检测技术及仪表1.pptx

第1章 测量技术及误差理论基础测量技术及误差理论基础 本章介绍检测技术和测量仪表的作用、测量的基本概念、仪表性能指标的计算方法和测量误差的基本理论；分析了测量误差的产生原因及处理方法；测量准确度的评定与表示方法。返总目录返总目录教学目录：1.11.1概述概述1.21.2测量误差测量误差返总目录返总目录1.1.1 测量的概念测量测量：就是借助专用的工具或装置，通过适当的实验方法或 计算，对被测对象收集信息的过程。包括：狭义测量，广义测量 X为被测量；X0为标准量，即单位；K为比值倍数。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录1.1.2 测量方法直接测量法直接测量法：用测量精确程度较高的仪器测量被测量，直接得到测量结果的方法。间接测量法间接测量法：利用被测量与某些物理量间的函数关系，先测出这些物理量（间接量），再得出被测量数值的方法。测量球的密度，先测出球的重量，再测量出球的直径，再计算出球的测量球的密度，先测出球的重量，再测量出球的直径，再计算出球的体积，最后求出球的密度。体积，最后求出球的密度。组合测量法组合测量法：被测量与多个量存在多元函数关系时，可以直接测量出这几个相关的量，然后解方程组求出被测量。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录电子卡尺电子卡尺1.1.3 测量仪表的基本功能1.1.变换功能变换功能：利用物质的物理、化学性质，把被测量转变成便于测量、传输和处理的另一种物理量的过程。2.2.选择功能选择功能：实现测量，在设计制造仪表或变换元件时，应使其具有选择的功能，即选择有用测量信号而抑制其他干扰信号的功能。3.3.比较功能比较功能4.4.显示功能显示功能：测量仪表将测量结果指示或记录下来的功能。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录1.1.4 测量仪表的基本性能指标1 1、静态性能指标、静态性能指标（1）非线性度非线性度（2）灵敏度）灵敏度（3）变差变差（4）基本误差和精度）基本误差和精度2 2、动态性能指标、动态性能指标返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录1 1、静态性能指标、静态性能指标测量仪表的非线性度测量仪表的非线性度（1 1）非线性度）非线性度 是指仪表的特性曲线与端基直线最大输出偏差值的绝对值与量程比值的百分数，即：量程量程=Y上上-Y下下测量量程测量量程=X上上-X下下返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录（2 2）灵敏度）灵敏度 在稳定状态下，仪表的输出增量对输入增量的比值，称为仪表的灵敏度灵敏度。它就是仪表静态特性曲线上相应点的斜率斜率：返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录（3 3）变差）变差变差变差：是指测量仪表在同一输入量下，其上行程与下行程输出量的最大差值。变差通常也表示成相对百分数的形式，即：原因原因：主要由于传动机构的间隙、摩擦或者仪表元器件吸收、释放能量所造成的。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录（4 4）基本误差和精度）基本误差和精度 在测量仪表量程范围内，输出量和理论值的最大偏差与量程比值的百分数，称做仪表的基本误差基本误差。即：用来表征测量仪表基本误差允许值等级的量，称做仪表的精度精度。例如：0.5级精度的仪表，其允许基本误差是-0.5%允0.5%；也就是说，精度数值前加上正、负号后加即为其允许误差范围。反过来，把允许误差限值去掉正负号及即为精度。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录2、动态性能指标 仪表的输入量随时间而变化的工作状态，称为动态动态。仪表在动态下工作出现的输出特性，称为动动态特性态特性。仪表输入发生变化，必然引起输出值的变化，即引起动态响应。输出值随时间变化的曲线，称为动态响应曲线动态响应曲线。（1）阶跃响应 （2）频率响应返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录（1 1）阶跃响应）阶跃响应上升时间上升时间tr：y(t)从从10%yH到达到达90%yH所需所需的时间。的时间。峰值时间峰值时间tp：y(t)到到达第一次峰值所需要达第一次峰值所需要的时间，称为峰值时的时间，称为峰值时间。间。稳定时间稳定时间ts：y(t)到达误差到达误差允许范围允许范围5%所需的时间所需的时间称为稳定时间。称为稳定时间。二阶仪表阶跃响应性能指标返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录（2 2）频率响应）频率响应 当测量仪表的输入信号为一定频率和幅值的波动信号时，其输出值所引起的响应，称做频率响应。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录3 3、测量仪表的可靠性、测量仪表的可靠性（1）可靠度（2）失效率（3）平均无故障工作时间(t)-t曲线返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录1.2 测量误差测量误差1.2.1误差存在的绝对性误差存在的绝对性1.2.2 误差的表示形式误差的表示形式1.2.3 误差的的分类误差的的分类1.2.4 仪表的准确度仪表的准确度重点：误差的表示形式、误差的分类。难点：误差的表示形式。