第1章测试技术基础精.ppt

第1章测试技术基础1第1页，本讲稿共78页第一章第一章 测试技术基础测试技术基础第二章第二章 传感器及其基本特性传感器及其基本特性第第三三章章 应应变变测测试试系系统统、应应变变片片、电电桥桥特特性性、布布片片组组桥桥、动动态应变仪的组成与特性态应变仪的组成与特性 第第四四章章 选选煤煤厂厂计计量量系系统统、磁磁电电式式传传感感器器、称称重重传传感感器器测测重重、胶胶带带秤、轨道衡秤、轨道衡 教学安排教学安排2第2页，本讲稿共78页第第五五章章 选选煤煤厂厂过过程程参参数数测测试试，含含液液位位和和物物位位测测试试、矿矿浆浆流流量量、磁性物含量测试磁性物含量测试(磁铁粉测试磁铁粉测试)第第六六章章 同同位位素素在在选选煤煤厂厂中中的的应应用用、同同位位素素的的基基本本特特性性、测测灰灰仪仪、密度计、核子秤测试密度计、核子秤测试 第第七七章章 典典型型选选煤煤厂厂工工艺艺流流程程的的测测控控过过程程、跳跳汰汰、浮浮选选工工艺艺过过程测控过程程测控过程 第第八八章章 重重介介选选煤煤过过程程悬悬浮浮液液密密度度、旋旋流流器器压压力力，煤煤泥泥量量检检测测与控制，合介桶液位检测与控制与控制，合介桶液位检测与控制 教学安排教学安排3第3页，本讲稿共78页选选煤煤自自动动化化实实用用技技术术，薛薛维维东东主主编编，煤煤炭炭工工业业出出版版社社，1996年年09月第一版月第一版选选煤煤过过程程工工艺艺参参数数自自动动测测控控技技术术，任任清清晨晨等等编编著著，煤煤炭炭工工业业出出版版社，社，1990年年11月第一版月第一版选选煤煤与与选选矿矿过过程程参参数数的的测测试试技技术术，杨杨毅毅，吴吴力力心心编编，中中国国矿矿业业大学出版社，大学出版社，1990年年10月第一版月第一版主要参考书主要参考书4第4页，本讲稿共78页 本本课课程程的的性性质质属属于于专专业业技技术术基基础础课课，其其任任务务是是，使使学学生生获获得得信信号号检检测测及及信信号号处处理理的的基基本本知知识识、基基本本理理论论和和基基本本应应用用技技术术，培培养养学学生生组组织织科科学学实实验验、分分析析误误差差与与数数据据处处理理的的能能力力。通通过过测测试试技技术术的的基基本本概概念念，检检测测装装置置的的基基本本特特性性，误误差差理理论论知知识识的的介介绍绍，学学会会误误差差分分析析与与数数据据处处理理的的方方法法，以以及及测测试试系系统统的的组组成成和和应应用用。通通过过应应变变式式传传感感器器、电电容容式式传传感感器器、电电感感式式传传感感器器以以及及热热电电式式传传感感器器等等其其他他形形式式传传感感器器的的原原理理、结结构构以以及及相相关关测测量量电电路路的的介介绍绍，学学会会非非电电量量测测试试技技术及相关测量方法。术及相关测量方法。课程介绍课程介绍5第5页，本讲稿共78页第一章第一章 测试技术基础测试技术基础 教学目标：教学目标：通通过过本本章章介介绍绍使使用用与与了了解解测测试试技技术术、测测试试系系统统的的作作用用、组组成成、及及其其发发展展趋趋势势和和应应用用，了了解解有有关关检检测测过过程程中中的的测测量量方方法法、测测量量误误差差以以及及处理方法等基本概念。处理方法等基本概念。6第6页，本讲稿共78页第一节第一节 测试技术测试技术一、测试技术基本概念一、测试技术基本概念二、测量的本质和前提二、测量的本质和前提三、测试技术的发展三、测试技术的发展四、学习和研究测试技术的意义四、学习和研究测试技术的意义7第7页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术 几个问题：几个问题：为为什什么么携携带带图图书书馆馆的的书书籍籍无无法法直直接接通通过过安安全全门门？安安全全门门的检测原理是什么？的检测原理是什么？卫生间自动冲水是如何实现的卫生间自动冲水是如何实现的?如何知晓服役的输气管道是否出现了腐蚀减薄？它还安全吗？如何知晓服役的输气管道是否出现了腐蚀减薄？它还安全吗？以上问题都涉及了测试技术。以上问题都涉及了测试技术。广广义义上上讲讲是是人人的的认认知知行行为为，用用科科学学的的方方法法发发现现或或度度量量一一个个客客观观存存在在的过程，是从定性到定量的过程。的过程，是从定性到定量的过程。例如：从例如：从“冷、热冷、热”的感觉到温度的测量。的感觉到温度的测量。8第8页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术一、测试技术基本概念一、测试技术基本概念 测测量量：以以确确定定被被测测物物属属性性量量值值为为目目的的的的一一组组操操作作，是是将将被被测测量量和和同同类标准量比较的一个实验过程。