傳感器與測試技術(shù)第一章：測試的基礎(chǔ)知識-2ppt課件

1、傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.2 測量誤差基本理論測量誤差基本理論 1.2.11.2.1測量誤差的基本概念測量誤差的基本概念 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.2.21.2.2真值與誤差真值與誤差1 1真值真值 真值是指在某一時(shí)刻和某一位置的某個(gè)物理真值是指在某一時(shí)刻和某一位置的某個(gè)物理量客觀存在的真實(shí)值。量客觀存在的真實(shí)值。 研究者在特定條件下用某種測量儀器和方法，研究者在特定條件下用某種測量儀器和方法，對某物理量進(jìn)行測量，可得到一系列測量值，但對某物理量進(jìn)行測量，可得到一系列測量值，但由于受測量儀器、方法、環(huán)境、操作等因素的影由于受測量儀器、方法、環(huán)境、操作等因素的影響

2、，嚴(yán)格講都不是真值。響，嚴(yán)格講都不是真值。 真值通常是無法測得的，只能測得真值的近真值通常是無法測得的，只能測得真值的近似值。這個(gè)近似值就是一組重復(fù)測量數(shù)據(jù)的算術(shù)似值。這個(gè)近似值就是一組重復(fù)測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。平均值。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識0Ax 測量精度不僅與它的絕對誤差的大小，而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān)。例如：如何比較測量長度為10m和1m絕對誤差為1cm的測量精度？Ax傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識%10000A%100AA%100 xx)1lg(20AdB評定精度：相對誤差越小，測量精度越高。評定精度：相對誤差越小，測量精度越高。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的

3、基礎(chǔ)知識4 4引用相對誤差：引用相對誤差： 是指儀表的最大示值誤差是指儀表的最大示值誤差 與儀表的測量與儀表的測量 上上限或量程限或量程A A之比值，即：之比值，即： 100%A 若某儀表為若某儀表為0.50.5級，就是指該儀表的引用相對級，就是指該儀表的引用相對誤差為誤差為0.5%0.5%。 但要注意，由于引用誤差是以測量上限量但要注意，由于引用誤差是以測量上限量程為基準(zhǔn)，故測量時(shí)應(yīng)使讀數(shù)盡量在量程的三程為基準(zhǔn)，故測量時(shí)應(yīng)使讀數(shù)盡量在量程的三分之一以上。若使用不當(dāng)，則會使測量值的相對分之一以上。若使用不當(dāng)，則會使測量值的相對誤差大于表的級別。誤差大于表的級別。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基

4、礎(chǔ)知識 如表的量程為如表的量程為10A，級別為，級別為1.0級，當(dāng)測量級，當(dāng)測量1.0A電流時(shí)，則測量值的相對誤差可達(dá)到：電流時(shí)，則測量值的相對誤差可達(dá)到：%10%100110%0 . 11AA傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 根據(jù)測量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，可將誤差分為系根據(jù)測量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，可將誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和疏失誤差或稱粗大誤差三統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和疏失誤差或稱粗大誤差三大類。大類。1.2.31.2.3誤差的分類誤差的分類1 1系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差概念：指在相同條件下，多次測系統(tǒng)誤差概念：指在相同條件下，多次測量同一被測量時(shí)，測量誤差的大小和符號保持不量同一被測量時(shí)，

5、測量誤差的大小和符號保持不變或按一定的函數(shù)規(guī)律變化，服從確定的分布規(guī)變或按一定的函數(shù)規(guī)律變化，服從確定的分布規(guī)律。律。 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：主要是由于測量設(shè)備的系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：主要是由于測量設(shè)備的缺陷、測量環(huán)境變化、測量時(shí)使用的方法不完善、缺陷、測量環(huán)境變化、測量時(shí)使用的方法不完善、所依據(jù)的理論不嚴(yán)密或采用了某些近似公式等造所依據(jù)的理論不嚴(yán)密或采用了某些近似公式等造成的誤差。成的誤差。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1 1根據(jù)系統(tǒng)誤差變化與否分為恒值系統(tǒng)誤差根據(jù)系統(tǒng)誤差變化與否分為恒值系統(tǒng)誤差與變值系統(tǒng)誤差。與變值系統(tǒng)誤差。 （1恒值系統(tǒng)誤差不隨實(shí)驗(yàn)條件變化而保持恒值系統(tǒng)誤差不隨實(shí)驗(yàn)條件

