傳感器與檢測技術(shù)第一章教材

1、傳感器與檢測技術(shù) 特點(diǎn)： 與實(shí)際應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密 理論體系龐雜，涉及科目眾多數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)材料學(xué)、加工制造工藝電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通訊第一章第一章 緒論緒論傳感器與檢測技術(shù)1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.1.3 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1傳感器與檢測技術(shù)概述 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用 傳感器的定義傳感器的定義 傳感器是能以一定精確度把傳感器是能以一定精確度把某種被測量某種被測量（主要（主要為各種非電量）為各

2、種非電量）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于人們應(yīng)用、處理便于人們應(yīng)用、處理的的另一參量另一參量（主要為電參量）的器件或測量裝置。（主要為電參量）的器件或測量裝置。傳感器類似于動(dòng)物的感官。傳感器類似于動(dòng)物的感官。 動(dòng)物身體系統(tǒng) 自動(dòng)檢測系統(tǒng)外界信號(hào)外界信號(hào)(被測量)動(dòng)物感官傳感器神經(jīng)信號(hào)電信號(hào)傳感器通常由傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路組合而成。組合而成。主干：傳感器是把主干：傳感器是把被測量被測量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為另一參量另一參量的器件或測量裝置。的器件或測量裝置。溫度傳感器溫度傳感器紅外線傳感器紅外線傳感器電磁流量計(jì)電磁流量計(jì) 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的

3、定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用 檢測的定義檢測的定義 檢測是指在生產(chǎn)、科研、試驗(yàn)及服務(wù)等各個(gè)檢測是指在生產(chǎn)、科研、試驗(yàn)及服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，為及時(shí)獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而領(lǐng)域，為及時(shí)獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實(shí)實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)地對一些參量進(jìn)行的地對一些參量進(jìn)行的定性檢查和定量測定性檢查和定量測量量。 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用檢測系統(tǒng)的組成檢測系統(tǒng)的組成信號(hào)處理單元信號(hào)處理單元信號(hào)輸出單元信號(hào)輸出單元 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用檢測技術(shù)

4、是自動(dòng)化和信息化的檢測技術(shù)是自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)基礎(chǔ)與與前提前提，是信，是信息技術(shù)三大支柱之一，代表了科技發(fā)展的前沿。息技術(shù)三大支柱之一，代表了科技發(fā)展的前沿。 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器是檢測系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是信息的入口。采集采集.傳輸傳輸.處理處理.外部信息外部信息可利用信息可利用信息可利用信息可利用信息結(jié)果輸出結(jié)果輸出檢測技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域主要有：應(yīng)用領(lǐng)域主要有：石化行業(yè)的自動(dòng)石化行業(yè)的自動(dòng)化控制。如右圖，化控制。如右圖，需進(jìn)行液位、溫度、需進(jìn)行液位、溫度、壓力等常規(guī)檢測。壓力等常規(guī)檢測。 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與

5、作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用城市生活污水處理城市生活污水處理 流量檢測流量檢測液位檢測液位檢測成分量檢測成分量檢測 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用Ph值檢測值檢測新型武器和裝備的研制與測試新型武器和裝備的研制與測試定位與導(dǎo)航，圖為中國研制的定位與導(dǎo)航，圖為中國研制的DF-21中程彈道中程彈道導(dǎo)彈和雷達(dá)。導(dǎo)彈和雷達(dá)。 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用先進(jìn)醫(yī)療檢測儀先進(jìn)醫(yī)療檢測儀 成分量檢成分量檢測，可測試項(xiàng)目為測，可測試項(xiàng)目為生化、離子檢測、生化、離子檢測、微免疫、腫瘤標(biāo)志微免疫、腫瘤標(biāo)志物、毒品檢測、同物、毒品檢測、

6、同工酶測定、脂類、工酶測定、脂類、糖尿病診斷等糖尿病診斷等 。 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用生活中化學(xué)成分的檢測生活中化學(xué)成分的檢測 1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.1.3 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1傳感器與檢測技術(shù)概述1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類 傳感器的分類傳感器的分類 物物按被測參量分類按被測參量分類 電工量電工量 熱工量熱工量

7、 機(jī)械量機(jī)械量 物性和成分量物性和成分量 光學(xué)量光學(xué)量 狀態(tài)量狀態(tài)量1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類 電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁場強(qiáng)度、磁通密度等；場強(qiáng)度、磁通密度等；溫度、熱量、比熱、熱流、熱分布、壓力、壓差、溫度、熱量、比熱、熱流、熱分布、壓力、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面等；真空度、流量、流速、物位、液位、界面等；位移、形狀，力、應(yīng)力、力矩、重量、質(zhì)量、轉(zhuǎn)位移、形狀，力、應(yīng)力、力矩、重量、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、線速度、振動(dòng)、加速度、噪聲等；速、線速度、振動(dòng)、加速度、噪聲等；氣體

8、成分、液體成分、固體成分、酸堿度、氣體成分、液體成分、固體成分、酸堿度、鹽度、濃度、粘度、粒度、密度、比重等；鹽度、濃度、粘度、粒度、密度、比重等；光強(qiáng)、光通量、光照度、輻射能量等；光強(qiáng)、光通量、光照度、輻射能量等；顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、泄漏、表顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、泄漏、表面質(zhì)量等。面質(zhì)量等。2. 2. 按使用性質(zhì)分類按使用性質(zhì)分類 通?？煞譃闃?biāo)準(zhǔn)表、實(shí)驗(yàn)室表和工業(yè)用表等三種通?？煞譃闃?biāo)準(zhǔn)表、實(shí)驗(yàn)室表和工業(yè)用表等三種 。 標(biāo)準(zhǔn)表：標(biāo)準(zhǔn)表：各級(jí)計(jì)量部門專門用于精確計(jì)量、校準(zhǔn)送檢各級(jí)計(jì)量部門專門用于精確計(jì)量、校準(zhǔn)送檢樣品和樣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)儀表。樣品和樣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)儀表。 實(shí)驗(yàn)室表：

