测量概述10第二次.pptx

第三节第三节 测量误差与测量精度测量误差与测量精度每课一题：每课一题：n1.用测量范围为用测量范围为50+150kPa的压力表的压力表测量测量140kPa压力时，仪表示值为压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。对误差和引用相对误差。n误差产生的原因？误差产生的原因？第三节第三节 测量误差与测量精度测量误差与测量精度一、测量误差的概念一、测量误差的概念u测测定定值值与与被被测测量量真真值值之之差差称称为为测测量量的的绝绝对对误误差差，或简称测量误差。或简称测量误差。=x X0 式中，式中，测量误差；测量误差；x 测定值（例如仪表指示值）；测定值（例如仪表指示值）；X0 被测量的真值。被测量的真值。u真值一般无法得到，所以用实际值真值一般无法得到，所以用实际值X代替代替X0。u对于绝对误差，应注意下面几个特点：对于绝对误差，应注意下面几个特点：u绝对误差是绝对误差是有单位的量有单位的量，其单位与测定，其单位与测定值和实际值相同。值和实际值相同。u绝对误差是绝对误差是有符号的量有符号的量，其符号表示出，其符号表示出测定值与实际值的大小关系。测定值与实际值的大小关系。u测定值与被测量实际值之间的测定值与被测量实际值之间的偏离程度偏离程度和方向和方向通过绝对误差来体现。通过绝对误差来体现。u示值的绝对误差与约定值之比值称为示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差，相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。其为无量纲数，以百分数表示。u一般约定值一般约定值m有如下几种取法：有如下几种取法：um取取测量仪表的指示值测量仪表的指示值x时，时，称为称为标称相对误差标称相对误差；um取取测量的实际值测量的实际值X时，时，称为称为实际相对误差；实际相对误差；um取取仪表的满刻度值仪表的满刻度值时，时，称为称为引用相对误差。引用相对误差。u对于相同的被测量，用对于相同的被测量，用绝对误差绝对误差评定其评定其测量精度的高低测量精度的高低。但对于。但对于不同的被测量不同的被测量，则应采用则应采用相对误差相对误差来评定。来评定。u测测量量过过程程中中存存在在测测量量误误差差是是不不可可避避免免的的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。任何测量值只能近似反映被测量的真值。u测测量量过过程程中中无无数数随随机机因因素素的的影影响响，使使得得即即使使在在同同一一条条件件下下对对同同一一对对象象进进行行重重复复测测量量也也不不会得到完全相同的测量值。会得到完全相同的测量值。u被被测测量量总总是是要要对对敏敏感感元元件件施施加加能能量量才才能能使使测测量量系系统统给给出出测测量量值值，这这就就意意味味着着测测量量值值并并不不能完全准确的反映被测参数的真值。能完全准确的反映被测参数的真值。二、测量误差的来源二、测量误差的来源1、仪器误差仪器误差它是由于设计、制造、装配、检定等的它是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。器设备带有的误差。减少仪器误差的主要途径是根据具体测减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。量仪器。2、人身误差人身误差它指由于测量者感官的分辨能力、视觉它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。象与结果判断不准确而造成的误差。减少人身误差的途径减少人身误差的途径3、影响误差影响误差它是指各种环境因素与要求条件不一致它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。而造成的误差。主要的影响因素是环境温度、电源电压主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。和电磁干扰等。4、方法误差方法误差它是所使用的测量方法不当，或对测量设它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操作使用不当，或测量所依据的理论不备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差，也称理论误差。因而造成的误差，也称理论误差。原则上可通过理论分析和计算或改变测量原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。方法来加以消除或修正。三、测量误差的分类三、测量误差的分类 系统误差系统误差 随机误差随机误差 粗大误差粗大误差三、测量误差的分类三、测量误差的分类1系统误差系统误差u在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，误误差差的的绝绝对对值值和和符符号号或或者者保保持持不不变变，或或按按一定的规律变化，这类误差称为一定的规律变化，这类误差称为系统误差系统误差。u恒值误差恒值误差u变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化恒值恒值累进性累进性按复杂规律变化按复杂规律变化周期性周期性系统误差的特征系统误差的特征特点：特点：就个体而言是有规律的，产生原因就个体而言是有规律的，产生原因是可知的或能掌握，多属测量技术问题。是可知的或能掌握，多属测量技术问题。减小措施：减小措施：通过实验方法消除；引入更正通过实验方法消除；引入更正值修正。