检测技术及仪表第一章精选PPT.ppt

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1、检测技术及仪表第一章第1页，此课件共86页哦第一章 检测技术的基本概念第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法第2页，此课件共86页哦第一章 检测技术的基本概念第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法第3页，此课件共86页哦第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法一、测量的一般概念一、测量的一般概念二、测量方法分类二、测量方法分类 第4页，此课件共86

2、页哦第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法一、测量的一般概念一、测量的一般概念 v测量测量(Measurement)：以确定被测对象的属性和量值以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作。或借助专门的技术和仪表设备，采为目的的全部操作。或借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过程。程。v检测检测(Detectation)：检测是意义更为广泛的测量。测量信检测是意义更为广泛的测量。测量信号检出（极为重要）。号检出（极为重要）。v检测过程：检测过程：信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、信息提取、

3、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理。分析处理。第5页，此课件共86页哦第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法二、测量方法分类二、测量方法分类 对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。根据获得测量值的方法可分为根据获得测量值的方法可分为直接测量直接测量和和间接测量间接测量；根据测量方式可分为根据测量方式可分为偏差式测量偏差式测量、零位式测量零位式测量与与微差式测量微差式测量；根据测量条件不同可分为根据测量条件不同可分为等精度测量等精度测量与与不等精度测量不等精度测量；根据被测量变化快慢可分为根据被测量变化快慢可分为静态测量静态测

4、量与与动态测量动态测量；根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触式测接触式测 量量与与非接非接触式测量触式测量；第6页，此课件共86页哦 1.1.直接测量、直接测量、间接测量间接测量 在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值，这种测量方法称为直接测量。被测量与测得值之间关系可用下式表示：y=x 式中：y 被测量的值 x 直接测得值。间接测量间接测量 -被测量无法或不易进行直接测量被测量无法或不易进行直接测量 自变量自变量目标变量目标变量 负载电阻功率负载电阻功率 =电压电压 电流电流（直接测量

5、）（直接测量）第7页，此课件共86页哦 2.2.偏差式测量、零位式测量、微差式测量偏差式测量、零位式测量、微差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏偏差式测量差式测量。例：弹簧秤、例：弹簧秤、动圈式电压表动圈式电压表第8页，此课件共86页哦 用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量零位式测量。例：天平称量物体例：天平称量物体 2.2.偏差式测量、零位式测量、微差式测量偏差式测量、零位式测量、微差式测量第9页，此课件共86页哦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

6、位位式式测测量量法法速速度度快快和和零零位位式式测测量量法法准准确确度度高高的的优优点点的的一一种种测测量量方方法法。这这种种方方法法预预先先使使被被测测量量与与测测量量装装置置内内部部的的标标准准量量取取得得平平衡衡。当当被被测测量量有有微微小小变变化化时时，测测量量装装置置失失去去平平衡衡。用偏位式仪表指示出其变化部分的数值。用偏位式仪表指示出其变化部分的数值。例例如如，用用天天平平（零零位位式式仪仪表表）测测量量化化学学药药品品，当当天天平平平平衡衡之之后后，又又增增添添了了少少许许药药品品，天天平平将将再再次次失失去去平平衡衡。这这时时即即使使用用最最小小的的砝砝码码也也称称不不出出这

7、这一一微微小小的的差差值值。但但是是可可以以从从天天平平指指针针在在标标尺尺上上移动的格数来读出这一微小差值。移动的格数来读出这一微小差值。第10页，此课件共86页哦微差式测量微差式测量1被测钢板被测钢板2轧辊轧辊3射线源射线源4铅盒铅盒5射线射线6射线探测器射线探测器7差动放大器差动放大器8指示仪表指示仪表a9指示仪表指示仪表b第11页，此课件共86页哦微差式测量微差式测量在在线线测测量量钢钢板板厚厚度度前前，先先将将标标准准厚厚度度的的钢钢板板放放置置于于射射线线源源和和射射线线探探测测器器之之间间，调调节节电电位位器器RPRP，使使差差动动放放大大器器的的输输出出U Uo1o1为为零零，

