傳感器技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、整理課件1第第1章章 傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識本章學(xué)習(xí)目的要求本章學(xué)習(xí)目的要求: : 1. 1.了解傳感器的作用與工程應(yīng)用情況了解傳感器的作用與工程應(yīng)用情況 2. 2.了解傳感器的分類了解傳感器的分類 3.3.了解傳感器的最新發(fā)展動態(tài)了解傳感器的最新發(fā)展動態(tài)4. 4.掌握測量及誤差的概念掌握測量及誤差的概念5. 5.掌握基本測量電路的作用掌握基本測量電路的作用 整理課件21.1 1.1 傳感器基礎(chǔ)知識傳感器基礎(chǔ)知識1.1.1 1.1.1 概述概述 1.定義定義 傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的

2、機械電子裝置。如下圖所示息轉(zhuǎn)換成可用信號的機械電子裝置。如下圖所示:物理量物理量電量電量整理課件3 2.傳感器的組成傳感器的組成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下圖的溫度電阻。圖的溫度電阻。 dV整理課件43.3.傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測

3、物理量機械量機械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩整理課件5機械式機械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式，流體式等。光學(xué)式，流體式等。2)2)按工作原理分類按工作原理分類: :切削力測量應(yīng)變片切削力測量應(yīng)變片 動圈式磁電傳

4、感器動圈式磁電傳感器 整理課件6能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號變換特征按信號變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .整理課件74)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)

5、的變化來實現(xiàn)信號變換依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換. .如如: :水水銀溫度計銀溫度計. .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .整理課件85.傳感器的命名傳感器的命名 由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。 主題詞主題詞傳感器；傳感器；第一級修飾語第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定被測量，包括修飾被測量的定語；語；第二級修飾語第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式式”字；字；第三級修飾語第三級修飾語特征描述，指必須強

6、調(diào)的傳感特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以的性能特征，一般可后續(xù)以“型型”字；字；第四級修飾語第四級修飾語主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。靈敏度等）。 整理課件96.傳感器的代號傳感器的代號依次為主稱（傳感器）依次為主稱（傳感器） 被測量被測量轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理序序號號主稱主稱傳感器，代號傳感器，代號C；被測量被測量用一個或兩個漢語拼音的第一個大用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。見附錄表寫字母標(biāo)記。見附錄表2；轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理用一個或兩個漢語拼音的第一個

7、用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。見附錄表大寫字母標(biāo)記。見附錄表3；序號序號用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。例：應(yīng)變式位移傳感器：等。例：應(yīng)變式位移傳感器： C WY-YB-20；光纖壓力傳感器：光纖壓力傳感器：C Y-GQ-2。 整理課件101.1.2 傳感器的主要特性參數(shù)傳感器的主要特性參數(shù) 1.靈敏度靈敏度 靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸入變化和引起此變化的輸入量變化的比值。

8、它是輸入與輸出特性曲線的斜率，與輸出特性曲線的斜率，如右圖所示，可表示為：如右圖所示，可表示為：一般希望靈敏度一般希望靈敏度s在整個在整個測量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。測量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。這樣，可得均勻刻度的標(biāo)尺，這樣，可得均勻刻度的標(biāo)尺，使讀數(shù)方便，也便于分析和使讀數(shù)方便，也便于分析和處理測量結(jié)果。處理測量結(jié)果。 dxdys x0ydydx整理課件11 2. 分辨率分辨率 分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量最小變化值的能力。輸入量從某個任意值緩慢增最小變化值的能力。輸入量從某個任意值緩慢增加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時的輸加，直到可以測量到輸出的變

9、化為止，此時的輸入量就是分辨率。它可以用絕對值，也可以用量入量就是分辨率。它可以用絕對值，也可以用量程的百分?jǐn)?shù)來表示。它說明了檢測儀表響應(yīng)與分程的百分?jǐn)?shù)來表示。它說明了檢測儀表響應(yīng)與分辨輸入量微小變化的能力。靈敏度愈高，分辨率辨輸入量微小變化的能力。靈敏度愈高，分辨率愈好。一般模擬式儀表的分辨率規(guī)定為最小刻度愈好。一般模擬式儀表的分辨率規(guī)定為最小刻度分格值的一半。數(shù)字式儀表的分辨率是最后一位分格值的一半。數(shù)字式儀表的分辨率是最后一位的一個字。的一個字。 整理課件12 3. 線性度與非線性誤差線性度與非線性誤差 線性度是用實測的檢測系統(tǒng)輸入線性度是用實測的檢測系統(tǒng)輸入-輸出特性曲輸出特性曲線與擬

10、合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示的，如下圖所示。來表示的，如下圖所示。 線性度可用非線性線性度可用非線性誤差來表示，計算式為：誤差來表示，計算式為：%100FSmfYE 采取不同的方法選取擬合直線，可以得到不同的采取不同的方法選取擬合直線，可以得到不同的線性度。如使擬合直線通過實際特性曲線的起點和滿線性度。如使擬合直線通過實際特性曲線的起點和滿量程點，可以得到端基線性度。量程點，可以得到端基線性度。 整理課件13 4. 遲滯遲滯 遲滯特性表明檢測系統(tǒng)在正向和反向行程期間，遲滯特性表明檢測系統(tǒng)在正向和反向行程期間，輸入輸入輸出特性曲線不一致

11、的程度。也就是說，對輸出特性曲線不一致的程度。也就是說，對同樣大小的輸入量，檢測系統(tǒng)在正、反行程中，往同樣大小的輸入量，檢測系統(tǒng)在正、反行程中，往往對應(yīng)兩個大小不同的輸出量，如右下圖所示。通往對應(yīng)兩個大小不同的輸出量，如右下圖所示。通過實驗，找出輸出量的過實驗，找出輸出量的這種最大差值，并以滿量程這種最大差值，并以滿量程輸出輸出YFS的百分?jǐn)?shù)表示，的百分?jǐn)?shù)表示，如下式：如下式： %100FSmtYE整理課件14 5. 重復(fù)性重復(fù)性 重復(fù)性是指傳感器在檢測同一物理量時每次測量的重復(fù)性是指傳感器在檢測同一物理量時每次測量的不一致程度，也叫穩(wěn)定性。重復(fù)性的高低與許多隨機因不一致程度，也叫穩(wěn)定性。重復(fù)