6、變化而保持恒定的系統(tǒng)誤差。如儀表的零點(diǎn)偏移、刻度不恒定的系統(tǒng)誤差。如儀表的零點(diǎn)偏移、刻度不準(zhǔn)而產(chǎn)生的測量誤差。準(zhǔn)而產(chǎn)生的測量誤差。（2變值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差 隨著實(shí)驗(yàn)條件的變化而變隨著實(shí)驗(yàn)條件的變化而變化的系統(tǒng)誤差。如測量電路中各種電氣元件的化的系統(tǒng)誤差。如測量電路中各種電氣元件的參數(shù)隨溫度而變化所產(chǎn)生的測量誤差。參數(shù)隨溫度而變化所產(chǎn)生的測量誤差。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識2 2按系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因可分為以下五類：按系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因可分為以下五類：（1 1工具誤差：也稱為儀器誤差。這是由于測量工具誤差：也稱為儀器誤差。這是由于測量所用工具儀器、量具等本身不完善而產(chǎn)生的所用工具儀

7、器、量具等本身不完善而產(chǎn)生的誤差。誤差。（2 2裝置誤差：由于測量設(shè)備和電路的安裝、布裝置誤差：由于測量設(shè)備和電路的安裝、布置及調(diào)整不得當(dāng)而產(chǎn)生的誤差。如測試設(shè)備沒有置及調(diào)整不得當(dāng)而產(chǎn)生的誤差。如測試設(shè)備沒有調(diào)整到水平、垂直、平行等理想狀態(tài)，應(yīng)對中的調(diào)整到水平、垂直、平行等理想狀態(tài)，應(yīng)對中的未能對中，方向不準(zhǔn)等所產(chǎn)生的誤差。未能對中，方向不準(zhǔn)等所產(chǎn)生的誤差。（3 3環(huán)境誤差：由于外界環(huán)境溫度、濕度、電環(huán)境誤差：由于外界環(huán)境溫度、濕度、電磁場等的影響而產(chǎn)生的誤差，各類儀器儀表都磁場等的影響而產(chǎn)生的誤差，各類儀器儀表都有在一定條件下的性能參數(shù)或者精度指標(biāo)，即所有在一定條件下的性能參數(shù)或者精度指標(biāo)，

8、即所謂基本精度。而使用時(shí)如果環(huán)境條件不滿足使用謂基本精度。而使用時(shí)如果環(huán)境條件不滿足使用要求，其誤差會增加，即所謂附加誤差。要求，其誤差會增加，即所謂附加誤差。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 （4方法誤差 也稱理論誤差。是由于測量方法本身所形成的誤差，或者由于測量所依據(jù)的理論本身不完善等原因而產(chǎn)生的誤差。（5人員誤差 視差、觀測誤差、估讀誤差和讀數(shù)誤差等都屬于人員誤差。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 3 3根據(jù)誤差的變化規(guī)律分為常值、累進(jìn)性的、根據(jù)誤差的變化規(guī)律分為常值、累進(jìn)性的、周期性的以及按復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。周期性的以及按復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。 上述是從不同的角度對

9、誤差進(jìn)行分類，由于每上述是從不同的角度對誤差進(jìn)行分類，由于每一種具體的誤差，其產(chǎn)生的原因、自身的規(guī)律一種具體的誤差，其產(chǎn)生的原因、自身的規(guī)律以及人們對其掌握的程度都各不相同，所以，以及人們對其掌握的程度都各不相同，所以，對其分析研究以及消除和補(bǔ)償方法也不盡相同。對其分析研究以及消除和補(bǔ)償方法也不盡相同。 由于系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因此它是可由于系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因此它是可以預(yù)測的，也是可以消除的。以預(yù)測的，也是可以消除的。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識2 2隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 概念：在同一測試條件下，多次重復(fù)概念：在同一測試條件下，多次重復(fù)測量同一量時(shí)，誤差大小、符號均隨機(jī)變

