測試精度分析part1

1、測試精度分析,Tel：84896264 E_mail：,主講：朱永凱,誤差理論與數(shù)據(jù)分析,介紹誤差的定義、來源、分類、測量精度,本課程核心與思路,第二部分 數(shù)據(jù)處理的一般方法,算術(shù)平均法、最小二乘法、一元線性回歸.,第一部分 測量誤差的基本理論,課程內(nèi)容簡介,第一章 測量及測量誤差。介紹測量的基本概念、技術(shù)方法及系統(tǒng)組成（增加內(nèi)容），測量精度與誤差的關(guān)系等。 第二章 隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)、處理方法以及表示等內(nèi)容。 第三章 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)、判別及處理方法等內(nèi)容。 第四章 粗大誤差產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)、判別及處理方法等內(nèi)容。 第六章 不等精度測量的基本概念及數(shù)據(jù)處理方法介紹。 第五章 各

2、種誤差的合成 第八章 組合測量及其數(shù)據(jù)處理（最小二乘法） 第九章 試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)）的建模一元線性回歸 第十章 試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)）的建模多項(xiàng)式回歸分析 第十一章 應(yīng)用誤差分析、分配及測量方案設(shè)計(jì)等,質(zhì)量控制與可靠性理論,無損檢測,發(fā)展趨勢：用無損評價(jià)代替無損探傷或無損檢測，即在無損檢測的基礎(chǔ)上對材料的屬性、狀態(tài)、可靠性、安全性、壽命等進(jìn)行綜合分析、失效分析、預(yù)測和評價(jià),必然用到可靠性工程中的分析技術(shù)如可靠性設(shè)計(jì)、可靠性數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)品壽命分析、失效分析等,要科學(xué)地給出無損檢測結(jié)果，必須了解不確定度評定的理論、方法，對檢測進(jìn)行不確定度評定,本課特點(diǎn)： 專業(yè)基礎(chǔ)課程；內(nèi)容即“死”（定義、法規(guī)性內(nèi)容過多）

3、又無 “定論” （誤差數(shù)據(jù)基于統(tǒng)計(jì)論的處理方法）。 本課學(xué)習(xí)方法：掌握理解基本概念（關(guān)鍵）；以課本為主；認(rèn)真完成作業(yè)。 本課成績評定：課堂提問；課后作業(yè)； 考試成績,本課特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法,第一章 測量與測量誤差,主要內(nèi)容:掌握測量及測量誤差的有關(guān)基本概念，了解 各種誤差的性質(zhì)來源。 主要包括： 測量的分類 誤差的表示方法 誤差的分類 測量精度指標(biāo) 測量結(jié)果的表達(dá) 難點(diǎn)：根據(jù)量程和準(zhǔn)確度等級選擇電工儀表,1.1 測量的基本概念,1.1.1 測量的意義 日常生活中處處離不開測量 科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量， 離開測量就不會(huì)有真正的科學(xué)。,沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒

4、有航海事業(yè),1.1.1 測量的意義（續(xù)）,生產(chǎn)發(fā)展離不開測量 農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長度、 面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原 始的時(shí)間測量器具，并有了天文測量。 現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開測量 例如，一個(gè)大型鋼鐵廠需要約2萬個(gè)測量點(diǎn) 在高新技術(shù)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開測量 例如，每種新設(shè)計(jì)的飛機(jī)，需要測試飛機(jī)高速飛行中受 氣流沖擊作用下的性能，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測定機(jī)身、機(jī)翼 的受力和振動(dòng)分布情況，以驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。,1.1.2 測量的定義,1.狹義測量的定義 測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。 在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象

5、直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果。,測量結(jié)果測量數(shù)值測量單位，即：,1.1.2 測量的基本概念（續(xù)）,測量的內(nèi)涵 測量對象：被測客體中的相應(yīng)的量值信息； 測量目的：從被測對象取得一個(gè)定量的認(rèn)識； 測量過程: 通過實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識對象的過程 測量方法：比較； A.直接比較 B.間接比較；C.需要測量儀器； 測量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。 測量結(jié)果：最終能表示給測量主體（人）,1.1.2 測量的定義（續(xù)）,被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量,被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)椋瑥椈沙佣缺P上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。,1.1.2 測量的定義（續(xù)）,2.廣義測量的定義

6、廣義地講，測量不僅對被測的物理量進(jìn)行定量的測量，而且還包括對更廣泛的被測對象進(jìn)行定性、定位的測量。 例如故障診斷、無損探傷、遙感遙測、礦藏勘探、地震源測定、衛(wèi)星定位等。 而測量結(jié)果也不僅僅是由量值和單位來表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來顯示被測對象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 廣義測量原理可以從信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識別兩個(gè)環(huán)節(jié)。,1.1.3 測量的基本要素,1.測量的基本要素 被測對象、測量儀器、測量技術(shù)、測量人員和測量環(huán)境,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,2.測量過程基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系 論證階段 測量的主體（測