类标准量比较的一个实验过程。测测试试过过程程：借借助助专专门门的的设设备备仪仪器器或或测测试试系系统统，通通过过适适当当的的实实验验方方法法与与必必需需的的信信号号分分析析及及数数据据处处理理，由由测测得得的的信信号号求求取取与与研究对象有关信息量值的过程，最后显示或输出其结果。研究对象有关信息量值的过程，最后显示或输出其结果。测量结果的表示测量结果的表示：包含数值、单位和误差范围。：包含数值、单位和误差范围。测量三要素测量三要素：测量对象、测量方法、测量设备。：测量对象、测量方法、测量设备。9第9页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术二、测量的本质和前提二、测量的本质和前提 测测量量过过程程一一方方面面是是采采集集和和表表达达被被测测物物理理量量，另另一一方方面面是是与与标标准作比较。准作比较。测测量量的的本本质质：将将度度量量数数字字x作作为为比比较较量量N（标标准准）的的倍倍数数赋赋予予被被测量测量X，其数学表达式为：，其数学表达式为：X x N 测测量量必必须须满满足足以以下下两两个个前前提提：被被测测量量必必须须要要明明确确的的定定义义；测测量量标标准必须事先约定。准必须事先约定。“喜喜欢欢”、“冷冷热热”、“舒舒适适”、“智智力力”等等，如如果果不不进进行行事事先定义将不能被测量。先定义将不能被测量。10第10页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术 彼此相互独立的标准称之为绝对标准或基本标准。彼此相互独立的标准称之为绝对标准或基本标准。国国际际计计量量大大会会（CGPM）定定义义了了七七个个基基本本标标准准：长长度度、质质量、时间、温度、电流、光强、原子物理中的物质的量量、时间、温度、电流、光强、原子物理中的物质的量。11第11页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术三、测试技术的发展三、测试技术的发展 开尔文说过：凡存在之物，必以一定的量存在。开尔文说过：凡存在之物，必以一定的量存在。在在公元前公元前30003000年，古埃及人就建立了长度的统一标准年，古埃及人就建立了长度的统一标准埃尔。埃尔。秦秦始始皇皇在在统统一一六六国国后后，建建立立了了统统一一的的度度量量衡衡制制度度，并并对对破破坏坏这这一一制度的人课以严厉的刑罚。制度的人课以严厉的刑罚。人人类类早早期期的的测测量量活活动动涉涉及及对对长长度度、时时间间、面面积积和和重重量量的的测测量量。随随着着社社会会发发展展和和科科技技进进步步，测测量量活活动动的的范范围围不不断断扩扩大大，测测量量检检测测工工具具和和手手段段不不断断精精细细和和复复杂杂，测测试试检检测测理理论论不不断断丰丰富富完完善。善。12第12页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术 今今天天，测测量量学学科科已已渗渗透透到到人人类类活活动动的的每每个个领领域域：日日常常生生活活的的水水电电气气表表，天天气气预预报报，医医院院病病人人监监护护、汽汽车车指指示示仪仪表表、飞飞机机导导航航仪仪表表、航航天器姿态测控装置天器姿态测控装置 测测试试技技术术成成为为信信息息技技术术三三大大支支柱柱（测测控控技技术术、计计算算技技术术、通通讯讯技技术术）的重要内容。的重要内容。测试技术是多学科交叉测试技术是多学科交叉13第13页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术四、学习和研究测试技术的意义四、学习和研究测试技术的意义 知知识识的的获获取取往往往往从从测测量量开开始始，测测量量是是重重新新深深入入认认识识客客观观世世界界的的工工具具 开开尔尔文文说说：当当你你不不能能测测量量和和用用数数字字表表达达你你所所谈谈及及的的事物时，你对它的认识是不能让人满意的。事物时，你对它的认识是不能让人满意的。门捷列夫：科学，只有当人类懂得测量时才开始。门捷列夫：科学，只有当人类懂得测量时才开始。测测量量提提供供了了有有关关物物理理变变量量和和过过程程的的现现实实状状态态的的定定量量信信息息，如如果没有测量，对这种现实状态便只能进行估计。果没有测量，对这种现实状态便只能进行估计。14第14页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术 测测量量是是对对理理论论或或设设计计的的检检验验，是是一一切切研研究究、设设计计、开开发发的的基础。基础。测量测量是控制过程的一个基本要素。是控制过程的一个基本要素。