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建筑环境测试技术

建筑环境测试技术. 周卫平 2011.3. 《 建筑环境测试技术（第二版） 》. （第二版）. 湖南城市学院 城市建设系 建筑环境与设备工程教研室. 第 2 篇 测量仪表 第 (8 学时 ). 第 9 章 建筑环境测量（ 3 学时） §9.1 空气中气体污染物的测量 §9.2 空气含尘浓度及生物微粒的测量 §9.3 环境放射性测量 §9.4 环境噪声测量 §9.5 建筑光环境测量 第 10 章（ 0 学时） 第 11 章 电动显示仪表（ 1 学时） §11.1 概述 §11.2 模拟式显示仪表 §11.3 数字式显示仪表

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  1. 建筑环境测试技术 周卫平 2011.3 《建筑环境测试技术（第二版）》 （第二版） 湖南城市学院 城市建设系 建筑环境与设备工程教研室

  2. 第2篇 测量仪表第 (8学时) • 第9章 建筑环境测量（3学时） • §9.1 空气中气体污染物的测量§9.2 空气含尘浓度及生物微粒的测量 • §9.3环境放射性测量 • §9.4环境噪声测量 • §9.5建筑光环境测量 • 第10章（0学时） • 第11章 电动显示仪表（1学时）§11.1概述 • §11.2模拟式显示仪表§11.3数字式显示仪表 • §11.4智能式显示仪表 • §11.5传感器及变送器与显示仪表的连接 • 第3章 温度测量（1学时）§3.3 热电偶测温§3.4 热电阻测温 • §3.6非接触测温 • 第4章 湿度测量 • §4.3 电子式湿度传感器（0.5学时）第6章 物位测量（0.5学时） • §6.1 物位检测的主要方法和分类 • §6.5 声学式物位检测第 • 5章 压力测量（0.5学时） • §5.2 液柱式压力计 • §5.3 弹性压力计§5.4 电气式压力检测 • 第7章 流速及流量测量（1学时） • §7.1流速测量§ 7.3流量测量方法和分类 • § 7.6 电磁流量计 • 第8章 热量测量（0.5学时） §8.1 热阻式热流计§8.2 热量及冷量的测量

  3. （1学时）

  4. 第11章 电动显示仪表 • 11.1模拟式显示仪表 • 11.2模拟式显示仪表 • 11.3数字式显示仪表 • 11.4智能式显示仪表 • 11.5传感器及变送器与显示仪表的连接 • *JW－Ⅱ型建筑热工温度与热流巡回检测仪 *XMD系列数字智能巡回检测仪

  5. 11.1 概念 • 模拟 • 数字 • 模拟量数字化 • 比较 6

  6. 11.1.1 模拟式显示仪表 ·模拟式显示仪表的构成 ·与数字式显示仪表的构成比较。 如图所示： 7

  7. 11.1.2 数字式显示仪表 （一）数字式显示仪表的构成 数字式显示仪表的构成如图所示 8

  8. （二）数字式显示仪表的技术指标 1．分辨率 仪表在最小量程时，最末一位数字跳变一个字所代表的量值。它反映了仪表的灵敏度. 9

  9. 2．精确度 在模拟量经A/D转换器变成数字量的过程中，至少要产生土1个量化单位的误差，因此，数字仪表的误差由模拟误差和数字误差两部分构成。 数字仪表精确度的表示方法有两种： 将第二种方法写成相对误差的形式，则有 第二种方法用得较多，见例题 10

  10. 3．输入阻抗 它是指仪表在工作状态下，仪表两个输入端子之间所呈现的等效阻抗 4．干扰抑制比 工业现场存在很强的电磁场及各种高频干扰，因此，对数字抗干扰性有一定的要求，通常用干扰抑制比来表示 串模干扰：叠加在测量信号上 共模干扰：不同的地电位造成的电位差 11

  11. 11.1.3 智能式显示仪表 • 模拟——数字信号转换部分与数字式仪表相同 • 转换后的数字信号送入微处理器中，进行处理后再显示 • 智能式显示仪表按使用性质不同可分为专用型仪表和通用型仪表 • 通用型仪表可以接受所有的标准电信号和部分非标准电信号的输入 · 可以将输入信号进行输出，输出信号可以是模拟信号输出，也可以是以通讯方式的数字信号输出 12

  12. 1. 智能式显示仪表的构成 13

  13. 11.3 数字式显示仪表 数字显示仪表中模数转换（A／D）、非线性补偿和标度变换是组成数字式仪表的三要素 14

  14. 11.3.1 模拟一数字转换（A／D） · 在数字式显示仪表中，为了实现数字显示，需要把连续变化的模拟量转换成数字量 · 将模拟量转换为一定码制的数字量统称为模数转换。 · A／D转换器实际上是一个编码器 15

