熱工儀表 PPT課件

1、1課程特點(diǎn)課程內(nèi)容涵面廣自動(dòng)控制原理原理檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)控制儀表及裝置控制儀表及裝置過程計(jì)算機(jī)控制過程計(jì)算機(jī)控制化工過程控制工程化工過程控制工程集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)內(nèi)容以敘述性為主，理論推導(dǎo)較少內(nèi)容以敘述性為主，理論推導(dǎo)較少學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：一、抓住物理概念二、重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一、抓住物理概念二、重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) 三、三、聯(lián)系實(shí)際，多看參考書聯(lián)系實(shí)際，多看參考書 第1頁/共94頁2現(xiàn)代過程控制第2頁/共94頁第第1 1章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)Fundamentals of Test & Measurement Technology第3頁/共94頁4目錄 1.1 1.1 概述

2、 1.61.6隨機(jī)誤差及其估算 1.2 1.2 檢測(cè)儀表的分類與組成 1.71.7誤差的綜合 1.3 1.3 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 1.81.8測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)理 1.4 1.4 測(cè)量誤差及誤差分析 思考與練習(xí)題 1.5 1.5 系統(tǒng)誤差的消除方法 第4頁/共94頁5歷史時(shí)代：歷史時(shí)代：手工化手工化機(jī)械化機(jī)械化自動(dòng)化自動(dòng)化信息化信息化生產(chǎn)方式：生產(chǎn)方式：人與簡人與簡單工具單工具動(dòng)力機(jī)動(dòng)力機(jī)與機(jī)械與機(jī)械自動(dòng)測(cè)自動(dòng)測(cè)量控制量控制智能機(jī)智能機(jī)械裝置械裝置1.11.1概述概述一、檢測(cè)的地位和作用1. 信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然第5頁/共94頁6 人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系：一、檢測(cè)的地位

3、和作用第6頁/共94頁7 2. 信息流是客觀世界的一個(gè)主流 物料流物料流 能流能流 信息流信息流客觀世界客觀世界一、檢測(cè)的地位和作用第7頁/共94頁8信息流組成信息流組成信息流信息流獲取傳輸處理控制信息獲取是信息流的一環(huán)信息獲取是信息流的一環(huán)一、檢測(cè)的地位和作用第8頁/共94頁9 獲取信息獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)是儀器科學(xué)的基本任務(wù) 儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分重要組成部分 儀器儀表是信息工業(yè)的儀器儀表是信息工業(yè)的源頭源頭一、檢測(cè)的地位和作用第9頁/共94頁10 3 檢測(cè)儀器儀表的作用一、檢測(cè)的地位和作用 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn) 倍增器倍增器 科學(xué)研究科學(xué)研究 先行官先行

4、官 社社 會(huì)會(huì) 物化法官物化法官 軍軍 事事 戰(zhàn)斗力戰(zhàn)斗力第10頁/共94頁11一、檢測(cè)的地位和作用 工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè) 關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵領(lǐng)域在美國：檢測(cè)技術(shù)占在美國：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長66%第11頁/共94頁12檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用一、檢測(cè)的地位和作用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位.第12頁/共94頁13一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用離線檢測(cè)：零件參數(shù)、 尺寸與形位公差、 品質(zhì)參數(shù)作 用：現(xiàn)代工程裝備中， 檢測(cè)

5、環(huán)節(jié)的成本約占 5070%第13頁/共94頁14檢測(cè)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異檢測(cè)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息， 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制 溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等 汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容 普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器， 豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。 底底 盤：盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)

6、、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等 車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫 車車 身：身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等 第14頁/共94頁15第15頁/共94頁16檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位 家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦-紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式數(shù)字體溫計(jì)

7、：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)-光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)-熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換-駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取-面陣CCDCCD掃描儀：文檔掃描-線陣CCDCCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè) - - 壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀 - - 離子傳感器第16頁/共94頁17一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位 科學(xué)研究的先行官科學(xué)研究的先行官 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R. R. Ernst說說“現(xiàn)代科學(xué)

8、的進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展” 俄國化學(xué)家門捷列夫指出俄國化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測(cè)量開始科學(xué)是從測(cè)量開始的的” 近近80年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)者達(dá)38人人第17頁/共94頁18一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位 軍事戰(zhàn)斗力軍事戰(zhàn)斗力 1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)年海灣戰(zhàn)爭(zhēng) 精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8% 2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng) 90% 1994年美國防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局年美國防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)立體作戰(zhàn)第18頁/共94頁19一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)

9、用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器-OICW 夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射2020毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間。第19頁/共94頁20美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在國防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5. 衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng): 探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道； 攔截器：能識(shí)別真假彈頭，敵友方第20頁/共94頁21檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重檢測(cè)技術(shù)

10、在航天領(lǐng)域舉足輕重一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位飛行器測(cè)控飛行器測(cè)控 - 檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱 火箭測(cè)控火箭測(cè)控 - 檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡 第21頁/共94頁22一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分-2077個(gè)傳感器飛船部分-1218個(gè)傳感器，檢測(cè)參數(shù)-加速度、溫度、壓力、 振動(dòng)、流量、應(yīng)變、 聲學(xué)、神州飛船：神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置臺(tái)（套）儀器裝置第22頁/共94頁23一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位 “物化法官” 檢查產(chǎn)品質(zhì)量檢查產(chǎn)品質(zhì)量 監(jiān)測(cè)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)環(huán)境污染 識(shí)別指紋假鈔識(shí)別指紋假鈔 查服違禁藥