凡是要定量描述事物特征和性质的地方都离不开凡是要定量描述事物特征和性质的地方都离不开测量测量。15第15页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术 世世界界发发达达国国家家都都把把无无损损检检测测（测测试试与与检检测测的的应应用用技技术术）放放在在重重要的位置。要的位置。美美国国人人说说：没没有有无无损损检检测测技技术术，美美国国就就不不能能享享有有众众多多领领域域中的领先地位。中的领先地位。日本人说：现代工业是建立在无损检测基础之上的。日本人说：现代工业是建立在无损检测基础之上的。16第16页，本讲稿共78页1.1 测试技术测试技术毛坯毛坯 成成 品品检验出厂检验出厂 半成品半成品 检测过程检测过程17第17页，本讲稿共78页第二节第二节 测试系统测试系统 采用非电量电测法的优点采用非电量电测法的优点 测试系统的组成测试系统的组成 反馈控制系统反馈控制系统18第18页，本讲稿共78页1.2 测试系统测试系统 随随着着科科学学技技术术的的发发展展，在在选选矿矿和和选选煤煤生生产产过过程程中中以以及及科科学学研研究究中中有有许许多多参参数数需需要要测测试试。如如：矿矿浆浆流流量量、浓浓度度；重重介介质质的的密密度度；跳跳汰汰过过程程脉脉动动水水流流运运动动特特性性、床床层层厚厚度度、松松散散度度；入入厂厂原原煤煤、最最终终产产品品、中中间间产产品品的的数数量量与与质质量量以以及及温温度度、压压力力、液液位位、仓仓位位等等等等。在在现现代代化化的的管管理理和和控控制制系系统统中中又又要要求求对对这这些些参参数数进进行行自自动动检检测测。因因此必须将这些参数进行转换后再进行测量。此必须将这些参数进行转换后再进行测量。目目前前应应用用最最为为广广泛泛的的是是“非非电电量量的的电电测测法法”。就就是是将将非非电电量量的的被被测测参参数数转转换换成成电电量量后后再再进进行行测测量量。转转换换后后的的电电量量可可以以是是电电压压、电流、电频率，或是电阻、电容、电感等电路参数。电流、电频率，或是电阻、电容、电感等电路参数。19第19页，本讲稿共78页1.2 测试系统测试系统采用非电量电测法的优点：采用非电量电测法的优点：（1 1）可可以以将将各各种种不不同同的的被被测测参参数数转转换换成成相相同同的的电电量量，便便于于使使用用相相同的测量和记录仪表同的测量和记录仪表。（2 2）各各种种参参数数转转换换成成电电量量后后，可可以以进进行行远远距距离离传传送送，便便于于远远距距离离操操作作、控控制制和和显显示示。也也便便于于同同自自动动化化仪仪表表连连用用，组组成成调调节节控控制制控控制制系统系统。（3 3）采采用用这这种种方方法法可可以以对对参参数数进进行行动动态态测测量量，并并记记录录其其瞬瞬时时值值和和变化过程，便于变化过程，便于进行动态分析研究进行动态分析研究。（4 4）易易于于同同许许多多后后续续的的通通用用数数据据处处理理仪仪器器连连用用，便便于于对对测测量量结结果果进进行行运运算算处处理理。就就是是将将非非电电量量的的被被测测参参数数转转换换成成电电量量后后再再进进行行测测量量。转转换换后后的的电电量量可可以以是是电电压压、电电流流、电电频频率率，或或是是电电阻阻、电电容容、电电感感等电路参数。等电路参数。20第20页，本讲稿共78页1.2 测试系统测试系统被测参数转换成电量再进行测量，必须有一个测试系统。被测参数转换成电量再进行测量，必须有一个测试系统。例：例：水池液位测试装置示意图水池液位测试装置示意图IH3Rx5416721-水池；水池；2-浮标；浮标；3-定滑轮；定滑轮；4-重锤；重锤；5-可变电阻器；可变电阻器；6-电表；电表；7-稳压电源稳压电源 21第21页，本讲稿共78页1.2 测试系统测试系统一个完整的测试系统的组成一个完整的测试系统的组成被被 力力 位移位移 测测 速度速度 加速度加速度参参 压力压力 流量流量数数 温度温度敏敏感感元元件件信信 电阻式电阻式 电容式电容式号号 电感式电感式 压电式压电式变变 热电式热电式 光电式光电式换换 磁电式磁电式 有线有线信信号号 无线无线传传输输 光输光输信信号号测测量量显显 模拟模拟示示 数字数字自动记录自动记录运算分析运算分析生产过程生产过程控制系统控制系统22第22页，本讲稿共78页1.2 测试系统测试系统 反馈控制系统反馈控制系统被控对象被控对象传感器传感器终端控制终端控制执行装置执行装置调节控制器调节控制器（比较）（比较）给定器给定器输入输入测量装置测量装置被控参数被控参数扰动扰动被被控控参参数数期望值期望值23第23页，本讲稿共78页第三节第三节 测量及测量方法测量及测量方法一、测量一、测量二、测量方法二、测量方法24第24页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法一、测量一、测量 测测量量就就是是通通过过实实验验装装置置（仪仪器器）将将被被测测量量与与同同性性质质的的单单位位标标准准量量进进行行比比较较以以确确定定被被测测量量对对标标准准的的倍倍数数关关系系，而而获获得得定量的数值。