  15. 1．直接比较型A／D转换 直接比较型 A／D转换的原理是基于电位差计的电压比较原理。 • 通过不断比较、不断鉴别，实现了 A／D转换。 16

  16. 逐次比较型A／D转换 逐次比较型A／D转换是最典型的直接比较型。为了具体了解这种转换原理 举例说明，将模拟电压624mV按8、4、2、l码转换为数字输出（分辨力lmV） 标准电压共有三组，具有以下等级： ①800mV、400mV、200mV、100mV ②80mV、40mV、20mV、10mV ③ 8mV、4mV、2mV、lmV 17

  17. 逐次比较型A／D转换 标准电压按高到低的顺序与被测电压642mV进行比较，从最高位开始，直至最低位比较结束，逐步实现模一数转换。比较过程如下： 第一步，用第一组的最大值 800mV与 642mV进行比较，800mV＞642mV，此值弃去，记作“0”（标在示意图横坐标下方） 第二步，用400mV与 642mV比较，400mV＜642mV，此值留下，记作“1” 18

  18. 逐次比较型A／D转换 第三步，用（200＋400） mV与642mV比较，（200＋400）mV＜642mV，将（400＋200）mV值留下，记作“1” 第四步，用（100＋200＋400）mV与642mV比较，（100＋200＋400）mV＞642mV，此值弃去，记作“0” 百位比较完后，得到的是600 mV 19

  19. 逐次比较型 A／D转换 如此下去，直至第十二步，将最小电压值lmV用完 得到三位二进制数码（0110 ；0100； 0010）即642 这个数码就是经比较后的转换结果，为模拟电压642mV的8、4、2、1码形式的数字输出 20

  20. 逐次逼近A/D转换编码过程 ①800mV、400mV、600mV、700mV ②80mV、40mV、60mV、50mV ③ 8mV、4mV、2mV、3mV 电压比较过程： 21

  21. 11.3.2 非线性补偿 非线性补偿的方法很多，一类是用硬件的方式实现；一类是以软件的方式实现（常用在智能仪表中）。 硬件非线性补偿，在A／D转换中进行非线性补偿的称为非线性A／D转换。 模拟式线性化精度较低，非线性A／D转换则介于上面两者之间，补偿精度可达0.l％～0.3％，价格适中 22

  22. （2）反馈式接入 所谓反馈式线性化就是利用反馈补偿原理，引入非线性的负反馈环节，用负反馈环节本身的非线性特性来补偿检测元件或传感器的非线性，使UO和X之间的关系具有线性特性. 23

  23. 11.3.3 信号的标准化及标度变换 将检测元件或传感器送来信号的标准化或标度变换，是数字显示仪表设计中必须解决的基本问题 24

  24. 1、信号标准化 标准化的电流信号有两种，一种是将测量信号转换成4～20mA、DC；另一种是将测量信号转换成0～10mA、DC 标准化的电压信号目前国内采用的统一直流电压传输信号有以下几种：0～10mV、0～30mV、0～40.95mV、0～50mV、0～5V、1～5V等 25

  25. 2、标度变换 对于过程参数测量用的数字仪表的显示，要求用被测变量的形式显示，例如：温度、压力、流量、物位等. 是一个量纲还原问题. 26

  26. 11.3.4 数字式仪表的规格与型号 数字式仪表的型号基本沿袭了动圈式仪表的编号方法，见教材. 27

  27. 11.4 智能式显示仪表 将检测元件、变送器或传感器送来的电流或电压信号，经前置放大器放大后，经A／D转换器转换成数字量信号. 然后将数字量信号经过智能式仪表内部的数据总线，传送给仪表内部的微处理器进行数据处理. 最后再进行显示和远传. 28

  28. 11.4.1 智能式仪表的结构特点 微处理器化 仪表的核心部分使用微处理器 总线结构 仪表内部以微处理器为核心的芯片都是以总线方式相连接的 标准化接口 并行总线接口 RS232、RS485接口 29

  29. 灵活的面板结构 仪表使用功能键完成人机接口的简单操作功能. 使用LED、LCD显示功能操作指令、测量数据及数据曲线等 所有的面板操作与显示均由微处理器控制与管理. 30

  30. 11.4.2 数字滤波技术 测量信号在传输过程中混入了各种随机干扰信号，在A/D转换之前可以采用硬件电路进行滤波. 但是硬件滤波电路只能滤掉部分干扰信号，为了提高数据测量的精度在仪表内部还要使用软件滤波技术. 31

  31. 1、算术平均值法 对同一测量点的数据，连续采样N次，然后取其平均值. 算术平均值法是常用的、最简单的方法，但是如果在测量信号中混入了较大的脉冲干扰，则会给测量结果带来很大的误差. 32