12、性的高低與許多隨機因素有關(guān)，也與產(chǎn)生遲滯的原因相似，它可用實驗的方法素有關(guān)，也與產(chǎn)生遲滯的原因相似，它可用實驗的方法來測定。來測定。 1.1.3 傳感器的發(fā)展方向傳感器的發(fā)展方向 當(dāng)今，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動向，一是開展基當(dāng)今，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動向，一是開展基礎(chǔ)研究，重點研究傳感器的新材料和新工藝；二是實礎(chǔ)研究，重點研究傳感器的新材料和新工藝；二是實現(xiàn)傳感器的智能化。三是向集成化方向發(fā)展，傳感器現(xiàn)傳感器的智能化。三是向集成化方向發(fā)展，傳感器集成化的一個方向是具有同樣功能的傳感器集成化。集成化的一個方向是具有同樣功能的傳感器集成化。從而使對一個點的測量變成對一個平面和空間的測量。從而使對一個

13、點的測量變成對一個平面和空間的測量。例如。利用電荷耦合器件形成的固體圖像傳感器來進例如。利用電荷耦合器件形成的固體圖像傳感器來進行的文字和圖形識別行的文字和圖形識別 。整理課件15 1.用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)設(shè)計制作各種用途用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)設(shè)計制作各種用途的傳感器，這是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)工作。的傳感器，這是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)工作。 例如，利用某些材料的化學(xué)反應(yīng)制成的能識別氣體的例如，利用某些材料的化學(xué)反應(yīng)制成的能識別氣體的“電電子鼻子鼻”；利用超導(dǎo)技術(shù)研制成功的高溫超導(dǎo)磁傳感器等。；利用超導(dǎo)技術(shù)研制成功的高溫超導(dǎo)磁傳感器等。 2.傳感器向高精度、一體化、小型化的方向發(fā)

14、展。傳感器向高精度、一體化、小型化的方向發(fā)展。 工業(yè)自動化程度越高，對機械制造精度和裝配精度要求工業(yè)自動化程度越高，對機械制造精度和裝配精度要求就越高，相應(yīng)地測量程度要求也就越高。因此，當(dāng)今在傳感就越高，相應(yīng)地測量程度要求也就越高。因此，當(dāng)今在傳感器制造上很重視發(fā)展微機械加工技術(shù)。器制造上很重視發(fā)展微機械加工技術(shù)。整理課件16 3.發(fā)展智能型傳感器發(fā)展智能型傳感器 智能型傳感器是一種帶有微處理器并兼有智能型傳感器是一種帶有微處理器并兼有檢測和信息處理功能的傳感器。智能型傳感器檢測和信息處理功能的傳感器。智能型傳感器被稱為第四代傳感器，使傳感器具備感覺、辨被稱為第四代傳感器，使傳感器具備感覺、辨

15、別、判斷、自診斷等功能，是傳感器發(fā)展的主別、判斷、自診斷等功能，是傳感器發(fā)展的主要方向。要方向。整理課件171.2 檢測技術(shù)基礎(chǔ)檢測技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1 檢測技術(shù)的概念與作用檢測技術(shù)的概念與作用 檢測技術(shù)是人們?yōu)榱藢Ρ粶y對象所包含的信息進檢測技術(shù)是人們?yōu)榱藢Ρ粶y對象所包含的信息進行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。 檢測技術(shù)也是自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。檢測技術(shù)也是自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步。檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步。檢測技術(shù)幾乎滲透到人類的一切活動領(lǐng)域，發(fā)揮著

16、愈檢測技術(shù)幾乎滲透到人類的一切活動領(lǐng)域，發(fā)揮著愈來愈大的作用。來愈大的作用。 整理課件181.2.2 檢測系統(tǒng)的基本組成檢測系統(tǒng)的基本組成 一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)然其完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。檢測中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。檢測系統(tǒng)的組成框圖如下系統(tǒng)的組成框圖如下 ：被測量傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器整理課件19 1. 傳感器傳

17、感器 傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確定的。往往是由傳感器的性能確定的。 2. 測量電路測量電路 測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸出信號是微于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸出信號是微弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄弱的，就需要由測量電路

18、加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還能進行阻抗匹配、裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還能進行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ鳌Ｎ⒎?、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ鳌?整理課件20 3. 顯示記錄裝置顯示記錄裝置 顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。常用的主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。常用的有模擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示三種。有模擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示三種。 模擬式顯示是利用指針對標(biāo)尺的相對位置表示被測量的模擬式顯示是利用指針對標(biāo)尺的相對位置表

19、示被測量的大小。其特點是讀數(shù)方便、直觀，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，在大小。其特點是讀數(shù)方便、直觀，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，在檢測系統(tǒng)中一直被大量應(yīng)用；數(shù)字式顯示則直接以十進制數(shù)檢測系統(tǒng)中一直被大量應(yīng)用；數(shù)字式顯示則直接以十進制數(shù)字形式來顯示讀數(shù)，實際上是專用的數(shù)字電壓表，它可以附字形式來顯示讀數(shù)，實際上是專用的數(shù)字電壓表，它可以附加打印機，打印記錄測量數(shù)值；圖像顯示，將輸出信號送至加打印機，打印記錄測量數(shù)值；圖像顯示，將輸出信號送至記錄儀，從而描繪出被測量隨時間變化的曲線，作為檢測結(jié)記錄儀，從而描繪出被測量隨時間變化的曲線，作為檢測結(jié)果，供分析使用。果，供分析使用。整理課件211.2.3 檢測技術(shù)的發(fā)展