定量的数值。二、测量方法二、测量方法 对对于于测测量量方方法法，从从不不同同的的角角度度出出发发，有有不不同同的的分分类类方方法法。本本节节重重点点阐阐述述按按测测量量手手段段分分类类的的直直接接测测量量、间间接接测测量量和和联联立立测测量量，及及按测量方式分类的按测量方式分类的偏差式测量偏差式测量、零位式测量零位式测量和和微差式测量微差式测量。25第25页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法1 1、直接测量、间接测量与联立测量、直接测量、间接测量与联立测量（1 1）直接测量）直接测量 在在使使用用测测量量仪仪表表进进行行测测量量时时，对对仪仪表表读读数数不不需需要要经经过过任任何何运运算算，就能直接得到测量的结果，称为就能直接得到测量的结果，称为直接测量直接测量。例如用弹簧管式压力表测量流体压力就是直接测量。例如用弹簧管式压力表测量流体压力就是直接测量。直直接接测测量量的的优优点点是是测测量量过过程程简简单单而而迅迅速速，缺缺点点是是测测量量精精度度不易达到很高。这种测量方法是工程上广泛采用的方法。不易达到很高。这种测量方法是工程上广泛采用的方法。26第26页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（2 2）间接测量）间接测量 在在使使用用仪仪表表进进行行测测量量时时，首首先先对对与与被被测测物物理理量量有有确确定定函函数数关关系系的的几几个个量量进进行行测测量量，将将测测量量值值代代入入函函数数关关系系式式，经经过过计计算算得到测量所需的结果，这种测量称为得到测量所需的结果，这种测量称为间接测量间接测量。例如：导线电阻率例如：导线电阻率 的测量就是间接测量，需由公式的测量就是间接测量，需由公式 计算后才能得到。计算后才能得到。间间接接测测量量过过程程中中，手手续续较较多多，花花费费时时间间较较长长，有有时时可可以以得得到到较较高高的测量精度。多用于科学实验中的实验室测量，工程测量中亦有应用。的测量精度。多用于科学实验中的实验室测量，工程测量中亦有应用。27第27页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（2 2）联立测量）联立测量 在在应应用用仪仪表表进进行行测测量量时时，若若被被测测物物理理量量必必须须经经过过求求解解联联立立方方程程组组才能得到最后结果，则这样的测量称为才能得到最后结果，则这样的测量称为联立测量联立测量。在在进进行行联联立立测测量量时时，一一般般需需要要改改变变测测试试条条件件，才才能能获获得得一一组组联联立立方程所需要的数据。方程所需要的数据。对对联联立立测测量量，其其操操作作手手续续很很复复杂杂，花花费费时时间间长长，是是一一种种特特殊殊的测量方法。它只适用于科学实验或特殊场合。的测量方法。它只适用于科学实验或特殊场合。28第28页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法2 2、比较式测量、比较式测量（1 1）偏差式测量）偏差式测量 在在测测量量过过程程中中，用用仪仪表表指指针针的的位位移移（即即偏偏差差）决决定定被被测测量量的的测测量方法，称为量方法，称为偏差式测量法偏差式测量法。应应用用这这种种方方法法进进行行测测量量时时，标标准准量量具具不不装装在在仪仪表表内内，而而是是事事先先用用标标准准量量具具对对仪仪表表刻刻度度进进行行校校准准；在在测测量量时时，输输入入被被测测量量，按按照照仪仪表表指指针针在在标标尺尺上上的的示示值值，决决定定被被测测量量的的数数值值。它它是是以以间间接接方方式实现被测量与标准量具的比较。式实现被测量与标准量具的比较。29第29页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（1 1）偏差式测量）偏差式测量 例如，用动圈式电压表测量某电气元件两端的电压，例如，用动圈式电压表测量某电气元件两端的电压，就属于偏差式测量法。就属于偏差式测量法。信信号号电电流流I=VS/（RS+RV），当当外外阻阻或或者者内内阻阻变变化化时时，会会引引起起信信号号电电流流I 的的变变化化，从从而而产产生测量误差。