10、測量同一量時(shí)，誤差大小、符號均隨機(jī)變化的誤差稱為隨機(jī)誤差。化的誤差稱為隨機(jī)誤差。 產(chǎn)生隨時(shí)機(jī)誤差的因素：未被發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生隨時(shí)機(jī)誤差的因素：未被發(fā)現(xiàn)和無法控制的因素所引起。有些因素雖然知無法控制的因素所引起。有些因素雖然知道，但無法準(zhǔn)確控制。道，但無法準(zhǔn)確控制。 隨機(jī)誤差的抵償性：由于隨機(jī)誤差無隨機(jī)誤差的抵償性：由于隨機(jī)誤差無規(guī)律性，導(dǎo)致了眾多隨機(jī)誤差之和有正負(fù)規(guī)律性，導(dǎo)致了眾多隨機(jī)誤差之和有正負(fù)抵消的可能。隨著測量次數(shù)的增加，隨機(jī)抵消的可能。隨著測量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差平均值愈來愈小。這種性質(zhì)通常稱為誤差平均值愈來愈小。這種性質(zhì)通常稱為抵償性。因此，如果不存在系統(tǒng)誤差，通抵償性。因此，如果不存在

11、系統(tǒng)誤差，通常采用增加測量次數(shù)來消除隨機(jī)誤差的影常采用增加測量次數(shù)來消除隨機(jī)誤差的影響。響。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特征：隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特征： 隨機(jī)誤差既不能用實(shí)驗(yàn)方法消去，也不隨機(jī)誤差既不能用實(shí)驗(yàn)方法消去，也不能修正。雖然它的變化無一定規(guī)律可循，但是能修正。雖然它的變化無一定規(guī)律可循，但是在多次重復(fù)測量時(shí)，其總體服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在多次重復(fù)測量時(shí)，其總體服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 實(shí)踐證明，隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性大多服實(shí)踐證明，隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性大多服從正態(tài)分布，根據(jù)隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，便可從正態(tài)分布，根據(jù)隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，便可以對其大小及測量結(jié)果的可靠性等作出估計(jì)。以對其大小及

12、測量結(jié)果的可靠性等作出估計(jì)。隨機(jī)誤差的大小表明測量結(jié)果的精密度。隨機(jī)誤差的大小表明測量結(jié)果的精密度。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識3 3疏失誤差疏失誤差 概念：疏失誤差是指在一定的測量條件概念：疏失誤差是指在一定的測量條件下，測得的值明顯偏離其真值，既不具有確下，測得的值明顯偏離其真值，既不具有確定分布規(guī)律，也不具有隨機(jī)分布規(guī)律的誤差。定分布規(guī)律，也不具有隨機(jī)分布規(guī)律的誤差。 緣由：疏失誤差是由于測試人員對儀器緣由：疏失誤差是由于測試人員對儀器不了解、或因思想不集中、粗心大意導(dǎo)致錯不了解、或因思想不集中、粗心大意導(dǎo)致錯誤的讀，使測量結(jié)果明顯地偏離了真值的誤誤的讀，使測量結(jié)果明顯地偏離了

13、真值的誤差稱為疏失誤差。差稱為疏失誤差。 壞值：疏失誤差就數(shù)值大小而言，通常壞值：疏失誤差就數(shù)值大小而言，通常明顯地超過正常條件下的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤明顯地超過正常條件下的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。含有疏失誤差的測量值稱為壞值或異常差。含有疏失誤差的測量值稱為壞值或異常值。正常的測量結(jié)果中不應(yīng)含有壞值，應(yīng)予值。正常的測量結(jié)果中不應(yīng)含有壞值，應(yīng)予以剔除，但不能主觀隨便除去，必須根據(jù)檢以剔除，但不能主觀隨便除去，必須根據(jù)檢驗(yàn)方法的某些準(zhǔn)則判斷哪個(gè)測量值是壞值。驗(yàn)方法的某些準(zhǔn)則判斷哪個(gè)測量值是壞值。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識4 4三種誤差的處理方法三種誤差的處理方法留意：在實(shí)際測量中，系統(tǒng)誤差

