儀表測量誤差和質(zhì)量指標(biāo)課件.ppt

1、一、測量誤差及其分類,編寫：衛(wèi)懋林,什么是測量誤差,在進(jìn)行任何測量過程中，由于測量方法的不完善，測量設(shè)備、測量環(huán)境以及人的觀察力等都不可避免的出現(xiàn)一定的誤差，而使測量結(jié)果受到歪曲，使測量結(jié)果與被測真值之間存在一定差值，這個(gè)差值即是測量誤差。,傳感器與自動檢測技術(shù),1-1 測量誤差,、測量誤差的基本概念,所謂測量誤差，即測量的輸出值與理論輸出值的差值,（1）真值,被測量本身所具有的真正值稱之為真值。,（2）約定真值,由于真值往往是未知的，所以一般用基準(zhǔn)器的量值來代替真值，這就叫做約定真值，它與真值之差可以忽略不計(jì)。,傳感器與自動檢測技術(shù),（3）實(shí)際值,通常只能把精度更高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具所測得的值作

2、為“真值”。,（4）標(biāo)稱值,測量器具上所標(biāo)出來的數(shù)值。,（5）示值,由測量器具讀數(shù)裝置所指示出來的被測量的數(shù)值。,傳感器與自動檢測技術(shù),1.1.1誤差的分類,1.按表示方法劃分,2.按誤差出現(xiàn)的規(guī)律劃分,引用誤差,相對誤差,系統(tǒng)誤差,隨機(jī)（偶然）誤差,疏忽（粗大）誤差,絕對誤差,傳感器與自動檢測技術(shù),3.按被測量隨時(shí)間變化的速度劃分,4.按使用條件劃分,靜態(tài)誤差,動態(tài)誤差,基本誤差,附加誤差,傳感器與自動檢測技術(shù),儀表誤差的表示方法有 （1）絕對誤差:儀表指示值和被測量的實(shí)際值之間的差值，叫做絕對誤差,=AxAo,某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg香蕉、1kg牛肉干，發(fā)現(xiàn)均缺少

3、約0.5kg，但該采購員對賣牛肉干的商店意見最大，是何原因？,舉例,絕對誤差的大小有時(shí)不足以反映測量值所偏離約定真值大小程度,結(jié)論,例、用一只標(biāo)準(zhǔn)表校驗(yàn)甲、已兩只電壓表，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)表的指示值為220V時(shí)，甲、已兩表的指示值各為220.5V和219.2V，求兩只被校表的絕對誤差。 解：1=AX-A0=220.5-220=0.5伏 1=AX-A0=219.2-220=-0.8伏 結(jié)果表明，絕對誤差有正負(fù)之分，正誤差說明指示值比實(shí)際值偏大，負(fù)誤差說明指示值比實(shí)際值偏小。甲表絕對誤差的絕對值比已小，還說明甲表比乙表更準(zhǔn)確。 為了獲得被測量的實(shí)際值， A0=AX-=AX+(-) 被測量的實(shí)際值應(yīng)等于儀表指示

4、值與校正值的代數(shù)和。用符號“C”表示儀表校正值。校正值的大小等于絕對誤差的的負(fù)數(shù)。 即：C=- 引入校正值后，便可以對儀表指示值進(jìn)行校正，以消除其誤差。對準(zhǔn)確度較高的儀表一般都給出了校正值，以便在測量過程中，校正被測量的指示值，從而提高準(zhǔn)確度。,（2）相對誤差,絕對誤差與被測量的實(shí)際值A(chǔ)0比值的百分?jǐn)?shù)，叫做相對誤差。,（3）引用誤差,絕對誤差與量程比值的百分?jǐn)?shù)，叫做引用誤差。,1.1.2 測量誤差產(chǎn)生的原因,通過測量實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，無論使用的測量儀器多么精密，觀測多么仔細(xì)，對同一個(gè)量進(jìn)行多次的觀測，其結(jié)果總存在著差異。例如，對兩點(diǎn)間的高差進(jìn)行重復(fù)觀測，測得的高差往往不相等而有差異；觀測三角形三個(gè)