11、物查服違禁藥物 偵破刑事案件偵破刑事案件第23頁/共94頁24一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、涵蓋涵蓋 吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空第24頁/共94頁25定義定義：被測(cè)信息被測(cè)信息：傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)全部操作全部操作：檢測(cè)過程：檢測(cè)過程：檢測(cè)是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗(yàn)及服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域?yàn)榧皶r(shí)獲得被測(cè)、被控對(duì)象的有關(guān)信息而實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)地對(duì)一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測(cè)量。（全部操作）二、檢測(cè)的基本概念信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出物

12、理量（光、電、力、熱、磁、聲、）被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象：宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體 ）檢測(cè)器具：檢測(cè)器具：化學(xué)量（PH、成份）生物量（酶、葡萄糖、） 第25頁/共94頁26例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫二、檢測(cè)的基本概念空氣被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息被測(cè)信息：檢測(cè)器具檢測(cè)器具：操作過程操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器 - 熱電阻、熱電偶 熱敏電阻 電信號(hào) 處理 顯示空調(diào)機(jī)第26頁/共94頁27三、檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成接接口口總總線線存儲(chǔ)存儲(chǔ)顯示顯示分析分析監(jiān)控監(jiān)控判斷判斷決策決策一般構(gòu)成：一般構(gòu)成：信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)

13、轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示處理顯示處理顯示處理顯示信號(hào)檢出：功能 - 將被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（detection）器件 - 傳感器（sensor, transducer）信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能 - 將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件 - 信號(hào)調(diào)理電路（signal conditioning circuit）處理顯示：功能 - 分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、 ) 其它環(huán)節(jié)：存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策 第27頁/共94頁28檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成力力位移位移 速度速度

14、 加速度加速度 壓力壓力流量流量溫度溫度電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 壓電式壓電式熱電式熱電式 光電式光電式磁電式磁電式電橋電橋 放大器放大器濾波器濾波器調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器運(yùn)算器運(yùn)算器 阻抗變換器阻抗變換器 筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器 磁帶記錄儀磁帶記錄儀 電子示波器電子示波器 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 顯示器顯示器 磁卡磁卡 數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理器 頻譜分析儀頻譜分析儀 FFT 實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī) 被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象 傳感器傳感器 中間變換中間變換測(cè)量裝置測(cè)量裝置 顯示及顯示及 記錄裝置記錄裝置 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置處理裝置 激發(fā)裝

15、置激發(fā)裝置 第28頁/共94頁29四、檢測(cè)方法分類 1、直接測(cè)量與間接測(cè)量 直接測(cè)量：直接將直接測(cè)量：直接將被測(cè)量被測(cè)量與與標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、激光、） 絕對(duì)測(cè)量絕對(duì)測(cè)量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸） 相對(duì)測(cè)量相對(duì)測(cè)量第29頁/共94頁30四、檢測(cè)方法分類- 絕對(duì)測(cè)量：絕對(duì)測(cè)量：采用儀器、設(shè)備、手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值采用儀器、設(shè)備、手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值測(cè)量結(jié)果：測(cè)量結(jié)果：20.1 mm- 相對(duì)測(cè)量：相對(duì)測(cè)量：將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比

16、較，得到偏差值特點(diǎn)：特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；簡單、直觀、明了； 測(cè)量精度不高測(cè)量精度不高基準(zhǔn)量：基準(zhǔn)量：20.00 mm測(cè)量值：測(cè)量值：+0.08 mm結(jié)結(jié) 果：果：20.08 mm特點(diǎn)：特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高精度高；復(fù)雜、成本高、要求高第30頁/共94頁31四、檢測(cè)方法分類 間接測(cè)量間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率：測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得Rdl24第31頁/共94頁32四、檢測(cè)方法分類 2、開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量：開環(huán)測(cè)量：反饋測(cè)量：反饋測(cè)量：特點(diǎn)特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；：簡單、直觀、明了； 測(cè)量精度不高測(cè)量精度不高特點(diǎn)特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、

17、成本高、要求高：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高傳感器傳感器輸入量輸入量x輸出量輸出量y傳感器傳感器輸入量輸入量x輸出量輸出量y放大放大反向傳感器反向傳感器第32頁/共94頁33四、檢測(cè)方法分類 3、偏差法、零位法和微差法偏差法：偏差法：零位法：零位法：利用測(cè)量儀表的指針相對(duì)于刻度的偏差位移直接表示測(cè)量的數(shù)值利用測(cè)量儀表的指針相對(duì)于刻度的偏差位移直接表示測(cè)量的數(shù)值利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量兩者達(dá)到平衡，利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量兩者達(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：微差法：偏差法和零位法的結(jié)合偏

18、差法和零位法的結(jié)合被測(cè)量余數(shù)被測(cè)量余數(shù)被測(cè)量大值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡被測(cè)量大值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡第33頁/共94頁34四、檢測(cè)方法分類 思考：桿秤、磅秤和天平分別屬于何種檢測(cè)方法？桿秤、磅秤和天平分別屬于何種檢測(cè)方法？第34頁/共94頁35五、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化軟測(cè)量技術(shù)第35頁/共94頁36第36頁/共94頁37第37頁/共94頁38第38頁/共94頁39第39頁/共94頁40六、測(cè)量單位被測(cè)量被測(cè)量 基準(zhǔn)量基準(zhǔn)量單位單位測(cè)量：測(cè)量：比較比較倍數(shù)（結(jié)果）倍數(shù)（結(jié)果）第40頁/共94頁41避免混亂避免混亂 - 國際單位制（國際單位制（SI）：）：長度長度 質(zhì)量質(zhì)量 時(shí)間時(shí)間