生测量误差。采采用用这这种种方方法法进进行行测测量量，测测量量过过程程比比较较简简单单、迅迅速速。但但是是测测量量结结果果的的精精度度低低。这这种种测测量量方方法法广广泛泛用用于于工工程程测量中。测量中。30第30页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（2 2）零位式测量）零位式测量 在在测测量量过过程程中中，用用指指零零仪仪表表的的零零位位指指示示检检测测测测量量系系统统的的平平衡衡状状态态。在在测测量量系系统统达达到到平平衡衡时时，用用已已知知的的基基准准量量决决定定被被测测未未知知量量的测量方法，称为的测量方法，称为零位式测量法零位式测量法。应应用用这这种种方方法法进进行行测测量量时时，标标准准量量具具装装在在仪仪表表内内，在在测测量量过过程程中中，标标准准量量直直接接与与被被测测量量相相比比较较，调调整整标标准准量量，一直到被测量与标准量相等，即使指零仪表回零。一直到被测量与标准量相等，即使指零仪表回零。又又称称天天平平法法，一一般般用用已已知知标标准准量量去去平平衡衡未未知知的的被被测测量量，求求得得测量结果。测量结果。31第31页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（2 2）零位式测量）零位式测量 例如，电子电位差计式测量。例如，电子电位差计式测量。在在进进行行测测量量之之前前，应应先先调调R1，将将回回路路工工作作电电流流 I 校校准准；在在测测量量时时，要要调调整整R的的活活动动触触点点，使使检检流流计计G回回零零，这这时时Ig0，即即URUx，这这样样，标标准准电电压压UR的的值值就就表表示示被测未知电压被测未知电压Ux。优优点点是是可可以以获获得得比比较较高高的的测测量量精精度度，但但是是测测量量过过程程比比较较复复杂杂。采采用用自自动动平平衡衡操操作作以以后后，虽虽然然可可以以加加快快测测量量过过程程，但但它它的的反反应应速速度度由由于于受受工工作作原原理理所所限限，也也不不会会很很高高。因因此此，这这种种测测量量方方法法不不适适用用于于测测量量变变化化迅迅速速的的信信号号，只只适适用用于测量变化较缓慢的信号。于测量变化较缓慢的信号。32第32页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（3）微差式测量）微差式测量 微微差差式式测测量量法法是是综综合合了了偏偏差差式式测测量量法法与与零零位位式式测测量量法法的的优优点点而而提出的测量方法。提出的测量方法。该该法法是是将将被被测测的的未未知知量量与与已已知知的的标标准准量量进进行行比比较较，并并取取得得差差值值后后，用偏差法测得此值。用偏差法测得此值。应应用用这这种种方方法法测测量量时时，标标准准量量具具装装在在仪仪表表内内，并并在在测测量量过过程程中中标标准准量量直直接接与与被被测测量量进进行行比比较较。由由于于两两者者的的值值很很接接近近，因因此此在在测测量量过过程程中不需要调整标准量，而只需要测量两者的差值。中不需要调整标准量，而只需要测量两者的差值。微差微差=X-N，其中：，其中：X 被测量，被测量，N 标准量，则标准量，则X=N+通过检测微差通过检测微差获得高精度的测量结果获得高精度的测量结果X。33第33页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法（3 3）微差式测量）微差式测量 例：负载例：负载R RL L 变化时，输出电压变化时，输出电压U U 的变化数值。的变化数值。初初时时，调调节节RW 使使检检零零计计（mv）表表为为零零（RM RL）此时此时U=U0 标准量标准量RL 变化时（变化时（mv）表偏动测得）表偏动测得U则则U=U0+U优点优点：反应快，测量精度高，特别适用于在线控制参数的检测。：反应快，测量精度高，特别适用于在线控制参数的检测。34第34页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法三种测量方法比较三种测量方法比较偏差式测量偏差式测量 利利用用测测量量仪仪表表指指针针对对于于刻刻度度初初始始点点的的偏偏移移来来读读出出被被测测量量的的测测量量方方法，如万用表测量。法，如万用表测量。特特点点：表表内内没没有有标标准准量量具具（如如单单位位电电流流、单单位位电电阻阻），只只有有经经标准量具校准过的刻度盘。比较是将被测量与刻度盘比较。标准量具校准过的刻度盘。比较是将被测量与刻度盘比较。精度低，但简单迅速。精度低，但简单迅速。