8、测测量量系系统统达达到到平平衡衡。若若被被测测钢钢板板的的厚厚度度不不等等于于标标准准厚厚度度，U Ui i将将大大于于或或小小于于U UR R，其其差差值值经经差差动动放放大大器器放放大大后后，由由指指示示仪仪表表a a指指示示出出厚厚度度的的偏偏差差值值。微微差差式测量的分辨力较高，但量程较小。式测量的分辨力较高，但量程较小。第12页，此课件共86页哦 3.3.等精度测量与不等精度测量等精度测量与不等精度测量 在测量过程中，若影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，如由同一个测量者，用同一台仪器，用同样的方法，在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量，称为等精度测量等精度

9、测量。有时在科学研究或高精度测量中，往往在不同的测量条件下，用不同精度的仪表，不同的测量方法，不同的测量次数以及不同的测量者进行测量和对比，这种测量称为不等精度测量不等精度测量。第13页，此课件共86页哦 4.4.静态测量与动态测量静态测量与动态测量 被测量在测量过程中认为是固定不变的，对这种被测量进行的测量称为静静态态测测量量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。若被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行的测量称为动态测量动态测量。第14页，此课件共86页哦静态测量静态测量 第15页，此课件共86页哦 对缓慢变化的对象进行测量对缓慢变化的对象进行测量亦属于亦属于静态测量静态

10、测量。最高、最高、最低最低温度计温度计第16页，此课件共86页哦动态测量动态测量 地震测量振动波形第17页，此课件共86页哦接触式测量接触式测量 5.5.接触测量与非接触测量接触测量与非接触测量第18页，此课件共86页哦非接触式测量非接触式测量 例：雷达测速例：雷达测速车载电子警察车载电子警察第19页，此课件共86页哦第一章 检测技术的基本概念第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法第20页，此课件共86页哦第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理一、真值的概念一、真值

11、的概念二、测量误差二、测量误差三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理 第21页，此课件共86页哦第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理一、真值的概念一、真值的概念二、测量误差二、测量误差三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理 第22页，此课件共86页哦 一、真值的概念一、真值的概念 1.真值：真值：真值即真实值，是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。真值即真实值，是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。(A0)（1）真值通常是个未知量。）真值通常是个未知量。（2）真值难以测量到。）真值难以测量到。原因：原因：测量对象、仪表、方法、人受到本身和周围环境各

12、种因素影测量对象、仪表、方法、人受到本身和周围环境各种因素影 响，且这些因素在不断变化。响，且这些因素在不断变化。测量过程可能改变对象状态，结果已不是对象本来面貌。测量过程可能改变对象状态，结果已不是对象本来面貌。（3）测量的目的：求得被测量真值的逼近值。精度越高的仪表，其测量）测量的目的：求得被测量真值的逼近值。精度越高的仪表，其测量 值越逼近真值，精度反映了对真值的逼近程度。值越逼近真值，精度反映了对真值的逼近程度。（4）测量不必单纯追求精度，在工程上对给定的测量任务只需达到工程）测量不必单纯追求精度，在工程上对给定的测量任务只需达到工程 需要的精度。需要的精度。第23页，此课件共86页哦

13、 2.真值的种类：真值的种类：（1）理论真值（绝对真值）：理论上证明正确的值。）理论真值（绝对真值）：理论上证明正确的值。（2）约定真值（）约定真值（conventional true value）（规定真值）：国际上）（规定真值）：国际上公认的某些基准量。公认的某些基准量。例：例：1983年年10月在巴黎召开的第月在巴黎召开的第17届国际计量大会将米定义为届国际计量大会将米定义为：“米是光在真空中在米是光在真空中在1/299792458秒时间间隔内行进的路程。秒时间间隔内行进的路程。”实际测量中，以无系统误差情况下足够多次测量所获一列实际测量中，以无系统误差情况下足够多次测量所获一列测量结果