19、 電流電流 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 物質(zhì)的量物質(zhì)的量 光量光量實(shí)物單位實(shí)物單位-千克標(biāo)準(zhǔn)原器千克標(biāo)準(zhǔn)原器-光在真空中光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485能量（能量（J）=力力 距離距離大得多大得多/小得多小得多-詞頭：詞頭：mm、 m、nm（10-9m）；）； kHz、MHz（106Hz）、）、GHz（109Hz）SI 基本單位：基本單位：SI 組合單位：組合單位：七個(gè)物理量單位七個(gè)物理量單位 - 相互獨(dú)立相互獨(dú)立由基本單位導(dǎo)出由基本單位導(dǎo)出 =質(zhì)量質(zhì)量 加速度加速度 距離距離J = kg（m/s2）m = m2kg/s2（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）

20、（cd） （科學(xué)家）（科學(xué)家）能量能量 - 焦（耳）：長度、質(zhì)量、時(shí)間焦（耳）：長度、質(zhì)量、時(shí)間第41頁/共94頁421.21.2檢測(cè)儀表的分類與組成檢測(cè)儀表的分類與組成一、檢測(cè)儀表的定義 能確定所感受的被測(cè)變量大小的儀表。二、儀表的分類 1.按被測(cè)量分類:溫度、壓力、流量、物位等 2.按測(cè)量原理分類：電容式、壓電式、光電式、超聲波式等 3.按輸出信號(hào)分類：模擬和數(shù)字式 4.按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)分類：含微處理器、不含微處理器第42頁/共94頁431.21.2檢測(cè)儀表的分類與組成檢測(cè)儀表的分類與組成三、儀表的組成 一般有敏感環(huán)節(jié)、變量轉(zhuǎn)換與控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、顯示環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)等組成。三、檢

21、測(cè)儀表組成三、檢測(cè)儀表組成檢測(cè)環(huán)節(jié)檢測(cè)環(huán)節(jié):是檢出元件或傳感器，直接感受被測(cè)變量，并是檢出元件或傳感器，直接感受被測(cè)變量，并將它變換成適于測(cè)量的信號(hào)形式將它變換成適于測(cè)量的信號(hào)形式。轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié):對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大等處理，并傳送給顯示部分進(jìn)行 指示或記錄。顯示部分顯示部分:就地指示型儀表、單元組合型儀表、數(shù)字式顯示儀表就地指示型儀表、單元組合型儀表、數(shù)字式顯示儀表 一般有敏感環(huán)節(jié)、變量轉(zhuǎn)換與控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、顯示環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)等組成。第43頁/共94頁441.31.3檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)一、 線性度 在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定精度等級(jí)的校準(zhǔn)設(shè)備，測(cè)得的特

22、性曲線稱為系統(tǒng)的靜態(tài)校準(zhǔn)曲線。系統(tǒng)的校準(zhǔn)曲線與選定的擬合直線的偏離程度稱為系統(tǒng)的線性度，又稱為非線性誤差。如圖所示，用y ymaxmax表示校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差，用y yF.S.F.S.表示系統(tǒng)的滿量程輸出值（F.S.F.S.是full full scalescale的縮寫），則線性度L L可表示為 %100.F.SmaxyyL第44頁/共94頁45第45頁/共94頁46二、 靈敏度靈敏度是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出改變量與引起此變化的輸入改變量之比。常用S Sn n表示靈敏度， 其表達(dá)式為: :xySddn 顯然，非線性系統(tǒng)的靈敏度各處不一樣，如圖（a）所示。只有線性系統(tǒng)的靈敏度才為

23、常數(shù)，如圖（b）所示，這時(shí): xySn第46頁/共94頁47靈敏度的定義 (a) 非線性特性； (b) 線性特性 第47頁/共94頁48三、 遲滯（遲環(huán)）在相同工作條件下作全量程范圍校準(zhǔn)時(shí)，正行程（輸入量由小到大）和反行程（輸入量由大到?。┧幂敵鲚斎胩匦郧€往往不重合。 也就是說，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，系統(tǒng)正、 反行程的輸出信號(hào)大小不相等，此即遲滯現(xiàn)象。遲滯（或稱遲環(huán)）正是用來描述系統(tǒng)在正、反行程期間特性曲線不重合程度的，如圖所示。遲滯的大小常用正、反行程最大輸出差值y ymaxmax對(duì)滿量程輸出y yF.S.F.S.的百分比來表示，其表達(dá)式為 %100F.S.maxhyye第48頁/共

24、94頁49第49頁/共94頁50四、重復(fù)性重復(fù)性是指在相同工作條件下，輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)，所得系統(tǒng)特性曲線不一致性的程度，如圖所示。重復(fù)性的計(jì)算方法有多種。比較簡單的方法是先求出正行程的最大偏差y ymax1max1和反行程的最大偏差y ymax2max2，再取這兩個(gè)偏差中的較大者為y ymaxmax，然后用y ymaxmax與滿量程輸出y yF.S.F.S.的百分比表示，即 %100F.S.maxryye第50頁/共94頁51第51頁/共94頁52因重復(fù)性誤差屬隨機(jī)誤差，故按標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算重復(fù)性指標(biāo)更合適，用maxmax表示各校準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)偏差中的最大值，則 %100F.S.ma

