《测量方法及误差》课件

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1、测量方法及误差PPT课件测量方法及误差PPT课件课程简介课程简介n动动力力工工程程测测试试技技术术及及仪仪表表是是热热能能与与动动力力专专业业的学科基础课。的学科基础课。 n通过本课程的学习，使同学们通过本课程的学习，使同学们 n掌握热工参数的正确测量方法；掌握热工参数的正确测量方法； n掌掌握握常常用用测测量量仪仪表表的的基基本本原原理理、主主要要性性能能，使使用特点；用特点； n了了解解电电厂厂热热力力设设备备和和动动力力机机械械的的检检测测系系统统的的组组成方法。成方法。n能能在在实实际际工工作作中中知知道道如如何何正正确确的的选选择择和和使使用用测测量仪表。量仪表。 课程简介动力工程测

2、试技术及仪表是热能与动力专业的学科基础n n“ “热热热热工工工工测测测测量量量量原原原原理理理理及及及及仪仪仪仪表表表表” ”是是是是一一一一门门门门专专专专业业业业必必必必修修修修课课课课，也也也也是是是是一一一一门门门门与与与与就就就就业业业业紧紧紧紧密密密密相相相相关关关关、实实实实践践践践性性性性很很很很强强强强的的的的专专专专业业业业课程课程课程课程 n n成绩评定方法：成绩评定方法：成绩评定方法：成绩评定方法： 1. 1. 平时考勤、作业、实验等占总成绩平时考勤、作业、实验等占总成绩平时考勤、作业、实验等占总成绩平时考勤、作业、实验等占总成绩 30 % 30 % 2. 2. 期终

3、考试占总成绩期终考试占总成绩期终考试占总成绩期终考试占总成绩 70 %70 %“热工测量原理及仪表”是一门专业必修课，也是一门与就业紧密相参考书目参考书目热能工程测试技术及仪表讲义，韩东太主编热能工程测试技术及仪表讲义，韩东太主编热热工工测测量量仪仪表表，第第二二版版，高高魁魁明明主主编编，冶冶金金工工业出版社业出版社 热热工工测测量量及及仪仪表表，第第二二版版，吴吴永永生生，方方可可人人编编，中国电力出版社中国电力出版社 热热工工参参数数测测量量及及仪仪表表，何何适适生生主主编编，中中国国电电力力出版社出版社吕吕崇崇德德. .热热工工参参数数测测量量与与处处理理. .第第二二版版. .北北京

4、京：清华大学出版社清华大学出版社,2001,2001参考书目热能工程测试技术及仪表讲义，韩东太主编学学习要求：要求： 要求掌握要求掌握测试系系统的基本的基本组成；成；仪器器仪表的主要性能参数；表的主要性能参数；误差的分差的分类及及处理方法；理方法；直接直接测量及量及间接接测量中随机量中随机误差和系差和系统误差差的的计算方法。算方法。第一章第一章 测量方法及量方法及误差分析差分析学习要求：第一章 测量方法及误差分析目前目前热工工测量技量技术的的发展展趋势体体现在以下几个方面：在以下几个方面：热工工测量量是指在是指在热工工过程中程中对各种各种热工参数，如工参数，如温度、温度、压力、流量、液位力、流

5、量、液位等的等的测量（量（热力力发电厂中，厂中，有有时也把也把成分分析、成分分析、转速、振速、振动等列入其中）。用等列入其中）。用来来测量量热工参数的工参数的仪表称表称为热工工测量量仪表表。（1 1）计算机技算机技术的广泛的广泛应用。用。 （2 2）新型）新型传感器的研制。感器的研制。 （3 3）新技）新技术、新、新设备的的应用。用。目前热工测量技术的发展趋势体现在以下几个方面：热工测量是指在测量是以确定量量是以确定量值为目的的一目的的一组操作。操作。 目的：确定被目的：确定被测量的量的值或或获取取测量量结果。果。 测量量科科学学技技术已已逐逐步步形形成成了了一一门完完整整的的、独独立立的的学

6、学科科。这门学学科科研研究究的的主主要要是是测量量原原理理、测量量方方法、法、测量工具和量工具和测量数据量数据的的处理。理。 根根据据被被测对象象的的差差异异，测量量技技术可可分分为若若干干分分支支，例例如如力力学学测量量、电学学测量量、光光学学测量量、热工工测量量等。等。 我我们将将在在讨论有有关关测量量问题的的基基本本原原理理的的基基础上上重点重点讨论热工参数的工参数的测量技量技术。 1.1.11.1.1测量的定量的定义 1.1 测量的概念和测量方法测量的概念和测量方法测量是以确定量值为目的的一组操作。 1.1.1测量的定义 1所所谓测量量，就就是是利利用用测量量工工具具，通通过实验的的方

7、方法法将将被被测量量与与同同性性质的的标准准量量（即即测量量单位位）进行行比比较，以以确确定定出出被被测量量是是标准准量量多多少少倍倍数数的的过程程。所得到的倍数就是被所得到的倍数就是被测量的量的值。 两个条件：两个条件： 用用来来进行行比比较的的标准准量量应该是是国国际上上或或国国家家所公所公认的，且性能的，且性能稳定；定； 进行比行比较所用的方法和所用的方法和仪器必器必须经过验证。所谓测量，就是利用测量工具，通过实验的方法将被测量与同性质的测量的表达式量的表达式x x被被测量；量；b b标准量（准量（测量量单位）；位）；L L所得到的被所得到的被测量的量的值，即得到的，即得到的测量量结果。

8、果。测量的表达式x被测量；1.1.2 测量方法1.1.按被按被测量在量在测量量过程中的状程中的状态分分n静静态测量量 n指指在在测量量过程程中中被被测量量可可以以认为是是固固定定不不变的的。因因此此，不不需需要要考考虑时间因素因素对测量的影响。量的影响。 n 动态测量量 n指指被被测量量在在测量量期期间随随时间（或或其他影响量）其他影响量）发生生变化。化。在日常在日常在日常在日常测测量中，大多量中，大多量中，大多量中，大多接触的是静接触的是静接触的是静接触的是静态测态测量。量。量。量。对对于于于于这这种种种种测测量，被量，被量，被量，被测测量和量和量和量和测测量量量量误误差可以当差可以当差可以