35第35页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法三种测量方法比较三种测量方法比较零位式测量零位式测量 调调节节已已知知标标准准量量与与被被测测量量达达到到平平衡衡状状态态（相相等等），读读取取标标准准量量作作为为被测值。被测值。特特点点：测测量量装装置置中中有有标标准准量量具具（如如天天平平的的砝砝码码、电电桥桥的的标标准准电电阻阻），测测量量过过程程是是将将被被测测量量与与标标准准量量具具比比较较，在在平平衡衡或或指指针指零时，读取标准量具的大小。针指零时，读取标准量具的大小。精度高，操作复杂，反应速度较慢。精度高，操作复杂，反应速度较慢。36第36页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法三种测量方法比较三种测量方法比较微差式测量微差式测量 测测量量前前先先把把被被测测量量U调调到到基基准准数数值值大大小小，调调节节已已知知标标准准量量使使二二者相等，读取被测值的基准大小者相等，读取被测值的基准大小U0。测量中只读取被测值的微小变化测量中只读取被测值的微小变化U，计算测量结果为：，计算测量结果为：U=U0+U 特特点点：测测量量装装置置中中有有标标准准量量具具，测测量量始始条条件件是是指指针针指指零零或或平平衡衡。对微小信号实行偏差式测量。对微小信号实行偏差式测量。减减小小了了偏偏差差式式测测量量的的范范围围，精精度度高高，小小信信号号反反应应速速度度快快，适适合合于于在在线线测量。测量。37第37页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法3 3、差动测量方法、差动测量方法以电阻以电阻电压变换电路为例。电压变换电路为例。输出输出V0=RxE/(Rx+Rl)当初始时当初始时Rx=R0则零位电压：则零位电压：R0 E/(R0+Rl)并且随并且随R0变化而变化。变化而变化。38第38页，本讲稿共78页1.3 测量及测量方法测量及测量方法3 3、差动测量方法、差动测量方法差动法如图所示电桥。差动法如图所示电桥。使使用用二二个个同同样样传传感感器器，一一个个作作为为测测量量用用，一一个个作作为参考用，处在同一个环境下，初始为参考用，处在同一个环境下，初始Rx=Rd=R0 则则V0=Vx-Vd=Rx/(Rx+Rl)E-Rd(Rd+Rl)E=0可可 消消除零位电压。除零位电压。当当Rx，Rd 同同时时受受环环境境变变化化发发生生漂漂移移时时，其其输输出出电电压压V0 不不会会产产生生漂漂移移，以以上上差差动动法法是是一一种种基基本本重重要要的的测测量量方方法法，在在以以后后的的测测量量电电路路中中经经常常出出现，并适用于电感式、电容式传感器的测量。现，并适用于电感式、电容式传感器的测量。39第39页，本讲稿共78页第四节第四节 测量误差测量误差一、误差的基本概念及表达方式一、误差的基本概念及表达方式二、误差的分类与来源二、误差的分类与来源40第40页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测量结果只能是真值的近似值，这样就不可避免地存在着测量误差。量结果只能是真值的近似值，这样就不可避免地存在着测量误差。真值真值：被测量的准确数值（只能靠近，无法准确知道）。：被测量的准确数值（只能靠近，无法准确知道）。误差误差：检测结果与真值的差（永远存在）。：检测结果与真值的差（永远存在）。精度精度：测量所能达到的误差范围。：测量所能达到的误差范围。误差来源误差来源：工具、环境、方法、人员误差等。：工具、环境、方法、人员误差等。41第41页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差一、误差的基本概念及表达方式一、误差的基本概念及表达方式（1）绝对误差）绝对误差 示值与被测量真值之间的差值。示值与被测量真值之间的差值。x=xL0 其中：其中：x测量值，测量值，L0真值真值 由由于于真真值值L0一一般般来来说说是是未未知知的的，所所以以在在实实际际应应用用时时，常常用用实实际际真真值值L来来代代表表真真值值L0，并并采采用用高高一一级级标标准准仪仪器器的的示示值值作作为为实实际际真值。故通常用真值。故通常用 x=xL来表示绝对误差。来表示绝对误差。*适合于测量同一量时，比较测量结果的精度。适合于测量同一量时，比较测量结果的精度。42第42页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差一、误差的基本概念及表达方式一、误差的基本概念及表达方式（1）绝对误差）绝对误差 在在实实际际测测量量中中，还还经经常常用用到到修修正正值值这这个个名名称称，它它的的绝绝对对值值与与x相等但符号相反，用符号相等但符号相反，用符号 c 表示，即表示，即 c=x=L x 修修正正值值给给出出的的方方式式不不一一定定是是具具体体的的数数值值，也也可可以以是是一一条条曲曲线线、公公式式或或数数表表。