20、趨勢檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢 檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有以下兩個方面：檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有以下兩個方面： 第一，新原理、新材料和新工藝將產(chǎn)生更多品質(zhì)優(yōu)第一，新原理、新材料和新工藝將產(chǎn)生更多品質(zhì)優(yōu)良的新型傳感器。例如光纖傳感器、液晶傳感器、以高分良的新型傳感器。例如光纖傳感器、液晶傳感器、以高分子有機材料為敏感元件的壓敏傳感器、微生物傳感器等。子有機材料為敏感元件的壓敏傳感器、微生物傳感器等。 第二，檢測系統(tǒng)或檢測裝置目前正迅速地由模擬式、第二，檢測系統(tǒng)或檢測裝置目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。帶有微處理機的各種智能化儀數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。帶有微處理機的各種智能化儀表已經(jīng)出現(xiàn)，這類

21、儀表選用微處理機做控制單元，利用計表已經(jīng)出現(xiàn)，這類儀表選用微處理機做控制單元，利用計算機可編程的特點，使儀表內(nèi)的各個環(huán)節(jié)自動地協(xié)調(diào)工作，算機可編程的特點，使儀表內(nèi)的各個環(huán)節(jié)自動地協(xié)調(diào)工作，并且具有數(shù)據(jù)處理和故障診斷功能，成為一代嶄新儀表，并且具有數(shù)據(jù)處理和故障診斷功能，成為一代嶄新儀表，把檢測技術(shù)自動化推進到一個新水平。把檢測技術(shù)自動化推進到一個新水平。 整理課件221.3 測量誤差的概念及其處理方法測量誤差的概念及其處理方法1.3.1 測量及測量誤差測量及測量誤差 1. 測量定義測量定義 測量是指人們用實驗的方法，借助于一定的儀器或測量是指人們用實驗的方法，借助于一定的儀器或設(shè)備，將被測量與

22、同性質(zhì)的單位標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，并設(shè)備，將被測量與同性質(zhì)的單位標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，并確定被測量對標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，從而獲得關(guān)于被測量的確定被測量對標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，從而獲得關(guān)于被測量的定量信息。定量信息。 測量的結(jié)果包括數(shù)值大小和測量單位兩部分。數(shù)值測量的結(jié)果包括數(shù)值大小和測量單位兩部分。數(shù)值的大小可以用數(shù)字表示，也可以是曲線或者圖形。無的大小可以用數(shù)字表示，也可以是曲線或者圖形。無論表現(xiàn)形式如何，在測量結(jié)果中必須注明單位。測量論表現(xiàn)形式如何，在測量結(jié)果中必須注明單位。測量過程的核心是比較。過程的核心是比較。整理課件232. 測量方法測量方法 測量方法是實現(xiàn)測量過程所采用的具體方法，應(yīng)測量方法是實現(xiàn)測量過程所

23、采用的具體方法，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)的要求來選擇當(dāng)根據(jù)被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)的要求來選擇適當(dāng)?shù)臏y量方法。按照測量手續(xù)可以將測量方法分為適當(dāng)?shù)臏y量方法。按照測量手續(xù)可以將測量方法分為直接測量和間接測量；按照獲得測量值的方式可以分直接測量和間接測量；按照獲得測量值的方式可以分為偏差式測量、零位式測量和微差式測量；此外，根為偏差式測量、零位式測量和微差式測量；此外，根據(jù)傳感器是否與被測對象直接接觸，可區(qū)分為接觸式據(jù)傳感器是否與被測對象直接接觸，可區(qū)分為接觸式測量和非接觸式測量；而根據(jù)被測對象的變化特點又測量和非接觸式測量；而根據(jù)被測對象的變化特點又可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量等?？?/p>

24、分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量等。 整理課件24 （1）直接測量與間接測量）直接測量與間接測量 .直接測量直接測量 用事先分度或標(biāo)定好的測量儀表，用事先分度或標(biāo)定好的測量儀表，直接讀取被測量測量結(jié)果的方法稱為直接測量。直接直接讀取被測量測量結(jié)果的方法稱為直接測量。直接測量是工程技術(shù)中大量采用的方法，其優(yōu)點是直觀、測量是工程技術(shù)中大量采用的方法，其優(yōu)點是直觀、簡便、迅速，但不易達到很高的測量精度。簡便、迅速，但不易達到很高的測量精度。 .間接測量間接測量 首先，對和被測量有確定函數(shù)關(guān)系首先，對和被測量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個量進行測量，然后，再將測量值代入函數(shù)關(guān)系的幾個量進行測量，然后，再將測量值代入函數(shù)關(guān)

25、系式，經(jīng)過計算得到所需結(jié)果。這種測量方法，屬于間式，經(jīng)過計算得到所需結(jié)果。這種測量方法，屬于間接測量。測量結(jié)果接測量。測量結(jié)果y和直接測量值和直接測量值xi(i1，2，3)之之間的關(guān)系式為：間的關(guān)系式為：yf(x1x2x3) 。間接測量手續(xù)多，間接測量手續(xù)多，花費時間長，當(dāng)被測量不便于直接測量或沒有相應(yīng)直花費時間長，當(dāng)被測量不便于直接測量或沒有相應(yīng)直接測量的儀表時才采用。接測量的儀表時才采用。 整理課件25 （2）偏差式測量、零位式測量和微差式測量）偏差式測量、零位式測量和微差式測量 .偏差式測量偏差式測量 在測量過程中，利用測量儀表指針相對于刻度初始點在測量過程中，利用測量儀表指針相對于刻度

26、初始點的位移的位移(即偏差即偏差)來決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量。它以間接方來決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量。它以間接方式實現(xiàn)被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的比較。式實現(xiàn)被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的比較。 偏差式測量儀表在進行測量時，一般利用被測量產(chǎn)生的力或力矩，使偏差式測量儀表在進行測量時，一般利用被測量產(chǎn)生的力或力矩，使儀表的彈性元件變形，從而產(chǎn)生一個相反的作用，并一直增大到與被測量儀表的彈性元件變形，從而產(chǎn)生一個相反的作用，并一直增大到與被測量所產(chǎn)生的力或力矩相平衡時，彈性元件的變形就停止了，此變形即可通過所產(chǎn)生的力或力矩相平衡時，彈性元件的變形就停止了，此變形即可通過一定的機構(gòu)轉(zhuǎn)變成儀表指針相對標(biāo)尺

