测试精分析.pptx

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,#,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,#,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,#,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,#,误差理论与数据分析,介绍误差的定义、来源、分类、测量精度,本课程核心与思路,第二部分,数据处理的一般方法,算术平均法、最小二乘法、一元线性回归,.,第一部分,测量误差的基本理论,课程内容简介,第一章,测量及测量误差,。介绍测量的基本概念、技术方法及系统组成（增加内容），,测量精度与误差的关系,等。,第二章 随机误差产生的原因、特点、处理方法以及表示等内容。,第三章 系统误差产生的原因、特点、判别及处理方法等内容。,第四章 粗大误差产生的原因、特点、判别及处理方法等内容。,第六章 不等精度测量的基本概念及数据处理方法介绍。,第五章 各种误差的合成,第八章 组合测量及其数据处理（最小二乘法）,第九章 试验结果（数据）的建模一元线性回归,第十章 试验结果（数据）的建模多项式回归分析,第十一章 应用误差分析、分配及测量方案设计等,质量控制与可靠性理论,无损检测,发展趋势：用无损评价代替无损探伤或无损检测，即在无损检测的基础上对材料的属性、状态、可靠性、安全性、寿命等进行综合分析、失效分析、预测和评价,必然用到可靠性工程中的分析技术如可靠性设计、可靠性数据分析、产品寿命分析、失效分析等,要科学地给出无损检测结果，必须了解不确定度评定的理论、方法，对检测进行不确定度评定,本,课特点：,专业基础课程；内容即,“,死,”,（定义,、,法规性内容过多）又无,“,定论,”,（误差数据基于统计论的处理方法）。,本,课学习方法：,掌握理解基本概念（关键）；以课本为主；认真完成作业。,本,课成绩评定：,课堂提问；课后作业；,考试成绩,本课特点及学习方法,第一章 测量与测量误差,主要内容,:,掌握测量及测量误差的有关,基本概念,，了解,各种误差的性质来源。,主要包括：,测量的分类,误差的表示方法,误差的分类,测量精度指标,测量结果的表达,难点：,根据量程和准确度等级选择电工仪表,1.1,测量的基本概念,1.1.1,测量的意义,日常生活中处处离不开测量,科学的进步和发展离不开测量，,离开测量就不会有真正的科学。,没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业,1.1.1,测量的意义,（续）,生产发展离不开测量,农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、,面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原,始的时间测量器具，并有了天文测量。,现代化的工业生产中，处处离不开测量,例如，一个大型钢铁厂需要约,2,万个测量点,在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量,例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受,气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼,的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。,1.1.2,测量的定义,1.,狭义测量的定义,测量是为了,确定被测对象的量值,而进行的实验过程。,在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行,比较,，取得用数值和单位共同表示的测量结果。,测量结果测量数值,测量单位，,即：,1.1.2,测量的基本概念,（续）,测量的内涵,测量对象,：被测客体中的相应的量值信息；,测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；,测量过程,:,通过实验去认识对象的过程,测量方法,：比较；,A.,直接比较,B.,间接比较；,C.,需要测量仪器；,测量标准,：同类已知单位。,测量结果,：最终能表示给测量主体（人）,1.1.2,测量的定义,（续）,被测物体的重量等于标准砝码的重量,被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。,1.1.2,测量的定义,（续）,2.,广义测量的定义,广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。,例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。,而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。,广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。,1.1.3,测量的基本要素,1.,测量的基本要素,被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境,1.1.3,测量的基本要素,（续）,1.1.3,测量的基本要素,（续）,2.,测量过程,基本要素之间的互动关系,论证阶段,测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。,设计阶段,*选择测试仪器，组建测试系统。,*制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）,实施阶段,*对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据,;,*,分析测量误差并显示测量出结果。,1.1.3,测量的基本要素,（续）,1.1.3,测量的基本要素,（续）,3.,被测对象,信息,广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社会信息两大类。,4.,测量仪器系统,量具和仪器,测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等,5.,测量的主体,测量人员,手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成,自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先设计好。,1.1.3,测量的基本要素,（续）,6.,测试技术,测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试,技术。,7,.,测量环境,测量环境是指,测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和,。,测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。,1.1.3,测量的基本要素,（续）,环境对测量的影响,A.,环境对被测对象的影响：,某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。