如何提高热工测量的准确性与可靠性？

测量是对各种事物进行定量的技术工作，是现代生产过程必不可少的、非常重要的一个环节；是监视生产过程是否符合工艺规定要求，达到有关技术指标的自动化手段，同时也是实现工业生产过程自动控制的基础。在发电厂中，热工测量通常是指热力生产过程中各种热工参数（如温度、压力、流量、液位等）的测量方法，而用来测量热工参数的仪表叫做热工测量仪表。为了监视和控制设备运行，分析和统计各种指标，在电厂中机、炉等设备上安装了许多热工测量仪表，通过对热工参数准确可靠地测量，可使运行人员及时地了解热力设备运行工况，使热工自动化装置及时地获得信号，从而使生产过程按预定的最安全、最稳定、最经济的工况运行。

发电厂的安全、经济运行主要靠科学的热工检测技术与完善的自动控制系统保证。热工测量的结果，一方面通过显示仪表供值班人员监视机组各部分的运行工况用，另一方面送到过程控制系统中作为自动调节、顺序控制（程序控制）、自动报警、自动保护等的依据。所以其作用之重要显而易见，这可从图3-1所示热力生产过程控制系统的组成框图看出。

图3-1 热力生产过程控制系统组成框图

热工测量的范围大致包括热力生产过程中压力、温度、流量、物位及有关机械量等参数的检测。为全面保证机组的安全、经济运行，故其测量取样点遍布所有设备。

一、测量误差

在进行测量过程中，总是存在着各种各样的主客观影响因素，使得测量结果与被测量的真实值（理论值）不相符合，即存在测量误差。

1.误差的表示

通常测量误差可用示值的绝对误差、相对误差及折合误差来表示。其中：

示值的绝对误差

δ=L-A

示值的相对误差

相对引用误差

γ0=δ/（Amax-Amin）×100%

式中 δ——绝对误差，它与被测量的量纲一致，且带正负号（表示示值偏大或偏小）；

L——测量值；

A——真值（真实值），真值虽客观存在，但其数值难以得到，故常用标准仪表测量值或理论值等约定真值代替；

Amax、Amin——测量仪表的量程，Amax、Amin分别为测量仪表的上限、下限刻度；

γ——示值的相对误差，它没有量纲，但仍带正负号，对于大小不同的测量值，利用相对误差更便于比较测量的准确度或质量高低；

γ0——折合误差，一般用于比较测量仪表的优劣。

举例：有一体温计A，其量程为0～50℃，现测量一体温为37℃的人体，其温度指示值为38℃。另有一温度计B，其量程为0～1200℃，炉膛出口烟气为1050℃，而其测量示值为1040℃。则

A表：示值绝对误差为δA=38℃-37℃=+1℃

B表：示值绝对误差为δB=1040℃-1050℃=-10℃

不难看出，虽然用B表测烟气温度绝对误差大，但其测量结果的质量却较高，即测量的准确度较A表高。另由折合误差也很容易地比较、判断出，B表优于A表，后者可信度较差。

2.误差的分类

研究、讨论误差的目的在于在测量过程中尽可能地减小误差，并能正确地处理误差，以提高测量结果的准确性。

按照测量误差的基本性质不同，可将误差分为三大类，即系统误差、随机误差、疏失误差。

（1）系统误差。在相同条件下多次重复测量同一被测量时，如果每次测量值的误差基本恒定不变（绝对值和符号保持不变），或按某种确定规律变化，这种误差称作系统误差。

系统误差产生的原因主要有：测量仪器或测量系统本身不够完善，如仪表刻度不准等；仪表使用不当，如测量人员操作不当，读数不准等；测量时外界环境条件变化，如环境温度、湿度、磁场等。

由于系统误差往往具有一定规律性，测量时应尽可能地设法消除或对测量结果加以修正，以提高测量的准确程度。需说明的是，假定测量系统或测量条件不变，即使增加重复测量的次数也并不能减少系统误差。

（2）随机误差（偶然误差）。指在相同条件下多次测量同一被测量时，产生的绝对值和符号不可预知的随机变化着的误差。

当重复测量某一被测量的次数足够多时，随机误差一般遵循一定的统计规律，呈正态分布（分布曲线如图3-2所示）。

图3-2 正态分布曲线(www.xing528.com)