27、起點的位移，指針?biāo)甘镜臉?biāo)尺刻度一定的機構(gòu)轉(zhuǎn)變成儀表指針相對標(biāo)尺起點的位移，指針?biāo)甘镜臉?biāo)尺刻度值就表示了被測量的數(shù)值。偏差式測量簡單、迅速，但精度不高，這種測值就表示了被測量的數(shù)值。偏差式測量簡單、迅速，但精度不高，這種測量方法廣泛應(yīng)用于工程測量中。量方法廣泛應(yīng)用于工程測量中。 整理課件26 .零位式測量零位式測量 用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測量的作用，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測量的作用，并用指零式儀表態(tài)，從而判定被測量值等于已知標(biāo)準(zhǔn)量的方法稱并用指零式儀表態(tài)，從而判定被測量值等于已知標(biāo)準(zhǔn)量的方法稱作零位式測量。用天平測量物體的質(zhì)量就是零位式測量的一個簡作零位式測量。用天平測量物體的質(zhì)

28、量就是零位式測量的一個簡單例子。單例子。 .微差式測量微差式測量 這是綜合零位式測量和偏差式測量的優(yōu)點而這是綜合零位式測量和偏差式測量的優(yōu)點而提出的一種測量方法，基本思路是將被測量提出的一種測量方法，基本思路是將被測量x的大部分作用先與的大部分作用先與已知標(biāo)準(zhǔn)量已知標(biāo)準(zhǔn)量N的作用相抵消，剩余部分即兩者差值的作用相抵消，剩余部分即兩者差值xN，這，這個差值再用偏差法測量。微差式測量中，總是設(shè)法使差值個差值再用偏差法測量。微差式測量中，總是設(shè)法使差值很小，很小，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表。即使差值的測量精度不高，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表。即使差值的測量精度不高，但最終結(jié)果仍可達到較高的精

29、度。但最終結(jié)果仍可達到較高的精度。 整理課件27 1.3 測量誤差測量誤差 在檢測過程中，被測對象、檢測系統(tǒng)、檢測方法和檢測人在檢測過程中，被測對象、檢測系統(tǒng)、檢測方法和檢測人員都會受到各種變動因素的影響。而且，對被測量的轉(zhuǎn)換，有員都會受到各種變動因素的影響。而且，對被測量的轉(zhuǎn)換，有時也會改變被測對象原有的狀態(tài)。這就造成了檢測結(jié)果和被測時也會改變被測對象原有的狀態(tài)。這就造成了檢測結(jié)果和被測量的客觀真值之間存在一定的差別。這個差值稱為測量誤差。量的客觀真值之間存在一定的差別。這個差值稱為測量誤差。測量誤差的主要來源可以概括為工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤測量誤差的主要來源可以概括為工具誤差、環(huán)境誤差

30、、方法誤差和人員誤差等。差和人員誤差等。 在分析測量誤差時，人們采用的被測量真值是指在確定的在分析測量誤差時，人們采用的被測量真值是指在確定的時間、地點和狀態(tài)下，被測量所表現(xiàn)出來的實際大小。一般來時間、地點和狀態(tài)下，被測量所表現(xiàn)出來的實際大小。一般來說，真值是未知的，所以誤差也是未知的。但有些值可以作為說，真值是未知的，所以誤差也是未知的。但有些值可以作為真值來使用。例如理論真值，它是理論設(shè)計和理論公式的表達真值來使用。例如理論真值，它是理論設(shè)計和理論公式的表達值。還有計量學(xué)約定真值，它是由國際計量學(xué)大會確定的長度、值。還有計量學(xué)約定真值，它是由國際計量學(xué)大會確定的長度、質(zhì)量、時間等基本單位。

31、質(zhì)量、時間等基本單位。整理課件28 （1）絕對誤差與相對誤差）絕對誤差與相對誤差 .絕對誤差絕對誤差 絕對誤差是儀表的指示值絕對誤差是儀表的指示值x與被測與被測量的真值量的真值x0之間的差值，記做之間的差值，記做 絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。引入絕對誤差后，被測量真值可以表示為引入絕對誤差后，被測量真值可以表示為 含有誤差的指示值加上修正值之后，可以消除誤含有誤差的指示值加上修正值之后，可以消除誤差的影響，在計量工作中，通常采用加修正值的方法差的影響，在計量工作中，通常采用加修正值的方法來保證測量值的準(zhǔn)確可靠，儀表送上級計量部門檢定，

32、來保證測量值的準(zhǔn)確可靠，儀表送上級計量部門檢定，其主要目的就是獲得一個準(zhǔn)確的修正值。其主要目的就是獲得一個準(zhǔn)確的修正值。 0 xx cxxx0整理課件29 絕對誤差愈小，說明指示值愈接近真值戶測量精絕對誤差愈小，說明指示值愈接近真值戶測量精度愈高。但這一結(jié)論只適用于被測量值相同的情況，度愈高。但這一結(jié)論只適用于被測量值相同的情況，而不能說明不同值的測量精度。例如，某測量長度：而不能說明不同值的測量精度。例如，某測量長度：的儀器；測量的儀器；測量10 mm的長度，絕對誤差為的長度，絕對誤差為0.001 mm。另一儀器測量另一儀器測量200 mm長度，誤差為長度，誤差為0.01 mm；這就；這就很

33、難按絕對誤差的大小來判斷測量精度高低了，這是很難按絕對誤差的大小來判斷測量精度高低了，這是因為后者的絕對誤差雖然比前者大，但它相對于被測因為后者的絕對誤差雖然比前者大，但它相對于被測量的值卻顯得較小。為此，引入相對誤差的概念。量的值卻顯得較小。為此，引入相對誤差的概念。 整理課件30 .相對誤差相對誤差 相對誤差是儀表指示值的絕對誤差相對誤差是儀表指示值的絕對誤差與被測量真與被測量真值值x0的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，即的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，即 相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。在上面的例子中度。在上面的例子中顯然，后一種長度測量儀表更精確。