9、實(shí)驗(yàn)室表：多用于各類實(shí)驗(yàn)室中，使用環(huán)境條件較好，多用于各類實(shí)驗(yàn)室中，使用環(huán)境條件較好，往往無特殊的防水、防塵措施。對于溫度、相對濕度、往往無特殊的防水、防塵措施。對于溫度、相對濕度、機(jī)械振動(dòng)等的允許范圍也較小。機(jī)械振動(dòng)等的允許范圍也較小。 工業(yè)用表：工業(yè)用表：是長期使用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀是長期使用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀表與檢測系統(tǒng)。表與檢測系統(tǒng)。 1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.1.1 傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用傳感器與檢測技術(shù)的定義與作用1.1.2 傳感器與檢測系統(tǒng)的分類傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.1.3 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)

10、展趨勢1.1傳感器與檢測技術(shù)概述1.1.3 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展方向傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展方向 傳感器技術(shù)的發(fā)展依賴于傳感器技術(shù)的發(fā)展依賴于新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和和新材料、新工藝的開發(fā)新材料、新工藝的開發(fā)。探索新現(xiàn)象，研發(fā)新型傳感器。探索新現(xiàn)象，研發(fā)新型傳感器。 采用新技術(shù)、新工藝、新材料，提高現(xiàn)有傳采用新技術(shù)、新工藝、新材料，提高現(xiàn)有傳感器的性能。感器的性能。 研究和開發(fā)集成化、微型化與智能化傳感器。研究和開發(fā)集成化、微型化與智能化傳感器。傳感器的發(fā)展方向傳感器的發(fā)展方向不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性 突破超高溫、超低溫度、混相流量

11、、脈動(dòng)流量的實(shí)時(shí)檢測、微差突破超高溫、超低溫度、混相流量、脈動(dòng)流量的實(shí)時(shí)檢測、微差壓、超高壓在線檢測、高溫高壓下物質(zhì)成分的實(shí)時(shí)檢測等難題。壓、超高壓在線檢測、高溫高壓下物質(zhì)成分的實(shí)時(shí)檢測等難題。重視非接觸式檢測技術(shù)研究重視非接觸式檢測技術(shù)研究 加快光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢加快光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢測儀表、紅外檢測與紅外成像儀器等非接觸檢測技術(shù)的研究。測儀表、紅外檢測與紅外成像儀器等非接觸檢測技術(shù)的研究。檢測系統(tǒng)智能化檢測系統(tǒng)智能化 具有系統(tǒng)故障自測、自診斷、自調(diào)零、自校準(zhǔn)、自選量程、自動(dòng)測具有系統(tǒng)故障自測、自診斷、自調(diào)零、自校準(zhǔn)、自

12、選量程、自動(dòng)測試和自動(dòng)分選功能，數(shù)據(jù)處理，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信，可方便接入不同規(guī)模試和自動(dòng)分選功能，數(shù)據(jù)處理，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信，可方便接入不同規(guī)模的自動(dòng)檢測、控制與管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。的自動(dòng)檢測、控制與管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 1.1.3 傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢檢測技術(shù)的發(fā)展方向檢測技術(shù)的發(fā)展方向參考書目 周杏鵬.傳感器與檢測技術(shù)科學(xué)出版社 陳裕泉，葛文勛.現(xiàn)代傳感器原理與應(yīng)用 科學(xué)出版社 趙天池.傳感器和探測器的物理原理和應(yīng)用科學(xué)出版社 何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用北京航空航天大學(xué)出版社1.2 測量誤差與不確定度測量誤差與不確定度1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)

13、1.2.2 系統(tǒng)誤差處理系統(tǒng)誤差處理1.2.3 隨機(jī)誤差處理隨機(jī)誤差處理1.2.4 粗大誤差處理粗大誤差處理1.2.5 測量不確定度的評(píng)定測量不確定度的評(píng)定3. 測量誤差測量誤差測量結(jié)果與被測量真值之間的測量結(jié)果與被測量真值之間的偏差偏差稱為稱為測量誤差測量誤差。 1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)2. 真值：真值： 約定真值約定真值 相對真值相對真值一、誤差的基本概念誤差的基本概念物理單位基準(zhǔn)物理單位基準(zhǔn)給定常數(shù)給定常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)器測量值標(biāo)準(zhǔn)器測量值被測量客觀存在的真實(shí)大小。被測量客觀存在的真實(shí)大小。1. 等精度測量：等精度測量：同一條件下所進(jìn)行的一系列重復(fù)測量。同一條件下所進(jìn)行

14、的一系列重復(fù)測量。1 絕對誤差絕對誤差 0 xXX C稱為稱為修正值。修正值。 式中，式中，X為測量值，為測量值，X0可為可為約定真值約定真值或或相對真值相對真值。二、誤差的表示方法二、誤差的表示方法CXX 0 在標(biāo)定或校準(zhǔn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值看成真值在標(biāo)定或校準(zhǔn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值看成真值X0，被測系統(tǒng)的測量值為被測系統(tǒng)的測量值為X，則，則xC 1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)2 相對誤差相對誤差 檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差x與被測參量真值與被測參量真值X0的的比值比值，稱為檢測系統(tǒng)測量的，稱為檢測系統(tǒng)測量的相對誤差相對誤差，常用百分?jǐn)?shù)表示，常用

15、百分?jǐn)?shù)表示 ：%100%100000 XXXXx 一般來說相對誤差值越小，其測量一般來說相對誤差值越小，其測量精確度精確度就越高。就越高。相對誤差是一個(gè)量綱為一的量。相對誤差是一個(gè)量綱為一的量。 描述一次測描述一次測量的精確度量的精確度1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)3 引用誤差引用誤差 檢測系統(tǒng)測量值的檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差絕對誤差x與與系統(tǒng)量程系統(tǒng)量程L之比值，稱為檢測系統(tǒng)測量值的之比值，稱為檢測系統(tǒng)測量值的引用誤差引用誤差。通常仍以百分?jǐn)?shù)表示：通常仍以百分?jǐn)?shù)表示：%100*Lx 描述儀器描述儀器的精確度的精確度1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ) 4

16、 最大引用誤差最大引用誤差(或滿度最大引用誤差或滿度最大引用誤差) 所有測量值中所有測量值中最大絕對誤差最大絕對誤差(絕對值絕對值)與與量程量程的比值的比值的百分?jǐn)?shù)，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差，由符號(hào)的百分?jǐn)?shù)，稱為該系統(tǒng)的最大引用誤差，由符號(hào)max表表示示 ：%100*maxmaxLx 最大引用誤差是檢測系統(tǒng)的最大引用誤差是檢測系統(tǒng)的基本誤差基本誤差，是檢，是檢測系統(tǒng)的測系統(tǒng)的最主要質(zhì)量指標(biāo)最主要質(zhì)量指標(biāo)，表征了檢測系統(tǒng)的，表征了檢測系統(tǒng)的測量精確度。測量精確度。 1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)1 精度等級(jí)精度等級(jí) 取最大引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為工業(yè)檢測儀器取最大引用誤差百