测量实践表明，多次重复测量服从正态分布的随机误差具备如下特点：

1）单峰性。绝对值小的随机误差出现的概率大于绝对值大的随机误差出现的概率。

2）有界性。绝对值很大的随机误差出现的概率等于零。在实际测量中随机误差的绝对值一般不会大于一定的界限。

3）对称性。绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。则当测量次数足够多时，随机误差的代数和趋于零，即随机误差具有抵偿性。

基于随机误差上述特点，则测量结果可利用多次测量所得测量值求算术平均值等数学方法获得，同时可求其标准偏差即均方根误差。

引起测量结果产生随机误差的原因是测量过程中细小且众多的影响因素综合作用的结果。通常这些因素是人们所不知，或因其变化过分微小而无法加以严格控制。但由于其遵从正态分布规律，故只要重复测量次数足够多，就可通过数学处理得到可信的测量结果。

（3）疏失误差（粗大误差）。指由于操作人员的操作错误、粗心大意及仪表的误动作等原因而造成的误差。含粗大误差的测量值称为坏值，应当舍掉。为避免测量结果出现疏失误差，要求操作人员在测量过程中应有高度的责任感，并掌握熟练的操作技术。

二、热工测量仪表的组成

热工仪表的种类较多，虽然各种表计的工作原理、结构外形、所测参数等不尽相同，但就其构成仪表各部分的作用来看，一般可将热工仪表大致分为三个相同组成部分：感受件、中间件、显示件（见图3-3）。个别仪表的一个环节本身可是一块表计。

图3-3 热工仪表的组成框图

1.感受件（敏感元件、传感器）

感受件是直接与被测对象发生关系，感受被测参数的变化并输出相应的其他量的敏感部件。例如玻璃管液体温度计的温包。

感受件的性能好坏直接影响着测量仪表能否快速、准确地反映被测参数的变化，因此感受件的性能应符合一定的要求。

（1）输出信号与被测参数变化呈稳定的单值函数关系，最好是线性关系。这样，一方面感受件的输出不受非被测量变化的影响或影响甚微，否则要有相应的补偿等措施；另一方面输出与输入呈稳定的线性关系，复现性好，亦即在不同的测量条件下，能在规定的准确度内得到一致的测量结果。

（2）应有较高的灵敏度，即在被测参数变化较小时感受件的输出信号就有较为显著的变化。

（3）反应快，迟延小。

2.中间件（变送部件）

中间件就是用来接受感受件的输出信号，并将其送到显示件的部件。根据不同情况，中间件的主要作用有：

（1）单纯起传输作用。通过信号管道与电缆直接将感受件输出的信号传输至显示件进行显示。

（2）起信号放大作用。将感受件输出的微弱信号进行放大，以满足远距离传输以及驱动指示、记录装置的需要。

（3）起变送作用。将感受件的输出信号变换为相应的其他量，以便于远距离传送或适于二次仪表的显示。此时中间件常称作变送器。

3.显示件

显示件接受中间件送来的信号，并转变为测量人员可以辨识的信号，它是与人直接联系的部件。

根据仪表的显示方式不同，显示件一般有模拟显示、数字显示、屏幕显示三种：

（1）模拟显示。模拟显示是指在刻度标尺范围内，由指针、光标等反映被测参数的连续变化。

（2）数字显示。数字显示就是直接用数字显示被测参数的大小（或高低）。

（3）屏幕显示。屏幕显示就是应用计算机技术和电视屏幕等显示测量结果。它既能作模拟式显示，也能作数字式显示，或者同时按两种方式进行显示，还可以给出要求的数据表格、曲线等。

三、测量系统的综合误差

生产运行人员更为关心的是仪表安装到现场组成测量系统后的综合误差大小。综合误差值可通过成套测量系统的校验来获得。为了保证测量准确性，在电厂常要求测量系统的综合误差应小于或等于下式计算值

式 中 δ综——测量系统的综合误差；

δ1、δ2——测量系统各组成部件的基本误差；

K——若干个部件的基本误差。

例如用EU热电偶配电子电位差计测量主汽温度，二次表量程为600℃，各部件的基本误差分别为：EU热电偶的为±1%，补偿导线的为±1.5mV（折合成引用误差近似为±0.6%），电子电位差计的为±0.5%。测量系统的综合误差应满足

若发现综合误差值超过上述数值，应找出原因，设法减少。