9、当差可以当作一种随机作一种随机作一种随机作一种随机变变量来量来量来量来处处理理理理弹弹道道道道轨轨迹的迹的迹的迹的测测量、量、量、量、环环境噪声的境噪声的境噪声的境噪声的测测量等。量等。量等。量等。对对这类这类被被被被测测量的量的量的量的测测量，量，量，量，需要当作一种随机需要当作一种随机需要当作一种随机需要当作一种随机过过程的程的程的程的问题问题来来来来处处理。理。理。理。1.1.2 测量方法1.按被测量在测量过程中的状态分静态测量2.2.测量量结果果产生的方式分生的方式分n直接直接测量量 n如水如水银温度温度计、压力表、直尺。力表、直尺。 n间接接测量量n如如电阻温度阻温度计、压力力传感器

10、。感器。n组合合测量量2.测量结果产生的方式分直接测量 3.3.根据根据检测装置装置动作原理分：作原理分：（1 1）直）直读法法 玻璃管水玻璃管水银温度温度计（2 2）零）零值法（平衡法）法（平衡法） 天平、天平、电位差位差计（3 3）微差法）微差法 不平衡不平衡电桥测量量电阻阻3.根据检测装置动作原理分：（1）直读法 玻璃管水银温度计（4.4.根据根据仪表是否与被表是否与被测对象接触象接触 （1 1）接触）接触测量法量法 （2 2）非接触）非接触测量法量法 玻璃管水玻璃管水银温度温度计光学高温光学高温计测温温4.根据仪表是否与被测对象接触 （1）接触测量法 （2）非接1.2 热工测量仪表的组

11、成与分类热工测量仪表的组成与分类1.2.1 组成成1.2 热工测量仪表的组成与分类1.2.1 组成1感受部件感受部件感受部件的具体要求是：感受部件的具体要求是：输出信号必出信号必须随被随被测参数参数变化而化而变化。化。输出信号只能随被出信号只能随被测参数参数变化而化而变化。化。输出信号与被出信号与被测参数的参数的变化之化之间呈呈单值函数关系，函数关系，最好呈最好呈线性关系，并有性关系，并有较高的灵敏度，即有高的灵敏度，即有较小的被小的被测量量变化化时，输出信号就有出信号就有较显著的著的变化。化。反反应快、快、迟延小。延小。1感受部件感受部件的具体要求是：输出信号必须随被测参数变化2传输变换部件

12、（中部件（中间件）件）将感受部件将感受部件输出的信号，根据出的信号，根据显示部件的要求示部件的要求进行适当行适当的的处理后理后传送送给显示部件。示部件。 作用：作用：3显示部件（二次示部件（二次仪表表 ）接受接受传输变换部件送来的信号并将其部件送来的信号并将其转换为测量人量人员可可以辨以辨识的信号。的信号。作用：作用：根据根据显示部件的功能不同，示部件的功能不同，仪表又可分表又可分为：指示指示仪表、表、记录仪表、表、积算式算式仪表（表（积算器）、信号算器）、信号式式仪表和表和调节仪表。表。 2传输变换部件（中间件）将感受部件输出的信号，根据显示部件 1.2.2 仪表的分表的分类 按按被被测参数

13、参数不同，可分不同，可分为温度、温度、压力、流量、物位、成分分力、流量、物位、成分分析及机械量（位移、析及机械量（位移、转速、振速、振动等）等）测量量仪表。表。按按仪表的用途表的用途不同，可分不同，可分为标准用、准用、实验室用及工程用室用及工程用仪表表。按按显示特点示特点和和功能功能不同，可分不同，可分为指示式、指示式、记录式、式、积算式、算式、数字式及屏幕式数字式及屏幕式仪表。表。按按工作原理工作原理不同，可分不同，可分为机械式、机械式、电气式、气式、电子式、化学式、子式、化学式、气气动式和液式和液动式式仪表。表。按按安装地点安装地点不同，可分不同，可分为就地安装式及就地安装式及盘用用仪表表

14、。按按使用方式使用方式不同，可分不同，可分为固定式和便携式固定式和便携式仪表。表。根据根据仪表的用途、原理及表的用途、原理及结构等不同，构等不同，热工工仪表可分表可分为多种多种类型：型： 1.2.2 仪表的分类 按被测参数不同，可分为温度、压力、1.3.1 测量量误差及其表示方法差及其表示方法1.3 测量误差及其种类测量误差及其种类测量工作是量工作是一一种种实验工作，由于工作，由于仪表本身不完善，表本身不完善，测量人量人员操作不当，操作不当，测量量时客客观条件的条件的变化以及受人化以及受人类自身自身认识水平水平的局限等种种原因，使得的局限等种种原因，使得测量量结果与被果与被测量的真量的真实值之

15、之间出出现不符的不符的现象，即存在象，即存在测量量误差。差。测量量误差的定差的定义被被测量的真量的真值 测定定值（测量量结果）果） 测量量误差差 1.3.1 测量误差及其表示方法1.3 测量误差及其种类测测量量误差的概念差的概念测定定值测定定值（测量量结果）果） 测定定值x是由是由测量所得到的量所得到的赋予予被被测量的量的值。 广广义上上我我们可以把可以把测得得值、测量量值、检测值、实验值、示示值、名名义值、标称称值、预置置值、给出出值等均看作是等均看作是测量量结果。果。 测量量结果是我果是我们要研究的要研究的对象。象。测量误差的概念测定值测定值（测量结果） u测量量误差的概念差的概念真真值真

16、真值：与：与给定的定的特定量特定量一致的一致的值。 理理论真真值一般只存在于一般只存在于纯理理论之中。之中。 如：三角形内角之和恒如：三角形内角之和恒为180180，一个整，一个整圆周角周角为360360真真值。u测量量误差的概念差的概念约定真定真值约定真定真值：是指：是指对于于给定用途、具有适当不确定度的、定用途、具有适当不确定度的、赋予予特定量的特定量的值。 亦称：亦称：指定指定值、约定定值、参考参考值或或最佳估最佳估计值。 例：由国家建立的例：由国家建立的实物物标准（或基准）所指定的千克复原准（或基准）所指定的千克复原器器质量的量的约定真定真值为1kg1kg，其复，其复现的不确定度的不确