14、的算术平均值作为约定真值。测量结果的算术平均值作为约定真值。（3）相对真值）相对真值x0：测量仪表按精度不同分为若干等级。上一等级的仪表示值即为下一测量仪表按精度不同分为若干等级。上一等级的仪表示值即为下一等级的真值。等级的真值。第24页，此课件共86页哦第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理一、真值的概念一、真值的概念二、测量误差二、测量误差三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理 第25页，此课件共86页哦 测量误差是测得值减去被测量的真值。由于真值往往不知道，因此测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。但由于种种原因，例如，传感器本身性能不十分优良，测量方法不

15、十分完善，外界干扰的影响等，造成被测量的测得值与真实值不一致，因而测量中总是存在误差。第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理二、测量误差二、测量误差第26页，此课件共86页哦v绝对误差：绝对误差：测量值测量值X X和真值和真值X X0 0之差。之差。X XX XX X0 0v相对误差：相对误差：绝对误差绝对误差X X和被测量真值和被测量真值 X X0 0之比。之比。v引用误差：引用误差：绝对误差绝对误差X X与仪表的满量与仪表的满量 程之比。程之比。1、测量误差的表示方法、测量误差的表示方法第27页，此课件共86页哦 （1）绝对误差绝对误差 绝对误差可用下式定义：绝对误差可用下式定

16、义：=x-x0 式中式中:绝对误差；绝对误差；x测量值；测量值；x0 0真值。真值。绝对误差是有正、负并有量纲的。采用绝对误差表示测量误差，不绝对误差是有正、负并有量纲的。采用绝对误差表示测量误差，不能很好说明测量质量的好坏。例如，在温度测量时，绝对误差能很好说明测量质量的好坏。例如，在温度测量时，绝对误差=1=1，对体温测量来说是不允许的，而对钢水温度测量来说是极好的测量结对体温测量来说是不允许的，而对钢水温度测量来说是极好的测量结果，所以用相对误差可以比较客观地反映测量的准确性。果，所以用相对误差可以比较客观地反映测量的准确性。第28页，此课件共86页哦（2）实际相对误差实际相对误差 实际

17、相对误差的定义由下式给出：实际相对误差的定义由下式给出：式中：式中：实际相对误差，实际相对误差，一般用百分数给出；一般用百分数给出；绝对误差；绝对误差；x0约定真值。约定真值。实实际际测测量量时时用用测测量量值值 x 代代替替约约定定真真值值 x0进进行行计计算算，这这个个相相对对误误差差称称为标称（示值）相对误差，为标称（示值）相对误差，即即 第29页，此课件共86页哦 （3）引用误差引用误差 引引用用误误差差是是仪仪表表中中通通用用的的一一种种误误差差表表示示方方法法。它它是是相相对对于于仪仪表表满满量量程程的的一一种种误误差差，又又称称满满量量程程相相对对误误差差，一一般般也也用用百百分

18、分数数表表示。示。即即 式中：式中：引用误差；引用误差；绝对误差。绝对误差。第30页，此课件共86页哦 最大引用误差引用误差 如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误差 最大值max代替，则可得到最大引用误差 式中：式中：最大引用误差；最大引用误差；maxmax最大允许绝对误差。最大允许绝对误差。第31页，此课件共86页哦 最大引用误差引用误差 仪仪表表精精度度等等级级是是根根据据最最大大引引用用误误差差来来确确定定的的。例例如如，0.50.5级级表表的的引引用用误误差差的的最最大大值值不不超超过过0.5%0.5%；1.01.0级级表表的的引用误差的最大值不超过引用误差的最大值不超过1%1%