34、顯然，后一種長度測量儀表更精確。 %100%100000 xxxxr%01. 0%10010001. 01r%005. 0%10020001. 02r整理課件31 在實際測量中，由于被測量真值是未知的，而指在實際測量中，由于被測量真值是未知的，而指示值又很接近真值。因此，可以用指示值示值又很接近真值。因此，可以用指示值x代替真值代替真值x0來計算相對誤差。來計算相對誤差。 使用相對誤差采評定測量精度，也有局限性。使用相對誤差采評定測量精度，也有局限性。它只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但不適用于衡它只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但不適用于衡量測量儀表本身的質(zhì)量。因為同一臺儀表在整個測量量測量

35、儀表本身的質(zhì)量。因為同一臺儀表在整個測量范圍內(nèi)的相對誤差不是定值。隨著被測量的減小相對范圍內(nèi)的相對誤差不是定值。隨著被測量的減小相對誤差變大。為了更合理地評價儀表質(zhì)量；采用了引用誤差變大。為了更合理地評價儀表質(zhì)量；采用了引用誤差的概念。誤差的概念。 整理課件32 引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示。引用誤差通常以百分?jǐn)?shù)表示。引用誤差 如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕對誤差最大值對誤差最大值m代替代替，則可得到最大引用誤差，則可得到最大引用誤差r0m。 %1000Lr%1000Lrmm對一臺確定

36、的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用對一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用誤差就是一個定值。誤差就是一個定值。 整理課件33 測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允許值作為劃分精度等級的尺度。工業(yè)儀表常見的精許值作為劃分精度等級的尺度。工業(yè)儀表常見的精度等級有度等級有0.1級，級，0.2級，級，0.5級，級，1.0級，級，1.5級，級，2.0級，級，2.5級，級， 5.0級。精度密度和精確度等級為級。精度密度和精確度等級為1.0的的儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過1.0，也就是說，在整個量程內(nèi)它的絕對誤差最大值不會也

37、就是說，在整個量程內(nèi)它的絕對誤差最大值不會超過其量程的超過其量程的1。 在具體測量某個量值時，相對誤差可以根據(jù)精在具體測量某個量值時，相對誤差可以根據(jù)精度等級所確定的最大絕對誤差和儀表指示值進行計度等級所確定的最大絕對誤差和儀表指示值進行計算。算。整理課件34 （2）系統(tǒng)誤差與隨機誤差）系統(tǒng)誤差與隨機誤差 .系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變，或按照一定的規(guī)律變化，這種誤差差的大小和符號保持不變，或按照一定的規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。檢測裝置本身性能不完善、測量方法不完善、稱為系統(tǒng)誤差。檢測裝置本身性能

38、不完善、測量方法不完善、測量者對儀器使用不當(dāng)、環(huán)境條件的變化等原因都可能產(chǎn)生系測量者對儀器使用不當(dāng)、環(huán)境條件的變化等原因都可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。例如，某儀表刻度盤分度不準(zhǔn)確，就會造成讀數(shù)偏大統(tǒng)誤差。例如，某儀表刻度盤分度不準(zhǔn)確，就會造成讀數(shù)偏大或偏小，從前產(chǎn)生恒值系統(tǒng)誤差。溫度、氣壓等環(huán)境條件的變或偏小，從前產(chǎn)生恒值系統(tǒng)誤差。溫度、氣壓等環(huán)境條件的變化和儀表電池電壓隨使用時間的增長而逐漸下降，則可能產(chǎn)生化和儀表電池電壓隨使用時間的增長而逐漸下降，則可能產(chǎn)生變值系統(tǒng)誤差。變值系統(tǒng)誤差。 .隨機誤差隨機誤差 在相同條件下，多次測量同一量時，其誤差在相同條件下，多次測量同一量時，其誤差的大小和符號以不可

39、預(yù)見的方式變化，這種誤差稱為隨機誤差。的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化，這種誤差稱為隨機誤差。隨機誤差是測量過程中，許多獨立的、微小的，偶然的因素引隨機誤差是測量過程中，許多獨立的、微小的，偶然的因素引起的綜合結(jié)果。起的綜合結(jié)果。 整理課件35 精確度是測量的正確度和精密度的綜合反映。精精確度是測量的正確度和精密度的綜合反映。精確度高意味羞系統(tǒng)誤差和隨機誤差都很小。精確度有確度高意味羞系統(tǒng)誤差和隨機誤差都很小。精確度有時簡稱為精度。下圖形象地說明了系統(tǒng)誤差、隨機誤時簡稱為精度。下圖形象地說明了系統(tǒng)誤差、隨機誤差對測量結(jié)果的影響，也說明了正確度、精密度和精差對測量結(jié)果的影響，也說明了正確度、精密

40、度和精確度的含意。確度的含意。 a)b)c)整理課件36 （3）粗大誤差）粗大誤差 明顯歪曲測量結(jié)果的誤差稱作粗大誤差，又稱過失明顯歪曲測量結(jié)果的誤差稱作粗大誤差，又稱過失誤差，粗大誤差主要是人為因素造成的。例如，測量人誤差，粗大誤差主要是人為因素造成的。例如，測量人員工作時疏忽大意，出現(xiàn)了讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、計算員工作時疏忽大意，出現(xiàn)了讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、計算錯誤或操作不當(dāng)?shù)?。另外，測量方法不恰當(dāng)，測量條件錯誤或操作不當(dāng)?shù)取Ａ硗?，測量方法不恰當(dāng)，測量條件意外的突然變化，也可能造成粗大誤差。意外的突然變化，也可能造成粗大誤差。 含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值。壞值應(yīng)含有粗大誤差的測量值稱