14、、隨機(jī)誤差和疏失誤差留意：在實(shí)際測量中，系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和疏失誤差并不是一成不變的，它們在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。并不是一成不變的，它們在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。較大的系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差都可以當(dāng)成疏失誤差來處較大的系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差都可以當(dāng)成疏失誤差來處理。就是同一種因素對測量數(shù)據(jù)的影響，也要視其影理。就是同一種因素對測量數(shù)據(jù)的影響，也要視其影響的大小和對這種影響規(guī)律掌握的程度，當(dāng)成不同的響的大小和對這種影響規(guī)律掌握的程度，當(dāng)成不同的誤差來處理。誤差來處理。三種誤差的處理方法不同：三種誤差的處理方法不同： 對于含有疏失誤差的測量值應(yīng)予以剔除；對于含有疏失誤差的測量值應(yīng)予以剔除； 對于隨機(jī)誤差

15、的影響用統(tǒng)計(jì)的方法來消除或減弱；對于隨機(jī)誤差的影響用統(tǒng)計(jì)的方法來消除或減弱； 對于系統(tǒng)誤差則主要靠測量過程中采取一定的技對于系統(tǒng)誤差則主要靠測量過程中采取一定的技術(shù)措施來削弱或?qū)y量值進(jìn)行必要的修正來減弱其影術(shù)措施來削弱或?qū)y量值進(jìn)行必要的修正來減弱其影響。響。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 精度：測得值與真值的接近程度。通常用誤差精度：測得值與真值的接近程度。通常用誤差值來表征。這里的誤差是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合值來表征。這里的誤差是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合后的總誤差。精度又可進(jìn)一步劃分成精密度、準(zhǔn)確后的總誤差。精度又可進(jìn)一步劃分成精密度、準(zhǔn)確度和精確度。度和精確度。 精密度：表示在

16、多次重復(fù)測量中所測數(shù)據(jù)的重精密度：表示在多次重復(fù)測量中所測數(shù)據(jù)的重復(fù)性或分散程度，或表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小復(fù)性或分散程度，或表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小的程度。隨機(jī)誤差小、的程度。隨機(jī)誤差小、 重復(fù)測量的結(jié)果就密集，重重復(fù)測量的結(jié)果就密集，重復(fù)性好，即精密度高或重復(fù)精度高。復(fù)性好，即精密度高或重復(fù)精度高。 5.精密度、準(zhǔn)確度及精確度傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 準(zhǔn)確度：表示測量結(jié)果與被測量真值之間準(zhǔn)確度：表示測量結(jié)果與被測量真值之間的偏離程度，或表示測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差大的偏離程度，或表示測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差大小的程度。系統(tǒng)誤差小，準(zhǔn)確度高。小的程度。系統(tǒng)誤差小，準(zhǔn)確度高。 精確度

17、：測量結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度的綜精確度：測量結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度的綜合反映?；蛘哒f，測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)合反映?；蛘哒f，測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合，表示測量結(jié)果與真值的一致程度。誤差的綜合，表示測量結(jié)果與真值的一致程度。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 精密度高，準(zhǔn)確度不一定高，反之，準(zhǔn)確度高，精精密度高，準(zhǔn)確度不一定高，反之，準(zhǔn)確度高，精密度也不一定高。如果精密度和準(zhǔn)確度都高，則測量的密度也不一定高。如果精密度和準(zhǔn)確度都高，則測量的精確度一定高。通常所說的精度，實(shí)際上是精確度的概精確度一定高。通常所說的精度，實(shí)際上是精確度的概念，而常用的念，而常用的“重復(fù)精度是精密度的概念

18、。重復(fù)精度是精密度的概念。c c精密度和精密度和準(zhǔn)確度都高準(zhǔn)確度都高. . .a a精密度高精密度高 準(zhǔn)確度不高準(zhǔn)確度不高 b b準(zhǔn)確度高，準(zhǔn)確度高，精密度不高精密度不高傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識 精度等級：用來表達(dá)裝置在符合一定的計(jì)量精度等級：用來表達(dá)裝置在符合一定的計(jì)量要求情況下，能保持其誤差在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。要求情況下，能保持其誤差在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。 工程上常采用引用誤差作為判斷精度等級工程上常采用引用誤差作為判斷精度等級 的尺度。以允許引用誤差值作為精度級別的代號。的尺度。以允許引用誤差值作為精度級別的代號。例如，例如，0.2 0.2 級電壓表表示該電壓表允許的示值誤級