25、xrye式中，為置信概率系數(shù)，通常取23。取2時(shí)，置信概率為95.4%；取3時(shí)，置信概率為99.7%。 第52頁/共94頁53五、 閾值和分辨力 當(dāng)系統(tǒng)的輸入從零開始緩慢增加時(shí)，只有在達(dá)到了某一值后，輸出才發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)值說明了系統(tǒng)可測(cè)出的最小輸入量，稱之為系統(tǒng)的閾值。 當(dāng)系統(tǒng)的輸入從非零的任意值緩慢增加時(shí)，只有在超過某一輸入增量后，輸出才發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)輸入增量稱為系統(tǒng)的分辨力。有時(shí)用該值相對(duì)于滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示， 則稱為分辨率。分辨力說明了系統(tǒng)可測(cè)出的最小輸入改變量。 對(duì)數(shù)字式系統(tǒng)，分辨力指能引起數(shù)字輸出的末位數(shù)發(fā)生改變所對(duì)應(yīng)的輸入增量。 第53頁/共94頁54六、 穩(wěn)

26、定性 穩(wěn)定性表示系統(tǒng)在較長時(shí)間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力， 故又稱長期穩(wěn)定性。一般以室溫條件下經(jīng)過一個(gè)規(guī)定的時(shí)間后， 系統(tǒng)的輸出與標(biāo)定時(shí)輸出的差異程度來表示其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性可用相對(duì)誤差或絕對(duì)誤差來表示。表示方式如：x x個(gè)月不超過y y% %滿量程輸出。有時(shí)也采用給出標(biāo)定的有效期來表示其穩(wěn)定性。七、動(dòng)態(tài)特性 第54頁/共94頁551.41.4測(cè)量誤差及誤差分析測(cè)量誤差及誤差分析二、 誤差的概念在檢測(cè)過程中，由于檢測(cè)系統(tǒng)的精確度有限、測(cè)量方法不完善、環(huán)境中存在各種干擾因素，以及檢測(cè)技術(shù)水平的限制等原因，必然使測(cè)量值和真實(shí)值之間存在著一定的差值，這個(gè)差值稱為測(cè)量誤差。測(cè)量誤差的表示方法有多種，含義各異

27、， 如表所示。 一、對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行研究主要基于如下目的： （1 1） 研究測(cè)量誤差的性質(zhì)，分析產(chǎn)生誤差的原因，以尋求最大限度地消除或減小測(cè)量誤差的途徑。 （2 2） 尋求正確處理測(cè)量數(shù)據(jù)的理論和方法，以便在同樣條件下能獲得最精確、最可靠地反映真實(shí)值的測(cè)量結(jié)果。 第55頁/共94頁56分類 誤差 定義 系統(tǒng)誤差 在同一條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。 隨機(jī)誤差 在同一條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，大小相符號(hào)均作無規(guī)律變化的誤差稱為隨機(jī)誤差。 按誤差的基本性質(zhì)和特點(diǎn)和分類 粗大誤差 明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差。 工具誤差 由于測(cè)

28、量儀表或儀表組成元件本身不完善引起的誤差 按誤差產(chǎn)生的來源分類 方法誤差 由于測(cè)量儀表原理不完善引起的誤差。 絕對(duì)誤差 測(cè)量值和真值的差值，和被測(cè)量具有相同的量綱。 相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差和被測(cè)量的實(shí)際值（或示值）的比值，通常以百分?jǐn)?shù)來表示。是無量綱量。 按誤差的量綱分類 引用誤差 絕對(duì)誤差和儀表滿量程的比值，一般以百分?jǐn)?shù)來表示。通常以最大引用誤差來確定儀表的精確度等級(jí)。 基本誤差 儀表在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。 按儀表的工作條件分類 附加誤差 儀表在偏離規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件工作時(shí)除基本誤差外又附加產(chǎn)生的誤差。 靜態(tài)誤差 在被測(cè)量穩(wěn)定不變條件下進(jìn)行測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的誤差。 按被測(cè)量隨時(shí)間變化的速度分類

29、 動(dòng)態(tài)誤差 在被測(cè)量隨時(shí)間變化的過程中進(jìn)行測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的附加誤差。 第56頁/共94頁57三、誤差的表示方法：三、誤差的表示方法： 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差：檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值(即示值即示值) 與被測(cè)量的真與被測(cè)量的真值值 之間的代數(shù)差值之間的代數(shù)差值 稱為檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值的絕對(duì)誤差：稱為檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值的絕對(duì)誤差： 相對(duì)誤差相對(duì)誤差：檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值(即示值即示值)的絕對(duì)誤差的絕對(duì)誤差 與與被測(cè)參量真值被測(cè)參量真值 的比值，稱為檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的比值，稱為檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量(示值示值)的相對(duì)誤的相對(duì)誤差差，常用百分?jǐn)?shù)表示。，常用百分?jǐn)?shù)表示。 0XXx100%XX-X100%X000