19、。第32页，此课件共86页哦解：根据精度定义表达式可以得出 此温度传感器最大允许绝对误差为3.检验某点的最大绝对误差为4，大于3，故此传感器不合格。例1-1：一台精度等级为0.5级，量程范围6001200的温度传感器，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，问此表是否合格？第33页，此课件共86页哦 例：例：1 12 2 有一温度计，它的测量范围为有一温度计，它的测量范围为0 0200200，精度为，精度为0.50.5级，级，试求：试求：1 1）该表可能出现的最大绝对误差为（）该表可能出现的最大绝对误差为（）。）。A.1 B.0.5 C.10 D.200A.1 B.0.5 C.1

20、0 D.200 2 2）当示值为）当示值为2020时的示值相对误差为（时的示值相对误差为（），），100100时时的示值相对误差为（的示值相对误差为（）。）。A.1 B.5A.1 B.5 C.1C.1 D.10D.10ABC第34页，此课件共86页哦 显然，精度等级已知的测量仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发挥它的测量精度。因此，使用测量仪表时，应当根据被测量的大小和测量精度要求，合理地选择仪表量程和精度等级，只有这样才能提高测量精度。第35页，此课件共86页哦v系统误差系统误差 在在相相同同条条件件下下，多多次次测测量量同同一一量量时时，误误差差的的大大小小和和符符号号均均保保持持不不变

21、变，或或当当条条件件改改变变时时，误误差差按按某某一一确确定定的的规规律律变变化。化。v随机误差随机误差 在在相相同同的的条条件件下下，多多次次重重复复测测量量同同一一量量时时，误误差差的的大大小和方向均发生变化，没有确定的变化规律。小和方向均发生变化，没有确定的变化规律。v粗大误差粗大误差 明明显显歪歪曲曲测测量量结结果果的的误误差差。由由于于测测量量人人员员粗粗心心，不不正正确确的的使使用用仪仪器器，测测量量时时读读错错数数据据，计计算算中中发发生生错错误误等等原原因因造造成的误差。成的误差。2、测量误差的分类第36页，此课件共86页哦1 1）系统误差的产生）系统误差的产生 检测装置本身性

22、能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件的变化等原因都可能产生系统误差。例如，某用不当、环境条件的变化等原因都可能产生系统误差。例如，某仪表刻度盘分度不准确，就会造成读数偏大或偏小，从而产生恒仪表刻度盘分度不准确，就会造成读数偏大或偏小，从而产生恒值系统误差。温度、气压等环境条件的变化和仪表电池电压随使值系统误差。温度、气压等环境条件的变化和仪表电池电压随使用时间的增长而逐渐下降，则可能产生变值系统误差。用时间的增长而逐渐下降，则可能产生变值系统误差。（1 1）系统误差（）系统误差（SystematicError）第37页，

23、此课件共86页哦第38页，此课件共86页哦2 2）系统误差的减小与消除）系统误差的减小与消除b b）引入修正值进行校正）引入修正值进行校正c c）检测方法上消除或减小）检测方法上消除或减小a a）分析系统误差产生的原因）分析系统误差产生的原因 确定修正值（温度、湿度、频率修正等）确定修正值（温度、湿度、频率修正等）测量前测量前 对可能产生的误差因素进行分析，采取相应措施。对可能产生的误差因素进行分析，采取相应措施。修正表格、修正曲线、修正公式修正表格、修正曲线、修正公式 -按规律校正按规律校正-实际测量中，采取有效的测量方法实际测量中，采取有效的测量方法第39页，此课件共86页哦2 2）系统误

24、差的减小与消除）系统误差的减小与消除 在在测测量量过过程程中中形形成成系系统统误误差差的的因因素素是是复复杂杂的的，通通常常难难以以查查明明所所有有的的系系统统误误差差，即即使使经经过过修修正正，也也不不可可能能全全部部消消除除系系统误差的影响。统误差的影响。第40页，此课件共86页哦1)1)随机误差的产生随机误差的产生（2 2）随机误差（）随机误差（RandomError）随随机机误误差差是是测测量量过过程程中中，许许多多独独立立的的、微微小小的的，偶偶然然的的因因素素引引起起的的综综合合结结果果。在在任任何何一一次次测测量量中中，只只要要灵灵敏敏度度足足够够高高，随随机机误误差差总总是是不

