仪表与测量误差.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,测量仪表与测量误差,误差基本概念与计算,测量仪表概述,测量仪表,一般由三部分,组成,，即,检测器,、,传送放大器、显示器,。检测器直接感受被测参数，如：压力、温度、物位、流量等，并将其变换成适于测量的信号。检测信号经放大后传送到显示器进行指示或记录。,一,.,测量过程及分类,1.,测量过程,测量过程实质上就是将被测参数与相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。,2.,分类,(1),直接测量,(direct measurement),直接测量是将被测参数以一定的标准量直接比较出来。如：用米尺量出一根钢管的长度,(2),间接测量,(non-direct measurement),间接测量是指把直接测里得到的数据代入一定的公式计算出被测参数，它包括了两个或两个以上的简单测量。如：节流装置测流量,二、误差基本概念,1.,定义,：误差是实验测量值与真实值之差。,误差,=,测量值,-,真值,2.,分类,根据产生误差的原因分为三类,:,系统误差,、,随机误差,（偶然误差）和,过失误差,(,操作误差、粗大误差,),。,误差基本概念,-,分类,(1).,系统误差,系统误差是由某些固定不变的因素引起的。这些因素可归结为如下几方面,:,测量仪器不良、测量环境不符合要求、测量人员的习惯和偏向等。在一系列测量中系统误差呈现出大小和符号不变或具有固定规律的特点，一般经过精确的校正可以消除。所以，系统误差是确定误差，即至少在理论上可以测定其大小,误差基本概念,-,分类,(2).,随机误差（偶然误差）,随机误差,是由一些不易控制的因素引起的，例如电子线路中的噪声干扰、测量值的波动等。在一系列测是中其大小和符号是不确定的，但它,服从统计规律,，是可以认识的。,误差基本概念,-,分类,(3).,操作误差,(,过失误差,),是由测量人员操作上的粗心大意与操作不当造成的，如在读取或记录测量数据时的疏忽大意等。这类误差往往与正常值相差很大，包含它的测量结果是毫无意义的，应,在整理数据时加以剔除,。当然，应当细心工作，避免发生这类误差。在严格的意义上，操作误差是我们在读数、记录和计算中所犯的错误。,简述产生测量误差的原因,答,:,原因有,:,(1),测量方法引起的误差,;,(2),测量工具引起的误差,;,(3),环境条件变化所引起的误差,;,(4),测量人员水平与观察能力引起的误差,;,(5),被测对象本身变化所引起的误差,.,测量误差的来源有哪些,?,答,:,测量误差主要有以下来源,:,(1),测量系统和测量器具的误差,;,(2),人员的误差,;,(3),影响量所致误差,.,二、误差基本概念,3.,测量误差的计算方法（了解）,（,1,）真实值与算术平均值,真实值是待测物理量客观存在的确定值。由于侧量时不可避免地存在一定误差，故真实值是无法得到的。,在测量技术中，将真实值定义为,:,在观测次数无限多且无系统误差存在时，各侧量值的算术平均值就是被测参数的真实值。,而实际测量只能是有限次的，故有限个侧量值的算术平均值也只能是近似真实值，或称最佳值。可以证明，当一组测量值的分布属于正态分布时，如用算术平均值表示该参数，则误差最小。,二、误差基本概念,3.,测量误差的计算方法,（,2,）标准误差,(,均方根误差,),标准误差简称标准差，也称均方根误差。,在有限次测量中,.,标准误差可用下式计算,三、测量仪表的基本技术性能,1.,量程与测量范围,量程,=,测量上限,测量下限,L=L,max,L,min,(1),下限为零时,量程与测量上限相等,0,200,温度计,:,量程为,200,(2),下限不为零时,-100,100,温度计,:,量程为,200,三、测量仪表的基本技术性能,2.,测量仪表的误差,(1),绝对误差 测量仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差，一般是指用标准仪表,(,精度高,),和被校仪表同时对同一参数测量时所得到的两个读数值的差，可表示为,:,=,x,-,x,0,:,绝对误差,;x,被校仪表的读数值,;x,0,标准仪表的读数值。