30、xx0X0X 工程上，用多次測(cè)量的平均值代替相對(duì)真值。一般來說相對(duì)誤差值小，測(cè)量精度高。X第57頁/共94頁58引用誤差 檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值的絕對(duì)誤差 與系統(tǒng)量程L L的比值，稱為檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值的引用誤差 ，常用百分?jǐn)?shù)表示。100%Lxx 同一檢測(cè)系統(tǒng)，其測(cè)量范圍內(nèi)的不同示值處的引用誤差也不一定相同，通常取引用誤差的最大值。第58頁/共94頁59最大引用誤差（或滿度最大引用誤差） 在檢測(cè)系統(tǒng)全量程所有測(cè)量值引用誤差（絕對(duì)值）的最大者；或所有測(cè)量值中最大絕對(duì)誤差（絕對(duì)值）與量程的比值的百分?jǐn)?shù)，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差。 最大引用誤差是檢測(cè)系統(tǒng)基本誤差的主要形式，常稱為檢測(cè)系統(tǒng)的基本誤差。最大引用誤差

31、又稱為滿度（引用）相對(duì)誤差，是儀表基本誤差的主要形式，故也常稱之為儀表的基本誤差，精度等級(jí)規(guī)定取一系列標(biāo)準(zhǔn)值，我國目前規(guī)定的精度等級(jí)有：0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等級(jí)別。100%Lmaxmaxx第59頁/共94頁60n例例1 1 有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，它們的測(cè)溫范圍分別為有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，它們的測(cè)溫范圍分別為01000100和和100300100300，校驗(yàn)表時(shí)得到它們的最大絕對(duì)誤差均為，校驗(yàn)表時(shí)得到它們的最大絕對(duì)誤差均為22，試確定，試確定這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。%1%1001003002%2

32、%1000100221解解 這兩臺(tái)儀表的最大引用誤差分別為這兩臺(tái)儀表的最大引用誤差分別為一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.52.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為1 1級(jí)。級(jí)。第60頁/共94頁 【例2】現(xiàn)有0.5級(jí)的0300和1.0級(jí)的0100的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測(cè)量80的溫度，試問選用哪一個(gè)溫度計(jì)好？為什么？ 解：0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為: 1.0級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80時(shí)可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為:5 .10300%5 .0|111mmmx%875. 1%100805 .

33、 1%100|11xxmx10100%0 . 1|222mmmx%25. 1%100801%100|22xxmx 計(jì)算結(jié)果，顯然用1.0級(jí)溫度計(jì)比0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，示值相對(duì)誤差反而小。因此在選用儀表時(shí)，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程，一般最好使測(cè)量值落在儀表滿度值的2/3以上區(qū)域內(nèi)。 第61頁/共94頁62四、準(zhǔn)確度、精密度和精確度四、準(zhǔn)確度、精密度和精確度測(cè)量結(jié)果與真值吻合程度定性概念不精密（隨機(jī)誤差大）不精密（隨機(jī)誤差大） 準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差小）準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差?。?精密（隨機(jī)誤差?。┚埽S機(jī)誤差小）不準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差大不準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差大）不精密（隨機(jī)誤差大）不精密（隨機(jī)誤差大

34、）不準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差大）不準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差大）精密（隨機(jī)誤差?。┚埽S機(jī)誤差?。?zhǔn)確（系統(tǒng)誤差小）準(zhǔn)確（系統(tǒng)誤差?。┑?2頁/共94頁631.51.5系統(tǒng)誤差的消除方法系統(tǒng)誤差的消除方法一、系統(tǒng)誤差的特點(diǎn). .系統(tǒng)誤差是一個(gè)恒定不變的值或是確定的函數(shù)值。. .多次重復(fù)測(cè)量，系統(tǒng)誤差不能消除或減少。 . .系統(tǒng)誤差具有可控制性或修正性。二、系統(tǒng)誤差的處理. .消除系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的根源：測(cè)量儀器、測(cè)量方法、環(huán)境因素. . 對(duì)測(cè)量結(jié)果引入修正值：已定系統(tǒng)誤差：必須修正例如電表、螺旋測(cè)微計(jì)的零位誤差； 未定系統(tǒng)誤差：要估計(jì)出分布范圍 如：螺旋測(cè)微計(jì)制造時(shí)的螺紋公差等。. .采用典型測(cè)量技術(shù)消除系統(tǒng)誤差：選

35、擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法，使系統(tǒng)誤差能夠抵消而不會(huì)帶入測(cè)量值中。恒系差：如零示法、代替法和交換法等。變值系差：等時(shí)距對(duì)稱觀測(cè)法，半周期偶數(shù)觀測(cè)法。第63頁/共94頁641.61.6隨機(jī)誤差及其估算隨機(jī)誤差及其估算一、隨機(jī)誤差的定義和產(chǎn)生原因 隨機(jī)誤差是不可預(yù)測(cè)和不可避免的，隨機(jī)誤差是許多因素造成的很多微小誤差的總和。如測(cè)量儀器元器件產(chǎn)生噪聲帶來的誤差，或電源電壓波動(dòng)帶來的誤差等。 二、隨機(jī)誤差的分布規(guī)律和統(tǒng)計(jì)特性 大量的隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布. .在多次測(cè)量中，絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多，即具有單峰性。第64頁/共94頁65. .在多次測(cè)量中，絕對(duì)值相等的正誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概