17、定度为0.008mg0.008mg。测量误差的概念真值真值：与给定的特定量一致的值。 测量普遍性普遍性 -误差是不可避免的，所有的差是不可避免的，所有的测量数据都存在量数据都存在误差。最高基准的差。最高基准的测量量传递手段（手段（测量量仪器器/ /测量方法）量方法）- - 不不绝对准确准确u误差的特点：差的特点：u误差的基本表示方法差的基本表示方法绝对误差差 相相对误差差 引用引用误差差普遍性 -误差是不可避免的，所有的测量数据都存在误差。最1.绝对误差差被被测量的真量的真值 测定定值 绝对误差差：是是一个具有确定的一个具有确定的大小、符号及单大小、符号及单位的量。单位给位的量。单位给出了被测

18、量的量出了被测量的量纲，其单位与测纲，其单位与测得值相同。得值相同。 适用于：适用于：同一同一量级的同种量的量级的同种量的测量结果的误差测量结果的误差比较和单次测量比较和单次测量结果的误差计算结果的误差计算。 1.绝对误差被测量的真值 测定值 绝对误差：是一个具有确定的2.相相对误差差定定义：仪表的表的绝对误差与被差与被测量的真量的真实值之比，用百之比，用百分数表示，即分数表示，即 相相对误差的特点：差的特点：相相对误差只有大小和符号，无量差只有大小和符号，无量纲，一般用百分数，一般用百分数 来来表示；表示； 相相对误差常用来衡量差常用来衡量测量的相量的相对准确程度。准确程度。 被被测量的大小

19、不同量的大小不同-允允许的的测量量绝对误差不同；差不同； 相相对误差相同差相同时，被，被测量的量量的量值小小 - - 允允许的的测量量绝对误差也越小差也越小 2.相对误差定义：仪表的绝对误差与被测量的真实值之比，用百分例：例：压力力P1=50 kPa，误差差d d1 1 = = 2kPa；压力力P2=2MPa，误差差d d2 2 = = 50 kPa G1的相对误差为的相对误差为G2的相对误差为的相对误差为G2 的测量效果较好。的测量效果较好。解：解：例：压力P1=50 kPa，误差d1 = 2kPa；压力P23.折合折合误差（引用差（引用误差）差）我国我国电工工仪表、表、压力表的准确度等力表

20、的准确度等级（accuracy class）是按照是按照引用引用误差差进行分行分级的。的。当一个当一个仪表的等表的等级s选定后，用此表定后，用此表测量量某一被某一被测量量时，所，所产生的最大生的最大绝对误差差为： 绝对误差的最大差的最大值与与该仪表的表的标称范称范围（或量程）上限成正比。（或量程）上限成正比。 如何使用如何使用这类仪表？表？定定义：是指：是指仪表量程范表量程范围内指示内指示值的最大的最大绝对误差与差与该仪 表的量程范表的量程范围之之间的百分比，即的百分比，即仪表量程范表量程范围内指示内指示值的最大的最大绝对误差；差； 仪表的量程。表的量程。 3.折合误差（引用误差）我国电工仪表

21、、压力表的准确度等级（a引用引用误差示例差示例用有一用有一块测量范量范围为0.1MPa0.1MPa，2.5级的的压力真空表，在力真空表，在进行行计量校准量校准时，各示，各示值点上最大允点上最大允许误差是多少？差是多少？解：解：解：解：该压该压力真空表在力真空表在力真空表在力真空表在0.1MPa0.1MPa0.1MPa0.1MPa范范范范围围内内内内各示各示各示各示值值点上的引用点上的引用点上的引用点上的引用误误差不差不差不差不应应超超超超过过2.52.5，则则各示各示各示各示值值点上允点上允点上允点上允许误许误差的最大示差的最大示差的最大示差的最大示值误值误差差差差应为应为： n n引用引用引

22、用引用误误差差差差专专用于用于用于用于仪仪器器器器仪仪表表表表误误差的描述。差的描述。差的描述。差的描述。 2.52.50.10.1（0.10.1） 0.0050.005（MPaMPa）引用误差示例用有一块测量范围为0.1MPa0.1MPa1. .系系统误差差定定义：在重复性条件下，：在重复性条件下，对同一被同一被测量量进行无限多次行无限多次测量所得量所得结果的平均果的平均值与被与被测量的真量的真值之差。之差。 特征：在相同条件下，多次特征：在相同条件下，多次测量同一量量同一量值时，该误差的差的绝对值和符号保持不和符号保持不变，或者在条件改，或者在条件改变时，按某一确，按某一确定定规律律变化的

23、化的误差。差。1.3.2 测量量误差的分差的分类根据根据误差的性差的性质不同，可以把不同，可以把误差分差分为系系统误差差、随机随机误差差和和疏失疏失误差差三种。三种。 1.系统误差1.3.2 测量误差的分类根据误差的性质不同，可系系统误差差举例例在在实际估估计测量器具示量器具示值的系的系统误差差时，常常用适当次，常常用适当次数的重复数的重复测量的算量的算术平均平均值减去减去约定真定真值来表示，又称来表示，又称其其为测量器具的量器具的偏移偏移或或偏畸偏畸。 由于系由于系统误差具有一定的差具有一定的规律性，因此可以根据其律性，因此可以根据其产生生原因，采取一定的技原因，采取一定的技术措施，措施，设

24、法消除或减小；也可以法消除或减小；也可以在相同条件下在相同条件下对已知已知约定真定真值的的标准器具准器具进行多次重复行多次重复测量的量的办法，或者通法，或者通过多次多次变化条件下的重复化条件下的重复测量的量的办法，法，设法找出其系法找出其系统误差的差的规律后，律后，对测量量结果果进行修行修正。正。用天平用天平计量物体量物体质量量时，砝，砝码的的质量偏差量偏差 用千分表用千分表读数数时，表，表盘安装偏心引起的示安装偏心引起的示值误差差 刻刻线尺的温度尺的温度变化引起的示化引起的示值误差差 系统误差举例在实际估计测量器具示值的系统误差时，常常用适当次2.随机随机误差差定定义 测得得值与在重复性条件

