检测技术及传感器 S03.误差理论.ppt

1、测试技术与仪器，TM技术与仪器，CIST buct 2010，TM，I简介，测试技术的概念，测量单位，测量精度，误差分类，测试仪器的组成，TM，I简介，测试技术的分类：开环结构仪器，闭环结构仪器，静态指标：测量范围和范围，输入输出特性，稳定性，重复性和再现性，可靠性，准确度和准确度等级，以及其他动态指标：响应时间，第一部分基础知识，第1章绪论， 仪器技术指标误差的理论基础，TM，I介绍，仪器仪表静态特性的测量范围和量程输入输出特性：线性、灵敏度、死区、齿隙稳定性、重复性和再现性、可靠性误差、准确度和准确度等级、动态特性响应时间，TM，I介绍，仪器仪表静态特性的测量范围和能正常工作(满足准确度要

2、求)的量程仪表的可测上下量程，它们之间的代数差为量程。 测量上限与测量下限之比称为量程比，通常表示为x:1。它关系到仪器的精度、精度等级和选择。仪器静态特性指标输入和输出特性的线性度在特定条件下，仪器校准曲线和拟合直线之间的最大偏差与满量程输出值的百分比。TM，I介绍，仪器仪表的指标，静态特性的比率，输入输出特性，灵敏度，输出变化和引起变化的输入变化。TM，I介绍，仪器仪表的指标，静态特性的比率，输入输出特性，灵敏度，输出变化和引起变化的输入变化。线性仪器的灵敏度是恒定的，而非线性仪器的灵敏度是变化的。仪表指数静态特性输入输出特性灵敏度仪表系数，仪表指数静态特性输入输出特性灵敏度仪表系数，仪表

3、指数静态特性输入输出特性灵敏度仪表系数，仪表指数静态特性输入输出特性死区(不敏感区)是一个有限的范围，在该范围内测量的变化不会引起输出值的可察觉的变化。仪器在死区的灵敏度为零。仪表静态特性索引在相同的工作条件下校准整个测量范围时，在相同的校准中，对应于相同输入量的正向行程和反向行程输出值之间的最大偏差。仪器静态特性稳定性的指标是时间稳定性，它表示在工作条件保持不变的一段时间内，仪器输出值的随机变化。第二，使用条件变化的稳定性，表示在规定的使用条件下，某一条件的变化对仪器输出的影响。仪器仪表指示器的静态特性重复性在相同的测量条件下(测量程序、观察者、测量设备、地点、短时间)，同一被测对象在同一方

4、向上被测量几次。测量抗随机干扰能力的重复性(不同于重复性)相对较长，包括两个方向的重复性和反冲。介绍TM、I和I，没有测量仪器和仪表可靠性的特殊标度。目前，主要有三个指标来描述：保险有效期(可靠性、故障率)可靠度(结构可靠性、功能可靠性)定量描述：平均故障间隔时间(MTBF)，一个仪器在两个相邻故障间隔内有效工作的平均时间。仪器仪表的静态特性误差按照误差的大小进行分类。绝对误差不能作为测量仪器精度的唯一标准。相对误差实际相对误差名义相对误差参考相对误差。仪器仪表静态特性误差根据误差发生的规律和特点进行分类，系统误差、随机误差和粗差根据使用的工作条件进行分类。在仪器基本误差的标准条件下，给定仪器

5、的全量程和最大绝对误差只有一个值。仪器附加误差、仪器静态特性误差、仪器动态特性误差、仪器静态特性误差、仪器动态特性误差、仪器静态特性误差、仪器满量程相对误差、最大精度参考误差、最大测量误差、仪器量程允许误差、仪器基本误差限值、仪器静态特性误差、仪器满量程相对误差、最大精度参考误差、最大测量误差、仪器量程允许误差限值、最大允许误差是指“给定测量仪器、规格、程序等允许的误差限值。”。指在规定的参考条件下，技术标准、计量检定规程和其他计量器具技术规范中规定的允许误差限值。这里规定的是误差极限值，所以它实际上是测量仪器每项计量性能所要求的最大允许误差值。它可以简称为最大允许误差，或测量仪器的允许误差极