36、率相同，即具有對(duì)稱性。. .測(cè)量次數(shù)一定時(shí)，誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定的界限，即具有有界性。. .進(jìn)行等精度測(cè)量時(shí)，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值的誤差隨著測(cè)量次數(shù)的增加而趨近于零，即正負(fù)誤差具有抵償性。小小大大P022221)(efy第65頁/共94頁66標(biāo)準(zhǔn)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差的計(jì)算方法的計(jì)算方法國內(nèi)外廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)誤差國內(nèi)外廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)誤差( (均方根誤差均方根誤差) )來評(píng)定測(cè)量列隨機(jī)誤差的大來評(píng)定測(cè)量列隨機(jī)誤差的大小。標(biāo)準(zhǔn)誤差的計(jì)算方法一般有標(biāo)準(zhǔn)法、絕對(duì)差法和極差法幾種。其中標(biāo)小。標(biāo)準(zhǔn)誤差的計(jì)算方法一般有標(biāo)準(zhǔn)法、絕對(duì)差法和極差法幾種。其中標(biāo)準(zhǔn)法精度高，應(yīng)用廣泛。下面介紹應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)法準(zhǔn)法精度高，應(yīng)用廣泛。下面

37、介紹應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)法( (貝塞爾公式貝塞爾公式) )的計(jì)算過程。的計(jì)算過程。 設(shè)設(shè)n n次等精度測(cè)量所測(cè)得的值為次等精度測(cè)量所測(cè)得的值為x x1 1, , x x2 2, , ，x xn n。 (1) (1) 計(jì)算測(cè)得值的算術(shù)平均值：計(jì)算測(cè)得值的算術(shù)平均值： niixnx11三、測(cè)量值的算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差第66頁/共94頁67(2) (2) 計(jì)算各測(cè)得值計(jì)算各測(cè)得值x xi i的剩余誤差的剩余誤差( (殘差殘差) )v vi i： xxvii(3) (3) 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差： 12nvi(4) (4) 算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差x x：設(shè)有：設(shè)有m m組測(cè)量數(shù)據(jù)，每組有組測(cè)量

38、數(shù)據(jù)，每組有n n次等精度測(cè)量，次等精度測(cè)量，m m組的算術(shù)平均值分別為組的算術(shù)平均值分別為x x1 1, , x x2 2 , ,， x xm m， 其標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為其標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為1 1, ,2 2,，m m，且有，且有1 12 2m m，經(jīng)證明可得算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差，經(jīng)證明可得算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差x x為為 ) 1(2nnvnix第67頁/共94頁68四、置信區(qū)間和置信概率 置信概率（或稱置信度） 用來描述測(cè)量結(jié)果在數(shù)學(xué)期望附近某一確定范圍內(nèi)的可能性有多大，一般用百分?jǐn)?shù)表示。這個(gè)確定的范圍稱為置信區(qū)間，即是極限誤差的范圍。 極限誤差 定義為一個(gè)隨機(jī)誤差的極限值。通常用標(biāo)準(zhǔn)差的若干倍表示

39、。顯然，對(duì)于同一測(cè)量結(jié)果，所取置信區(qū)間愈寬，則置信概率愈大，反之愈小。 第68頁/共94頁69 范 圍 置信概率（真值落在確定范圍內(nèi)的概率） 68.3% 95.4% 99.7%通常將 稱為隨機(jī)誤差的極限誤差。3NN2N2N3N3N第69頁/共94頁70粗大誤差 a.a.定義：明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。 b.b.產(chǎn)生原因：錯(cuò)誤讀數(shù)、儀器有缺陷、環(huán)境干擾等。 c.c.應(yīng)避免出現(xiàn)粗大誤差。如出現(xiàn)粗大誤差，應(yīng)分析粗大誤差產(chǎn)生的原因。處理數(shù)據(jù)時(shí)，剔除異常數(shù)據(jù)。第70頁/共94頁71. .誤差的綜合誤差的綜合一、誤差傳遞公式絕對(duì)誤差傳遞公式為 2211xxfxxfyimiixxfy1第71頁/共94頁

40、72二、系統(tǒng)誤差的綜合二、系統(tǒng)誤差的綜合1. 1. 一般公式一般公式設(shè)各直接測(cè)量參數(shù)為設(shè)各直接測(cè)量參數(shù)為x x1 1，x x2 2，x xm m，間接測(cè)量值為，間接測(cè)量值為y y，二者間的函數(shù)關(guān)，二者間的函數(shù)關(guān)系式為系式為 y=f(x1，x2，xm) 若各直接測(cè)量參數(shù)的誤差為若各直接測(cè)量參數(shù)的誤差為x x1 1，x x2 2，x xm m，間接測(cè)量值的誤差為，間接測(cè)量值的誤差為y y，則結(jié)果的相對(duì)誤差為則結(jié)果的相對(duì)誤差為 nnyxxfxxfxxfyylnlnln2211第72頁/共94頁73n若測(cè)量中各種隨機(jī)誤差可以忽略，則總合的系統(tǒng)誤差可由各分項(xiàng)系統(tǒng)誤差合成。jmjjyxf12211xyxf