值修正。系统误差的来源系统误差的来源 (P38)(P38)（1 1）测量设备、试验装置不完善，或安装、）测量设备、试验装置不完善，或安装、调整、使用不当。调整、使用不当。（2 2）外界环境因素的影响，如温度漂移。）外界环境因素的影响，如温度漂移。（3 3）测量方法不正确，测量方法的理论本）测量方法不正确，测量方法的理论本身不完善。身不完善。2随机误差随机误差 在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，由由于于受受到到大大量量的的、微微小小的的随随机机因因素素的的影影响响，测测量量误误差差的的绝绝对对值值的的大大小小和和符符号号没没有有一一定定的的规规律律，且且无无法法简简单单估估计计，这这类类误误差差称称为为随随机误差。机误差。指测量者无法严指测量者无法严格控制的因素格控制的因素u随机误差就随机误差就个体而言是无规律个体而言是无规律的，不能通过的，不能通过实验的方法来消除。实验的方法来消除。u但在等精度条件下，只要测量次数足够多，但在等精度条件下，只要测量次数足够多，那么就会发现：那么就会发现：从总体来说随机误差服从一从总体来说随机误差服从一定的统计规律定的统计规律，可以从理论上来估计随机误，可以从理论上来估计随机误差对测量结果的影响。差对测量结果的影响。u随机误差与系统误差既有区别又有联系，随机误差与系统误差既有区别又有联系，二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可以相互转化。以相互转化。u对某一具体误差，在某一条件下为系统误对某一具体误差，在某一条件下为系统误差，而在另一条件下可为随机误差，反之亦差，而在另一条件下可为随机误差，反之亦然。然。3粗大误差粗大误差 明显地歪曲了测量结果的误差称为明显地歪曲了测量结果的误差称为粗大误粗大误差差，大多是由于测量者粗心大意造成的。，大多是由于测量者粗心大意造成的。粗大误差一经发现，必须立即从测量数据粗大误差一经发现，必须立即从测量数据中剔除。中剔除。问：下列误差属于哪类误差？问：下列误差属于哪类误差？（1 1）用一块普通万用表测量同一电压，重复）用一块普通万用表测量同一电压，重复测量测量2020次后所得结果的误差。次后所得结果的误差。（2 2）观测者抄写记录时错写了数据造成的误）观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。差。（3 3）在流量测量中，流体温度、压力偏离设）在流量测量中，流体温度、压力偏离设计值造成的流量误差。计值造成的流量误差。随机误差随机误差粗大误差粗大误差系统误差系统误差三、测量精度三、测量精度1准确度准确度u对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，测测量量值值偏偏离离被被测量真值的程度称为测量真值的程度称为测量的准确度测量的准确度。u它它反反映映系系统统误误差差的的影影响响，系系统统误误差差越越小小，准准确度越高确度越高。2精密度：精密度：u对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，测测量量值值重重复复一一致致的的程程度度，或或者者说说测测量量值值分分布布的的密密集集程程度度，称为称为测量的精密度测量的精密度。u它它反反映映随随机机误误差差的的影影响响，随随机机误误差差越越小小，精精密度越高密度越高。3精确度精确度u精精密密度度与与准准确确度度的的综综合合指指标标称称为为精精确确度度，或或称称精精度。度。u它反映它反映随机误差和系统误差随机误差和系统误差的综合影响。的综合影响。u精精密密度度高高的的，准准确确度度不不一一定定高高；准准确确度度高高的的精精密密度度不不一一定定高高；但但精精确确度度高高的的，则则精精密密度度与与准准确确度度都高。都高。精密度高精密度高准确度高准确度高精确度高精确度高四、测量的不确定度四、测量的不确定度1、定义：定义：表示用测量值代表被测量真值表示用测量值代表被测量真值时的不肯定程度，是对被测量真值以多时的不肯定程度，是对被测量真值以多大可能处于测量值决定的某个量值范围大可能处于测量值决定的某个量值范围之内的一个估计。之内的一个估计。不确定度小，测量结不确定度小，测量结果的精确度高果的精确度高。2 2、不确定度分类、不确定度分类（1 1）按各分量估计方法不同：）按各分量估计方法不同：A A类：统计不确定度类：统计不确定度B B类：非统计不确定度类：非统计不确定度（2 2）其他分类：）其他分类：随机不确定度：由随机误差引起，能用统计方随机不确定度：由随机误差引起，能用统计方法估算；法估算；系统不确定度：由未定系统误差引起。系统不确定度：由未定系统误差引起。第五节第五节 测量技术发展状况测量技术发展状况一、发展过程一、发展过程 1 1、2020世纪世纪5050年代前，多是机械式测量仪器。年代前，多是机械式测量仪器。2 2、2020世纪世纪6060到到7070年代，传感器技术。一次与二次年代，传感器技术。一次与二次 仪表开始分体。仪表开始分体。3 3、2020世纪世纪7070到到8080年代，参数检测方式得到发展，年代，参数检测方式得到发展，智能仪表开始出现，微机集中数据处理技术开始智能仪表开始出现，微机集中数据处理技术开始使用。使用。4 4、2020世纪世纪8080年代高新技术开始出现。年代高新技术开始出现。弹簧管压力表弹簧管压力表 压力式温度计压力式温度计 容积式流量计容积式流量计机械式测量仪器机械式测量仪器二、测量技术发展表现二、测量技术发展表现1 1、敏感元件传感器）向高精度、高灵敏度、敏感元件（传感器）向高精度、高灵敏度、大测量范围、小型化和智能化方向发展。