41、為壞值或異常值。壞值應(yīng)從測量結(jié)果中剔除。從測量結(jié)果中剔除。 在實際測量工作中，由于粗大誤差的誤差數(shù)值特別在實際測量工作中，由于粗大誤差的誤差數(shù)值特別大，容易從測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有粗大誤差，可大，容易從測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有粗大誤差，可以認(rèn)為該次測量無效，測量數(shù)據(jù)應(yīng)剔除，從而消除它對以認(rèn)為該次測量無效，測量數(shù)據(jù)應(yīng)剔除，從而消除它對測量結(jié)果的影響。測量結(jié)果的影響。 整理課件371.3.2 隨機誤差的處理方法隨機誤差的處理方法 1. 概率、概率密度與正態(tài)分布概率、概率密度與正態(tài)分布 自然界中，某一事件或現(xiàn)象出現(xiàn)的客觀可能性大自然界中，某一事件或現(xiàn)象出現(xiàn)的客觀可能性大小，通常用概率來表示。小

42、，通常用概率來表示。 客觀的必然現(xiàn)象稱為必然事件。例如，平面三角客觀的必然現(xiàn)象稱為必然事件。例如，平面三角形內(nèi)角和為形內(nèi)角和為180，就是一個必然事件。必然事件的，就是一個必然事件。必然事件的概率為概率為1。 違反客觀實際的不可能出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為不可能事違反客觀實際的不可能出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為不可能事件，不可能事件的概率為零。件，不可能事件的概率為零。 客觀上可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，而且不能預(yù)測客觀上可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，而且不能預(yù)測的現(xiàn)象稱為隨機事件或隨機現(xiàn)象。它具有一定的概率，的現(xiàn)象稱為隨機事件或隨機現(xiàn)象。它具有一定的概率，且概率在且概率在0和和1之間。例如拋擲硬幣，出現(xiàn)正面朝上或之間。例如拋擲

43、硬幣，出現(xiàn)正面朝上或反面朝上的現(xiàn)象，即為一隨機事件。當(dāng)拋擲次數(shù)無限反面朝上的現(xiàn)象，即為一隨機事件。當(dāng)拋擲次數(shù)無限加多時，它們的概率接近加多時，它們的概率接近0.5。 整理課件38 2. 隨機誤差的特點隨機誤差的特點 （1）對稱性）對稱性 隨機誤差可正可負，但絕對值相等的正、負隨機誤差可正可負，但絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會相等。也就是說誤差出現(xiàn)的機會相等。也就是說f()- 曲線對稱于縱軸。曲線對稱于縱軸。 （2）有界性）有界性 在一定測量條件下，隨機誤差的絕對值不會在一定測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的范圍，即絕對值很大的隨機誤差幾乎不出現(xiàn)。超過一定的范圍，即絕對值很大的隨機誤差

44、幾乎不出現(xiàn)。 （3）抵償性）抵償性 在相同條件下，當(dāng)測量次數(shù)在相同條件下，當(dāng)測量次數(shù)n時，全體隨時，全體隨機誤差的代數(shù)和等于零，即機誤差的代數(shù)和等于零，即 。 （4）單峰性）單峰性 絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差出現(xiàn)的機會多，即前者比后者的概率密度大，在出現(xiàn)的機會多，即前者比后者的概率密度大，在=0處隨處隨機誤差概率密度有最大值。機誤差概率密度有最大值。 0lim1niin整理課件39 3. 算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差 可以用解析的方法推導(dǎo)出隨機誤差正態(tài)分布可以用解析的方法推導(dǎo)出隨機誤差正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)表達式，即正態(tài)概率密度分布函數(shù)

45、。曲線的數(shù)學(xué)表達式，即正態(tài)概率密度分布函數(shù)。 上式稱為高斯誤差方程。式中上式稱為高斯誤差方程。式中是方均根誤差，是方均根誤差，或稱標(biāo)準(zhǔn)誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差或稱標(biāo)準(zhǔn)誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差可由下式求得可由下式求得)2exp(21)(22fniniinxxn121201lim)(1lim整理課件40標(biāo)準(zhǔn)誤差的估計值標(biāo)準(zhǔn)誤差的估計值 可由下式計算（貝塞爾公式可由下式計算（貝塞爾公式 ） niiniivnxxn121211)(11在一般情況下，我們對在一般情況下，我們對 和和 并不加以嚴(yán)格區(qū)分，并不加以嚴(yán)格區(qū)分，統(tǒng)稱為標(biāo)準(zhǔn)誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差在評價正態(tài)分布的隨機統(tǒng)稱為標(biāo)準(zhǔn)誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差在評價正態(tài)分布的隨機誤差時具有特殊的意

46、義。誤差時具有特殊的意義。 整理課件41 理論計算表明：理論計算表明： 介于介于(-，+)之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為 介于介于(-2，+)之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為 隨機誤差出現(xiàn)在此區(qū)間之外的概率為隨機誤差出現(xiàn)在此區(qū)間之外的概率為1-0.95450.04554.55。介于介于(-3，+3)之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為之間的隨機誤差出現(xiàn)的概率為 出現(xiàn)在此區(qū)間之外的概率為出現(xiàn)在此區(qū)間之外的概率為l-0.997 30.002 70.3。 6827. 0)(df9545. 0)(22df9973. 0)(33df整理課件42 4. 測量結(jié)果的置信度及其

47、正確表示測量結(jié)果的置信度及其正確表示 在消除系統(tǒng)誤差的前提下，通過一系列等精度測量，用測得的在消除系統(tǒng)誤差的前提下，通過一系列等精度測量，用測得的數(shù)據(jù)求得標(biāo)準(zhǔn)誤差的估計值后，即可根據(jù)給出的概率密度分布函數(shù)據(jù)求得標(biāo)準(zhǔn)誤差的估計值后，即可根據(jù)給出的概率密度分布函數(shù)，通過積分運算，求出隨機誤差落在指定區(qū)間數(shù)，通過積分運算，求出隨機誤差落在指定區(qū)間-a, +a內(nèi)的概率內(nèi)的概率值，從而預(yù)計測量值出現(xiàn)在值，從而預(yù)計測量值出現(xiàn)在x0-a, x0+a區(qū)間內(nèi)的概率；當(dāng)隨機誤區(qū)間內(nèi)的概率；當(dāng)隨機誤差差 出現(xiàn)在某一指定區(qū)間內(nèi)概率足夠大時，該測量誤差的估計值就出現(xiàn)在某一指定區(qū)間內(nèi)概率足夠大時，該測量誤差的估計值就具有