17、分?jǐn)?shù)的分子作為工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）精度等級(jí)的標(biāo)志。（系統(tǒng)）精度等級(jí)的標(biāo)志。 我國取我國取0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七個(gè)等七個(gè)等級(jí)，作為工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常用精度等級(jí)級(jí)，作為工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常用精度等級(jí) 。 檢測儀器（系統(tǒng)）的精度等級(jí)按檢測儀器（系統(tǒng)）的精度等級(jí)按就近選大不選就近選大不選小小的原則套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等級(jí)值的原則套用標(biāo)準(zhǔn)化精度等級(jí)值 。精度等級(jí)用符號(hào)。精度等級(jí)用符號(hào)G表示。表示。三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差 精度等級(jí)的數(shù)字愈小，儀表的精度愈高。精度等級(jí)的數(shù)字愈小，儀表的精度愈高。1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測

18、系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)2 工作誤差工作誤差 工作誤差是指檢測儀器在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)工作誤差是指檢測儀器在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)生的生的最大誤差范圍最大誤差范圍，用，用G%*L計(jì)算得到。計(jì)算得到。 檢測儀器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度等指標(biāo)都可用工作誤差檢測儀器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度等指標(biāo)都可用工作誤差來表征。來表征。 三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差LGxx*%max 單次測量誤差：單次測量誤差： 值得注意的是：值得注意的是：工作誤差說明該儀表可能出現(xiàn)的最大誤差，工作誤差說明該儀表可能出現(xiàn)的最大誤差，它決不意味著某次實(shí)際測量的具體誤差值是多少。它決不意味著某次實(shí)際測量的具體誤差值是多

19、少。 例例1.1 被測電壓實(shí)際值約為被測電壓實(shí)際值約為21.7 V，現(xiàn)有四種電壓表：，現(xiàn)有四種電壓表： A表，表，1.5級(jí)、量程為級(jí)、量程為030 V；B表，表，0.2級(jí)、量程為級(jí)、量程為0360 V。選用哪個(gè)電壓表所產(chǎn)生的測量誤差較小選用哪個(gè)電壓表所產(chǎn)生的測量誤差較小? 解解：計(jì)算各表的工作誤差：計(jì)算各表的工作誤差：三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差三、檢測儀器的精度等級(jí)與工作誤差A(yù)表：表：B表：表：AALG*%VLGDD72. 0360*%2 . 0*% V45. 030*%5 . 1 為了減小測量為了減小測量誤差，應(yīng)選擇誤差，應(yīng)選擇與測量值接近與測量值接近的量程。的量程。用用A A表進(jìn)行測

20、量所產(chǎn)生的測量誤差較小。表進(jìn)行測量所產(chǎn)生的測量誤差較小。1.2 測量誤差與不確定度測量誤差與不確定度1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)1.2.2 測量誤差的分類與處理測量誤差的分類與處理1.2.3 測量不確定度的評(píng)定測量不確定度的評(píng)定根據(jù)測量誤差的性質(zhì)、產(chǎn)生測量誤差的原因，可分為根據(jù)測量誤差的性質(zhì)、產(chǎn)生測量誤差的原因，可分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差和和粗大誤差粗大誤差三類。三類。一、測量誤差的分類一、測量誤差的分類系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 在相同條件下，多次重復(fù)測量同在相同條件下，多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，測量誤差大小和符號(hào)一被測參量時(shí)，測量誤差大小和符號(hào)保持不變，或在條

21、件改變時(shí)，誤差按保持不變，或在條件改變時(shí)，誤差按照某一確定規(guī)律變化，稱為系統(tǒng)誤差。照某一確定規(guī)律變化，稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是測量誤差出現(xiàn)的有規(guī)律性測量誤差出現(xiàn)的有規(guī)律性和和誤差產(chǎn)生原因誤差產(chǎn)生原因的可知性的可知性，因而可以被設(shè)法確定并盡量減小。，因而可以被設(shè)法確定并盡量減小。隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 在在相同條件下相同條件下多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，測多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，測量誤差的大小與符號(hào)均量誤差的大小與符號(hào)均以不可預(yù)定方式變化以不可預(yù)定方式變化，這類誤，這類誤差稱為差稱為隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差是由隨機(jī)的、不可控的因素引起的誤差。隨機(jī)誤差是由隨機(jī)的、不可控的因素

22、引起的誤差。一、測量誤差的分類一、測量誤差的分類隨機(jī)誤差的特點(diǎn)：隨機(jī)誤差的特點(diǎn)：誤差出現(xiàn)的隨機(jī)性誤差出現(xiàn)的隨機(jī)性和和不可控制性不可控制性，因而很，因而很難確定和消除。難確定和消除。準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度精密度精密度精確度精確度用準(zhǔn)確度表征系統(tǒng)誤差的大小，用準(zhǔn)確度表征系統(tǒng)誤差的大小， 通常用精密度表征隨機(jī)誤差通常用精密度表征隨機(jī)誤差的大小的大小, ,而用精確度表征誤差的綜合影響。而用精確度表征誤差的綜合影響。粗大誤差粗大誤差 粗大誤差是指明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤粗大誤差是指明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。差。特點(diǎn)特點(diǎn)是誤差數(shù)值大，明顯歪曲了測量結(jié)果。是誤差數(shù)值大，明顯歪曲了測量結(jié)果。 正常的測量數(shù)據(jù)應(yīng)是剔

23、除了粗大誤差的數(shù)正常的測量數(shù)據(jù)應(yīng)是剔除了粗大誤差的數(shù)據(jù)，因此我們通常研究的測量結(jié)果誤差中僅包含據(jù)，因此我們通常研究的測量結(jié)果誤差中僅包含系統(tǒng)和隨機(jī)兩類誤差。系統(tǒng)和隨機(jī)兩類誤差。一、測量誤差的分類一、測量誤差的分類 在一般工程測量中，系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差在一般工程測量中，系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差總是總是同時(shí)同時(shí)存在的，在某些情況下系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)存在的，在某些情況下系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大于隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差。 為保證和提高測量精度，需要研究發(fā)現(xiàn)系為保證和提高測量精度，需要研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，進(jìn)而設(shè)法校正和消除系統(tǒng)誤差。統(tǒng)誤差，進(jìn)而設(shè)法校正和消除系統(tǒng)誤差。二、系統(tǒng)誤差處理二、系統(tǒng)誤差處理原理分析與理論計(jì)算原理分析與