41、xyxfymiiiyxyxf1第73頁/共94頁74補(bǔ)充：補(bǔ)充： 系統(tǒng)誤差的合成系統(tǒng)誤差的合成1) 1) 恒定系差的合成恒定系差的合成 當(dāng)被測(cè)量受到當(dāng)被測(cè)量受到p p個(gè)獨(dú)立的恒定系差因素的影響，且它們的大小和符號(hào)個(gè)獨(dú)立的恒定系差因素的影響，且它們的大小和符號(hào)都已知時(shí)，則各個(gè)已知恒定系差可按代數(shù)和法合成。都已知時(shí)，則各個(gè)已知恒定系差可按代數(shù)和法合成。 當(dāng)誤差項(xiàng)數(shù)較多時(shí)，當(dāng)誤差項(xiàng)數(shù)較多時(shí)，一般按方和根法合成較好，即一般按方和根法合成較好，即 miip1222221式中，式中，1 1，2 2，p p為來自各個(gè)方面的獨(dú)立的恒定系差；為來自各個(gè)方面的獨(dú)立的恒定系差； 為合成后為合成后總的恒定系差?？偟暮?/p>

42、定系差。 第74頁/共94頁752) 2) 未定系差的合成未定系差的合成 在一定的測(cè)量條件下，存在的未定系統(tǒng)誤差在一定的測(cè)量條件下，存在的未定系統(tǒng)誤差i i必定落在所估計(jì)的誤差必定落在所估計(jì)的誤差區(qū)間區(qū)間(- (- l li i，l li i) )內(nèi)，內(nèi)， 則稱這個(gè)則稱這個(gè)l li i為未定系統(tǒng)的誤差限或系統(tǒng)不確定度，為未定系統(tǒng)的誤差限或系統(tǒng)不確定度， 可可表示為表示為 iiiKl式中，式中，i i為未定系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差；為未定系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差；K Ki i為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)誤差概率分布的為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)誤差概率分布的置信系數(shù)。置信系數(shù)。 第75頁/共94頁76設(shè)有設(shè)有n n個(gè)未定系差分量個(gè)未定系差分量

43、i i ( (i i1 1n n) )，相應(yīng)有，相應(yīng)有n n個(gè)系統(tǒng)不確定度個(gè)系統(tǒng)不確定度l li i( (i i=1=1n n) )， 可采用絕對(duì)值法或方和根法合成。可采用絕對(duì)值法或方和根法合成。 絕對(duì)值法簡便，絕對(duì)值法簡便， 但估計(jì)但估計(jì)值偏大。方和根法與上述方法相同，即值偏大。方和根法與上述方法相同，即 niinlllll1222221 如果各未定系統(tǒng)誤差具有不同的概率分布，如果各未定系統(tǒng)誤差具有不同的概率分布， 則各未定系差分量的置則各未定系差分量的置信系數(shù)不同，信系數(shù)不同， 那么可采用廣義方和根法。那么可采用廣義方和根法。 由于準(zhǔn)確計(jì)算非常困難，由于準(zhǔn)確計(jì)算非常困難， 只要只要各誤差分

44、量的分布差別不大，各誤差分量的分布差別不大， 一般就按正態(tài)分布處理。當(dāng)給定的置信概率一般就按正態(tài)分布處理。當(dāng)給定的置信概率為為0.950.95時(shí)，時(shí)， 都可按式處理。都可按式處理。 第76頁/共94頁77三、三、 隨機(jī)誤差的合成隨機(jī)誤差的合成設(shè)有來自幾方面的、彼此獨(dú)立的隨機(jī)誤差因素，它們的標(biāo)準(zhǔn)誤差為設(shè)有來自幾方面的、彼此獨(dú)立的隨機(jī)誤差因素，它們的標(biāo)準(zhǔn)誤差為1 1，2 2，m m，則按方和根法，可得其合成后的標(biāo)準(zhǔn)誤差為，則按方和根法，可得其合成后的標(biāo)準(zhǔn)誤差為 miim1222221如果各獨(dú)立的隨機(jī)誤差的隨機(jī)不確定度或極限誤差為如果各獨(dú)立的隨機(jī)誤差的隨機(jī)不確定度或極限誤差為1 1，2 2，m m，

45、則也可按方和根法合成之，則也可按方和根法合成之， 合成后總的隨機(jī)不確定度為合成后總的隨機(jī)不確定度為 miim1222221第77頁/共94頁78n若各分項(xiàng)的系統(tǒng)誤差為零，則總合的隨機(jī)誤差為jmjjyxf1第78頁/共94頁79四、總不確定度四、總不確定度 它是對(duì)測(cè)量結(jié)果可信賴程度的評(píng)定。它是對(duì)測(cè)量結(jié)果可信賴程度的評(píng)定。它表示了被測(cè)量的真值以一定概它表示了被測(cè)量的真值以一定概率落在某個(gè)量值范圍內(nèi)。率落在某個(gè)量值范圍內(nèi)。一般取隨機(jī)誤差的隨機(jī)不確定度一般取隨機(jī)誤差的隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)誤差的系統(tǒng)不確定度和系統(tǒng)誤差的系統(tǒng)不確定度l l進(jìn)行進(jìn)行合成，合成， 可得被測(cè)量的總不確定度，可得被測(cè)量的總不確定度，

46、 用符號(hào)用符號(hào)g g表示。表示。 合成方法也有絕對(duì)值合成方法也有絕對(duì)值法、方和根法和廣義方和根法三種。其中，法、方和根法和廣義方和根法三種。其中， 方和根法表示為方和根法表示為 miniiilg1122不確定度小，表示誤差的可能值小，測(cè)量的可信賴程度就高；不確定度大，表示誤差的可能值大，測(cè)量的可信賴程度降低。第79頁/共94頁8022juNu不確定度的合成（方和根合成法）不確定度的合成（方和根合成法）請(qǐng)記住這一公式請(qǐng)記住這一公式22juNu第80頁/共94頁81n常用被測(cè)量的量值和它的不確定度共同表示測(cè)量結(jié)果，表達(dá)式為xxAxx3五、測(cè)量結(jié)果的表示第81頁/共94頁82至此，至此， 測(cè)量結(jié)果可