25、下与在重复性条件下对同一被同一被测量量进行无限多次行无限多次测量量结果的平均果的平均值之差。又称之差。又称为偶然偶然误差。差。 特点特点 在相同在相同测量条件下，多次量条件下，多次测量同一量量同一量值时，绝对值和符和符号以不可号以不可预定方式定方式变化的化的误差。差。 产生原因生原因 随机随机误差是由人差是由人们不能掌握，不能控制，不能不能掌握，不能控制，不能调节，更，更不能消除的微小因素造成。不能消除的微小因素造成。这些因素中，有的是尚未掌些因素中，有的是尚未掌握其影响握其影响测量准确的量准确的规律；有的是在律；有的是在测量量过程中程中对其其难以完全控制的微小以完全控制的微小变化化( (如温

26、度波如温度波动、噪声干、噪声干扰、电磁磁场微微变、电源源电压的随机起伏、地面振的随机起伏、地面振动等等) )，而，而这些微小些微小变化又化又给测量量带来来误差。差。 2.随机误差定义 随机随机误差的特征差的特征n随机随机误差的最主要特征是具有差的最主要特征是具有随机性随机性，没有确定的，没有确定的规律。律。 类似于其它随机似于其它随机变量，量，对无限次无限次测量来量来说，随机，随机误差服从差服从统计规律律。随机误差的特征随机误差的最主要特征是具有随机性，没有确定的规3.3.疏失疏失误差差n定定义： n指明指明显超出超出统计规律律预期期值的的误差。又称差。又称为疏忽疏忽误差、差、过失失误差或差或

27、简称粗差。称粗差。 n产生原因生原因：某些偶：某些偶尔突突发性的异常因素或疏忽所致。性的异常因素或疏忽所致。 n测量方法不当或量方法不当或错误，测量操作疏忽和失量操作疏忽和失误（如未按（如未按规程操作、程操作、读错读数或数或单位、位、记录或或计算算错误等）等） n测量条件的突然量条件的突然变化（如化（如电源源电压突然增高或降低、雷突然增高或降低、雷电干干扰、机械冲、机械冲击和振和振动等）。等）。 n由于由于该误差很大，明差很大，明显歪曲了歪曲了测量量结果。故果。故应按照一定的按照一定的准准则进行判行判别，将含有粗大，将含有粗大误差的差的测量数据（称量数据（称为坏坏值或或异常异常值）予以剔除。）

28、予以剔除。3.疏失误差定义： 1.4 仪表的质量指标及仪表的校验仪表的质量指标及仪表的校验 1.4.1 仪表的表的质量指量指标 1仪表的精确度等表的精确度等级及允及允许误差差精密度精密度：对同一被同一被测量量进行多次行多次测量所得的量所得的测定定值重复一重复一致的程度，或者致的程度，或者说测定定值分布的密集程度称分布的密集程度称为测量的精量的精密度。精密度反映随机密度。精密度反映随机误差的影响，随机差的影响，随机误差愈小精密差愈小精密度愈高。度愈高。 正确度正确度：对同一被同一被测量量进行多次行多次测量，量，测定定值偏离被偏离被测量量真真值的程度称的程度称为测量的准确度。准确度反映了系量的准确

29、度。准确度反映了系统误差的差的影响，系影响，系统误差愈小，准确度愈高。差愈小，准确度愈高。 精密度与正确度的精密度与正确度的综合指合指标称称为精确度精确度，或称，或称精度精度。1.4 仪表的质量指标及仪表的校验 1.4.1 仪表的质量指准确度、正确度和精密度三者之间的关系弹着点全部在靶上，着点全部在靶上，但分散。相当于系但分散。相当于系统误差小而机差小而机误差差大，即精密度低，大，即精密度低，正确度高。正确度高。弹着点集中，但偏着点集中，但偏向一方，命中率不向一方，命中率不高。相当于系高。相当于系统误差大随机差大随机误差小，差小，即精密度高，正确即精密度高，正确度低。度低。弹着点集中靶心。着点

30、集中靶心。相当于系相当于系统误差与差与随机随机误差均小，即差均小，即精密度、正确度都精密度、正确度都高，从而准确度亦高，从而准确度亦高。高。准确度、正确度和精密度三者之间的关系弹着点全部在靶上，但分散测量量仪表的准确度由国家按离散化系列加以表的准确度由国家按离散化系列加以规定，定， 并且直接与并且直接与允允许误差差相相对应。允。允许误差去掉百分差去掉百分 号后取号后取绝对值，就是，就是该仪表的表的精确度等精确度等级，又称，又称 精度等精度等级。我国目前我国目前规定的准确度等定的准确度等级有：有：0.005，0.01， 0.02，0.04，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5

31、，2.5，4.0，5.0等级别。等级别。 如如仪表表标牌牌为：或或表示表示该仪表的精确度等表的精确度等级为0.50.5级，其允，其允许误差差为0.5%0.5%。 仪表的允表的允许误差差准确度等准确度等级% % 测量仪表的准确度由国家按离散化系列加以规定，我国目前规定的准例例1-1：对某机某机组进行行热效率效率试验，需用，需用0-160-16MPa压力表力表来来测量量10MPa左右的主蒸汽左右的主蒸汽压力，要求相力，要求相对测量量误差不差不超超过0.50.5%，试选择仪表的精确度等表的精确度等级。解：解：仪表的表的允允许绝对误差差100.5%100.5%0.05MPa0.05MPa仪表的表的允允

32、许折合折合误差差 0.313% 所以所以该仪表的表的精确度等精确度等级应选为0.2级。例1-1：对某机组进行热效率试验，需用0-16MPa压力表来2. .仪表的基本表的基本误差和附加差和附加误差差仪表在全量程范表在全量程范围上各示上各示值点的点的误差中，差中，绝对值最大者。最大者。 基本基本误差差如，某如，某仪表在全量程上各示表在全量程上各示值点的点的误差分差分别为0.10.1、0.150.15、- -0.20.2、-0.1-0.1，则该仪表的基本表的基本误差差为-0.2-0.2。仪表的表的基本基本误差差可表示可表示为标准表的示准表的示值测量量值2.仪表的基本误差和附加误差仪表在全量程范围上各