5、內(nèi)角，其和往往不等于理論值180。這些現(xiàn)象之所以產(chǎn)生，是由于觀測結(jié)果中存在著測量誤差。,1.1.3在測量中產(chǎn)生誤差的原因一般有以下三個(gè)方面:,1.儀器、工具的影響：由于儀器或工具制造不夠精密，校正不可能十分完善，從而使觀測結(jié)果產(chǎn)生誤差。 2.人的影響：觀測人員的生理、習(xí)性，觀測者感覺器官的鑒別能力有限、觀測習(xí)慣各異。 3.外界環(huán)境的影響：測量過程中外界自然環(huán)境，如溫度、濕度、風(fēng)力、陽光照射、大氣折光、磁場等因素會給觀測結(jié)果帶來影響，而且外界條件隨時(shí)發(fā)生變化，由此對觀測結(jié)果的影響也隨之變化。這必然會使觀測結(jié)果帶有誤差。 儀器、人本身和外界環(huán)境這三方面是引起觀測誤差的主要因素，總稱為“觀測條件”。

6、由上述可知，觀測結(jié)果不可避免地含有測量誤差。測量誤差越小，則測量成果的精度越高。因此，在測量工作中，必須對測量誤差進(jìn)行研究，以便對不同性質(zhì)的誤差采取不同的措施，提高觀測成果的質(zhì)量，滿足各類工程建設(shè)的需要。,1.1.4 測量誤差的分類,誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、疏失誤差三類: 1.系統(tǒng)誤差 在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行一系列觀測，如果觀測誤差的數(shù)值大小和正負(fù)號按一定的規(guī)律變化，或保持一個(gè)常數(shù)，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差有下列特點(diǎn)： 系統(tǒng)誤差的大小(絕對值)為一常數(shù)或按一定規(guī)律變化。 系統(tǒng)誤差的符號(正、負(fù))保持不變. 系統(tǒng)誤差具有累積性。即誤差大小隨單一觀測值的倍數(shù)累積。 系

7、統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響，可以通過分析找出規(guī)律，計(jì)算出某項(xiàng)系統(tǒng)誤差的大小，然后對觀測結(jié)果加以改正，或者用一定的觀測程序和觀測方法來消除系統(tǒng)誤差的影響，把系統(tǒng)誤差的影響盡量從觀測結(jié)果中消除。,（2）隨機(jī)誤差,在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行一系列的觀測，其觀測誤差的大小和符號都各不相同，且從表面上看沒有一定的規(guī)律性，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。 隨機(jī)誤差有下列特點(diǎn)： 在一定的觀測條件下，隨機(jī)誤差的絕對值不會超過一定的界限； 絕對值大的誤差比絕對值小的誤差出現(xiàn)的可能性要??； 絕對值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的可能性相等； 隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值，隨著觀測次數(shù)的無限增加而趨向于零。 實(shí)踐證明，隨機(jī)誤差不能用計(jì)算改

8、正或用一定的觀測方法簡單地加以消除，只能根據(jù)隨機(jī)誤差的特性來改進(jìn)觀測方法并合理地處理數(shù)據(jù)，以減少隨機(jī)誤差對測量成果的影響。,（3）疏失誤差,測量過程中，有時(shí)由于人為的疏忽或措施不周可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。例如，讀數(shù)錯(cuò)誤；記錄時(shí)誤聽、誤記；計(jì)算時(shí)弄錯(cuò)符號、點(diǎn)錯(cuò)小數(shù)點(diǎn)等等。 在一定的觀測條件下，誤差是不可避免的。而產(chǎn)生錯(cuò)誤的主要原因是工作中的粗心大意造成的，顯然，觀測結(jié)果中不容許存在錯(cuò)誤，并且，錯(cuò)誤是可以避免的。 如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并把它從觀測結(jié)果中清除掉，除了測量人員加強(qiáng)工作責(zé)任感，認(rèn)真細(xì)致地工作外，通常還要采取各種校核措施，防止產(chǎn)生觀測錯(cuò)誤，使在最終成果中發(fā)現(xiàn)并剔除它。,例：指出下列情況屬于何種誤差？,