24、理論計(jì)算 產(chǎn)生恒差型系統(tǒng)誤差的常見原因：產(chǎn)生恒差型系統(tǒng)誤差的常見原因：傳感器轉(zhuǎn)換傳感器轉(zhuǎn)換過程中存在零位誤差、傳感器輸出信號(hào)與被測過程中存在零位誤差、傳感器輸出信號(hào)與被測參量間存在非線性、傳感器與信號(hào)調(diào)理電路阻參量間存在非線性、傳感器與信號(hào)調(diào)理電路阻抗匹配不佳抗匹配不佳，處理信號(hào)時(shí)略去高次項(xiàng)或采用簡，處理信號(hào)時(shí)略去高次項(xiàng)或采用簡化的電路模型等。化的電路模型等。實(shí)驗(yàn)比對（恒差系統(tǒng)誤差）實(shí)驗(yàn)比對（恒差系統(tǒng)誤差） 實(shí)驗(yàn)比對的方法又可分為實(shí)驗(yàn)比對的方法又可分為標(biāo)準(zhǔn)器件法標(biāo)準(zhǔn)器件法（簡（簡稱標(biāo)準(zhǔn)件法）和稱標(biāo)準(zhǔn)件法）和標(biāo)準(zhǔn)儀器法標(biāo)準(zhǔn)儀器法（簡稱標(biāo)準(zhǔn)表法）（簡稱標(biāo)準(zhǔn)表法）兩種。兩種。 1系統(tǒng)誤差的判別和確定

25、系統(tǒng)誤差的判別和確定殘差觀察法（變差系統(tǒng)誤差）殘差觀察法（變差系統(tǒng)誤差） 殘差（剩余偏差）：殘差（剩余偏差）：各測量值與全部測量數(shù)據(jù)各測量值與全部測量數(shù)據(jù)算術(shù)平均值之差。算術(shù)平均值之差。多次等精度重復(fù)測量多次等精度重復(fù)測量：x1，x2，xi, ，xn 使用前提：使用前提：系統(tǒng)誤差比隨機(jī)誤差大系統(tǒng)誤差比隨機(jī)誤差大 。xxvii 1系統(tǒng)誤差的判別和確定系統(tǒng)誤差的判別和確定馬利科夫準(zhǔn)則馬利科夫準(zhǔn)則馬利科夫準(zhǔn)則適用于判斷馬利科夫準(zhǔn)則適用于判斷線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)誤差。誤差。1）將同一條件下）將同一條件下等時(shí)間間隔等時(shí)間間隔重復(fù)測量值重復(fù)測量值X1、X2 、Xi 、Xn按序排列，并求出相應(yīng)的殘差按序排列，并

26、求出相應(yīng)的殘差1、2 、i 、n， 2 2）將殘差序列以中間值將殘差序列以中間值k k為界分為前后兩組，分為界分為前后兩組，分別求和，然后把兩組殘差和相減，即別求和，然后把兩組殘差和相減，即 1kniiii sD 當(dāng)當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，取為偶數(shù)時(shí)，取k=n/2、s=n/2+1；當(dāng)；當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，取為奇數(shù)時(shí)，取k=(n+1)/2=s 。 若若D近似等于零，表明不含線性系統(tǒng)誤差；若近似等于零，表明不含線性系統(tǒng)誤差；若D明顯明顯不為零（接近或大于不為零（接近或大于i），則表明存在線性系統(tǒng)誤差。），則表明存在線性系統(tǒng)誤差。1系統(tǒng)誤差的判別和確定系統(tǒng)誤差的判別和確定阿貝阿貝赫爾默特準(zhǔn)則赫爾默特準(zhǔn)則 阿貝阿貝赫

27、爾默特準(zhǔn)則適用于確定赫爾默特準(zhǔn)則適用于確定周期性系統(tǒng)誤周期性系統(tǒng)誤差差。 使用方法：求出殘差使用方法：求出殘差1、2 、n，然后計(jì)算，然后計(jì)算 nnniiiA13221111. 如果如果 成立（成立（2為本測量數(shù)據(jù)序列的方為本測量數(shù)據(jù)序列的方差），則表明存在周期性系統(tǒng)誤差。差），則表明存在周期性系統(tǒng)誤差。 12 nA 1系統(tǒng)誤差的判別和確定系統(tǒng)誤差的判別和確定（1）針對產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因采取對應(yīng)措施）針對產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因采取對應(yīng)措施2減小和消除系統(tǒng)誤差的方法減小和消除系統(tǒng)誤差的方法（2） 采用修正法減小恒差系統(tǒng)誤差采用修正法減小恒差系統(tǒng)誤差利用修正值來減小和消除系統(tǒng)誤差是常見和有效的

28、利用修正值來減小和消除系統(tǒng)誤差是常見和有效的方法。方法。（3）采用交叉讀數(shù)法減小線性系統(tǒng)誤差）采用交叉讀數(shù)法減小線性系統(tǒng)誤差交叉讀數(shù)法（對稱測量法）：交叉讀數(shù)法（對稱測量法）：在時(shí)間上將測量順在時(shí)間上將測量順序等間隔對稱安排，取各對稱點(diǎn)兩次交叉讀入測量值，序等間隔對稱安排，取各對稱點(diǎn)兩次交叉讀入測量值，然后取其算術(shù)平均值作為測量值，即可有效地減小測量然后取其算術(shù)平均值作為測量值，即可有效地減小測量的線性系統(tǒng)誤差。的線性系統(tǒng)誤差。 （4）采用半周期法減小周期性系統(tǒng)誤差）采用半周期法減小周期性系統(tǒng)誤差 對周期性系統(tǒng)誤差，可以相隔半個(gè)周期進(jìn)行一對周期性系統(tǒng)誤差，可以相隔半個(gè)周期進(jìn)行一次測量，如圖次測

