第2章检测技术理论基础精选文档.ppt
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1、第2章检测技术理论基础本讲稿第一页,共四十七页nIT技术n信息采集、信息传输、信息处理n信息产业三大支柱n传感器技术、通信技术、计算机技术n什么是传感器?n形形色色的传感器传感器的地位和作用本讲稿第二页,共四十七页课程安排n课程安排n讲 课 30 学时n习题课 4 学时n实验课 8 学时n总 计 42 学时本讲稿第三页,共四十七页2.1 测量概论测量概论2.2 测量数据的估计和处理测量数据的估计和处理第2章 检测技术的理论基础本讲稿第四页,共四十七页2.1.1测量n测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。n测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较,确定被测量对标准量的倍数。
2、或式中:x被测量值u标准量,即测量单位n比值(纯数),含有测量误差本讲稿第五页,共四十七页2.1.2测量方法n根据获得测量值的方法分为n直接测量:直接测量:电流表测电流、弹簧秤称称重量n间接测量:间接测量:测水塔的水量、曹冲称象n组合测量:组合测量:若干个被测量及测量量的情况n根据测量方式分为n偏差式测量:偏差式测量:用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的量值。模拟电流/压表、体重秤等。n零位式测量:零位式测量:指零仪表指零时,被测量与已知标准量相等。天平、电位差计等。n微差式测量:微差式测量:将被测量与已知的标准量相比较,取得差值后,再用偏差法测得此差值。游标卡尺等。本讲稿第六页,共四十七页
3、2.1.2测量方法n根据测量条件分为n等精度测量:等精度测量:用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量n不等精度测量:不等精度测量:用不同精度的仪表或不同的测量方法,或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量n根据被测量变化的快慢分为n静态测量n动态测量本讲稿第七页,共四十七页2.1.3测量误差测量误差是测得值减去被测量的真值。n误差的表示方法n绝对误差n相对误差n引用误差n基本误差n附加误差n测量误差的性质n随机误差n系统误差n粗大误差本讲稿第八页,共四十七页误差的表示方法(1)n(1)绝对误差 绝对误差可用下式定义:=x-L 式中:绝对误差;x测量值;L真值。采用绝对误差表
4、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=1,对体温测量来说是不允许的,而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果。本讲稿第九页,共四十七页误差的表示方法(2)n(2)相对误差 相对误差可用下式定义:式中:相对误差,一般用百分数给出;绝对误差;L真值。标称相对误差:本讲稿第十页,共四十七页n(3)引用误差 引用误差可用下式定义:引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。n(4)基本误差n仪表在规定的标准条件下所具有的误差。n(5)附加误差n仪表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。误差的表示方法(3)本讲稿第十一页,共四十七页测量误差的性质(1)n(1)随机误差n对同一
5、被测量进行多次重复测量时,绝对值和符号不可预知地随机变化,但就误差的总体而言,具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。引起的原因?n(2)系统误差n对同一被测量进行多次重复测量时,如果误差按照一定的规律出现,则把这种误差称为系统误差。例如,标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的误差。引起的原因?n(3)粗大误差n明显偏离测量结果的误差。引起的原因?本讲稿第十二页,共四十七页测量误差的性质(2)60kg50kg0kg系统误差随机误差粗大误差本讲稿第十三页,共四十七页n例例1-1 某电压表的精度等级S为1.5级,试算出它在0V100V量程的最大绝对误差。解:电压表的量程是:xm=100V0V=
6、100V 精度等级S=1.5 即引用误差为:1.5 可求得最大绝对误差:m=xm =100V(1.5)=1.5V 故:该电压表在0V100V量程的最大绝对误差是1.5V。本讲稿第十四页,共四十七页n 例例1-2 某1.0级电流表,满度值xm=100uA,求测量值分 别为x1=100uA,x2=80uA,x3=20uA时的绝对误差和示值相对误差。n解:精度等级S=1.0n 即引用误差为:1.0n 可求得最大绝对误差:m=xm=100uA(1.0)=1.0uAn 依据误差的整量化误差的整量化原则:认为仪器在同一量程各示值处的绝对误差是常数,且等于m。n(注意:1.通常,测量仪器在同一量程不同示值处
7、的绝对误差实际上未必处处相等,但对使用者来讲,在没有修正值可以利用的情况下,只能按最坏情况处理按最坏情况处理,于是就有了误差的整量化误差的整量化处理原则。2.因此,为减小测量中的示值误差,在进行量程选择时应尽可能使示值接近满度值使示值接近满度值,一般示值不小于满度值的2/3。)n 故:三个测量值处的绝对误差分别为:x1=x2=x3=m=1.0uAn 三个测量值处的示值(标称)相对误差分别为:本讲稿第十五页,共四十七页例例1-3 要测量100的温度,现有0.5级、测量范围0300 和1.0级、测量范围0100 的两种温度计,试分析各自产生的示值误差。问选用哪一个温度计更合适?解:对0.5级温度计
8、,可能产生的最大绝对值误差为:按照误差整量化原则误差整量化原则,认为该量程内的绝对误差为:所以示值相对误差为:对1.0级温度计,可能产生的最大绝对值误差为:按照误差整量化原则误差整量化原则,认为该量程内的绝对误差为:所以示值相对误差为:结论:结论:用1.0级小量程的温度计测量所产生的示值相对误差反而比选用0.5级的较大量程的温度计测量所产生的示值相对误差小,因此选用1.0级小量程的温度计更合适。本讲稿第十六页,共四十七页1.2测量数据的估计和处理n1.2.1随机误差的统计处理n1.2.2系统误差的通用处理方法n1.2.3粗大误差n1.2.4测量数据处理中的几个问题本讲稿第十七页,共四十七页随机
9、误差的统计处理n正态分布n随机误差具有以下特征:绝对值相等的正误差与负误差出现的次数大致相等对称性。在一定测量条件下的有限测量值中,其随机误差的绝对值不会超过一定的界限有界性。绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多单峰性 对同一量值进行多次测量,其误差的算术平均值随着测量次数n的增加趋向于零抵偿性。(凡是具有抵偿性的误差原则上可以按随机误差来处理)这种误差的特征符合正态分布 本讲稿第十八页,共四十七页随机误差的统计处理n随机误差的数字特征n算术平均值。对被测量进行等精度的n次测量,,得n个测量值x1,x2,xn,,它们的算术平均值为:n标准偏差 简称标准差,又称均方根误差,刻划总
10、体的分散程度,可以描述测量数据和测量结果的精度。本讲稿第十九页,共四十七页随机误差的统计处理n用测量的均值代替真值:n有限次测量中,算术平均值不可能等于真值,即也有偏差,的均方根偏差:本讲稿第二十页,共四十七页正态分布随机误差的概率计算n几个概念:n置信概率:n置信系数:kn显著度:n测量结果可表示为(计算得到的真值和真值的均方根偏差):k0.674511.9622.5834Pa0.50.68270.950.95450.990.99730.99994几个典型的k值及其相应的概率本讲稿第二十一页,共四十七页正态分布随机误差的概率计算当k=1时,Pa=0.6827,即测量结果中随机误差出现在-+范
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