47、表示為測(cè)量結(jié)果可表示為 gCxx式中，修正值式中，修正值C C等于已定系差等于已定系差0 0的相反數(shù)。若僅存在隨機(jī)誤差，則的相反數(shù)。若僅存在隨機(jī)誤差，則 xCxx式中，式中，C C為置信系數(shù)。為置信系數(shù)。 第82頁/共94頁83. .測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理一、有效數(shù)字的處理1. 1. 有效數(shù)字與測(cè)量誤差1) 1) 測(cè)量數(shù)據(jù)有效數(shù)字的規(guī)定在測(cè)量中既然不可避免地存在誤差， 因此數(shù)據(jù)只能是一個(gè)近似數(shù)。 當(dāng)我們用這個(gè)數(shù)表示一個(gè)量時(shí)， 通常規(guī)定誤差不得超過末位單位數(shù)字的一半， 即0.50.5誤差原則。 這種誤差不大于末位單位數(shù)字一半的數(shù)， 從它左邊第一個(gè)非零數(shù)字起， 直到右面最后一個(gè)數(shù)字為

48、止， 都叫做有效數(shù)字。 有效數(shù)字位數(shù)越多， 精密度越高。 2) 2) 已知有效數(shù)字求誤差例如，0.1080 V0.1080 V表示有四位有效數(shù)字， 其測(cè)量誤差不超過0.000 0.000 05 V05 V， 即實(shí)際電壓可能是0.107 950.107 950.108 05 V0.108 05 V之間的任一值。 可見，如果知道一個(gè)量的有效數(shù)字，便可確定它的誤差大小。 第83頁/共94頁84 3) 3) 已知誤差求有效數(shù)字如果知道一個(gè)量的誤差大小，即可確定該量的有效數(shù)字。 例如，fxfx10 000Hz10 000Hz，已知ff= =0.50.5，先求出f f=10 000=10 000( (0.

49、5%)=0.5%)=50Hz50Hz，根據(jù)0.50.5誤差原則可確定有效數(shù)字在百位上。 因此該頻率數(shù)據(jù)應(yīng)寫成1.001.00104Hz104Hz或10.0kHz10.0kHz， 而不能寫成10kHz10kHz或10 000Hz10 000Hz等。舍去部分與數(shù)字大小有關(guān)，用1010的冪表示。 2. 數(shù)字的舍入規(guī)則 當(dāng)需要n位有效數(shù)字時(shí)，對(duì)超過n位的數(shù)字要根據(jù)舍入規(guī)則進(jìn)行處理。目前廣泛采用的是“小于5舍，大于5入，等于5取偶數(shù)”的規(guī)則。設(shè)保留n位有效數(shù)字，則觀察第n+1位的數(shù)字：小于5舍去；大于5進(jìn)1；等于5，若第n位為偶數(shù)或零時(shí)舍去， 為奇數(shù)時(shí)進(jìn)1。第84頁/共94頁85 3. 3. 參加中間運(yùn)

50、算的有效數(shù)字的處理參加中間運(yùn)算的有效數(shù)字的處理(1) (1) 加法運(yùn)算：加法運(yùn)算： 運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，應(yīng)與參與運(yùn)算各數(shù)中小數(shù)運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，應(yīng)與參與運(yùn)算各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后面有效位數(shù)最少的相同。點(diǎn)后面有效位數(shù)最少的相同。 (2) (2) 乘除運(yùn)算：運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，乘除運(yùn)算：運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)， 應(yīng)與參與運(yùn)算各數(shù)中有效應(yīng)與參與運(yùn)算各數(shù)中有效位數(shù)最少的相同。位數(shù)最少的相同。 (3) (3) 乘方及開方運(yùn)算：運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字比原數(shù)據(jù)多保留乘方及開方運(yùn)算：運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字比原數(shù)據(jù)多保留1 1位。位。 (4) (4) 對(duì)數(shù)運(yùn)算：取對(duì)數(shù)前后有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)相同。對(duì)數(shù)運(yùn)算：取對(duì)數(shù)前后有

51、效數(shù)字位數(shù)應(yīng)相同。 在運(yùn)算前可將各數(shù)先行刪減，在運(yùn)算前可將各數(shù)先行刪減， 原則上可按結(jié)果有效位數(shù)多保留原則上可按結(jié)果有效位數(shù)多保留1 12 2位位安全數(shù)字。安全數(shù)字。 第85頁/共94頁86 1. 萊特準(zhǔn)則定義，在測(cè)量數(shù)據(jù)為正態(tài)分布、且測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)，如果某個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的剩余誤差的絕對(duì)值滿足條件，就可以認(rèn)為該測(cè)量值是可疑數(shù)據(jù)，應(yīng)剔除。 xxxii3二、異常測(cè)量值的判別與舍棄二、異常測(cè)量值的判別與舍棄 2.t2.t檢驗(yàn)準(zhǔn)則第86頁/共94頁【例3】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)（）如下：20.46， 20.52， 20.50， 20.52， 20.48， 20.47， 20.50， 20.49， 20.47， 20.49， 20.51， 20.51 要求對(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并寫出最后結(jié)果。 數(shù)據(jù)處理步驟如下： （1