,绝对误差计算示例,1,实际温度,100,表,A:0,200,测量值为,102,误差,=,x,-,x,0,=102-100=2,表,B:0,300,测量值为,98,误差,=,x,-,x,0,=98-100=-2,思考,?,单位,?,正负号,?,能否反映仪表的好坏,?,三、测量仪表的基本技术性能,2.,测量仪表的误差,(2),相对误差 绝对误差与真值之比的百分数,表,A:0,200,真值,100,测量值为,102,绝对误差,=2,;,相对误差,r=2%,表,B:0,100,真值,50,测量值为,51,绝对误差,=1,;,相对误差,r=2%,分母不能为零,;,热工测量中,较少计算相对误差,三、测量仪表的基本技术性能,2.,测量仪表的误差,(3),引用误差 折合成仪表量程,(,标尺,),的百分数,表,A:0,200,真值,100,测量值为,102,绝对误差,=102-100=2,;,引用误差,=(2/200)*100%=1%,引用误差计算,(,例,1,续,),实际温度,100,表,A:0,200,测量值为,102,绝对误差,=,x,-,x,0,=102-100=2,引用误差,=(,/L)*100%,=,(,2/200)*100%=,1,%,表,B:0,300,测量值为,98,绝对误差,=,x,-,x,0,=98-100=-2,引用误差,=(,/L)*100%,=,(-,2/300)*100%=-,0.67,%,测量仪表检定,1,仪表名称,:,数字显示温度仪,测量范围,:0,200,检定点,:5,点,测量下限，,25%,，,50%,，,75%,，测量上限,找出最大引用误差,检定表,三、测量仪表的基本技术性能,3.,测量仪表的,精度等级,(,准确度,),仪表的允许误差是指仪表在规定的正常情况下工作时允许的引用误差的最大值。,仪表的精度等级是按国家统一标准，根据允许误差大小来分级的,.,例如，镍铬一镍硅热电偶温度计的测量范围为,0,-800,.,最大绝对误差为,4,，则其允许误差为,4/(800,一,0)x100%=0.5%,，精度等级为,0.5,级。,仪表常用的精度等级有,:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0,等。且常以,圆圈内的数字标明在仪表的面板,上，例如精度,1.0,级，就用,表示。,工业现场用的测量仪表，其精度大多在,0.5,级及以下，即,|,MAX,|0.5%.,高精度仪表可作为,标准仪表,，用来校正低精度仪表。,计算题,有二个毫安表,一个量程为,0,30mA,准确度为,0.2,级,一个量程为,0,150mA,准确度为,0.1,级,现欲测量,25mA,电流,测量误差不大于,0.5%,应选用哪个表,?,解,:,量程为,0,30mA,0.2,级表的允许误差为,1,=,30,0.2%=,0.065 mA,量程为,0,150mA,0.1,级表的允许误差为,2,=,150,0.1%=,0.15 mA,测量,25mA,电流的允许误差要求不大于,=,25,0.5%=,0.125 mA,答：应选择量程为,0,30mA,0.2,级毫安表,三、测量仪表的基本技术性能,4.,变差,(,回差,),三、测量仪表的基本技术性能,4.,变差,(,回差,),定义,:,同一仪表对某一参数正反行程的测量值之差称为仪表在该读数点的指示变差,。,原因,:,传动机构的间隙,(,指针式,),、运动部件的摩擦、弹性元件,(,压力表,),的弹性滞后的影响。,规定,:,仪表的变差不能超出仪表的允许误差,，否则，应及时修理。,(,具体规程,),变差,精度时,降级使用,考证,:,变差,(,回差,),计算题,有一压力表，量程是,0,25MPa,，准确度等级是,1.0,级。在,20MPa,点检定时，上升时读数为,19.80MPa,，下降读数为,20.16MPa,，求该仪表的变差,(,回程差,),是多少？此表是否合格？,解：允许误差为：,（,25,0,）,1.0%=0.25MPa,变差是,19.80-20.16=0.36MPa,答：该表变差是,0.36MPa,，该表不合格,三、测量仪表的基本技术性能,5.,灵敏度与分辨力,(1).,灵敏度,(sensitivity),模拟仪表,灵敏度表示测量仪表对被测参数变化的敏感程度，通常以仪表指针的线位移或角位移与引起这一位移的被测参数变化量的比值来表示，即,S=a/x,式中,:S.,仪表的灵敏度,;,a,指针的线位移或角位移,:,x,引起,a,的被测参数变化量。,指针的线位移或角位移,a,可用仪表标尺上的分格数来表示，但是，标尺上的分格值不能小于仪表允许误差的绝对值,.,三、测量仪表的基本技术性能,5.,灵敏度与分辨力,(2).,分辨力,(resolution),数字仪表,三、测量仪表的基本技术性能,6.,非线性误差,非线性现象是指理论上具有线性刻度特性的测量仪表对线性特性的偏离。所以，非线性误差就是校验曲线与理论特性直线之间的最大偏差,例,:,热电偶,方法,:,分段线性处理,三、测量仪表的基本技术性能,7.,其他指标,(1).,重复性,不同测量条件,(,方法、观察者、检测环境,),下对同一被检测量进行检测时，检测结果一致程度,(2).,反映时间（动态性能）,一次仪：时间常数；二次仪：全行程时间,(3).,可靠性,有效率,=MTBF/,（,MTBF+MTTR,）,MTBF,：,平均无故障工作时间,MTTR,：,平均修复时间,