25、不可可避避免免的的。而而且且在在同同一一条条件件下下，重重复复进进行行的的多多次次测测量量中中，它它或或大大或或小小，或或正正或或负负，既既不不能能用用实实验验方方法法消消除除，也也不不能能修修正正。但但是是，利利用用概概率率论论的的一一些些理理论论和和统统计计学学的的一一些些方方法法，可可以以掌掌握握看看似似毫毫无无规规律律的的随随机机误误差差的的分分布布特性，确定随机误差对测量结果的影响。特性，确定随机误差对测量结果的影响。第41页，此课件共86页哦 随随机机误误差差的的分分布布规规律律，可可以以在在大大量量测测量量数数据据的的基基础础上上总结出来，就误差的总体来说是服从统计规律的。总结出

26、来，就误差的总体来说是服从统计规律的。由由于于大大多多数数随随机机误误差差服服从从正正态态分分布布，因因而而正正态态分分布布理理论论就就成成为研究随机误差的基础。为研究随机误差的基础。（2 2）随机误差）随机误差第42页，此课件共86页哦（2 2）随机误差）随机误差公式为：公式为：其中其中=x-x0:测量值的随机误差。测量值的随机误差。:测量值的标准偏差，曲线拐点。测量值的标准偏差，曲线拐点。P()是是出现的概率密度，它与概率的关系是：出现的概率密度，它与概率的关系是：d第43页，此课件共86页哦随机误差的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第44页，此课件共86页哦1)1)粗大

27、误差的消除粗大误差的消除a a）判别方法）判别方法 物理判别法物理判别法-人为因素（读错、记录错、操作错）人为因素（读错、记录错、操作错）显然与事实不符显然与事实不符 -歪曲测量结果歪曲测量结果 -主观避免主观避免 -剔除（发现）剔除（发现）-测量过程中测量过程中-不符合实验条件不符合实验条件/环境突变（突然振动、电磁干扰等）环境突变（突然振动、电磁干扰等）-随时发现，随时剔除随时发现，随时剔除 -重新测量重新测量（3 3）粗大误差）粗大误差(GrossError)第45页，此课件共86页哦1)1)粗大误差的消除粗大误差的消除 统计判别法统计判别法-整个测量完毕之后整个测量完毕之后统计方法处理

28、数据统计方法处理数据 -超过误差限超过误差限 -判为坏值判为坏值 -剔除剔除b）剔除准则）剔除准则 拉依达准则（拉依达准则（3 3 准则）准则）格拉布斯准则格拉布斯准则(t(t检验准则检验准则)（3 3）粗大误差）粗大误差第46页，此课件共86页哦产生粗大误差的一个例子产生粗大误差的一个例子 第47页，此课件共86页哦3.误差的综合误差的综合（1）函数误差的基本关系式：函数误差的基本关系式：间接测量值：间接测量值：Y=f(x1，x2，xm)其中其中x1，x2，xm为各直接测量值。为各直接测量值。全微分：全微分：（1）（函数误差的基本关系式）（函数误差的基本关系式）dxi表示各直接测量值误差。表

29、示各直接测量值误差。表示各个误差的传递系数。表示各个误差的传递系数。dY为为Y的误差。的误差。条条件件：只只有有当当各各局局部部误误差差为为已已知知时时（已已定定系系统统误误差差），才才能能以以此误差公式来综合。此误差公式来综合。第48页，此课件共86页哦 （2）系统误差的综合公式：（此时不考虑随机误差）系统误差的综合公式：（此时不考虑随机误差）1）已定系统误差的综合已定系统误差的综合对各对各xi，以，以i表示各已定系统误差。表示各已定系统误差。Y表示函数表示函数Y的已定系差：的已定系差：由式（由式（1）得：）得：或以相对误差形式表示：或以相对误差形式表示：2）函数的系统不确定度函数的系统不确