33、示值点的误差按折合按折合误差的表示形式，差的表示形式，仪表的基本表的基本误差可表示差可表示为仪表的量程。表的量程。 若若仪表未在表未在规定的正常工作条件下工作，或由外界条定的正常工作条件下工作，或由外界条件件变动（如（如环境温度的境温度的变化、化、电源源电压波波动、外部干、外部干扰等）引起的等）引起的额外外误差，称差，称为附加附加误差差。 附加附加误差差校正数校正数= =标准准值读数数按折合误差的表示形式，仪表的基本误差可表示为仪表的量程。 例例1-2：有二支工：有二支工业温度温度计，其刻度范，其刻度范围和精度分和精度分别为 A A表表 0-800 1.00-800 1.0级， B B表表-5

34、0-4001.5-50-4001.5级，试问：哪个温度：哪个温度计精精度等度等级高、允高、允许误差小；要求差小；要求测温温误差不超差不超过77时，应选用哪个温度用哪个温度计？解解： A A表表1.01.0级小于小于B B表表l.5l.5级，A A表精度等表精度等级高，高，A A表允表允许误差差1.0%1.0%，且，且测量范量范围大。大。B B表允表允许误差差1.5%1.5%，且，且测量范量范围小，从小，从仪表性能指表性能指标来来选，通常，通常选A A表表优于于B B表表。 允允许误差差绝对值： 选用用B B表表较为合理合理 正确正确选择仪表的表的量程范量程范围、精度、精度等等级应视具体要具体要

35、求而定，不能一求而定，不能一概而概而论。例1-2：有二支工业温度计，其刻度范围和精度分别为 A表 0 例例1-3 某待某待测水水头约为9090米米, ,现有有0.50.5级 ， 和和1.01.0级的两的两块压力表，力表，问用哪一用哪一块压力表力表测量量较好？好？解解: : 用用0.50.5级的的压力表力表测量量9090米水米水头时的最大的最大误差差相相对误差差为：用用1.01.0级的的压力表力表测量量9090米水米水头时的最大的最大误差差相相对误差差为： 例1-3 某待测水头约为90米,现有0.5级 例例2 说明并不是表的精度越高，明并不是表的精度越高，测量精量精度就越高，度就越高，应选择被被

36、测量在量在2/32/3满量程量程处的的线性性仪表表！例2 说明并不是表的精度越高，测量精3变差差在在规定的使用条件下，使用同一定的使用条件下，使用同一仪表表进行正行程和反行程行正行程和反行程测量量时，在相同示，在相同示值点上，正反行程点上，正反行程测量量值之差的之差的绝对值称称为此此刻度点的刻度点的变差差。 定定义：在全量程范在全量程范围内，内，仪表各刻度点的表各刻度点的变差中的最大者称差中的最大者称为仪表的表的变差差（也称（也称滞后滞后误差差或或回差回差） 图1-2 1-2 变差差用折合用折合误差的表示形式：差的表示形式： 3变差在规定的使用条件下，使用同一仪表进行正行程和反行程测4 4重复

37、性重复性n在同一工作条件下，按同一方向在同一工作条件下，按同一方向对同一被同一被测量量进行多次行多次重复重复测量量时，所得的多个，所得的多个测量量值的一致程度称的一致程度称为重复性。重复性。 5 5灵敏度和不灵敏区灵敏度和不灵敏区n灵敏度是指灵敏度是指仪表感受被表感受被测参数参数变化的灵敏程度。化的灵敏程度。 是是稳态下，下，仪表表输出信号的出信号的变化增量化增量 与与对应输入入信号的信号的变化增量化增量 的比的比值（即（即变化率），即化率），即 灵敏度灵敏度4重复性在同一工作条件下，按同一方向对同一被测量进行多次重不能引起不能引起仪表表输出出变化的化的输入信号的范入信号的范围，称，称为不灵敏

38、不灵敏区。区。对于指示于指示仪表，表，灵敏度灵敏度就是指就是指单位位输入信号所引起指入信号所引起指针的的偏偏转角度角度或或位移量位移量。灵敏度与分辨率灵敏度与分辨率仪表的表的分辨率分辨率指指仪表能响表能响应的的输入信号的入信号的最小最小变化化也称也称灵灵敏度限敏度限。它与。它与仪表的灵敏度是不同的。表的灵敏度是不同的。不灵敏区不灵敏区当特性曲当特性曲线区区间取得很小取得很小时，仪表（系表（系统）的）的变差、差、灵敏度灵敏度和和不灵敏区不灵敏区存在下列关系存在下列关系 仪表表变差差= =灵敏度灵敏度不灵敏区不灵敏区不能引起仪表输出变化的输入信号的范围，称为不灵敏区。对于指示6 6非非线性性误差（

39、差（线性度）性度）仪表表输出出输入特性曲入特性曲线与某一直与某一直线之之间最大偏差量最大偏差量 （或其相（或其相对量量 ）称）称为仪表的表的非非线性性误差差，也称也称线性度性度。 n克服非克服非线性性误差的差的措施措施是：是：在在指指针或或模模拟仪表表上画上画成成非非线性（不均匀）刻度性（不均匀）刻度；对数字式数字式仪表表系系统中中应采用采用线性化器性化器。图1-3 1-3 非非线性性误差差6非线性误差（线性度）仪表输出输入特性曲线与某一直线之间7漂移漂移n在在环境及工作条件不境及工作条件不变的前提下，保持一定的前提下，保持一定的的输入信号，入信号，经过一段一段时间后，后，输出的出的变化化称称

40、为漂移漂移。 u电子元件的老化子元件的老化u节流元件的磨流元件的磨损u热电偶和偶和热电阻元件的阻元件的污染染变质u弹性元件的失效性元件的失效形成原因：形成原因：7漂移在环境及工作条件不变的前提下，保持一定的输入信号，经例例1-3：某指示：某指示压力表，量程范力表，量程范围为(0-6)MPa(0-6)MPa，标尺尺总弧度弧度为270270，1.51.5级精确度，在正常工作条件下用精确度，在正常工作条件下用标准表校准表校验结果果如表如表l-1l-1所示。所示。试求：（求：（1 1）仪表的允表的允许误差；（差；（2 2）仪表的表的基本基本误差；（差；（3 3）仪表的表的变差；（差；（4 4）仪表的灵

