测试精度分析优秀课件.ppt

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1、测试精度分析第1页，本讲稿共43页误差理论与数据分析第2页，本讲稿共43页介绍误差的定义、来源、分类、测量精度介绍误差的定义、来源、分类、测量精度本课程核心与思路本课程核心与思路第二部分第二部分 数据处理的一般方法数据处理的一般方法算术平均法、最小二乘法、一元线性回归算术平均法、最小二乘法、一元线性回归.第一部分第一部分 测量误差的基本理论测量误差的基本理论第3页，本讲稿共43页课程内容简介第一章 测测量量及及测测量量误误差差。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

2、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第4页，本讲稿共43页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

3、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第5页，本讲稿共43页本本课特点：课特点：专业基础课程；内容即专业基础课程；内容即“死死”（定（定义义、法规性内容过多）又无法规性内容过多）又无“定论定论”（误差数据（误差数据基于统计论的处理方法）。基于统计论的处理方法）。本本课学习方法：课学习方法：掌握理解基本概念（关键）；以掌握理解基本概念（关键）；以课本为主；认真完成作业。课本为主；认真完成作业。本本课成绩评定：课成绩评定：课堂提问；课后作业；课堂提问；课后作业；考试成绩考试成绩本课特点及学习方法本课特点及学习方法第6页，本讲稿共43页第一

4、章第一章 测量与测量误差测量与测量误差 主要内容主要内容:掌握测量及测量误差的有关掌握测量及测量误差的有关基本概念基本概念，了解，了解 各种误差的性质来源。各种误差的性质来源。主要包括：主要包括：测量的分类测量的分类误差的表示方法误差的表示方法误差的分类误差的分类测量精度指标测量精度指标测量结果的表达测量结果的表达难点：难点：根据量程和准确度等级选择电工仪表根据量程和准确度等级选择电工仪表第7页，本讲稿共43页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。o 没有望远镜就没有天没有望远镜就没有天文学，没有显微镜

5、就文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指没有细胞学，没有指南针就没有航海事业南针就没有航海事业 第8页，本讲稿共43页 1.1.1 测量的意义（续）n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n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。第9页，本讲稿共43页1.1.2 测量的定义

6、 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结果测量数值测量单位，测量单位，即：即：第10页，本讲稿共43页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）第11页，本讲稿共43页1.1.2 测量的定义（续）

7、被测物体的重量等于标准被测物体的重量等于标准砝码的重量砝码的重量被被测测物物体体的的重重量量从从度度盘盘上上读读数数，因因为为，弹弹簧簧秤秤度度盘盘上上的的刻刻度度是是事事先与标准量进行比较的结果。先与标准量进行比较的结果。第12页，本讲稿共43页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

8、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。第13页，本讲稿共43页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 第14页，本讲稿共43页1.1.3 测量的基本要素（续）第15页，本讲稿共43页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

9、测量过程，取得测量数据;*分析测量误差并显示测量出结果。第16页，本讲稿共43页1.1.3 测量的基本要素（续）第17页，本讲稿共43页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。第18页，本讲稿共43页1.1.3 测量的基本要素（续）6.测试技术测

10、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。第19页，本讲稿共43页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

11、，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。第20页，本讲稿共43页1.1.3 测量的基本要素（续）o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。o恒温、恒湿、稳压和防震。o抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。o仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。第21页，本讲稿共43页1.1.3 测量

12、的基本要素（续）o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+35oC，相对湿度80%（在35oC上），只允许有轻微的振动。II组：一般的环境条件，温度10+40oC，相对湿度80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。III组：恶劣的环境条件，温度40+55oC，相对湿度90%（在35oC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、机载等仪器第22页，本讲稿共43页1.1.4 测量的分类测量的分类 1按测量精度分按测量精度分工程测量工程测量精密测量精密测量2按测量结果获得的方法分按测量结果获得的方法分直接测量

13、直接测量间接测量间接测量函数关系函数关系组合测量组合测量估计误差的精确值估计误差的精确值第23页，本讲稿共43页组合测量组合测量o测量目的多个测量目的多个o仪器精度有限时可提高测量精度，精密测量中多用仪器精度有限时可提高测量精度，精密测量中多用例例1-1（P2）标准电阻：欧姆量的测量工具，标准电阻上标注标准电阻：欧姆量的测量工具，标准电阻上标注R20由于电阻值随温度而变化，符合规律：由于电阻值随温度而变化，符合规律：第24页，本讲稿共43页3按测量条件分按测量条件分等精度测量等精度测量不等精度测量不等精度测量4按被测对象状态分按被测对象状态分静态测量静态测量动态测量动态测量测量条件不变测量条件

14、不变被测量不随时间变化被测量不随时间变化 视为随机变量视为随机变量被测量随时间变化被测量随时间变化 视为随机过程视为随机过程第25页，本讲稿共43页第二节第二节 测量误差测量误差一、误差的定义一、误差的定义二、误差公理二、误差公理误差自始至终存在于一切科学实验和测量误差自始至终存在于一切科学实验和测量之中。之中。“不可避免不可避免”第26页，本讲稿共43页三、误差的来源三、误差的来源仪器、方法、环境、人员仪器、方法、环境、人员四、研究误差的目的四、研究误差的目的正确认识其性质、来源，减小误差正确认识其性质、来源，减小误差正确分析数据，合理评价正确分析数据，合理评价 合理制定测量方案，正确选择测