30、定度系统不确定度系统不确定度系统误差存在的区限（误差限）。系统误差存在的区限（误差限）。有有时时不不知知道道测测量量值值xi的的系系统统误误差差的的确确切切大大小小和和符符号号，而而只只知其误差限。分两种情况讨论。知其误差限。分两种情况讨论。第49页，此课件共86页哦当当m较少时采用绝对值综合方法（算术综合法）较少时采用绝对值综合方法（算术综合法）Y间接测量值（函数）的系统不确定度。间接测量值（函数）的系统不确定度。xi直接测量值（自变量直接测量值（自变量xi）的系统不确定度。）的系统不确定度。上式也可采用相对误差的形式：上式也可采用相对误差的形式：当当m较多时采用方和根法较多时采用方和根法第

31、50页，此课件共86页哦（3）随机误差的综合公式：（此时不考虑系统误差）随机误差的综合公式：（此时不考虑系统误差）设：间接测量值设：间接测量值Y为直接测量值为直接测量值x1和和x2的函数的函数,Y=f（x1，x2）假假设设对对x1进进行行了了n次次测测量量，对对x2进进行行了了k次次测测量量，以以j代代替替函函数数误差基本关系式（误差基本关系式（1）中的）中的dxi，得函数的随机误差：，得函数的随机误差：（i=1，2，nl=1，2，k）式中式中1i和和2l分别为分别为x1和和x2的随机误差。的随机误差。上式两边平方：上式两边平方：两边对两边对i和和l求和：求和：第51页，此课件共86页哦两两边

32、边同同时时除除以以nk，当当n，k时时，根根据据随随机机误误差差的的抵抵偿偿特性：特性：得：得：根据标准偏差定义，当根据标准偏差定义，当n，k时，上式可写为：时，上式可写为：对于对于Y=f（x1，x2，xm），），可得：可得：推广到一般情况，函数的随机误差传递（综合）公式可推导：推广到一般情况，函数的随机误差传递（综合）公式可推导：第52页，此课件共86页哦当测量次数有限时，各标准偏差可用相应的估计值代入：当测量次数有限时，各标准偏差可用相应的估计值代入：公式适用条件：各直接观测值公式适用条件：各直接观测值xj彼此无关时。彼此无关时。两端同时乘以相同的置信系数两端同时乘以相同的置信系数c，可得

33、函数，可得函数Y的随机不确定度。的随机不确定度。第53页，此课件共86页哦解：间接测量值解：间接测量值V与各直接测量值的关系为：与各直接测量值的关系为：V=VC1+VC2VC1c1=VC2c2V=(c2/c1+1)VC2利用函数随机误差传递（综合）公式：利用函数随机误差传递（综合）公式：应用举例：应用举例：利用电容分压原理，根据利用电容分压原理，根据VC2测量测量值，求电压值，求电压V。已知：。已知：c1、c2及其标及其标准偏差为准偏差为C1、C2，电压表的标差为，电压表的标差为V2，求，求V的标准偏差的标准偏差V。Vc1c2VVC2第54页，此课件共86页哦（4）系统不确定度与随机不确定度的

34、综合）系统不确定度与随机不确定度的综合1）绝对值综合法：绝对值综合法：2）方和根综合法：方和根综合法：第55页，此课件共86页哦第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理一、真值的概念一、真值的概念二、测量误差二、测量误差三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理 第56页，此课件共86页哦三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理1 1、随机误差的统计特性、随机误差的统计特性 第57页，此课件共86页哦三、测量结果的数据统计处理三、测量结果的数据统计处理2 2、测量结果的数据整理步骤、测量结果的数据整理步骤（1）求出算术平均值：（2）对每个测量值算出相应的误差。（