大测量范围、小型化和智能化方向发展。2 2、测量技术的实时化和自动化。、测量技术的实时化和自动化。3 3、测量原理、测量手段的重大突破。、测量原理、测量手段的重大突破。第五节第五节 测量系统的静态性能指标测量系统的静态性能指标1量程范围量程范围u仪仪表表能能够够测测量量的的最最大大输输入入量量与与最最小小输输入入量量之之间的范围称作间的范围称作仪表的量程范围仪表的量程范围，简称量程。，简称量程。u在在数数值值上上等等于于仪仪表表上上限限值值与与下下限限值值的的代代数数差差之绝对值。之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为问：某温度计测量的最低温度为-20-20，最高温度为最高温度为100100，它的量程是多少？，它的量程是多少？120量程选择量程选择（1 1）首先对被测量有一个大致估计，使之落）首先对被测量有一个大致估计，使之落在测量系统量程之内。最好落在系统量程的在测量系统量程之内。最好落在系统量程的2/32/33/43/4处。处。（2 2）如果量程选择太小，被测量的值超过测）如果量程选择太小，被测量的值超过测量系统的量程，会使系统因过载受损；如果量系统的量程，会使系统因过载受损；如果选择太大，会使测量精度下降。选择太大，会使测量精度下降。2灵敏度灵敏度u在在稳稳定定情情况况下下仪仪表表输输出出变变化化量量L与与引引起起此此变变化化的的输输入入量量的的变变化化量量Xb之之比比值值，定定义义为为仪仪表的灵敏度表的灵敏度。u用用S表示，即表示，即 式中，式中，S 仪表灵敏度仪表灵敏度 L、Xb 分别为输出与输入变化量分别为输出与输入变化量问：某测量范围是问：某测量范围是0100MPa的压力表，其满的压力表，其满量程时指针转角为量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？度，它的灵敏度是多少？2.7度度/MPa 3灵敏限（分辨率、死区）灵敏限（分辨率、死区）它它表表明明仪仪表表响响应应输输入入量量微微小小变变化化的的能能力力指指标标，即即不不能能引引起起输输出出发发生生变变化化的的最最大大输输入入变变化化幅幅度度与与量量程程范范围围之之比的百分数。比的百分数。在在模模拟拟式式仪仪器器中中分分辨辨率率又又被被称称为为鉴鉴别别阈阈或或灵灵敏敏阈阈；在在数数字字式式仪仪器器中中分分辨辨率率又又被被定定义义为为显显示示数数的的最后一位数字变动最后一位数字变动1 1所代表的被测量增量。所代表的被测量增量。4.基本误差基本误差 在在规规定定的的标标准准条条件件下下（所所有有影影响响量量在在规规定定值值及及其其允允许许的的误误差差范范围围内内），用用标标准准设设备备进进行行静静态态校校准准时时，测测量量系系统统在在全全量量程程中中所所产产生生的的最大绝对误差的绝对值最大绝对误差的绝对值与与系统量程之比系统量程之比。5.允许误差允许误差 它它表表示示对对测测量量仪仪表表所所允允许许的的误误差差界界限限，即即出出厂厂的的仪仪表表都都要要保保证证基基本本误误差差不不超超过过某某一一规规定定值值，此规定值叫此规定值叫允许误差允许误差。6精度等级精度等级 它它指指根根据据测测量量仪仪表表精精度度大大小小所所划划分分的的等等级级或或级级别。允许误差去掉百分号的数值就是别。允许误差去掉百分号的数值就是精度等级精度等级。我我国国工工业业仪仪器器精精度度等等级级的的国国家家标标准准系系列列为为：0.1,0.1,0.20.2,0.5,0.5,1.01.0,1.5,1.5,2.52.5,4,4等七个等级。等七个等级。例题：1 1、一测量范围为、一测量范围为0 010MPa10MPa的弹簧管压力计的弹簧管压力计经校验，在其量程上各点处最大绝对误差经校验，在其量程上各点处最大绝对误差 ,若该仪表的精度等级为若该仪表的精度等级为1.51.5级，请问该仪级，请问该仪表的精度是否合格？表的精度是否合格？仪器基本误差小于允许误差，仪器基本误差小于允许误差，仪器合格；反之则不合格。仪器合格；反之则不合格。2.某测温仪表的准确度等级为某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对级，绝对误差为误差为1，测量下限为负值（下限的，测量下限为负值（下限的绝对值为测量范围的绝对值为测量范围的10），试确定该），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。表的测量上限值、下限值和量程。（90，10，100）作业题：作业题：1.用测量范围为用测量范围为50+150kPa的压力表测的压力表测量量140kPa压力时，仪表示值为压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。用相对误差。2.某某1.5级测量范围为级测量范围为0100kPa的压力表，的压力表，在在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，三点校验时，其示值绝对误差分别为其示值绝对误差分别为0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？，试问该表是否合格？3.现有现有2.5级、级、2.0级、级、1.5级三块测温仪表，对应的级三块测温仪表，对应的测量范围分别为测量范围分别为100+500、50550、01000，现要测量，现要测量500的温度，其测量值的的温度，其测量值的相对误差不超过相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？，问选用哪块表最合适？