29、量，如圖1-21-2所示。所示。 取兩次讀數(shù)的算取兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值，即可有效術(shù)平均值，即可有效地減小周期性系統(tǒng)誤地減小周期性系統(tǒng)誤差。差。2減小和消除系統(tǒng)誤差的方法減小和消除系統(tǒng)誤差的方法 本節(jié)專門討論隨機(jī)誤差，假設(shè)所有系統(tǒng)誤本節(jié)專門討論隨機(jī)誤差，假設(shè)所有系統(tǒng)誤差均可忽略不計(jì)。差均可忽略不計(jì)。 隨機(jī)誤差通常服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以隨機(jī)誤差通常服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，對其分布和大小作出評(píng)估。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，對其分布和大小作出評(píng)估。 三、隨機(jī)系統(tǒng)誤差處理三、隨機(jī)系統(tǒng)誤差處理 隨機(jī)誤差一般服從隨機(jī)誤差一般服從正態(tài)分布正態(tài)分布，當(dāng)有決定性影響，當(dāng)有決定性影響的誤差源存在時(shí)，會(huì)出

30、現(xiàn)均勻分布、三角分布、的誤差源存在時(shí)，會(huì)出現(xiàn)均勻分布、三角分布、梯形分布、梯形分布、C C分布等。分布等。正態(tài)分布正態(tài)分布連續(xù)型正態(tài)分布隨機(jī)變量連續(xù)型正態(tài)分布隨機(jī)變量x的的概率密度函數(shù)為：概率密度函數(shù)為：222)(21)( xexp 式中式中 ，為隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望值；為隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望值；1隨機(jī)誤差的分布規(guī)律隨機(jī)誤差的分布規(guī)律 為隨機(jī)變量為隨機(jī)變量x的標(biāo)準(zhǔn)偏差（簡稱標(biāo)準(zhǔn)差）：的標(biāo)準(zhǔn)偏差（簡稱標(biāo)準(zhǔn)差）： nxniin 12lim (n為隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)為隨機(jī)變量的個(gè)數(shù))設(shè)已消除系統(tǒng)誤差的有限次等精度測量數(shù)據(jù)樣本設(shè)已消除系統(tǒng)誤差的有限次等精度測量數(shù)據(jù)樣本X1、X2、Xi、Xn，其算術(shù)平均值為，其

31、算術(shù)平均值為niiXX1n1 是被測參量真值是被測參量真值X0（或數(shù)學(xué)期望（或數(shù)學(xué)期望）的最佳估計(jì)值，）的最佳估計(jì)值，是真值是真值X0較為理想和可靠的替代值。較為理想和可靠的替代值。X2測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)（1）被測量真值估計(jì)）被測量真值估計(jì)（2）測量值的標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)）測量值的標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)采用其算術(shù)平均值近似代替測量真值采用其算術(shù)平均值近似代替測量真值X0后，總會(huì)后，總會(huì)有偏差，偏差的大小，常使用貝塞爾（有偏差，偏差的大小，常使用貝塞爾（Bessel）公式來計(jì)）公式來計(jì)算算 111212 nvnXXniinii 2測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)稱為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

32、偏差。是標(biāo)準(zhǔn)差稱為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。是標(biāo)準(zhǔn)差 的估計(jì)值的估計(jì)值 。 （3）算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)）算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)測量次數(shù)測量次數(shù)n是一個(gè)有限值時(shí)，是一個(gè)有限值時(shí)， 的標(biāo)準(zhǔn)差為的標(biāo)準(zhǔn)差為)( 1)( XnX 以上表達(dá)式表明：增加測量次數(shù)可以減小測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以上表達(dá)式表明：增加測量次數(shù)可以減小測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，提高精度，實(shí)際最佳重復(fù)次數(shù)為提高精度，實(shí)際最佳重復(fù)次數(shù)為4-244-24次。次。 X（4）（正態(tài)分布時(shí)）測量結(jié)果的置信度）（正態(tài)分布時(shí)）測量結(jié)果的置信度 在測量結(jié)果表示時(shí)，需要給出真值在測量結(jié)果表示時(shí)，需要給出真值X X0 0落在落在給定數(shù)值區(qū)間的概率。給定數(shù)值區(qū)間的概率。該數(shù)值區(qū)

33、間稱為該數(shù)值區(qū)間稱為置信區(qū)間置信區(qū)間；該區(qū)間包含真值的概率稱為該區(qū)間包含真值的概率稱為置信概率置信概率或或置置信水平信水平；置信區(qū)間與置信概率綜合體現(xiàn)測量結(jié)果的置信區(qū)間與置信概率綜合體現(xiàn)測量結(jié)果的可靠程度，稱為測量結(jié)果的可靠程度，稱為測量結(jié)果的置信度置信度。 2測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)對于正態(tài)分布，偏差對于正態(tài)分布，偏差x的置信區(qū)間取為的置信區(qū)間取為的若干的若干倍，即倍，即 x = k 式中式中 k為置信系數(shù)。為置信系數(shù)。 2測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差估計(jì)當(dāng)當(dāng)k 分別選取分別選取1、2、3時(shí)，置信區(qū)間時(shí)，置信區(qū)間、2、3的概率值分別如下：的概率值分別如下： 6

34、827. 0dpP 229545. 02dpP 339973.03dpP1 拉伊達(dá)拉伊達(dá)(萊因達(dá)萊因達(dá))準(zhǔn)則準(zhǔn)則內(nèi)容：內(nèi)容：測量誤差大于標(biāo)準(zhǔn)偏差測量誤差大于標(biāo)準(zhǔn)偏差（或其估計(jì)值）（或其估計(jì)值）3 3倍倍的測量值作為測量壞值予以舍棄。拉伊達(dá)準(zhǔn)的測量值作為測量壞值予以舍棄。拉伊達(dá)準(zhǔn)則表達(dá)式為則表達(dá)式為LkkKXXX 3四、粗大誤差處理四、粗大誤差處理 應(yīng)為包含待剔除異常值在內(nèi)所應(yīng)為包含待剔除異常值在內(nèi)所有測量數(shù)據(jù)的平均值。有測量數(shù)據(jù)的平均值。X2 格拉布斯格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則準(zhǔn)則 格拉布斯準(zhǔn)則是以小樣本測量數(shù)據(jù)，以格拉布斯準(zhǔn)則是以小樣本測量數(shù)據(jù)，以t t分布為基分布為基礎(chǔ)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)