7、量人員）根據(jù)測試任務(wù)的要求、被測對象的特點(diǎn)、屬性，及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的測試方案。 設(shè)計(jì)階段 * 選擇測試儀器，組建測試系統(tǒng)。 * 制定出測試策略（測量算法）和操作步驟（測試程序） 實(shí)施階段 * 對儀器和系統(tǒng)實(shí)施測試操作（發(fā)控制命令），按照邏輯和時(shí)序完成測量過程，取得測量數(shù)據(jù); * 分析測量誤差并顯示測量出結(jié)果。,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,3.被測對象信息 廣義的測量是信息的獲取，信息反映了事物的運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式。信息又可分為自然信息和社會(huì)信息兩大類。 4.測量儀器系統(tǒng)量具和儀器 測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等 5.測量

8、的主體測量人員 手動(dòng)：由測量主體（測量人員）直接參與完成 自動(dòng)：測量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計(jì)好。,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,6.測試技術(shù) 測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測試 技術(shù)。 7.測量環(huán)境 測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。 測量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,環(huán)境對測量的影響 A. 環(huán)境對被測對象的影響：某些被測對象客體

9、（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特性對環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測量應(yīng)在被測對象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行。 B. 環(huán)境對儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個(gè)工作特性，進(jìn)而影響測量結(jié)果，造成測量誤差。特別是某些測量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對外界影響相當(dāng)敏感，錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測量的嚴(yán)重問題。 C. 環(huán)境對測量人員的影響：高溫、嚴(yán)寒、潮濕、悶氣、嘈雜、照明不適當(dāng)?shù)炔涣脊ぷ鳝h(huán)境，會(huì)對測量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò)。,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，盡量減少由于環(huán)

10、境影響而產(chǎn)生的誤差。 恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。 抗干擾、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。 儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。,1.1.3 測量的基本要素（續(xù)）,儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組： I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10+35oC，相對濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動(dòng)。 II組：一般的環(huán)境條件，溫度10+40oC，相對濕度80%（在40oC上），允許一般的振動(dòng)和沖擊。 III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度40+55oC，相對濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng)。 I組高精度計(jì)量用儀器 II組通用儀器 III組野外、機(jī)載等儀

11、器,1.1.4 測量的分類 1按測量精度分 工程測量 精密測量,2按測量結(jié)果獲得的方法分 直接測量 間接測量函數(shù)關(guān)系 組合測量,估計(jì)誤差的精確值,組合測量 測量目的多個(gè) 儀器精度有限時(shí)可提高測量精度，精密測量中多用 例1-1（ P2） 標(biāo)準(zhǔn)電阻：歐姆量的測量工具，標(biāo)準(zhǔn)電阻上標(biāo)注R20 由于電阻值隨溫度而變化，符合規(guī)律：,3按測量條件分 等精度測量 不等精度測量,4按被測對象狀態(tài)分 靜態(tài)測量 動(dòng)態(tài)測量,測量條件不變,被測量不隨時(shí)間變化 視為隨機(jī)變量,被測量隨時(shí)間變化 視為隨機(jī)過程,第二節(jié) 測量誤差,一、誤差的定義,二、誤差公理 誤差自始至終存在于一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和測量之中?！安豢杀苊狻?三、誤差的來

12、源 儀器、方法、環(huán)境、人員 四、研究誤差的目的 正確認(rèn)識其性質(zhì)、來源，減小誤差 正確分析數(shù)據(jù)，合理評價(jià) 合理制定測量方案，正確選擇測量方法、儀器，提高測量結(jié)果的精度 五、誤差的表示方法,1. 絕對誤差,相對誤差,絕對誤差不能正確反映測量精確程度 相對誤差能正確反映測量精確程度,2. 示值誤差,引用誤差, 電工儀表的準(zhǔn)確度等級（S級）,以最大引用誤差劃分電工儀表的準(zhǔn)確度等級（S級）,儀表最大引用誤差：,七級：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0,例：,則屬于 級,0.2,討論： 1. S反映儀表的最大引用誤差,2. 量程相同時(shí)，S越小，儀表準(zhǔn)確度越高 3. 測量結(jié)果的準(zhǔn)確度（以