6、限。仪器静态特性精度指标仪器给出的响应能力接近真实值，精度和精密度由仪器的满量程相对误差来衡量。仪器仪表指标静态特性精度等级仪器的最大参考误差乘以100并四舍五入。精度等级的最大参考误差为100系列。根据OIML建议34的建议系列110n、1.510n、1.610n、210n、2.510n、310n、410n、510n、610n，N=1、0、-1、-2、-3等。最大参考误差精度等级%，TM，I简介，仪器仪表静态特性的精度等级示例：一台温度测量仪器的精度等级为0.5，下限刻度为负，为全量程的25%，仪器在全量程内的最大允许绝对误差为1，因此计算仪器刻度的上限、下限和量程。例如：精度等级为1的流量

7、计测量范围为101000升/分钟，当标称值为50升/分钟时，测量误差达到最大，测量相对误差为10%。这个流量计合格吗？仪器仪表静态特性的准确度等级应注意：相对误差与参考误差之差、参考误差与仪器满量程相对误差之差、参考误差与仪器准确度等级的关系、仪器仪表动态特性的响应时间、仪器输出值达到或接近稳定值的时间一般规定仪器输出值达到稳定值的63.2%，所需时间为响应时间，也称仪器时间常数。准确度和动态响应特性之间的关系准确度高的仪器的动态响应特性不一定好，反之亦然。精度和动态响应特性之间存在一定的矛盾，不可能两者兼得。测量误差：随机误差、粗差、系统误差仪器指标：静态特性、动态特性、输入输出特性与误差绝

8、对误差的关系：单位；真理价值的获得；仪器基本误差的相对误差：它与真实值有关，不反映仪器的质量。最大参考误差：仪器范围；仪器满量程相对误差非线性误差：仪器量程齿隙：上行程(正向行程)，下行程(反向/反向行程)，TM，I简介，静态特性和误差概念输入输出特性和误差之间的关系：以下错误判断为最大参考误差非线性误差满量程相对误差齿隙2最大参考误差非线性误差2齿隙，第一部分基础知识，第一章简介，仪器仪表技术指标误差理论基础，TM，I简介，误差理论误差表征，随机误差， 粗差，系统误差传输与合成，TM，I简介，测量误差可分为随机误差(偶然误差)，粗差(粗差)，系统误差，粗差是一种偶然的和过度的误差，含有粗差的

9、数据是异常的，应该丢弃。 正常测量数据只包含系统误差和随机误差。当以相同的精度多次重复测量相同的值时，会获得一系列不同的测量值(通常称为测量列)，每个测量值都包含误差，并且这些误差的发生没有确定的规律，即前一个误差的发生不能预测下一个误差的大小和方向，但总的来说，它具有统计规律性。随机误差的来源数理统计的基本知识随机误差的统计特性，随机误差的介绍，随机误差的来源测量装置中的随机误差因素零件匹配不稳定，零件变形，零件表面油膜不均匀，摩擦等。环境因素包括温度的轻微波动、湿度和气压的轻微变化、光强的变化、灰尘和电磁场。人员因素瞄准、读数不稳定等。随机误差的统计表示数学期望是误差的分布中心，它反映了平

10、均特征。方差和标准差随机误差的方差反映了随机误差的离散程度，是误差随机波动的特征参数。随机误差正态分布的统计特征大多数测量误差因子具有正态分布的特征。总结了不服从正态分布的误差。当求和公式中误差项的数量增加，误差方差不太大时，误差和的分布将趋于正态分布。在实践中，当测量误差的方差相差不大时，约10个测量和的误差可以接近正态分布。随机误差的统计特征正态分布的标准偏差较大，相应的分布曲线较低且较宽，这表明误差值的分散性对测量结果有很大的影响。如果标准差很小，情况正好相反。随机误差的统计特征正态分布的随机误差特征的对称性：正负随机误差出现的几率相等。单峰：随机误差很有可能分布在零附近。有界性：实际测