19、電壓表表示該電壓表允許的示值誤差不超過電壓表量程的差不超過電壓表量程的0.2%0.2%。 留意：精度等級標(biāo)志代表允許誤差的大小，留意：精度等級標(biāo)志代表允許誤差的大小， 并不是實(shí)際測量中出現(xiàn)的誤差。并不是實(shí)際測量中出現(xiàn)的誤差。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.3 1.3 測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理 1.3.1系統(tǒng)誤差的消除：系統(tǒng)誤差的消除：多次測量求平均不能減少系統(tǒng)誤差多次測量求平均不能減少系統(tǒng)誤差 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.3.21.3.2粗大誤差的判斷和剔除：粗大誤差的判斷和剔除：明顯與事實(shí)不符的異常值明顯與事實(shí)不符的異常值 歪曲測量結(jié)果歪曲測量結(jié)果 剔除剔除1 1物

20、理判別法物理判別法測量過程中測量過程中人為因素讀錯、記錄錯、操作錯）人為因素讀錯、記錄錯、操作錯）不符合實(shí)驗(yàn)條件不符合實(shí)驗(yàn)條件/ /環(huán)境突變突然振動、電磁干擾等）環(huán)境突變突然振動、電磁干擾等）隨時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)剔除隨時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)剔除 重新測量重新測量 在一定的置信概率下確定的置信區(qū)間在一定的置信概率下確定的置信區(qū)間傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1 1） 拉依達(dá)準(zhǔn)則拉依達(dá)準(zhǔn)則3 3 準(zhǔn)繩）準(zhǔn)繩）測量值的殘余誤差的絕對值測量值的殘余誤差的絕對值 | | 3| 3 壞值壞值 剔剔除除 計(jì)算算術(shù)平均值計(jì)算算術(shù)平均值 x 殘余誤差殘余誤差 均方誤差均方誤差 剔除壞值剔除壞值2)2)格羅布斯準(zhǔn)則格羅布

21、斯準(zhǔn)則測量值的殘余誤差的絕對值測量值的殘余誤差的絕對值| | g(| g(,n) ,n) 壞值壞值剔除剔除 g(g( ,n) ,n) 由重復(fù)測量次數(shù)由重復(fù)測量次數(shù)n n及置信概率及置信概率P P查表確定查表確定例例1 11 1：P15P15粗大誤差的判斷和剔除）粗大誤差的判斷和剔除）傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.3.31.3.3測量數(shù)據(jù)的表示方法：測量數(shù)據(jù)的表示方法：傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識一元線性一元線性回歸回歸一元非線一元非線性回歸性回歸多元線性多元線性回歸回歸多元非線多元非線性回歸性回歸變量個(gè)數(shù)變量個(gè)數(shù)1111方次方次1111y=a+bx傳感器與測試技術(shù)第1章

22、測試的基礎(chǔ)知識建立經(jīng)驗(yàn)公式的步驟：建立經(jīng)驗(yàn)公式的步驟： 20120njnjmjya xaa xa xa x 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識iiiyy mni 2 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.3.41.3.4一元線性回歸一元線性回歸 將測量數(shù)據(jù)中兩個(gè)端點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)即最大量程點(diǎn)的將測量數(shù)據(jù)中兩個(gè)端點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)即最大量程點(diǎn)的測量值測量值x1,y1x1,y1和和xn,ynxn,yn），代入），代入y=a+bx y=a+bx ，則，則a,ba,b分別為分別為 11bxya 11nnyybxx 0 020204040606080800 05 510101515x xy y傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識kxxkii 11kyykii 11knxxnkii 12knyynkii 121212xxyyb 2211xbyxbya 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識iiiyy min)(1122 niniiiibxayv niniiinininiiiniiiixnxxyyxxa112211121)( niniiininiiiniiixnxyxnyxb1122111)(傳感器與測試技