  32. 2、中位值法 对同一测量点的数据，连续采样3次。将测量数据排队，取其中间值作为测量值. 因此中位值法滤波的应用需要进一步完善. 33

  33. 3、综合滤波法 结合上述的算术平均值法和中位值法滤波的特点，构成综合滤波法. 吸收了均值滤波和中值滤波的优点，具有较强的实用性。采用此种方法N值不能取得太小，通常N值取7～15次。m取值1～3次. 34

  34. 11.4.3 标度变换 经过传感器、变送器和A/D转换后的测量信号，已经完全丢失了测量数据的量纲. 要想显示它的实际测量数据的量纲，需要进行标度变换. 信号传递过程的变化和最后的量纲转换过程与数字仪表相同. 35

  35. 1、线性信号的标度变换 智能仪表的标度变换，就是将A/D转换后的数字信息复原成传感器测量的实际数据. 针对线性信号可有如下的转换关系: 36

  36. 2、非线性信号的标度变换 测量信号与传输信号之间的关系有时是非线性关系，可以采用数学计算的方法解决. 以流量测量为例，采用差压流量计测量，不考虑其液体密度的修正，流量与测量压差的关系: 37

  37. 11.4.4 非线性补偿技术 在信号变送、传输、转换过程中，即使是线性传感器也会发生非线性的变化. 尤其是在高精度测量时，非线性变化的误差会直接影响测量精度. 目前在线性化处理方法中，最常用的是线性插值法，而且此方法在智能仪表中也很容易实现. 38

  38. 1、线性插值原理 线性插值的思想就是以直代曲. 将一个非线性的关系曲线，用分成若干的直线段来表示. 分成的直线段越多，越接近于曲线，线性插值的误差也就越小. 39

  39. 2、线性插值分段法 目前主要有两种线性插值分段法 一种是等距分段法。 另一种是变距分段法。 等距分段法 计算简单、各段的线性化误差不相等。 变距分段法 根据非线性化误差的大小来进行分段。 计算较为复杂，但是各段的线性化误差相等。 40

  40. 11.4.5 数据处理功能 求取测量值的平均值、方差值、标准差值和均方根值等. 按线性关系、对数关系即乘方关系求取测量值相对于基准值的各种比值. 进行各种随机量的统计规律的分析和处理. 进行曲线拟合和非线性的校正. 进行逻辑运算，实现极值判别和报警功能等. 进行加、减、乘、除、积分、微分等计算. 41

  41. 11.4.6 自校准功能 自动校准功能是为了消除测量过程中，智能仪表的使用环境发生变化而带来的测量误差. 这种校准功能只能减小仪表本身的测量转换误差，而消除不了测量信号的传输误差. 42

  42. 建筑热工温度与热流自动测试系统（巡检仪） • JW-Ⅲ型热流计式导热仪操作规程 • 启动前先检查设备是否正常状态。 • 安装试样：从主机上取下有机玻璃罩和保温套，试样紧靠热板，移动冷却单元，使试样与冷、热板接触，拧紧压力装置，装上有保温套和机玻璃罩。 • 开启总电源开关：打开智能化仪表开关，待仪表巡检一周后，按动功能选择键“S”,选“10”和“11”，输入检测材料厚度d及热板控制温度值。 • 设定冷板温度：拨动开关指向“预置”，调节“预置”按钮，设置温度然后将开关至于控温。 • 打开加热开关：将开关置于“自动”，调节电压按钮升温，当热板温度接近设定温度时，开关拔向“手动”人工调节最佳电压值。 • 变化值小于±1.5%，仪器进入稳定状态，读取热流计输出热电势。 • 关机：操作结束，将仪器关机。 JW-Ⅲ型热流计式导热仪

  43. JW-III建筑材料热流计式导热仪，采用了智能化测量。JW-III建筑材料热流计式导热仪，采用了智能化测量。 • 一、主要技术参数 • 测量范围:试样热阻应大于0.1m.k/w λ值0.02—0.5. • 热面温度:室温~60℃. • 冷面温度:室温~5℃. • 试样尺寸:300×300(mm). • 电源电压:~220V±20V AC50HZ. • 环境条件:温度5~40℃相对湿度<90%. • 测量误差:≦±5%. • 二、用途：为用户在实验室测试材料导热系数，广泛应用于建筑、航空、化工、科研等领域. • 三、配置：主机1个、测试仪1台、有机罩1个、测试样板1块.

  44. 参 考 文 献 • [1].张永瑞，刘振起等编著.电子测量技术基础 [M]. 西安电子科技大学出版社，2000. • [2].田胜元，肖曰嵘编著.实验设计与数据处理.中国建筑工业出版社.1988. • [3] .周渭,于建国编著.测试与计量技术基础[M].西安电子科技大学. 2004.

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