41、敏度；（表的灵敏度；（5 5）是否合格。是否合格。表表1-1 1-1 压力表校力表校验记录标准压力标准压力标准压力标准压力 p p (MPa)(MPa)0 01.01.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.0被校被校被校被校压力压力压力压力 p p (MPa)(MPa)上行程上行程0.000.000.980.982.152.153.203.204.324.325.065.066.106.10下行程下行程0.050.051.021.022.002.003.053.054.304.304.854.855.905.90例1-3：某指示压力表，量程范围为(0-6)MPa，标尺总弧

42、解：解：仪表允表允许折合折合误差差=1.5%仪表允表允许绝对误差差=1.5%(6.0-0)=(6.0-0)=0.09MPa（2）求基本求基本误差差 （1）由由仪表精确度表精确度1.5级可得可得折合（引用）折合（引用）误差形式的基本差形式的基本误差差 u无无论折合形式、折合形式、绝对形式的基本形式的基本误差均已超差均已超过允允许误差。差。解：仪表允许折合误差=1.5%仪表允许绝对误差=1.5%（3 3）仪表表变差差应在在7 7组上下行程上下行程读数差中数差中选最大者，即最大者，即（4 4）该表灵敏度表灵敏度 （5 5）该表因超差不合格表因超差不合格。（3）仪表变差应在7组上下行程读数差中选最大者

43、，即（4）该表1.4.2 仪表的校表的校验 为了确保了确保测量量结果的果的真真实性性和和可靠性可靠性，对使用了使用了一定一定时间之后以及之后以及检修修过的的仪表，都表，都应进行校行校验，以确定以确定仪表是否合格。表是否合格。 n外外观检查n内部机件性能内部机件性能检查n绝缘性能性能检查n示示值校校验等等仪表校表校验的步的步骤般包括般包括1.4.2 仪表的校验 为了确保测量结果的真实性和可靠性，对1示示值比比较法法用用标准准仪表与被校表与被校仪表同表同时测量同一参数，以量同一参数，以确定被校确定被校仪表各刻度点的表各刻度点的误差。差。 整数刻度点整数刻度点，包括，包括零点零点及及满刻度点刻度点不

44、得少于不得少于五点五点（精密（精密仪表不得少于七点），校表不得少于七点），校验点点应基本均匀分布于被校基本均匀分布于被校仪表的表的整个量程范整个量程范围。校校验点点选取取u各校各校验点的点的误差差不超不超过该仪表表准确度等准确度等级规定的定的允允许误差差则认为合格。合格。u允允许误差差应不大于被校表允不大于被校表允许误差的三分之一；差的三分之一；u量程量程应等于或略大于被校等于或略大于被校仪表的量程。表的量程。标准准仪表要求：表要求：1示值比较法用标准仪表与被校仪表同时测量同一参数，以确定被2标准状准状态法法 例如，利用一些物例如，利用一些物质（如水、各种（如水、各种纯金属）的状金属）的状态转

45、变点点温度来校温度来校验温度温度计，利用空气中含氧量，利用空气中含氧量一一定的特性来校定的特性来校验工程用氧量工程用氧量计等。等。利用某些物利用某些物质的的标准状准状态来校来校验仪表。表。2标准状态法 例如，利用一些物质（如水、各种纯金属）的状态1.5 测量的误差分析与处理测量的误差分析与处理 1.5.1 随机随机误差的差的处理理n 有界性有界性n 单峰性峰性n 对称性称性n 抵抵偿性性n随机随机误差差总是有界限的，不可能出是有界限的，不可能出现无限大的随机无限大的随机误差。在一差。在一定定测量条件下的有限次量条件下的有限次测量量结果中，果中，随机随机误差的差的绝对值不会超不会超过某一界限某一

46、界限。n绝对值小的小的误差出差出现的次数多于的次数多于绝对值大的大的误差出差出现的次数。的次数。n在一定在一定测量条件下的有限次量条件下的有限次测量量结果，其果，其绝对值相等的正相等的正误差与差与负误差出差出现的次数大致相等。的次数大致相等。n在有限次在有限次测量中，量中，绝对值相同的正相同的正负误差出差出现的次数大致相的次数大致相同。因此，取同。因此，取这些些误差的算差的算术平均平均值时，绝对值相同的正相同的正负误差差产生相互抵消生相互抵消现象。象。1.5 测量的误差分析与处理 1.5.1 随机误差的处理 n置信区置信区间, ,置信概率置信概率 随机随机误差的分布差的分布规律服从于数学的概率

47、律服从于数学的概率统计理理论中的中的正正态分布分布规律。所以，我律。所以，我们可以根据可以根据这种分布种分布规律，从一系列重复律，从一系列重复测量量值中求出被中求出被测量量值的最可信的最可信值作作为测量的最量的最终结果，并果，并给出出该结果以一定果以一定概率存在概率存在的范的范围. .被被测量的随机量的随机误差出差出现在在该置信区置信区间的概率称的概率称为置信概率。置信概率。 N总的的测量次数量次数 误差在差在到到之之间所出所出现的次数的次数 置信区间,置信概率 随机误差的分布规律服从于数学的随机随机误差概率密度差概率密度 分布函分布函数数为：随机误差概率密度 分布函数为：测量方法及误差PPT

48、课件测量量误差落在差落在与与 之之间的概率的概率 随机随机误差差发生的范生的范围称称为置信区置信区间 概率概率称称为在在置信区置信区间上的上的置信概率置信概率或或置信水平置信水平； 显著性水平著性水平 置信区置信区间和置信概率合起来称和置信概率合起来称为置信度置信度 测量误差落在与 之间的概率 随机误差发生的范围称为置信区间 z00.20.40.60.80.900.00000.158520.310840.451490.576290.6318810.682690.769860.838490.890400.928140.9425720.954500.972190.983600.990680.994

49、890.9962730.997300.998620.999320.999680.999850.999904z00.20.40.60.80.900.00000.1585z00.20.40.60.80.900.00000.158520.310840.451490.576290.6318810.682690.769860.838490.890400.928140.9425720.954500.972190.983600.990680.994890.9962730.997300.998620.999320.999680.999850.999904这表明，表明，绝对值小于小于的随机的随机误差出差出现的概