返本章目录返本章目录1.2 测量误差测量误差1.2.2 误差的表示形式误差的表示形式（1）绝对误差）绝对误差测量值与真实值的差值：测量值与真实值的差值：x=x-xx=x-x0 0 返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录 某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg大米、大米、10kg香蕉、香蕉、1kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？商店意见最大，是何原因？由于绝对误差不能确切地反映出测量的准确度，所由于绝对误差不能确切地反映出测量的准确度，所以引出相对误差的概念。以引出相对误差的概念。结论（2）相对误差）相对误差测量结果的绝对误差与真值比值的百分数称为相对误差，即：（3）引用误差）引用误差 所谓引用误差，就是测量仪表的在量程范围内某点的示值的绝对误差与其量程比值的百分数。用最大引用误差确定仪表精度和选择仪表精度的方法通过例题讲解。解：解：该测温仪表的最大引用误差为 去掉%后，该表的精度值为0.6，介于国家规定的精度等级中0.5和1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差表允分别为0.5%和1.0%。则这台测温仪表的精度等级只能定为1.0级。例例1-1 某台温度检测仪表的测温范围为100600，校验该表时得到的最大绝对误差为3，试确定该仪表的精度等级。例题例题返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录例例1-2 现需选择一台测温范围为0500的测温仪表。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过4，试问：应选哪一级精度等级的仪表？解：解：工艺允许相对误差为 去掉和%后，该表的精度值为0.8，也是介于0.51.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差表允分别为0.5%和1.0%。应选择0.5级的仪表才能满足工艺上的要求。例题例题返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录 练习练习 被测电压实际值大约为21.7 V，现有1.5级、量程为030 V的A表，1.5级、量程为050 V的B表，1.0级、量程为050 V的C表，0.2级、量程为0360 V的D表，四种电压表，请问选用哪种规格的电压表进行测量所产生的测量误差较小?A表有,B表有,C表有,D表有,答：四者比较，选用A表进行测量所产生的测量误差通常较小。解：根据（1-15）式分别用四种表进行测量。练习练习o一台精度等级为0.5级，量程范围6001200摄氏度的仪表，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4摄氏度，问此表是否合格？摄氏度 因为4摄氏度大于3摄氏度，所以不合格 1.2.3 误差的的分类误差的的分类系统误差系统误差大小和方向保持固定，或按一定规律变化的误差。大小和方向保持固定，或按一定规律变化的误差。随机误差随机误差各次测量误差的大小和方向没有规律性。但是，若对这各次测量误差的大小和方向没有规律性。但是，若对这些误差进行大量统计，其出现是符合统计规律的。些误差进行大量统计，其出现是符合统计规律的。疏忽误差疏忽误差由于操作者的粗心大意或失误所造成的测量误差，称由于操作者的粗心大意或失误所造成的测量误差，称为疏忽误差。为疏忽误差。缓变误差缓变误差误差的数值随着时间而缓慢变化的误差，称为缓变误差误差的数值随着时间而缓慢变化的误差，称为缓变误差（按照产生的原因及其性质来分）（按照产生的原因及其性质来分）返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录 (1)系统误差：误差举例误差举例 (1)(1)系统误差：系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？夏天摆钟变慢的原因是什么？钟摆会热胀冷缩，夏天钟摆变钟摆会热胀冷缩，夏天钟摆变长长 因为因为T=2(L/G)L变大导变大导致周期致周期T变长，所以钟不准变长，所以钟不准 把把钟摆调短点就好了钟摆调短点就好了 (2)随机误差：存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。言，多数随机误差都服从正态分布规律。随机误差的正态分布规律次次数数统统计计长度相对测量值长度相对测量值 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。言，多数随机误差都服从正态分布规律。存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。1.2.4 仪表的准确度仪表的准确度1.正确度正确度系统误差直接影响测量值与真值的差值，它是表征测量结果正确度的误差。2.精密度精密度用随机误差来表征测量结果的精密度。3.准确度准确度同时表征测量结果与真值的接近程度和多次测量值的离散程度的物理量，又称精确度。它是反映系统误差和随机误差合成情况的一个物理量。返本章目录返本章目录返本节目录返本节目录精确度精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。机器的常以测量误差的相对值表示。（a）准确度高而精密度低 （b）准确度低而精密度高 （c）精确度高在测量中我们希望得到精确度高的结果。