48、較大的可信度。此時，測具有較大的可信度。此時，測 量值落在量值落在x0-a, x0+a區(qū)間內(nèi)的可信區(qū)間內(nèi)的可信度也較大。上述度也較大。上述-a, +a區(qū)間就叫置信區(qū)間。相應(yīng)的概率值叫做置區(qū)間就叫置信區(qū)間。相應(yīng)的概率值叫做置信概率。置信區(qū)間和置信概率結(jié)合起來表明測量的置信度。信概率。置信區(qū)間和置信概率結(jié)合起來表明測量的置信度。 為正確表示測量結(jié)果，通常使置信區(qū)間取標(biāo)準(zhǔn)誤差的整數(shù)倍，為正確表示測量結(jié)果，通常使置信區(qū)間取標(biāo)準(zhǔn)誤差的整數(shù)倍，此倍數(shù)稱為置信系數(shù)。適當(dāng)確定置信系數(shù)，測量結(jié)果就可以有較此倍數(shù)稱為置信系數(shù)。適當(dāng)確定置信系數(shù)，測量結(jié)果就可以有較高的置信概率。高的置信概率。 整理課件43例如，測量

49、電壓時的測量列為：例如，測量電壓時的測量列為：12.123；12.234；12.235；12.133；12.142；12.233；12.222；12.236；12.152； 12.255；12.253；12.246。則其算術(shù)平均值是：。則其算術(shù)平均值是：2143.1212)246.12253.12255.12152.1212)236.12222.12233.12142.1212)133.12235.12234.12123.1211niixnx整理課件44它的實驗標(biāo)準(zhǔn)差是（由于標(biāo)準(zhǔn)差沒法直接計算，實際操作中都用實驗標(biāo)它的實驗標(biāo)準(zhǔn)差是（由于標(biāo)準(zhǔn)差沒法直接計算，實際操作中都用實驗標(biāo)準(zhǔn)差來代替準(zhǔn)差來代

50、替，即用算術(shù)平均值代替真值）：，即用算術(shù)平均值代替真值）： 42222222222222222222222122108289.25)0317.00407.00623.00813.00217.00077.00723.00187.00207.00197.00913.0(111)2143.12246.12()2143.12255.12(111)2143.12152.12()2143.12133.12()2143.12236.12(111)2143.12222.12()2143.12233.12()2143.12235.12(111)2143.12142.12()2143.12234.12()2143

51、.12123.12(111)(11)(nkkkxxnxs整理課件45最后得實驗標(biāo)準(zhǔn)差為：最后得實驗標(biāo)準(zhǔn)差為： 0508. 0108289.25)(4kxs若若K取取2，則測量列的，則測量列的隨機誤差為土隨機誤差為土2s(xk)= 土土0.1016 (V)。 整理課件461.3.4 系統(tǒng)誤差的消除方法系統(tǒng)誤差的消除方法 對于系統(tǒng)誤差，盡管它的取值固定或按一定規(guī)律對于系統(tǒng)誤差，盡管它的取值固定或按一定規(guī)律變化，但往往不易從測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)它的存在和認(rèn)識變化，但往往不易從測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)它的存在和認(rèn)識它的規(guī)律，也不可能象對待隨機誤差那樣，用統(tǒng)計分它的規(guī)律，也不可能象對待隨機誤差那樣，用統(tǒng)計分析的方法確定

52、它的存在和影響，而只能針對具體情況析的方法確定它的存在和影響，而只能針對具體情況采取不同的處理措施，對此沒有普遍適用的處理方法。采取不同的處理措施，對此沒有普遍適用的處理方法?？傊?，系統(tǒng)誤差雖然是有規(guī)律的，但實際處理起來往總之，系統(tǒng)誤差雖然是有規(guī)律的，但實際處理起來往往比無規(guī)則的隨機誤差困難得多。對系統(tǒng)誤差的處理往比無規(guī)則的隨機誤差困難得多。對系統(tǒng)誤差的處理是否得當(dāng)，很大程度上取決于測量者的知識水平、工是否得當(dāng)，很大程度上取決于測量者的知識水平、工作經(jīng)驗和實驗技巧。作經(jīng)驗和實驗技巧。 整理課件47 1. 交換法交換法 在測量中，將引起系統(tǒng)誤差的某些條件在測量中，將引起系統(tǒng)誤差的某些條件(如被如

53、被測量的位置等測量的位置等)相互交換，而保持其它條件不變，相互交換，而保持其它條件不變，使產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果起相反的作用，使產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。例如，以等臂天平稱量時，由從而抵消系統(tǒng)誤差。例如，以等臂天平稱量時，由于天平左右兩臂長的微小差別，會引起稱量的恒值于天平左右兩臂長的微小差別，會引起稱量的恒值系統(tǒng)誤差。如果被稱物與砝碼在天平左右稱盤上交系統(tǒng)誤差。如果被稱物與砝碼在天平左右稱盤上交換，稱量兩次，取兩次測量平均值作為被稱物的質(zhì)換，稱量兩次，取兩次測量平均值作為被稱物的質(zhì)量，這時測量結(jié)果中就含有因天平不等臂引起的系量，這時測量結(jié)果中就含有因天