50、率的是的概率的是68.27%。对于于 即即 对于于 即即z00.20.40.60.80.900.00000.1585标准差准差实际上反映了一上反映了一组测定定值的随机的随机误差的大小。差的大小。 概率密度分布曲概率密度分布曲线越越尖尖锐，测定定值的集中程度越好，的集中程度越好，其其测定定值的的精密度精密度（一致（一致性）性）越高越高 标准差实际上反映了一组测定值的随机误差的大小。 概率密度分布如如仅作一次作一次测量，就可估量，就可估计这一次一次测定定值（ ）的极限）的极限误差差为，也就是，也就是说该测定定值与真与真值之之间不超不超过的偏差的概率的偏差的概率为99.73%，即，即该值为。 由于是

51、由于是单次次测量，其估量，其估计标准差准差S应取自取自测量量仪表固有表固有标准差准差值之三倍（之三倍（允允许绝对误差差）由）由测量量仪表精度和量表精度和量程程预先先计算来确定。算来确定。如仅作一次测量，就可估计这一次测定值（ ）的极限误差为，也就【例例1-41-4】 某主蒸汽温度某主蒸汽温度测量系量系统，其精确度，其精确度为0.50.5级，测量量范范围0 0600600，测得得读数数 ，只，只计随机随机误差，差，试求其求其测定定结果？果？解：由解：由测量系量系统精确度等精确度等级，该测量系量系统的允的允许绝对误差差为 令令测量服从正量服从正态分布分布，则被被测温度真温度真值为【例1-4】 某主

52、蒸汽温度测量系统，其精确度为0.5级，测设某某仪表（或表（或测量系量系统）对同一被同一被测量量进行了行了N次重复次重复测量，得量，得读数数为其数学期望其数学期望值应取其算取其算术平均平均值算算术平均平均值的极限的极限误差差为 设某仪表（或测量系统）对同一被测量进行了N次重复测量，得读数【例例1-51-5】 对稳态工况下的恒定差工况下的恒定差压进行了行了1212次次测量，量，得到如下一得到如下一组测量量值（单位位为Pa）：）： 1985 1965 1984 1995 1998 1975 1973 1983 1981 1956 1958 1975求求该恒定差恒定差压测量量结果？果？【例1-5】 对

53、稳态工况下的恒定差压进行了12次测量，得到N值越大，越大，则标准差准差 越小，越小，测量精度也越高。故条量精度也越高。故条件件许可情况下尽量取多次可情况下尽量取多次测量。量。 N值越大，则标准差 越小，测量精度也越高。故条件许可情对于于一次一次测定定值，其，其测量量结果果为对于有限次数的于有限次数的多次重复多次重复测量量，其，其测量量结果果为 全部全部测量量值的的算算术平均平均值；S S标准准误差的估差的估计值；N N重复重复测量的次数；量的次数； t tt t分布系数。分布系数。当重复当重复测量的次数量的次数较少少时 当当测量次数量次数较少，少，实验数据将不服从正数据将不服从正态分布而是服从

54、分布而是服从t分布（又称分布（又称Student分布），分布），这时测量量值的置信区的置信区间（随机（随机不确定度）和置信概率可由不确定度）和置信概率可由t分布求得。分布求得。 对于一次测定值，其测量结果为对于有限次数的多次重复测量，其测自由度自由度v vt t值值自由度自由度v vt t值值P P=90%=90%P P=95%=95%P P=99%=99%P P=90%=90%P P=95%=95%P P=99%=99%1 16.3146.31412.70612.70663.65763.65718181.7341.7342.1012.1012.8782.8782 22.9202.9204.3

55、034.3039.9259.92519191.7291.7292.0932.0932.8682.8683 32.3532.3533.1823.1825.8415.84120201.7251.7252.0862.0862.8452.8454 42.1322.1322.7702.7704.6044.60421211.7211.7212.0802.0802.8312.8315 52.0152.0152.5712.5714.0324.03222221.7171.7172.0742.0742.8192.8196 61.9431.9432.4472.4473.7073.70723231.7141.7142

56、.0692.0692.8072.8077 71.8951.8952.3652.3653.4993.49924241.7111.7112.0642.0642.7972.7978 81.8601.8602.3062.3063.3553.35525251.7081.7082.0602.0602.7872.7879 91.8331.8332.2622.2623.2503.25026261.7061.7062.0562.0562.7792.77910101.8121.8122.2282.2283.1693.16927271.7031.7032.0522.0522.7712.77111111.7961.7

57、962.2012.2013.1063.10628281.7011.7012.0482.0482.7632.76312121.7821.7822.1792.1793.0553.05529291.6991.6992.0452.0452.7562.75613131.7711.7712.1602.1603.0123.01230301.6971.6972.0422.0422.7502.750表1-3 t分布表1-3 t分布表表1-3 t分布分布 自由度vt值自由度vt值P=90%P=95%P=99%P=9例例1-6 对某已知某已知电阻阻进行了行了8 8次次测量，得到的量，得到的测量量结果分果分别为15.

58、3015.30，14.9414.94，15.1915.19，14.8614.86，15.1115.11，15.1515.15，14.9714.97，15.3515.35，要求，要求测量量结果的置信概率果的置信概率为99%99%，求，求该电阻的真阻的真实阻阻值及不及不确定度。确定度。解：解： 测量量结果的算果的算术平均平均值为 标准准误差的估差的估计值为例1-6 对某已知电阻进行了8次测量，得到的测量结果分别为自由度自由度 置信概率置信概率为 从表从表1-31-3中可以中可以查出出 故算故算术平均平均值的置信区的置信区间（随机不确定度）（随机不确定度）为(99%)真真实阻阻值应取取 从表从表1-

59、31-3中的数中的数值可以看出当可以看出当N N逐逐渐增大增大时，t t分布分布趋近于近于正正态分布。分布。自由度 置信概率为 从表1-3中可以查出 故算术平均值的置信1.5.2 疏失疏失误差的差的处理理n定定义： n指明指明显超出超出统计规律律预期期值的的误差。又称差。又称为疏忽疏忽误差、差、过失失误差或差或简称粗差。称粗差。 n产生原因：某些偶生原因：某些偶尔突突发性的异常因素或疏忽所致。性的异常因素或疏忽所致。 n测量方法不当或量方法不当或错误，测量操作疏忽和失量操作疏忽和失误（如未按（如未按规程操作、程操作、读错读数或数或单位、位、记录或或计算算错误等）等） n测量条件的突然量条件的突

