy的值也愈大根據(jù)Ｉy的大小來(lái)判斷被測(cè)溫度值。

不平衡電橋法2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)163（二）不平衡電橋測(cè)溫1632023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)164不平衡電橋的應(yīng)用：不平衡電橋與平衡電橋相比，有以下特點(diǎn)：（1）它具有非線性的轉(zhuǎn)換規(guī)律。（2）電源電壓的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，最好用穩(wěn)壓電源（或穩(wěn)流電源．）供電。（3）它與平衡電橋一樣，也有連接導(dǎo)線引起的環(huán)境溫度附加誤差，也可用三線接法予以減小。（4）它能連續(xù)地自動(dòng)指示被測(cè)溫度，而無(wú)需象平衡電橋那樣另增加一套自動(dòng)平衡裝置，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。不平衡電橋在自動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用極廣，在配熱電阻的動(dòng)圈儀表、數(shù)字儀表的測(cè)量橋路中都有應(yīng)用。此外在溫度變送器，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電橋、電子秤、電磁流量計(jì)等很多儀表中都用到了不平衡電橋。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)164不平衡電橋的應(yīng)用：不1642023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)165（三）四線制測(cè)溫

在熱電阻測(cè)溫電路中，采用恒流源供電可以構(gòu)成四線制電路其中兩根引線為熱電阻提供恒流源，在熱電阻上產(chǎn)生電壓降，通過(guò)另兩根引線引至電位差計(jì)或高精度電壓表進(jìn)行測(cè)量它能夠完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響這種接線方式主要用于高精度溫度測(cè)量2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)165（三）四線制測(cè)溫在165（三）熱電阻變送器就地將熱電阻傳感器的測(cè)溫信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4～20mA）進(jìn)行傳輸變送器的電路可分為三部分：電阻—電壓轉(zhuǎn)換、線性化處理及電壓—電流轉(zhuǎn)換電路變送器可以與熱電阻溫度傳感器做成一體化結(jié)構(gòu)，變送器的體積很小可以安裝在鎧裝熱電阻的接線盒內(nèi)變送器的信號(hào)線一般為兩線制，連接熱電阻變送器的導(dǎo)線既是電源線又是信號(hào)線2023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)166（三）熱電阻變送器就地將熱電阻傳感器的測(cè)溫信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變1662023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)167五、熱電阻的校準(zhǔn)

1．比較法

將標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與被校電阻溫度計(jì)一起插入恒溫槽中，在需要的或規(guī)定的幾個(gè)穩(wěn)定溫度下讀取標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校溫度計(jì)的示值并進(jìn)行比較，其偏差不能超過(guò)被校溫度計(jì)的最大允許誤差。在校驗(yàn)時(shí)使用的恒溫器有冰點(diǎn)槽、恒溫水槽和恒溫油槽。 熱電阻值的測(cè)量可以用電橋，也可以用直流電位差計(jì)測(cè)量恒電流（小于6mA）流過(guò)熱電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降Ut和Un，然后計(jì)算出熱電阻的阻值Rt。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)167五、熱電阻的校準(zhǔn)11672023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)168計(jì)算公式與校驗(yàn)2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)168計(jì)算公式與校驗(yàn)1682023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1692．兩點(diǎn)法

比較法雖然可用調(diào)整恒溫器溫度的辦法對(duì)溫度計(jì)刻度值逐個(gè)進(jìn)行比較校驗(yàn)，但所用的恒溫器規(guī)格多，一般實(shí)驗(yàn)室多不具備。因此，工業(yè)電阻溫度計(jì)可用兩點(diǎn)法進(jìn)行校驗(yàn)，即只校驗(yàn)Ｒ0與Ｒ100兩個(gè)參數(shù)。這種校驗(yàn)方法只需具有冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽，分別在這兩個(gè)恒溫槽中測(cè)得被校驗(yàn)電阻溫度計(jì)的電阻Ｒ0和Ｒ100，然后檢查Ｒ0值和Ｒ100/Ｒ0的比值是否滿(mǎn)足技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)，以確定溫度計(jì)是否合格。2023/7/31建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)1692．兩點(diǎn)法比較法雖1692023/8/23建筑環(huán)境測(cè)量技術(shù)170六、熱電阻的選擇與誤差分析

1、選擇原則：①測(cè)溫范圍。要經(jīng)常測(cè)定的溫度值和溫度變化范圍，以正確選用熱電阻的測(cè)量范圍。②測(cè)溫準(zhǔn)確度。應(yīng)明確要求的測(cè)量準(zhǔn)確度，不要盲目追求高準(zhǔn)確度，因?yàn)闇?zhǔn)確度愈高，熱電阻的價(jià)格越貴，應(yīng)選擇既滿(mǎn)足測(cè)量要求、準(zhǔn)確度又適宜的熱電阻。③測(cè)溫環(huán)境。應(yīng)明確測(cè)量場(chǎng)所的化學(xué)因素、機(jī)械因素以及電磁場(chǎng)的干擾等，這對(duì)正確合理選用保護(hù)套管材料、形狀及尺寸十分有用。在500℃以下一般采用