某某些些智智能能化化仪仪表表中中，修修正正值值预预先先被被编编制制成成有有关关程程序序，储储存存于于仪仪表表中中，所所得得测测量量结结果果已已自自动动对对误误差差进进行行了了修修正。正。43第43页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差（2）相对误差）相对误差 绝绝对对误误差差不不能能确确切切地地反反映映出出测测量量的的准准确确程程度度。例例如如，测测量量两两个个电电阻阻，其其中中R1=10，误误差差R1=0.1；R2=1000，误误差差R2=1，尽尽管管R1R2，但但不不能能由由此此得得出出测测量量电电阻阻R1比比测测量量电电阻阻R2准准确确程程度度高高的的结结论论。因因为为R1=0.1，相相对对于于10来来讲讲是是1%，而而R2=1，相相对对于于1000来来讲讲是是0.1%，所所得得结结论论是是R2的的测测量量比比R1的的测测量量更更准准。因因此此，为为反反映映测测量量质质量量的的高高低低，引引出出相相对对误误差差的的概概念念，由由绝绝对对误差与真值或实际值之比表示相对误差误差与真值或实际值之比表示相对误差，即，即 =x/L0100%x/x 100%相对误差通常用于衡量测量的准确程度相对误差通常用于衡量测量的准确程度，相对误差越小，准，相对误差越小，准确程度越高。确程度越高。*测量不同量时，均可衡量测量结果的精度测量不同量时，均可衡量测量结果的精度。44第44页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差（3）引用相对误差）引用相对误差 引引用用误误差差是是一一种种实实用用方方便便的的相相对对误误差差，常常在在多多档档和和连连续续刻刻度度的的仪仪器器仪仪表表中中应应用用。这这类类仪仪器器仪仪表表测测量量范范围围不不是是一一个个点点，而而是是一一个个量量程程，这这时时按按上上面面相相对对误误差差计计算算，由由于于分分母母是是变变量量，随随被被测测量量的的变变化化而而变变化化，所所以以计计算算很很麻麻烦烦。为为了了计计算算和和划划分分仪仪表表精精度度等等级级的的方方便便，通通常常采采用用引引用用误误差差，它它是是从从相相对对误误差差演演变变过过来来的的，其其分分母母为为常常数数，取仪器仪表中的量程值，因而取仪器仪表中的量程值，因而引用误差引用误差为为 0=x/A100%式中式中 A仪表的量程仪表的量程 45第45页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差（4）最大允许引用相对误差）最大允许引用相对误差m m=|x|max/A100%,|x|max最大绝对误差值最大绝对误差值 一一般般我我们们所所指指的的仪仪表表等等级级精精度度，是是指指最最大大允允许许引引用用相相对对误误差值去掉百分号后的值，例：差值去掉百分号后的值，例：m=0.1%，即为，即为0.1级仪表。级仪表。我我国国电电工工仪仪表表共共分分七七级级：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及及5.0。工业自动化仪表的精度等级一般在工业自动化仪表的精度等级一般在0.25.0级之间。级之间。46第46页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 引引用用误误差差从从形形式式上上看看像像相相对对误误差差，但但是是对对某某一一具具体体仪仪表表来来说说，由由于于其其分分母母是是一一个个常常数数，与与被被测测量量大大小小无无关关，因因此此它它实质上是一个绝对误差的最大值。实质上是一个绝对误差的最大值。例例 如如，量量 限限 为为1V的的 毫毫 伏伏 表表，精精 度度 等等 级级 为为5.0，即即 m=|x|max/A100%=5.0%。从从这这个个式式子子可可求求出出|x|max=50mV，这这说说明明无无论论指指示示在在刻刻度度的的哪哪一一点点，其其最最大大绝绝对对误误差差不不超超过过50mV。但但各点的相对误差是不同的。各点的相对误差是不同的。在在选选用用仪仪表表时时，一一般般使使其其最最好好能能工工作作在在不不小小于于满满刻刻度度值值2/3的区域。的区域。