35、3）按贝塞尔公式计算出标准偏差：（4）利用拉依达准则或其它检验准则检查数据中有无坏值，如果发现坏值，应剔除后从第1步重新开始计算。（5）求算术平均值的标准偏差：（6）写出最后结果：（置信概率99.7%）第58页，此课件共86页哦 对于异常测量值不应为了追求数据的一致性而轻易舍去。为了科学的判别粗差，正确的舍弃坏值，需要建立异常测量值的判别标准。3 3、异常测量值的判别与舍弃、异常测量值的判别与舍弃第59页，此课件共86页哦 拉依达准则拉依达准则测量值测量值xd 的误差绝对值的误差绝对值|vd|3-坏值坏值-剔除剔除 计算算术平均值计算算术平均值x误差误差标准偏差标准偏差 剔除坏值剔除坏值第60

36、页，此课件共86页哦 拉依达准则拉依达准则例：对某温度测量15次，得测量数据如下：20.42 20.43 20.40 20.43 20.4220.43 20.39 20.30 20.40 20.43 20.4220.41 20.39 20.39 20.40第61页，此课件共86页哦 拉依达准则拉依达准则解：先求出测量列的算术平均值为根据贝赛尔公式计算出标准偏差：第62页，此课件共86页哦 拉依达准则拉依达准则解：测量列中 ，故认为X820.30是坏值，应从测量列中剔除。余下的14个测量值，重新计算后得到新的算术平均值为20.411，计算出的误差仍列于表中。按新误差算得由于新的误差都小于 ，故余

37、下的14个测量值中已无坏值。第63页，此课件共86页哦序号序号Xi误差误差Vi新误差新误差Vc120.42+0.016+0.0092 20.43+0.026+0.019320.40-0.004-0.011420.43+0.026+0.019520.42+0.016+0.009620.43+0.026+0.019720.39-0.014-0.021820.30-0.104 第64页，此课件共86页哦序号序号Xi误差误差Vi新误差新误差Vc 920.40-0.004-0.01110 20.43+0.026+0.0191120.42+0.016+0.0091220.41+0.006-0.001132

38、0.39-0.014-0.0211420.39-0.014-0.0211520.40-0.004-0.011第65页，此课件共86页哦第一章 检测技术的基本概念第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 第二节第二节 测量误差及数据处理测量误差及数据处理第一节第一节 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法第66页，此课件共86页哦一、传感器的定义与组成第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 传感器定义：传感器定义：传传感感器器是是一一种种以以测测量量为为目目的的，以以一一定定的的精精度度把把被被测测量量转转换换为为与与之之有有特特定定关关系系的的、便便于于处处理理的的另另

39、一一种种物物理理量量的的测测量量器器件件。传传感感器器的的输输出出信信号号多多为为易易于于处处理理的的电电量量，如如电电压压、电流、频率等。电流、频率等。组成：组成：第67页，此课件共86页哦组成 第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 第68页，此课件共86页哦 1-弹簧管 2-电位器图1-4传感器组成框图第三节第三节 传感器及其基本特性传感器及其基本特性 组成第69页，此课件共86页哦弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。第70页，此课件共86页哦弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）

40、在下图中，弹簧管将压力转换为角位移。第71页，此课件共86页哦弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）第72页，此课件共86页哦弹性弹性敏感元件敏感元件（弹簧管）（弹簧管）第73页，此课件共86页哦 在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-电阻的变化（R）被测量通过敏感元件转换后，再经传感元被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量。件转换成电参量。第74页，此课件共86页哦 在左图中，当电位器的在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成它的输出量是与压力成一定关系的电压一定关系的电压U Uo