11、量误差总是有一定的极限，而不是无限的。补偿：当测量次数足够大时，随机误差的算术平均值趋于零。在测量栏中，如果单个数据与其他数据之间存在明显差异，则该数据可能包含粗差。粗差对测量精度有很大影响。给定一个显著水平，临界值是根据一定的分布确定的，任何超过临界值的误差都被判断为粗差。莱达法、抓取法、TM、I介绍、粗差检验法等。根据公式vi=xi E (x)，通过莱达方法对一系列具有相同精度的测量数据xi计算残差VI。如果|vi| k，则确定Xi包含粗差，应为e总误差的总误差检验方法总误差的总误差检验方法总误差根据公式VI=xi E (x)计算，xi的一系列测量数据用抓斗法具有相同的精度。如果|vi|(

12、，n)，则判断Xi包含粗差，应予以消除。重新检查被拒绝的数据，直到确定没有重大错误。(，n)是抓取系数。系统误差的特征系统误差遵循一定的规律在连续测量的一系列测量结果中，系统误差表现出一定的规律，并且在相同的条件下可以重复表现出来。系统误差没有随机误差那样的补偿。系统误差的规律性是系统误差因素在一定测量条件下一定规律性的反映。要研究系统误差的规律性，首先要注意这个前提。掌握误差因素对于了解误差的规律性非常重要，可以为控制和消除系统误差提供依据。系统误差的多样性和复杂性虽然系统误差有一定的规律性，但具体的测量问题差异很大，这使得这一规律表现出多样性和复杂性。在一系列测量数据中，根据其性能特点，系

13、统误差分为根据线性规律变化的恒定系统误差、根据复杂规律变化的周期性系统误差、TM、I介绍、系统误差、系统误差特性、对系统误差规律的理解、确定的系统误差、它们的值的变化规律以及它们的具体值都是已知的系统误差。不确定系统误差不确定(未知，待定)系统误差是指系统误差的具体值(甚至其规律性)没有被准确掌握。系统误差的检验方法通过实验比较来检验系统误差。系统误差通过理论分析来判断。用统计学方法检验测量数据的直接判断。残差检验法，阿贝-埃尔米特判别法，残差和判别法，标准差比较法，数据比较法，TM，I导论，系统误差检验法系统误差通过实验比较进行检验。标准量由高精度仪器或测量方法给出(测量误差相对较小)，这种

14、方法在计量学中称为“验证”。通过验证，我们不仅可以发现测量中是否存在系统误差，而且可以准确地确定其具体值，这为消除这种误差创造了条件。将相同精度的其他仪器或测量方法给出的测量结果进行比较，如果有明显差异，则表明它们之间存在系统偏差，应怀疑测量结果含有系统误差。系统误差的检验方法系统误差是通过实验来检验的。当误差因子与测量误差之间的关系已知时，通过测量实验可以得到原始误差，然后根据它与测量误差之间的函数关系可以得到相应的测量误差。反之亦然，测量误差被分解(例如使用谐波分析法)以确定误差分量。通过理论分析和判断，理论分析方法和实验方法相辅相成，构成了精度分析的基本内容。测量数据的直接判断通过观察系

15、列测量结果的数值变化趋势，我们可以发现随测量顺序而变化的系统误差。系统误差的检验方法系统误差用统计学方法检验。根据随机误差的统计规律，制定一些统计规律来检验实测数据序列是否与其一致。如果不一致，则意味着测量数据系列包含系统误差。残差检验法、阿贝-埃尔米特判别法、残差和判别法、标准差比较法、数据比较法、TM介绍、系统误差检验法。用统计法检查残差检验法。根据公式vi=xi E (x)计算剩余误差vi，将剩余误差vi分成前后相同的两部分，分别求和比较。如果该值明显不为零，则应怀疑多边环境协定中存在系统误差系统误差的检验方法系统误差用统计方法阿贝-埃尔米特判别法检验等效精度系列测量数据xi用公式vi=xi E(x)计算，如果进行统计，则判断这组数据包含系统误差。这种判别方法能有效地反映周期性系统误差。系统误差的检验方法系统误差用统计方法残差和判别法检验测量数据的等效精度系列xi根据公式vi=xi E(x)计算残差vi，如果有，则怀疑测量数据有系统误差。TM，I引言，系统误差检验方法系统误差检验的统计方法标准差比较法等效精度系列测量数据xi根据公式vi=xi E(x)计算残差vi，用不