,B.,环境对仪器系统的影响：,环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。,C.,环境对测量人员的影响：,高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。,1.1.3,测量的基本要素,（续）,应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。,恒温、恒湿、稳压和防震。,抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。,仪器应能,尽量适应恶劣环境和大范围变化环境,。,1.1.3,测量的基本要素,（续）,仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：,I,组：,良好的环境条件,，温度,+10,+35,o,C,，相对湿度,80%,（在,35,o,C,上），只允许有轻微的振动。,II,组：,一般的环境条件,，温度,10,+40,o,C,，相对湿度,80%,（在,40,o,C,上），允许一般的振动和冲击。,III,组：,恶劣的环境条件,，温度,40,+55,o,C,，相对湿度,90%,（在,35,o,C,上），允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。,I,组,高精度计量用仪器,II,组,通用仪器,III,组,野外、机载等仪器,1.1.4,测量的分类,1,按测量精度分,工程测量,精密测量,2,按测量结果获得的方法分,直接测量,间接测量函数关系,组合测量,估计误差的精确值,组合测量,测量目的多个,仪器精度有限时可提高测量精度，精密测量中多用,例,1-1,（,P,2,）,标准电阻：欧姆量的测量工具，标准电阻上标注,R,20,由于电阻值随温度而变化，符合规律：,3,按测量条件分,等精度测量,不等精度测量,4,按被测对象状态分,静态测量,动态测量,测量条件不变,被测量不随时间变化 视为随机变量,被测量随时间变化 视为随机过程,第二节 测量误差,一、误差的定义,二、误差公理,误差自始至终存在于一切科学实验和测量之中。,“,不可避免,”,三、误差的来源,仪器、方法、环境、人员,四、研究误差的目的,正确认识其性质、来源，减小误差,正确分析数据，合理评价,合理制定测量方案，正确选择测量方法、仪器，提高测量结果的精度,五、误差的表示方法,1.,绝对误差,相对误差,绝对误差,不能,正确反映测量精确程度,相对误差,能,正确反映测量精确程度,2.,示值误差,引用误差,电工仪表的准确度等级（,S,级）,以最大引用误差划分电工仪表的准确度等级（,S,级）,仪表最大引用误差：,七级：,0.1,、,0.2,、,0.5,、,1.0,、,1.5,、,2.5,、,5.0,例：,则属于,级,0.2,讨论：,1.S,反映仪表的最大引用误差,2.,量程相同时，,S,越小，仪表准确度越高,3.,测量结果的准确度（以相对误差衡量）不同于仪表,的准确度（以等级表示）,5.,仪表在,x,点处,的最大相对误差,4,.,仪表在,x,点处,的示值误差（绝对误差）,仪表量程及被测值不变时，仪表准确度越高（,S,越小）测量结果越准确,测量结果的准确度一般低于仪表的准确度,测量尽可能在仪表上限或,2/3,量程以上,同准确度等级的表，若量程不同，测量准确度也会不同,例（,P,5,）,准确度和量程结合合理选择仪表,3.,平均误差,几何意义是概率密度曲线一半面积的重心,或然误差,几何意义是,划分的概率密度曲线包围的面积内外相等,4.,分贝误差,表示相对误差，一般,5.,其它误差,P7,六、误差的分类（不同于误差的表示方法）,1.,系统误差,(system error),含义：同一条件下多次重复测量同一量值，绝对值和符号不变,或条件改变时测量值按一定规律变化。,分类：,1,按对系统误差的掌握程度分：,已定系统误差：误差绝对值和符号已定,未定系统误差：估计出误差范围,(,如按照仪表的精度等级估计出来的测量量的相对误差,极限误差等,),2,按系统误差出现的规律分：,不变系统误差：误差绝对值和符号固定,变化系统误差：变化规律,(,线性 周期 复杂规律的,),性质,：有规律，可再现，可以预测,原因,：原理误差、方法误差、环境误差、使用误差,处理,：理论分析、实验验证 修正,正态分布,性质,：,原因,：装置误差、环境误差、使用误差,处理：,统计分析、计算处理 减小,对称性,有界性,抵偿性,单峰性,绝对值相等的正负误差出现的次数相等,绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多,偶然误差绝对值不会超过一定程度,当测量次数足够多时，偶然误差算术平均值趋于,0,2.,随机误差,（,random error,）,含义：同一条件下多次重复测量值随机变化,特点：多次等精度测量服从概率统计规律,3.,粗大误差,(abnormal error),超出规定范围，错误，剔除,性质,：偶然出现，误差很大，异常数据，与有用数据混在一起,原因,：装置误差、使用误差,处理,：判断、剔除,七、随机误差和系统误差的关系,性质不同,:,随机误差服从统计规律,系统误差服从函数规律,两者在一定条件下是可以相互转化的,.,随机误差和不确定的系统误差通称为不确定误差,用不确定度来描述,.,第三节 测量精度及其与误差的关系,一、测量精度,测量结果与真值的接近程度,是个,定性的概念,评价标准：,正确度：反映测量结果中系统误差大小,精密度：随机误差大小,准确度：综合,测,量,精,度,举,例,不精密（随机误差大）,正确（系统误差小）,精密（随机误差小）,不正确（系统误差大,）,不精密（随机误差大）,不正确（系统误差大）,精密（随机误差小）,正确（系统误差小）,二、测量结果的表达,1.,误差数据的表达,恰当的位数：一、二位有效数字,末位进一,是最终表达,不,写作：,（书中有误）,2.,测量,数据的表达,原则一（对齐原则）,测量结果的最小位应与保留的误差位对齐,原则二（截断数据处理原则）,4,舍、,5,多入、,5,取偶,2.89012,2.8950001,2.8950,2.865,2.89801,2.89,2.90,2.90,2.86,2.90,极限误差表达：若,则表达为：,标准偏差表达：若,则表达为：,2.89,（,0.01,）,或：,2.89,（,1,）,3.,测量,结果的表达,4.,数据运算规则,(,补充,),为了保证最后结果的精度,通常所有参与运算的数据,在有效字后可多保留一位作为参考字,(,安全数字,).,1),加减乘除运算时,运算数据以小数位数最少的数据位数为准,其余各数据可多取一位小数,但运算完成后应与小数位数最少的数据对齐,.,Ex,：,2643.0+987.7+4.187+0.2354,=2643.0+987.7+4.19+0.24,=3635.13,3635.1,2,）,平方和开方运算同乘除运算一致,3,）,对数运算时，,n,位有效数字的数据应该用,n,位,（或,n+1,位）对数表。,4,）,三角运算时，函数值的位数应随角度误差的减小而增多，对应关系如下：,10,”,(5,位,),；,1,”,(,位,),；,0.1,”,(7,位,),；,0.01,”,(8,位,),；,重点掌握：,等精度测量、测量条件；,绝对、相对误差,仪表准确度等级及选择仪表,系统和随机误差的判断,正确度、精密度、准确度的含义和关系,测量结果的表达,作业：,1,3,，,1,5,，,1,8,，,1,9,