41、 o 。测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。成易于处理的电压、电流或频率量。第75页，此课件共86页哦二、传感器的分类1.按工作机理分类按工作机理分类 结构型结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。依靠机械结构参数变化来实现变换。（电阻式、电容式、电感式传感器等等）（电阻式、电容式、电感式传感器等等）物性型物性型：依靠材料本身的物理性质来实现变换。依靠材料本身的物理性质来实现变换。（热电式、光电式、压电式传感器等等）（热电式、光电式、压电式传感器等等）2.2.按输入量（被测量）的不同分类按输入量（被测量）的

42、不同分类温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器位移传感器位移传感器 第76页，此课件共86页哦三、传感器基本特性 灵敏度灵敏度K K 分辨力分辨力 线性度（非线性误差）线性度（非线性误差）迟滞迟滞 重复性重复性第77页，此课件共86页哦灵灵敏敏度度K:K:灵灵敏敏度度是是检检测测仪仪表表静静态态特特性性的的一一个个重重要要指指标标。其其定定义是稳态时输出量增量义是稳态时输出量增量yy与输入量增量与输入量增量xx之比。之比。灵敏度灵敏度K值越大，值越大，表示传感器越灵敏。表示传感器越灵敏。第78页，此课件共86页哦分分辨辨力力:指指传传感感器器能能检检出出被被测测信信号号的的最最小小变变化化量

43、量。当当被被测测量量的的变变化化小小于于分分辨辨力力时时，传传感感器器对对输输入入量量的的变变化化无无任任何何反反应应。对对数数字字仪仪表表而而言言，如如果果没没有有其其他他附附加加说说明明，可可以以认认为为该该表表的的最最后后一一位位所所表表示示的的数值就是它的分辨力。数值就是它的分辨力。第79页，此课件共86页哦线线性性度度（非非线线性性误误差差）:在在通通常常的的工工业业生生产产情情况况下下，总总是是希希望望仪仪表表具具有有线线性性特特性性，即即其其特特性性曲曲线线为为直直线线，但但是是在在对对仪仪表表进进行行校校准准时时常常常常发发现现，由由于于各各种种因因素素的的影影响响，实实际际得

44、得到到的的曲曲线线偏偏离离了了理理论论上上规规定的直线。定的直线。XYYmaxYFS检测仪表的线性度校准曲线拟合直线第80页，此课件共86页哦量量程程作图法求线性度演示作图法求线性度演示（1拟合曲线拟合曲线2实际特性曲线实际特性曲线）第81页，此课件共86页哦迟迟滞滞:传传感感器器在在输输入入量量由由小小到到大大（正正行行程程）及及输输入入量量由由大大到到小小（反反行行程程）变变化化期期间间其其输输入入输输出出特特性性曲曲线线不不重重合合的的现现象象称称为为迟迟滞滞(如如图图所所示示)。也也就就是是说说，对对于于同同一一大大小小的的输输入入信信号号，传传感感器器的的正正反反行行程程输输出出信信

45、号号大大小小不不相相等等，这这个个差差值值称称为为迟迟滞滞差差值值。传传感感器器在在全全量量程程范范围围内内最最大大的的迟迟滞滞差差值值HHmaxmax与与满满量量程程输输出出值值Y YFSFS之之比比称称为为迟迟滞滞误误差差（也也叫叫变变差差），用用H H表示，即表示，即 第82页，此课件共86页哦迟滞特性迟滞特性第83页，此课件共86页哦 重重复复性性：重重复复性性是是指指传传感感器器在在输输入入量量按按同同一一方方向向作作全全量量程程连连续续多多次次变变化化时时，所所得得特特性性曲曲线线不不一一致致的的程程度度（见见图图）。重重复复性性误误差差属属于于随随机机误误差差，常常用用标标准准差差计计算算，也可用正反行程中最大重复差值也可用正反行程中最大重复差值R Rmaxmax计算，即计算，即 或 第84页，此课件共86页哦 重复性重复性第85页，此课件共86页哦第86页，此课件共86页哦