04SK第一章绪论误差.ppt

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1、热工参数测量与 处理技术,工程热物理系三号楼204房间（82317430）三馆311房间（82317442）吕品,第一章 测试技术总论1.1 概述,学习本课程的重要性(1)实验研究历来是科学研究的重要手段之一；(2)实验研究必然离不开对被研究对象特性参数的测量；(3)可靠而准确的测量技术对于生产过程自动化、设备的安全与经济运行都是不可缺少的先决 条件；(4)测量技术的各个分支既有共同点，又有不同点。(5)航空发动机测试难度最大。,第一章测试技术总论1.1 概述,测试技术的发展阶段(1)50年代前的机械式感受仪表阶段；(2)60年代至70年代非电量电测技术阶段；(3)70年代至80年代初在参数检

2、测方式上的发展 阶段；(4)80年代后的高新技术阶段。,第一章 测试技术总论1.1 概述,主要学习内容 温度、压力、流量和速度的测量方法和常用仪表；动态测量；计算机在测量技术中的应用；误差分析和数据处理。怎样学好这门课 要掌握基本概念，测量基本原理、测量的方法、影响测量准确度的因素和误差估计等。相关知识,1.2 测量系统的组成和要求 测量系统的组成,(1)感受元件部分(2)信号调理部分(3)控制与处理部分(4)显示与记录部分(5)信号传输部分,气流压力,探针,位移机构,传感器,压力扫描阀,信号调理,A/D转换,微机,控制电路,指示仪表,显示打印,D/A转换,1.2 测量系统的组成和要求 组成要

3、求,合适的精度可靠的性能低廉的价格。,静态特性：指被测量为稳态量（随时间缓慢变化）时的输出输入关系。静态特性的表示：,1.3 测量仪表的静态特性静态特性的表示,理想线性 普遍情况下的非线性,线性度、重复性、灵敏度、分辨力、分辨率、温漂及迟滞,1.3 测量仪表的基本特性 静态特性指标,(1)线性度,注意：理论直线的选取方法,1.3 测量仪表的基本特性 静态特性指标,(2)重复性 指重复输入一恒定的输入量时,输出量的变动情况。重复性误差：,(3).灵敏度,理想线性系统：输入输出成正比，K为常数。,非线性系统通过校准找出特性曲线，用计算机进行处理。,(4).分辨力 造成一个可检测的输出所需的最小输入

4、变化。(5).分辨率 指上述最小输入变化与最大量程输入之比的百分数。(6).温漂 指仪表（传感器）周围环境温度发生缓慢变化时，对仪表（传感器）工作所发生的影响。,1.3 测量仪表的基本特性 静态特性指标,1.3 测量仪表的基本特性 静态特性指标,(7).迟滞：外界条件不变，对应于同一大小输入信号，系统在正反行程时，输出数值不相等的程度。,1.4 测量方法分类,按照获得测量结果的方法分类(1)直接测量：被测量直接与选用的标准量比较，或用预先标定好的测量仪器进行测量，从而直接得出被测量数值的方法。直读法；比较法(2)间接测量：通过直接测量与被测量有确定 函数关系的一个或几个量，然后将所测得的数值代

5、入函数关系式进行计算，从而得出被测量数值的方法。例：用进口流量管测流量,1.4 测量方法分类,按照测量状态分类(1)稳态测量：被测物理量的值不随时间变化或随时间缓慢变化的测量。(2)动态测量：被测物理量的值随时间变化很快的测量。按测量条件分类(1)等精度测量：测量条件完全相同的情况下进行的一系列测量。测量条件包括测量者、测量仪器、测量方法、测量环境等。,1.4 测量方法分类,(2)不等精度测量：在多次测量中测量条件不尽相同的情况下进行的测量。按测量点数分类(1)单点测量：在工程测量中，如某被测参数在所需测量位置的平面分布或空间分布比较均匀，则只要测量该面或空间的一个点的参数即可表示整个平面或空

6、间的物理状态。(2)多点测量：在工程测量中，如某被测参数在所需测量位置的平面分布或空间分布不均匀，则必须进行多点测量才能反映该平面或空间的实际物理状态。,按测量方式分类(1).接触测量：要求测量仪器的探头侵入或接触被测物体。(2).非接触测量：不要求测量仪器的探头侵入或接触被测物体。,1.4 测量方法分类,第二章 误差分析与实验数据处理2.1 测量误差与测量精度,测量误差存在的绝对性误差的表达形式(1)绝对误差：=x-x0(2)相对误差：=（/x）100%算术平均值与偏差,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（系统误差）,系统误差，随机误差(偶然误差)，粗大误差系统误差指数值一定或按一定规律变