35、得出的。在小樣本測量數(shù)據(jù)中滿礎(chǔ)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)得出的。在小樣本測量數(shù)據(jù)中滿足表達(dá)式足表達(dá)式 xnKXXXGkk , 四、大誤差處理四、大誤差處理則則X Xk k為可以判定為異常值。為可以判定為異常值。其中，其中， 為疑似的異常數(shù)據(jù)，為疑似的異常數(shù)據(jù)， 為標(biāo)準(zhǔn)偏差；為標(biāo)準(zhǔn)偏差；n n為重為重復(fù)次數(shù)，復(fù)次數(shù)， 為危險(xiǎn)概率；為危險(xiǎn)概率； 為格拉布斯準(zhǔn)則的鑒為格拉布斯準(zhǔn)則的鑒別值，通過查表獲得。別值，通過查表獲得。kX ,nKG x 四、粗大誤差處理四、粗大誤差處理格拉布斯準(zhǔn)則適合格拉布斯準(zhǔn)則適合n30n30的小樣本數(shù)據(jù)。的小樣本數(shù)據(jù)。應(yīng)注意的問題：應(yīng)注意的問題：數(shù)據(jù)剔除應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行。當(dāng)測量結(jié)果中有多

36、個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)滿足數(shù)據(jù)剔除應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行。當(dāng)測量結(jié)果中有多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)滿足剔除條件時(shí)，每次只能剔除誤差最大的一個(gè)，剩下的數(shù)據(jù)應(yīng)剔除條件時(shí)，每次只能剔除誤差最大的一個(gè)，剩下的數(shù)據(jù)應(yīng)重新計(jì)算重新計(jì)算 和和33，再剔除下一個(gè)。，再剔除下一個(gè)。另外，粗大誤差也可通過分析檢測過程中出現(xiàn)的人為過失、另外，粗大誤差也可通過分析檢測過程中出現(xiàn)的人為過失、機(jī)械故障、重大干擾等加以發(fā)現(xiàn)。機(jī)械故障、重大干擾等加以發(fā)現(xiàn)。粗大誤差處理，更應(yīng)注意查找粗大誤差產(chǎn)生的原因，粗大誤差處理，更應(yīng)注意查找粗大誤差產(chǎn)生的原因，加以改正，以避免粗大誤差的再次出現(xiàn)。加以改正，以避免粗大誤差的再次出現(xiàn)。四、粗大誤差處理四、粗大誤差處理X1.2 測量

37、誤差與不確定度測量誤差與不確定度1.2.1 檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)誤差分析基礎(chǔ)1.2.2 測量誤差分類與處理測量誤差分類與處理1.2.3 測量不確定度測量不確定度p測量不確定度定義測量不確定度定義定義定義: :合理地賦予被測量之值的分散性，與合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。不確定度可以用不確定度可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，也可以用表示，也可以用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)或或置信區(qū)間的半寬度置信區(qū)間的半寬度表示。表示。 1.2.3 測量不確定度測量不確定度測量不確定度測量不確定度并不說明測量結(jié)果與真值并不說明測量結(jié)果與真值的接近程度，它只定量表

38、示測量誤差的影響下的接近程度，它只定量表示測量誤差的影響下測量結(jié)果的測量結(jié)果的不可信程度不可信程度或或不能肯定程度不能肯定程度。一、標(biāo)準(zhǔn)不確定度一、標(biāo)準(zhǔn)不確定度 用被測參量測量結(jié)果概率分布的用被測參量測量結(jié)果概率分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差表示表示的不確定度就稱為的不確定度就稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用符號(hào)，用符號(hào)u表示表示。 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：指用統(tǒng)計(jì)方法得到的不確定度，用指用統(tǒng)計(jì)方法得到的不確定度，用uA表表示。示。1.2.3 測量不確定度測量不確定度在同一條件下對被測參量進(jìn)行在同一條件下對被測參量進(jìn)行n次等精度測量，測量次等精度測量，測量值為值為xi (i = 1,2,n)

39、。其。其A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定通常直接類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定通常直接計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差求得。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差求得。xAu x 1 xn )1()1(1212 nnvnnXXniinii用平均值用平均值 作為被測量作為被測量X測量結(jié)果的估計(jì)值，則測量結(jié)果的估計(jì)值，則A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度類標(biāo)準(zhǔn)不確定度)( xuA B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：指用非統(tǒng)計(jì)方法得到的不確指用非統(tǒng)計(jì)方法得到的不確定度，即根據(jù)資料或假定的概率分布估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)定度，即根據(jù)資料或假定的概率分布估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用不確定度，用uB表示。表示。1.2.3 測量不確定度測量不確定度 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的獲取：類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的獲?。鹤罱斑M(jìn)行類似測

40、試獲得的大量測量數(shù)據(jù)與統(tǒng)最近之前進(jìn)行類似測試獲得的大量測量數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)規(guī)律；計(jì)規(guī)律； 近期性能指標(biāo)的測量和校準(zhǔn)報(bào)告；近期性能指標(biāo)的測量和校準(zhǔn)報(bào)告；廠商的技術(shù)說明書中的指標(biāo)；廠商的技術(shù)說明書中的指標(biāo)；與標(biāo)準(zhǔn)器件對比測量時(shí)獲得的數(shù)據(jù)和誤差。與標(biāo)準(zhǔn)器件對比測量時(shí)獲得的數(shù)據(jù)和誤差。二、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度二、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 當(dāng)測量結(jié)果由多個(gè)測量數(shù)據(jù)子樣構(gòu)成時(shí)，設(shè)當(dāng)測量結(jié)果由多個(gè)測量數(shù)據(jù)子樣構(gòu)成時(shí)，設(shè) 各個(gè)數(shù)據(jù)子樣的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為各個(gè)數(shù)據(jù)子樣的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。 此時(shí)測量結(jié)果的不確定度由各不確定度分量合成，稱為此時(shí)測量結(jié)果的不確定度由各不確定度分量合成，稱為合成合成標(biāo)準(zhǔn)不確

41、定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用，用uC表示，且表示，且),(21mxxxfy miiiCxuxfu122)()( 為被測量為被測量y對某分量對某分量xi的偏導(dǎo)數(shù)，通常稱為靈敏系數(shù)，也稱的偏導(dǎo)數(shù)，通常稱為靈敏系數(shù)，也稱為傳播系數(shù)為傳播系數(shù);u(xi)為第為第i標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，且彼此獨(dú)立。標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，且彼此獨(dú)立。ixf 1.2.3 測量不確定度測量不確定度當(dāng)各不確定度分量彼此不獨(dú)立時(shí)，應(yīng)加入?yún)f(xié)方差項(xiàng)。當(dāng)各不確定度分量彼此不獨(dú)立時(shí)，應(yīng)加入?yún)f(xié)方差項(xiàng)。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度仍然是度仍然是標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差，表示測量結(jié)果的表示測量結(jié)果的分散性。分散性。 三、擴(kuò)展不確定度三、擴(kuò)展不確定度擴(kuò)展不確定度是由合成