47第47页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差二二、误差的分类与来源、误差的分类与来源 根据误差出现的规律可分为根据误差出现的规律可分为 系统误差系统误差 随机误差随机误差 粗大误差粗大误差48第48页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 系统误差系统误差 在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改变时，与某一个或几个因素成函数号保持恒定，或在条件改变时，与某一个或几个因素成函数关系的有规律的误差，称为关系的有规律的误差，称为系统误差系统误差。例如仪表的刻度误差和零位误差，应变片电阻值随温度的例如仪表的刻度误差和零位误差，应变片电阻值随温度的变化等都属于系统误差。这产生的主要原因是仪表制造、安装变化等都属于系统误差。这产生的主要原因是仪表制造、安装或使用方法不正确，也可能是测量人员的一些不良的读数习惯或使用方法不正确，也可能是测量人员的一些不良的读数习惯等。等。系统误差是一种有规律的误差，可以采用修正值或补偿校正系统误差是一种有规律的误差，可以采用修正值或补偿校正的方法来减小或消除。的方法来减小或消除。49第49页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 随机误差随机误差 服服从从统统计计规规律律的的误误差差称称为为随随机机误误差差，简简称称为为随随差差，又又称称为为偶偶然然误误差差。只只要要测测试试系系统统的的灵灵敏敏度度足足够够高高，在在相相同同条条件件下下，重重复复测测量量某某一一量量时时，每每次次测测量量的的数数据据或或大大或或小小，或或正正或或负负，不不能能预预知知。虽虽然然单单次次测测量量的的随随机机误误差差没没有有规规律律，但但多多次次测测量量的的总总体体却却服服从从统统计计规规律律，通通过过对对测测量量数数据据的的统统计计处处理理，能能在在理论上估计其对测量结果的影响。理论上估计其对测量结果的影响。随随机机误误差差是是由由很很多多复复杂杂因因素素对对测测量量值值的的综综合合影影响响所所造造成成的的，如如电电磁磁场场的的微微变变，零零件件的的摩摩擦擦、间间隙隙，热热起起伏伏，空空气气扰扰动动，气气压压及及湿湿度度的的变变化化，测测量量人人员员感感觉觉器器官官的的生生理理变变化化等等。它它不不能能用用修修正正或或采采取某种技术措施的办法来消除。取某种技术措施的办法来消除。50第50页，本讲稿共78页a规规律律性性系系统统误误差差小小，正正确确度度高高。结结果果分分散散性性大大，随随机机误误差差大大，精精密密度度低低。b规律性系统误差大，规律性系统误差大，正确度低正确度低。结果重复性好，。结果重复性好，随机误差小，随机误差小，精密度高精密度高。c规律性系统误差小，规律性系统误差小，正确度高正确度高。结果重复性。结果重复性好，随机误差小，好，随机误差小，精密精密度高度高。1.4 测量误差测量误差51第51页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 系统误差与随机误差的关系系统误差与随机误差的关系 在在任任何何一一次次测测量量中中，系系统统误误差差与与随随机机误误差差一一般般都都是是同同时时存存在在的的，一一般般系系统统误误差差表表现现为为测测量量结结果果偏偏离离真真值值的的程程度度大大小小，而而随随机机误误差差表表现现为为测测量量结结果果的的分分散散程程度度大大小小。而而两者之间并不存在绝对的界限。两者之间并不存在绝对的界限。当某些系统误差太复杂，找不出规律，就只能作为随机误差处理。当某些系统误差太复杂，找不出规律，就只能作为随机误差处理。当当某某些些随随机机误误差差的的来来源源和和变变化化规规律律被被掌掌握握，就就可可以以当当成成系系统统误误差差去去处处理理，将将结果加以修正和预防。结果加以修正和预防。任任何何一一次次测测量量一一般般都都同同时时存存在在两两种种误误差差，可可以以根根据据测测量量情情况况处处理理起起主主要要作作用用的误差。当两种均有较大影响时，也可以按各自的不同处理方法同时加以处理。的误差。当两种均有较大影响时，也可以按各自的不同处理方法同时加以处理。52第52页，本讲稿共78页1.4 测量误差测量误差 粗大误差粗大误差 粗粗大大误误差差是是一一种种显显然然与与实实际际值值不不符符的的误误差差。如如测测错错、读读错错、记记错错以以及及实实验验条条件件未未达达到到预预定定的的要要求求而而匆匆忙忙实实验验，都都会会引引起起粗粗大大误误差差。含含有有粗粗大大误误差差的的测测量量值值称称为为坏坏值值或或异异常常值值，在在处处理理数数据据时时应应剔剔除除掉掉。正正确确的的测测量量结结果果中中不不包包含含粗粗大大误误差差。