7、化的误差。分为常差和不定常差。产生原因：主要由测量仪器、测量方法及环境条 件所引起。消除方法：校准法,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机误差）,随机误差指用同一仪器，当以同样仔细程度，在认为相同的条件下，对同一个不变的量重复地进行多次测量时，每次测得的值都不完全一致，都有或大或小或正或负的误差。,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机误差）,静态物理量等精度重复测量举例（n=50，x=0.01）,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机误差）,转轴直径频率分布直方图,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机误差）,转轴直径分布密度曲线,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机

8、误差）,y,x,标准误差,高斯正态分布曲线,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（随机误差）,极限误差：工程上习惯用极限误差来表示随机误差。=3,算数平均值的标准误差：,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（粗大误差）,粗大误差：指个别数值特别大或小的误差。引起原因：工作疏忽或外界的突发干扰造成。因此必须剔除。如何剔除？(1)根据专业知识进行判断；(2)根据准则进行判断。肖维勒准则a.求出这一组测得值的算术平均值及标准误差；b.算出可疑测得值的偏差i与标准误差的比值，即i/；c.按下表查出与测量次数n相对应的/;,2.1 测量误差与测量精度 误差分类（粗大误差）,d.若i/则该可疑测得值为粗大

9、误差应该剔除;e.重复以上的步骤，直至将粗大误差全部剔除;f.剔出可疑值后，重新算得的平均值及标准误差 就是合理的结果。,2.1 测量误差与测量精度,2.1 测量误差与测量精度 测量的精密度、准确度与精确度,精密度：在等精度测量条件下，对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布的密集程度。随机误差决定测量结果的精密度。准确度：在等精度测量条件下，对同一被测量进行多次测量，测量值偏离真值x0的程度。系统误差决定测量结果的准确度。精确度：是随机误差和系统误差的综合反映，也是精密度和 准确度的综合反映。精确度高，表示精密度和准确度都高。,2.1 测量误差与测量精度 基本误差与精

10、确等级,基本误差：在测量仪表全量程各测量值的绝对误差中，绝对值最大者被称为仪表的基本误差。可表示为,精度等级：精度等级的数字表示允许仪表(传感器)指示值的最大误差为仪表(传感器)全量程的正负百分之几。仪表及传感器的精度是其所有误差源造成的总结果，所以亦可称为总精度。仪表的精度一般 分为七个等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4,2.1 测量误差与测量精度误差传递,误差传递公式若间接测量参数与直接测量参数有如下关系：,(2),(1),（3）,1.对于随机误差有：,2.1 测量误差与测量精度误差传递,（4）,2.对于系统误差中的常差E：,2.1 测量误差与测量精度误差传递,3.对

11、于系统误差中的不定常差II,2.1 测量误差与测量精度误差传递,(4)微小误差准则：,或,2.1 测量误差与测量精度 传递公式的应用,(1)计算结果参数的误差压气机效率的公式为：,各参数的测量误差为：,2.1 测量误差与测量精度 传递公式的应用,其中：,两边取对数得：,两边微分得：,对于随机误差和不定常差：,带入数值计算得：A0.665；,(2)找出降低结果参数误差的关键参数确定测试 方案,2.2 实验数据处理 实验数据的处理步骤,(1)剔除所有粗大误差(2)确定系统误差E和II,(3)确定用极限误差表示的随机误差I,(4)误差合成,2.2 实验数据处理 实验数据的处理步骤,(5)计算算术平均

12、值,(6)将实验结果写成算术平均值与合成误差的形式,(7)根据误差传递公式给出间接测量量的结果,2.2 实验数据处理 有效数据、误差数据与测量结果的表达,(1)有效数据与误差数据有效数据：测量结果的最终结果表达，通常只允许最后一位为估算数字，其它各位数字均应当是可靠的。有效数据中“0”的判别：有效数据的修约：误差数据：用来为测量数据和结果提供准确程度或精密度信息的。所以，误差值的最终结果一般只需用一位到二位数字（需构成非零值）表达即可。误差数据的截断：测量数据位数取舍原则：其最小位应与所保留的误差位数相对齐并截断。对这些非误差数据的截断，应按有效数字的修约规则进行舍入。,2.2 实验数据处理

13、有效数据、误差数据与测量结果的表达,(2)测量结果的图形表示,压力传感器与压力表测量数据对比记录表,2.2 实验数据处理 有效数据、误差数据与测量结果的表达,绘图步骤如下:(1)选择坐标系(2)决定坐标分度(3)根据数据描点(4)画出试验曲线,2.2 实验数据处理 有效数据、误差数据与测量结果的表达,(3)测量结果的多项式表达,最小二乘意义下 的曲线拟合,一元线性回归：y=a+bx,设距离的平方和为Q，则,2.2 实验数据处理 有效数据、误差数据与测量结果的表达,则使Q为最小值的直线即为最小二乘意义下确定的拟合直线,回归方程的精度，可以用“标准偏差S”来估计。,2.2 实验数据处理 有效数据、误差数据与测量结果的表达,多元回归：,化曲线为直线或抛物线的回归：,如幂函数,指数函数,