60、然变化（如化（如电源源电压突然增高或降低、雷突然增高或降低、雷电干干扰、机械冲、机械冲击和振和振动等）。等）。 n由于由于该误差很大，明差很大，明显歪曲了歪曲了测量量结果。故果。故应按照一定的准按照一定的准则进行判行判别，将含有粗大，将含有粗大误差的差的测量数据（称量数据（称为坏坏值或异常或异常值）予以剔除。）予以剔除。1.5.2 疏失误差的处理定义： 1 1、拉伊特准、拉伊特准则（3 3准准则）n测量列中的某个量列中的某个测量量值的残差的残差i i的的绝对值大于大于该测量列量列标准准误差的差的3 3倍，可倍，可认为是粗大是粗大误差，可以剔除。即：差，可以剔除。即：剔除粗大误差后，需要重新计算

61、测量列中的算数平均值和标准误差，继续按照此方法判断。1、拉伊特准则（3准则）测量列中的某个测量值的残差i的绝拉伊特准拉伊特准则的特点的特点1 1、简单，实用；用；2 2、判断条件界限、判断条件界限宽松，容易混入松，容易混入该剔除的粗大剔除的粗大误差；差；3 3、当、当n10n10，即使有粗差，也不易判断。，即使有粗差，也不易判断。拉伊特准则的特点1、简单，实用；2、判断条件界限宽松，容易混2 2、格拉布斯准、格拉布斯准则NN =0.05 =0.01 =0.05 =0.01 =0.05 =0.0131.1531.155132.3312.607232.6242.96341.4631.492142.

62、3712.659242.6442.98751.6721.749152.4092.705252.6633.00961.8221.944162.4432.747302.7453.10371.9382.097172.4752.785352.8113.17882.0322.221182.5042.821402.8663.24092.1102.323192.5322.854452.9143.292102.1762.410202.5572.884502.9563.336112.2342.485212.5802.912803.143.31122.2852.550222.6032.9391003.173.59

63、使用使用该准准则时，显著性水平不宜著性水平不宜选得得过高，即高，即置信概率不宜置信概率不宜选得得过低，否低，否则可能把不是坏可能把不是坏值的数据当作坏的数据当作坏值剔除剔除 2、格拉布斯准则NN =0.05 =0.01 =3 3t分布准分布准则设得到一得到一组共共N N个数据，将被个数据，将被怀疑的数据先剔除，而后按余下疑的数据先剔除，而后按余下的的(N-1)(N-1)个个测量量值来来计算算算算术平均平均值和和标准准误差的估差的估计值：？3t分布准则设得到一组共N个数据，将被怀疑的数据先剔除，而4 4* *计算机算机实时处理理当大量的当大量的测量量值由由计算机采算机采样后，后，对可能含有疏失可

64、能含有疏失误差的差的测量量值用用莱伊特准莱伊特准则进行行边采采样边舍取舍取的的处理。其理。其优点是快速剔除坏点是快速剔除坏值，减少判断，减少判断过程中占用程中占用计算机的内存，而采算机的内存，而采样数数N N可以不加限定。可以不加限定。4*计算机实时处理当大量的测量值由计算机采样后，对可能含有1.5.3 系系统误差差处理理1 1示示值修正法修正法测量真量真值测量量读数修正数修正值 修正修正值标准器准器读数数仪表表读数数 1.5.3 系统误差处理1示值修正法测量真值测量读数2 2参数校正法参数校正法被被测信号是信号是 干干扰信号是信号是 额定工况下定工况下显示量示量 传感器的感器的输出信号出信号

65、 校正后的校正后的显示量示量 比起示比起示值修正法而言，更适合在修正法而言，更适合在线运行修正运行修正 2参数校正法被测信号是 干扰信号是 额定工况下显示量 传感被被测信号是信号是 干干扰信号是信号是 传感器的感器的输出信号出信号 3 3信号信号补偿法法 测取管内液体流量的取管内液体流量的传感器（感器（节流件）流件）输出信号即是差出信号即是差压 信号信号补偿法包含了参数校正法法包含了参数校正法 二者区二者区别在于前者将在于前者将显示量示量进行修正，后者在行修正，后者在显示量示量中将干中将干扰信号信号进行了行了补偿 被测信号是 干扰信号是 传感器的输出信号 3信号补偿法 测n通通过直接直接测量与

66、被量与被测量有量有函数关系函数关系的量，通的量，通过函数函数关系求得被关系求得被测量量值的的测量方法。量方法。1.6 1.6 误差的传递与合成误差的传递与合成间接接测量量1.6.1 误差的差的传递通过直接测量与被测量有函数关系的量，通过函数关系求得被测量值1系系统误差的差的传递2随机随机误差的差的传递1系统误差的传递2随机误差的传递1.6.2 误差的合成差的合成1随机随机误差的合成差的合成2系系统误差的合成差的合成对于确定性于确定性误差差 某些某些环节的系的系统误差符差符号不确定号不确定时 对于多元函数（于多元函数（间接接测量中）量中） 1.6.2 误差的合成1随机误差的合成2系统误差的合成3

67、 3随机随机误差和系差和系统误差的合成差的合成总误差差 单项未定系未定系统误差合成后的差合成后的总极限极限误差差 随机随机误差合成后的差合成后的总极限极限误差差总未定系未定系统误差，差，总随机随机误差和差和总误差的置信系数差的置信系数 3随机误差和系统误差的合成总误差 单项未定系统误差合成后的 复复习思考思考题1测量仪表主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？2测量误差有几种表示方法？各代表什么意义？3测量误差的种类有哪些？它们是如何产生的？如何对这些误差进行处理？4何谓仪表的允许误差、准确度等级、基本误差和变差？5评价仪表质量优劣的标准有哪些？怎样才算是合格的仪表？6用热电偶温度计对某火电厂的过热蒸汽温度进行测量，得到如下测量数据：543.7，545.1，543.9，544.6，545.5，545.3，设过热蒸汽温度稳定，测量误差服从正态分布，试求置信概率为95%时的实际温度。7用莱伊特准则判别上题的测量数据中有无坏值。 感谢聆听