9、用一只普通萬用表測量同一個(gè)電壓，每隔10分鐘測一次，重復(fù)測量10次，數(shù)值造成的誤差。 用普通萬用表測量電阻值時(shí)，如果沒有反復(fù)調(diào)整零點(diǎn)造成的誤差。 看錯(cuò)刻度線造成的誤差。 使用人員讀數(shù)不當(dāng)造成的誤差。 儀表安裝位置不當(dāng)造成的誤差。 差壓變送器承受靜壓變化造成的誤差。 因精神不集中而寫錯(cuò)數(shù)據(jù)造成的誤差。 儀表受環(huán)境條件（溫度、電源電壓）變化造成的誤差。 選錯(cuò)單位或算錯(cuò)數(shù)字造成的誤差。 標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢值隨環(huán)境溫度變化造成的誤差。 在節(jié)流裝置的流量測量中，因溫度、壓力等偏離設(shè)計(jì)條件而造成的誤差,1.1.5什么叫儀表的基本誤差、測量誤差和附加誤差?有何區(qū)別?,儀表的基本誤差是指在規(guī)定條件下儀表的誤差。

10、儀表在制造廠出廠前,都要在規(guī)定的條件下進(jìn)行校驗(yàn)。 規(guī)定條件一般包括環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力、電源電壓、電源頻率、安裝方式等。儀表的基本誤差是儀表本身所固有的,它與儀表的結(jié)構(gòu)原理,元器件質(zhì)量和裝配工藝等因素有關(guān),基本誤差的大小常用儀表的精度等級來表示。,什么叫儀表的基本誤差、測量誤差和附加誤差?有何區(qū)別?,使用儀表測量參數(shù)時(shí),測量的結(jié)果不可能絕對準(zhǔn)確。這不僅因?yàn)閮x表本身有基本誤差,而且還因?yàn)閺拈_始測量到最后讀數(shù),要經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換和傳遞過程,其中受到使用條件、安裝條件、周圍環(huán)境等一系列因素影響,也要產(chǎn)生一定的誤差。所以在很多情況下,儀表的顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值(真實(shí)值)之間存在著一個(gè)差值,這個(gè)差值

11、稱為測量誤差。通常情況下,儀表的測量誤差大于基本誤差,因?yàn)闇y量過程還產(chǎn)生-二些附加誤差。 附加誤差是儀表在非規(guī)定的參比工作條件下使用時(shí)另外產(chǎn)生的誤差。如電源波動附加誤差,溫度附加誤差等。,二、檢測儀表的質(zhì)量指標(biāo),2.1儀表的準(zhǔn)確度（精確度）,準(zhǔn)確度是指測量結(jié)果和實(shí)際值的一致程度。 準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都很小。 準(zhǔn)確度在習(xí)慣上又稱為精確度或精度。 兩大影響因素：絕對誤差和儀表的量程范圍。,2.1儀表的準(zhǔn)確度（精確度）,準(zhǔn)確度通常用相對百分誤差（）來表示：,2.2儀表的準(zhǔn)確度等級（精度等級）,準(zhǔn)確度等級是儀表按準(zhǔn)確度高低分成的等級。 準(zhǔn)確度等級決定儀表在標(biāo)準(zhǔn)條件下的誤差限，也就是儀表基

12、本誤差的最大允許值。 準(zhǔn)確度等級習(xí)慣上又稱為精確度等級或精度等級。,2.2儀表的準(zhǔn)確度等級（精度等級）,允許誤差：,小結(jié),儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一 儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。儀表精度等級一般都標(biāo)志在儀表標(biāo)尺或標(biāo)牌上，如0.5級、等,0.5,0.5,例：,例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍200700，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對誤差為4

13、，試確定該儀表的相對百分誤差與準(zhǔn)確度等級。,例：,解 該儀表的相對百分誤差為,如果將該儀表的去掉“”號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。,在工業(yè)上應(yīng)用時(shí),對檢測儀表精度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對整個(gè)工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。,注意,檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo),2.3檢測儀表的恒定度,變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量

14、時(shí)，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。,圖1-1 測量儀表的變差,11,儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時(shí)檢修。,檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo),12,2.4靈敏度與靈敏限,儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量的比值。即,式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測參數(shù)變化量。,儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。,檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo),13,2.5反應(yīng)時(shí)間,反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長，說明儀表需要較長時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。,儀表反應(yīng)時(shí)間的長短，實(shí)際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。,檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo),14,2.6線性度,線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。,圖1-2 線性度示意圖,式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準(zhǔn)曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。,檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo),2.7重復(fù)性,重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時(shí)