42、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示的測量不擴(kuò)展不確定度是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示的測量不確定度，用符號(hào)確定度，用符號(hào)U表示。表示。U =kuC 其中，其中，k為覆蓋因子，為覆蓋因子，根據(jù)區(qū)間要求的根據(jù)區(qū)間要求的置信概率置信概率和和測量結(jié)測量結(jié)果的分布規(guī)律果的分布規(guī)律選取，選取，常取常取2-3之間的值。之間的值。uC為合成標(biāo)準(zhǔn)不為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。確定度。擴(kuò)展不確定度是測量結(jié)果附近的一個(gè)置信區(qū)間，并與一定擴(kuò)展不確定度是測量結(jié)果附近的一個(gè)置信區(qū)間，并與一定的置信概率的置信概率P對應(yīng)，寫作對應(yīng)，寫作UP。通常測量結(jié)果的不確定度都用擴(kuò)展不確定度通常測量結(jié)果的不確定度都用擴(kuò)展不確定度U表示。表示。1.2.3 測

43、量不確定度測量不確定度 測量結(jié)果可表示為測量結(jié)果可表示為x是被測量是被測量X的最佳估計(jì)值，的最佳估計(jì)值， 為已確定的為已確定的系統(tǒng)誤差分量；系統(tǒng)誤差分量；P為標(biāo)注的置信概率。為標(biāo)注的置信概率。該結(jié)果表示被測量該結(jié)果表示被測量X的可能值以概率的可能值以概率P落落在在x -U X x +U區(qū)間內(nèi)。區(qū)間內(nèi)。)(PUxXx x x x 四、測量結(jié)果的表示四、測量結(jié)果的表示1.2.3 測量不確定度測量不確定度例例1.2 公稱值為公稱值為l00 g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的標(biāo)準(zhǔn)砝碼M，其檢定證書上，其檢定證書上給出的實(shí)際值是給出的實(shí)際值是100.000234 g，并說明這一值的置信概，并說明這一值的置信概率為率為0.9

44、9的擴(kuò)展不確定度是的擴(kuò)展不確定度是0.000 120 g。假定測量數(shù)據(jù)。假定測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，求這一標(biāo)準(zhǔn)砝碼的符合正態(tài)分布，求這一標(biāo)準(zhǔn)砝碼的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB和相對不確定度。和相對不確定度。 解解由于假定測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，且置信概率為由于假定測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，且置信概率為0.99，查正態(tài)分布表可得，查正態(tài)分布表可得k=2.576； ggkxUxupB 58.46576. 200012. 0/ 其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 71066. 410058.46 ggMXuB 1.2.3 測量不確定度測量不確定度習(xí)題2-100.21cm系統(tǒng)的基本特性可由靜態(tài)特性

45、與動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行描述。靜態(tài)特性 ：對于靜態(tài)輸入信號(hào)，傳感器或檢測系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間所具有的關(guān)系。 動(dòng)態(tài)特性 ：傳感器或檢測系統(tǒng)對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的一般特性1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的一般特性1.3.1 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線 1.3.2 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 1.3.3 傳感器或檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性傳感器或檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 1.3.4 傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn)傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn) 一般檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以由統(tǒng)一的輸入與輸出之間的關(guān)系方程描述，稱為靜態(tài)特

46、性方程，即 y(x) = a0 + a1x + a2x2 + + aixi + + anxn 其中， x為輸入量； y(x)為輸出量； a0 , a1, a2, ai, , an為常系數(shù)項(xiàng)。1.3.1 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線一、靜態(tài)特性方程xy理想線性特性xy僅有偶次非線性項(xiàng)xy僅有奇次非線性項(xiàng)系統(tǒng)的特性曲線一般應(yīng)通過嚴(yán)格的標(biāo)定、校準(zhǔn)獲得，而特性方程往往通過對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的擬合得到。二、靜態(tài)特性曲線1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的一般特性1.3.1 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線 1.3.2 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的

47、主要參數(shù) 1.3.3 傳感器或檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性傳感器或檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 1.3.4 傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn)傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn) 1.靈敏度 靈敏度是指測量系統(tǒng)在靜態(tài)測量時(shí)，輸出量的增量與輸入量的增量之比。即 dxdyxySx 0lim1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 線性系統(tǒng)靈敏度為常數(shù):KaxyS 1K表示系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線斜率。靜態(tài)特性參數(shù)：精度、靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、可靠性等。2.線性度（非線性） 線性度反映測量系統(tǒng)實(shí)際輸出、輸入關(guān)系曲線與規(guī)定的擬合理想直線y(x) = a0+a1x 的偏離程度。通常用最大非線性引用誤差來表示。即%100max FSLYL 式中

48、，Lmax為實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差（輸入量相同時(shí)）；YFS為以擬合直線方程計(jì)算得到的滿量程輸出值。1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) （1）理論線性度（3）最小二乘線性度（2）端基線線性度1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 3.遲滯 遲滯，又稱滯環(huán)、滯后、回差，它是指傳感器或檢測系統(tǒng)的正行程和反行程特性曲線不一致的程度。遲滯誤差通常用最大遲滯引用誤差來表示，即%100max FSHYH Hmax為（輸入量相同時(shí)）正反行程輸出之間的最大絕對偏差；YFS為測量系統(tǒng)滿量程值。1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 4.重復(fù)性 重復(fù)性表示檢測系統(tǒng)在輸入量按同一方向(同為正行程或同

49、為反行程)作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線的不一致程度。 重復(fù)性誤差%100max FSRYk k為置信系數(shù)； max為正、反行程各測量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值；YFS為測量系統(tǒng)滿量程輸出值。1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 5. 穩(wěn)定性傳感器和檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)：（1）時(shí)間零飄：傳感器和檢測系統(tǒng)輸出零點(diǎn)隨時(shí)間發(fā)生漂移的情況；（2）零點(diǎn)溫飄：傳感器和檢測系統(tǒng)輸出零點(diǎn)隨溫度變化發(fā)生漂移的情況；（3）靈敏度溫飄：傳感器和檢測系統(tǒng)靈敏度隨溫度變化發(fā)生漂移的情況。改善方法：選擇高穩(wěn)定性器件、優(yōu)化電路參數(shù)、溫度補(bǔ)償。1.3.2 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的一般特性1.3.

