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化工仪表及自动化 主讲教师：周丽雯 开课单位：材冶学院热能系 第一章 概述 本章主要内容： 1.测量的概念； 2.测量的意义； 3.测量的方法； 4.测量系统及组成； 5.测量误差与测量精度； 6.测量技术的发展状况； 7.评定仪表的技术指标。 1.1测量的概念 测量（measurement)是人类认识自然界中客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质和揭示自然界规律的一种手段， 即对客观事物取得数量概念的一种认识过程。 在测量过程中，要借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。 总之，测量就是取得未知参数值而做的，包括测量的误差分析和数据处理等计算工作在内的全部工作。 从计量学的角度讲，测量就是用实验的方法，把被测量与同性质的标准量进行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的量值的过程。其目的是获得被测对象的确定量值，关键是进行比较。 则被测量的值可表示为：X=aU 式中：X: 被测量； U: 标准量； a: 被测量与标准量的数字比值。 欲使测量结果有意义，测量必须满足以下条件： 1. 用来测量比较的标准量应该是国际上或国家公认的，且性能稳定； 2. 进行比较所用的方法和仪器必须经过校准验证。 1.2 测量的意义 人类的知识许多是依靠测量得到的。 信息产业是21世纪的首要产业。仪器仪表也制造业是信息产业的龙头。 在军事上，仪器仪表是“战斗力”。 现代仪器仪表还是当今社会的“物化法官”。 科学技术与生产水平的高度发达，要求有更先进的测试技术与仪器作基础。 在现代装备系统的设计和制造工作中，测试工作已占首位。 一些生产过程或装备使用监测仪表数量的统计数据： 因此，无论是在科学实验中还是在生产过程中，一旦离开了测量，必然会给工作带来巨大的盲目性。 1.3 测量方法 测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。 按测量结果产生的方式分，测量方法可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法。 1.直接测量法：是被测量直接与选用的标准量进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量，从而直接得到被测量数值的测量方法。 2.间接测量法：通过直接测量与被测量有某种函数关系的其它各个变量，然后将所测量的数值带入函数关系进行计算，从而得到被测量数值的方法。 组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形式出现（或改变测量条件以获得不同的组合），根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过联立方程求解的到未知量的数值。 其他分类方法： 按测量条件分：等精度测量与非等精度测量； 按被测量在测量过程中的状态分：静态测量和动态测量。 按被测量的属性分：电量测量和非电量测量。 按对测量结果的要求不同分：工程测量和精密测量。 按被测参数不同分：热工测量、成份测量和机械测量等 1.4 测量系统及组成 为实现一定的测量目的而将设备进行的组合称为测量系统。任何测量系统都是由有限个具有一定功能的测量环节组成的。 测量环节是指建立输入和输出两种物理量之间某种函数关系的基本部件。 敏感元件是测量系统与被测对象发生联系的部分，它直接接收来自被测介质的能量，并且产生一个以某种方式与被测量有关的输出信号。 理想的敏感元件应满足以下几方面的要求： ①稳定的函数关系； ②只对被测信号敏感，对一切可能的输入信号不敏感； ③在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。 二、变换元件的作用：将敏感元件输出的信号变换成显示元件易于接收的信号，即变换成性质上、强弱上显示元件所能接收的信号。要求其性能稳定、精度高，信息损失小。 三、显示元件的作用：测量系统与观察者发生联系的部分。要求将被测信号变成人们的感官能识别的形式。（翻译）可以进行指示、记录。 有三种基本形式： ①模拟显示元件：用指示器与标尺的相对位置的变化表示被测量的大小。其特点是结构简单、价格低廉、易产生视差，以曲线形式记录。 ②数字式显示元件：以数字的形式显示被测量的大小。其特点是不产生视差、反应迅速、精度高，但直观性差，有量化误差。 ③屏幕显示元件：CRT 、液晶显示。模拟数字均可，其特点是形象、数据量大，便于比较判断，价格较贵。 四、 传送元件的作用：将信号从一个环节送到另一个环节，建立环节输入输出信号之间的联系。如导线、导管、光纤、无线电等。要求其能量损失小、失真小，不易引入干扰等。 1.5 测量误差与测量精度 误差（error)测量结果不可能准确地反映被测量的真值而存在的偏差即为测量误差。 任何测量结果都有误差 ——误差公理。 待测量的大小在一定条件下都有一个客观存在的值，称为真值。真值是一个理想的概念，一般是不可知的。我们通常所说的真值主要有以下三类： (1)理论真值