54、平不等臂引起的系統(tǒng)誤差。統(tǒng)誤差。 整理課件48 2. 抵消法抵消法 改變測量中的某些條件改變測量中的某些條件(如測量方向如測量方向)，使前后，使前后兩次測量結(jié)果的誤差符號相反，取其平均值以消除兩次測量結(jié)果的誤差符號相反，取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差。 例如，千分卡有空行程，即螺旋旋轉(zhuǎn)時，刻度例如，千分卡有空行程，即螺旋旋轉(zhuǎn)時，刻度變化，量桿不動，在檢定部位產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為此，變化，量桿不動，在檢定部位產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為此，可從正反兩個旋轉(zhuǎn)方向?qū)€，順時針對準(zhǔn)標(biāo)志線讀可從正反兩個旋轉(zhuǎn)方向?qū)€，順時針對準(zhǔn)標(biāo)志線讀數(shù)為數(shù)為d，不含系統(tǒng)誤差時值為，不含系統(tǒng)誤差時值為a，空行程引起系統(tǒng)誤，空行程引起

55、系統(tǒng)誤差差，則有，則有d=a+；第二次逆時針旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)標(biāo)志線、；第二次逆時針旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)標(biāo)志線、讀數(shù)讀數(shù)d，則有，則有d= a-，于是正確值，于是正確值a=(d+ d)/2，正，正確值確值a中不再含有系統(tǒng)誤差。中不再含有系統(tǒng)誤差。 整理課件49 3. 代替法代替法 這種方法是在測量條件不變的情況下，用已知量這種方法是在測量條件不變的情況下，用已知量替換被測量，達到消除系統(tǒng)誤差的目的。仍以天平為替換被測量，達到消除系統(tǒng)誤差的目的。仍以天平為例，先使平衡物例，先使平衡物T與被測物與被測物X相平衡，則相平衡，則X=(L2/L1)T；然后取下被測物然后取下被測物X，用砝碼，用砝碼P與與T達到平衡，得到達到平

56、衡，得到P=(L2/L1)T，取砝碼數(shù)值作為測量結(jié)果。由此得到的，取砝碼數(shù)值作為測量結(jié)果。由此得到的測量結(jié)果中，同樣不存在因測量結(jié)果中，同樣不存在因L1、L2不等而帶來的系統(tǒng)不等而帶來的系統(tǒng)誤差。誤差。 整理課件50 4. 對稱測量法對稱測量法 這種方法用于消除線性變化的系統(tǒng)誤差。下面我們這種方法用于消除線性變化的系統(tǒng)誤差。下面我們通過利用電位差計和標(biāo)準(zhǔn)電阻通過利用電位差計和標(biāo)準(zhǔn)電阻RN，精確測量未知電阻，精確測量未知電阻Rx的例子來說明對稱測量法的原理和測量過程，如下圖。的例子來說明對稱測量法的原理和測量過程，如下圖。 UxUNRxRNIS+ E -RPItt1t2t3ii-i-2整理課件5

57、1如果回路電流如果回路電流I恒定不變，只要測出恒定不變，只要測出RN和和Rx上的電上的電壓壓UN和和Ux，即可得到，即可得到Rx值值 Rx=(Ux/UN) RN。但由于但由于UN和和Ux的值不是在同一時刻測得的；由于的值不是在同一時刻測得的；由于電流電流I在測量過程中的緩慢下降而引入了線性系統(tǒng)在測量過程中的緩慢下降而引入了線性系統(tǒng)誤差。在這里我們把電流的變化看做是均勻地減誤差。在這里我們把電流的變化看做是均勻地減小，與時間小，與時間t 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 在在t 1、t 2和和t 3三個等間隔的時刻，按照三個等間隔的時刻，按照Ux、UN、Ux的順序測量。時間間隔為的順序測量。時間間隔為t

58、 2- t 1= t 3- t 2=t，相應(yīng)的電流變化量為，相應(yīng)的電流變化量為。 整理課件52xxNNxxRIURRIURIRUR)2( t)( t t332211上的電壓時刻在上的電壓時刻在上的電壓時刻在解此方程組可得解此方程組可得: NxRUUUR)2(231 這樣按照等距測量法得到的這樣按照等距測量法得到的Rx值，已不受測值，已不受測量過程中電流變化的影響，消除了因此而產(chǎn)生的量過程中電流變化的影響，消除了因此而產(chǎn)生的線性系統(tǒng)誤差。線性系統(tǒng)誤差。 整理課件53 5. 補償法補償法 在測量過程中，由于某個條件的變化或儀器在測量過程中，由于某個條件的變化或儀器某個環(huán)節(jié)的非線性特性都可能引入變值

59、系統(tǒng)誤差。某個環(huán)節(jié)的非線性特性都可能引入變值系統(tǒng)誤差。此時，可在測量系統(tǒng)中采取補償措施，自動消除系此時，可在測量系統(tǒng)中采取補償措施，自動消除系統(tǒng)誤差。統(tǒng)誤差。 例如，熱電偶測溫時，冷端溫度的變化會引起例如，熱電偶測溫時，冷端溫度的變化會引起變值系統(tǒng)誤差。在測量系統(tǒng)中采用補償電橋，就可變值系統(tǒng)誤差。在測量系統(tǒng)中采用補償電橋，就可以起到自動補償作用。以起到自動補償作用。 整理課件541.4 電橋電路在測量中的應(yīng)用電橋電路在測量中的應(yīng)用 被測量是非常微弱的，必須用專門的電路，最被測量是非常微弱的，必須用專門的電路，最常用的電路就是各種電橋電路。常用的電路就是各種電橋電路。1.4.1 直流測量電橋分析

60、直流測量電橋分析 如圖所示為最常用的電阻如圖所示為最常用的電阻電橋，有四個電阻組成橋臂，電橋，有四個電阻組成橋臂，一個對角接電源，一個對角接電源，另一個作為輸出。另一個作為輸出。 整理課件55 1. 橋路形式橋路形式 如圖所示，電橋各臂的電阻分別為如圖所示，電橋各臂的電阻分別為R1、 R2、R3、R4。U為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當(dāng)時，稱為等臂電橋；當(dāng)R1=R2=R，R3=R4=R(RR)時，稱為輸出對稱電橋；時，稱為輸出對稱電橋；當(dāng)當(dāng)R1=R4=R，R2=R3 =R(RR)時，時，稱為電源對稱電橋。稱為電源對稱