50、1 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性方程與特性曲線 1.3.2 傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)傳感器和檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù) 1.3.3 傳感器與檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性傳感器與檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 1.3.4 傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn)傳感器與檢測儀器的校準(zhǔn) 1.3.3 傳感器或檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性：傳感器或檢測系統(tǒng)對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。是傳感器或系統(tǒng)能夠再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。 描述檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型主要有三種形式：時(shí)域分析用的微分方程復(fù)頻域用的傳遞函數(shù) 頻域分析用的頻率特性)()()(sXsYsH )()()( jXjYjH 一階

51、系統(tǒng)時(shí)域模型 1) 時(shí)間常數(shù) 一階系統(tǒng)為階躍輸入時(shí)，其輸出量上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2所需的時(shí)間，就為時(shí)間常數(shù)。 2) 響應(yīng)時(shí)間ts 工程上通常把ts=4當(dāng)作系統(tǒng)對階躍輸入的輸出響應(yīng)時(shí)間。 1ty tkAe dy ty tkx tdx tdt階躍響應(yīng)一、一階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 1.二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（線性系統(tǒng)） n為二階系統(tǒng)的無阻尼固有角頻率；為二階系統(tǒng)的阻尼比； K為二階系統(tǒng)的放大倍數(shù)或稱系統(tǒng)靜態(tài)靈敏度。 2220012d y tdy ty tKx tdtdtnn二、 二階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 1，暫態(tài)響應(yīng)含兩個(gè)幅值隨時(shí)間作指數(shù)減少的暫態(tài)項(xiàng)，且其中一個(gè)衰減很快，稱為過阻尼。 在階躍輸入下，

52、不同阻尼比對（二階）系統(tǒng)響應(yīng)的影響 阻尼比和系統(tǒng)有阻尼自然振蕩角頻率n是二階測量系統(tǒng)最主要的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。二、 二階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 22 1arctansin11AteKtydtnd d稱為系統(tǒng)稱為系統(tǒng)有阻尼自然振蕩角頻率有阻尼自然振蕩角頻率, ,是暫態(tài)響應(yīng)的實(shí)際振蕩角頻率，且是暫態(tài)響應(yīng)的實(shí)際振蕩角頻率，且 ndn22-延遲時(shí)間td 系統(tǒng)輸出響應(yīng)值達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50所需的時(shí)間，稱為延遲時(shí)間。nrt/ )6 . 19 . 01 (2ndt/ )2 . 06 . 01 (2nst /9 . 302. 0 2二階系統(tǒng)的主要時(shí)域性能指標(biāo)二、 二階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 上升時(shí)間tr 系統(tǒng)輸出

53、響應(yīng)值從10到達(dá)90穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間，稱為上升時(shí)間。 響應(yīng)時(shí)間ts 在響應(yīng)曲線上，系統(tǒng)輸出響應(yīng)達(dá)到一個(gè)允許誤差范圍的穩(wěn)態(tài)值，并永遠(yuǎn)保持在這一允許誤差范圍內(nèi)所需的最小時(shí)間，稱為響應(yīng)時(shí)間。峰值時(shí)間tp 輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間，稱為峰值時(shí)間。超調(diào)量 超調(diào)量為輸出響應(yīng)曲線的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值比值的百分?jǐn)?shù)，即%100)(/)()( yytyp )1/(22 ndpTt%100*21/ e二、 二階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 衰減率d 二階系統(tǒng)過渡過程曲線上相差一個(gè)周期T的兩個(gè)峰高之比稱為衰減率。21/22 ed對數(shù)衰減率D21/2ln d ln2 二、 二階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù) %100*21

54、/ e三、檢測系統(tǒng)的頻域動(dòng)態(tài)特性與頻域性能指標(biāo)頻域特性頻域特性：系統(tǒng)對不同頻率正弦信系統(tǒng)對不同頻率正弦信號(hào)的響應(yīng)特性。一般由號(hào)的響應(yīng)特性。一般由系統(tǒng)系統(tǒng)幅頻特性幅頻特性和和相頻特相頻特性性描述。描述。測試信號(hào)測試信號(hào)：不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)三、檢測系統(tǒng)的頻域動(dòng)態(tài)特性與頻域性能指標(biāo) 如果一個(gè)檢測系統(tǒng)，其輸出y(t)與輸入x(t)之間滿足)()(0 txAty 此系統(tǒng)的輸出與輸入只是存在固定放大倍數(shù)和一定延時(shí)，而兩者波形一致，這種檢測系統(tǒng)稱為不失真系統(tǒng)。 由上式可得不失真檢測系統(tǒng)的頻率特性為 jeAjXjYjH 0)()()( 0)(AA 常數(shù) )(系統(tǒng)不失真條件：放大倍數(shù)為

55、常數(shù)，相移與成正比。 當(dāng)A()不等于常數(shù)時(shí)所引起的失真為幅度失真，()與之間不滿足線性關(guān)系所引起的失真為相位失真。（1）理想不失真系統(tǒng)）理想不失真系統(tǒng)2.一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)愈小，則裝置的響應(yīng)愈快，愈接近于不失真系統(tǒng)。1.零階系統(tǒng))()(tkxty一階系統(tǒng)的頻率特性表達(dá)式為1YjkHjXjj 21kAHj arctan三、檢測系統(tǒng)的頻域動(dòng)態(tài)特性與頻域性能指標(biāo)（2）各類系統(tǒng)的頻域特性）各類系統(tǒng)的頻域特性三、檢測系統(tǒng)的頻域動(dòng)態(tài)特性與頻域性能指標(biāo)3.二階系統(tǒng)：二階系統(tǒng)的頻率特性表達(dá)式為20012YjKHjXjjnn當(dāng)0.3n ，在0.60.8范圍時(shí)， A()段近似為常數(shù)， 相頻特性可近似為一條起自坐標(biāo)原點(diǎn)的斜線，基本滿足不失真測量要求。二階：系統(tǒng)的通頻帶與工作頻