13、相對誤差衡量）不同于儀表,的準(zhǔn)確度（以等級表示）,5. 儀表在x點(diǎn)處的最大相對誤差,4. 儀表在x點(diǎn)處的示值誤差（絕對誤差）,儀表量程及被測值不變時(shí)，儀表準(zhǔn)確度越高（S越?。y量結(jié)果越準(zhǔn)確 測量結(jié)果的準(zhǔn)確度一般低于儀表的準(zhǔn)確度 測量盡可能在儀表上限或2/3量程以上 同準(zhǔn)確度等級的表，若量程不同，測量準(zhǔn)確度也會(huì)不同 例（P5）,準(zhǔn)確度和量程結(jié)合合理選擇儀表,3. 平均誤差 幾何意義是概率密度曲線一半面積的重心,或然誤差 幾何意義是劃分的概率密度曲線包圍的面積內(nèi)外相等,4.分貝誤差 表示相對誤差，一般,5. 其它誤差 P7,六、誤差的分類（不同于誤差的表示方法） 1. 系統(tǒng)誤差( system e

14、rror ) 含義：同一條件下多次重復(fù)測量同一量值，絕對值和符號不變 或條件改變時(shí)測量值按一定規(guī)律變化。 分類：1 按對系統(tǒng)誤差的掌握程度分： 已定系統(tǒng)誤差：誤差絕對值和符號已定 未定系統(tǒng)誤差：估計(jì)出誤差范圍(如按照儀表的精度等級估計(jì)出來的測量量的相對誤差,極限誤差等) 2 按系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律分： 不變系統(tǒng)誤差：誤差絕對值和符號固定 變化系統(tǒng)誤差：變化規(guī)律(線性 周期 復(fù)雜規(guī)律的),性質(zhì)：有規(guī)律，可再現(xiàn)，可以預(yù)測 原因：原理誤差、方法誤差、環(huán)境誤差、使用誤差 處理：理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 修正,正態(tài)分布,性質(zhì)：,原因：裝置誤差、環(huán)境誤差、使用誤差 處理：統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算處理 減小,對稱性,有界性,

15、抵償性,單峰性,2. 隨機(jī)誤差 （ random error ） 含義：同一條件下多次重復(fù)測量值隨機(jī)變化 特點(diǎn)：多次等精度測量服從概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律,3. 粗大誤差( abnormal error ) 超出規(guī)定范圍，錯(cuò)誤，剔除,性質(zhì)：偶然出現(xiàn)，誤差很大，異常數(shù)據(jù)，與有用數(shù)據(jù)混在一起 原因：裝置誤差、使用誤差 處理：判斷、剔除,七、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的關(guān)系,性質(zhì)不同:隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 系統(tǒng)誤差服從函數(shù)規(guī)律 兩者在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的. 隨機(jī)誤差和不確定的系統(tǒng)誤差通稱為不確定誤差,用不確定度來描述.,第三節(jié) 測量精度及其與誤差的關(guān)系,一、測量精度 測量結(jié)果與真值的接近程度, 是個(gè)定性的概念 評

16、價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 正確度：反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小 精密度：隨機(jī)誤差大小 準(zhǔn)確度：綜合,測 量 精 度 舉 例,不精密（隨機(jī)誤差大） 正確（系統(tǒng)誤差?。?精密（隨機(jī)誤差小） 不正確（系統(tǒng)誤差大）,不精密（隨機(jī)誤差大） 不正確（系統(tǒng)誤差大）,精密（隨機(jī)誤差?。?正確（系統(tǒng)誤差?。?二、測量結(jié)果的表達(dá) 1. 誤差數(shù)據(jù)的表達(dá) 恰當(dāng)?shù)奈粩?shù)：一、二位有效數(shù)字 末位進(jìn)一 是最終表達(dá),不寫作： （書中有誤）,2. 測量數(shù)據(jù)的表達(dá) 原則一（對齊原則） 測量結(jié)果的最小位應(yīng)與保留的誤差位對齊 原則二（截?cái)鄶?shù)據(jù)處理原則） 4舍、5多入、5取偶,極限誤差表達(dá)：若,則表達(dá)為：,標(biāo)準(zhǔn)偏差表達(dá)：若,則表達(dá)為：2.89（0.01） 或：2.89（1）,3. 測量結(jié)果的表達(dá),4. 數(shù)據(jù)運(yùn)算規(guī)則 (補(bǔ)充),為了保證最后結(jié)果的精度,通常所有參與運(yùn)算的數(shù)據(jù),在有效字后可多保留一位作為參考字(安全數(shù)字). 1) 加減乘除運(yùn)算時(shí),運(yùn)算數(shù)據(jù)以小數(shù)位數(shù)最少的數(shù)據(jù)位數(shù)為準(zhǔn),其余各數(shù)據(jù)可多取一位小數(shù),但運(yùn)算完成后應(yīng)與小數(shù)位數(shù)最少的數(shù)據(jù)對齊. Ex：2643.0+987.7+4.187+0