15、量方法、仪器，提高测量结果的精度合理制定测量方案，正确选择测量方法、仪器，提高测量结果的精度五、误差的表示方法五、误差的表示方法1.绝对误差绝对误差 相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第27页，本讲稿共43页2.示值误差示值误差 引用误差引用误差 电工仪表的准确度等级（电工仪表的准确度等级（S级）级）第28页，本讲稿共43页以最大引用误差划分电工仪表的准确度等级（以最大引用误差划分电工仪表的准确度等级（S级）级）仪表最大引用误差：仪表最大引用误差：七级：七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 例：例：则属于则属于 级级0.2第2

16、9页，本讲稿共43页讨论：讨论：1.S反映仪表的最大引用误差反映仪表的最大引用误差2.量程相同时，量程相同时，S越小，仪表准确度越高越小，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）的准确度（以等级表示）5.仪表在仪表在x点处点处的最大相对误差的最大相对误差 4.仪表在仪表在x点处点处的示值误差（绝对误差）的示值误差（绝对误差）第30页，本讲稿共43页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测量尽可能在仪表上限或2/32/3量程以

17、上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（例（P P5 5）准确度和量程结合合准确度和量程结合合理选择仪表理选择仪表第31页，本讲稿共43页3.平均误差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.分贝误差分贝误差表示相对误差，一般 5.其它误差其它误差P7第32页，本讲稿共43页六、误差的分类（不同于误差的表示方法）六、误差的分类（不同于误差的表示方法）1.系统误差系统误差(system error)含义：同一条件下多次重复测量同一量值，绝对值和符号不变含义：同一条件下多次重复测量同一量值，绝对值和符号不

18、变 或条件改变时测量值按一定规律变化。或条件改变时测量值按一定规律变化。分类：分类：1 1 按对系统误差的掌握程度分：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如按照仪表的精度等级估计出来的测量量的相对误差出来的测量量的相对误差,极限误差等极限误差等)2 2 按系统误差出现的规律分：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：变化规律变化系统误差：变化规律(线性线性 周期周期 复杂规律的复杂规律的

19、)性质性质：有规律，可再现，可以预测：有规律，可再现，可以预测原因原因：原理误差、方法误差、环境误差、使用误差：原理误差、方法误差、环境误差、使用误差处理处理：理论分析、实验验证：理论分析、实验验证 修正修正第33页，本讲稿共43页 正态分布正态分布性质性质：原因原因：装置误差、环境误差、使用误差：装置误差、环境误差、使用误差处理：处理：统计分析、计算处理统计分析、计算处理 减小减小对称性对称性有界性有界性抵偿性抵偿性单峰性单峰性绝对值相等的正负误差出现的次数相等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

20、不会超过一定程度偶然误差绝对值不会超过一定程度当当测测量量次次数数足足够够多多时时，偶偶然然误误差差算算术术平平均均值值趋趋于于02.随机误差随机误差（random error）含义：同一条件下多次重复测量值随机变化含义：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特点：多次等精度测量服从概率统计规律o 第34页，本讲稿共43页 3.粗大误差粗大误差(abnormal error)超出规定范围，错误，剔除超出规定范围，错误，剔除 性质性质：偶然出现，误差很大，异常数据，与有用数据混在一起：偶然出现，误差很大，异常数据，与有用数据混在一起原因原因：装置误差、使用误差：装置

21、误差、使用误差处理处理：判断、剔除：判断、剔除第35页，本讲稿共43页七、随机误差和系统误差的关系七、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36页，本讲稿共43页第三节第三节 测量精度及其与误差的关系测量精度及其与误差的关系一、测量精度一、测量精度测量结果与真值的接近程度测量结果与真值的接近程度,是个是个定性的概念定性的概念评价标准：评价标准：正确度：反映测量结果中系统误差大小正确度：反映测量结果中系统误差大小精密度：随机误差大小精密度：随机误差大小准确度

22、：综合准确度：综合第37页，本讲稿共43页测测量量精精度度举举例例不精密（随机误差大）不精密（随机误差大）正确（系统误差小）正确（系统误差小）精密（随机误差小）精密（随机误差小）不正确（系统误差大不正确（系统误差大）不精密（随机误差大）不精密（随机误差大）不正确（系统误差大）不正确（系统误差大）精密（随机误差小）精密（随机误差小）正确（系统误差小）正确（系统误差小）第38页，本讲稿共43页二、测量结果的表达二、测量结果的表达1.误差数据的表达误差数据的表达恰当的位数：一、二位有效数字恰当的位数：一、二位有效数字末位进一末位进一是最终表达是最终表达 不不写作：（书中有误）第39页，本讲稿共43页

23、2.测量测量数据的表达数据的表达 原则一（对齐原则）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）原则二（截断数据处理原则）4舍、舍、5多入、多入、5取偶取偶2.890122.89500012.89502.8652.898012.892.902.902.862.90第40页，本讲稿共43页极限误差表达：若极限误差表达：若则表达为：则表达为：标准偏差表达：若标准偏差表达：若 则表达为：则表达为：2.89（0.01）或：或：2.89（1）3.测量测量结果的表达结果的表达第41页，本讲稿共43页4.数据运算规则数据运算规则(补充补

24、充)o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 3635.12）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)；第42页，本讲稿共43页重点掌握：重点掌握：等精度测量、测量条件；等精度测量、测量条件；绝对、相对误差绝对、相对误差仪表准确度等级及选择仪表仪表准确度等级及选择仪表系统和随机误差的判断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正确度、精密度、准确度的含义和关系测量结果的表达测量结果的表达作业：作业：1 13 3，1 15 5，1 18 8，1 19 9 第43页，本讲稿共43页