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自动检测技术课程 授课教案
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第一章 检测技术的基本概念
课题:检测技术的基本概念课时安排:3课次编号:1~2教材分析难点:测量结果的数据统计处理重点:传感器的特性教学目的和要求1、了解测量方法的分类;
2、掌握测量误差和数据处理;
3、稳定性及其纠正采用教学方法和实施步骤:讲授、课堂讨论、分析教具:数字仪表、
弹簧管压力传感器各教学环节和内容测量方法分类
可分为静态测量和动态测量、直接测量和间接测量、模拟式测量和数字式测量、接触式测量和非接触式测量、在线测量和离线测量。根据测量的具体手段来分,又可分为偏位式测量、零位式测量和微差式测量
测量误差及数据处理
介绍:真值A0、绝对误差:
Δ=Ax–A0 (1-1)
(1)示值(标称)相对误差?x
(1-3)
(2)引用误差?m
(1-4)
式(1-4)中,当?取仪表的最大绝对误差值?m时,引用误差常被用来确定仪表的准确度(Degree of Accuracy)等级S,即
(1-5)
我国的模拟仪表有下列七种等级,准确度等级的数值越小,仪表的就越昂贵。
表1-1 仪表的准确度等级和基本误差
准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差±0.1%±0.2%±0.5%±1.0%±1.5%±2.5%±5.0%仪表的准确度与“精度”
举例,在正常情况下,用0.5级、量程为100℃温度表来测量温度时,可能产生的最大绝对误差为:
Δm=(±0.5%)×Am=±(0.5%×100)℃=±0.5℃
例1-1 某压力表准确度为2.5级,量程为0~1.5MPa,求:1)可能出现的最大满度相对误差?m。2)可能出现的最大绝对误差?m为多少kPa?3)测量结果显示为0.70MPa时,可能出现的最大示值相对误差?x。
解 1)可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到,即?m=±2?5%。
3)
2)? m=?m?Am=±2?5%?1.5MPa=±0.0375MPa=±37.5kPa
由上例可知,?x的绝对值总是大于(在满度时等于)?m
例1-2 现有准确度为0.5级的0~300℃的和准确度为1.0级的0~100℃的两个温度计,要测量80℃的温度,试问采用哪一个温度计好?
解 计算用0.5级表以及1.0级表测量时,可能出现的最大示值相对误差分别为±1.88%和±1.25%。计算结果表明,用1.0级表比用0.5 级表的示值相对误差的绝对值反而小,所以更合适。
由上例得到的结论:在选用仪表时应兼顾准确度等级和量程,通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。
(二)测量误差的分类
(1)粗大误差:明显偏离真值的误差称为粗大误差。当发现粗大误差时,应予以剔除。
(2)系统误差:凡误差的数值固定或按一定规律变化者,均属于系统误差。
系统误差是有规律性的,因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正,也可以重新调整测量仪表的有关部件使系统误差尽量减小。
(3)随机误差:在同一条件下,多次测量同一被测量,有时会发现测量值时大时小,误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化,该误差称为随机误差。随机误差反映了测量值离散性的大小。引起随机误差的因素称为随机效应。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。
存在有随机误差的测量结果中,虽然单个测量值误差的出现是随机的,多数随机误差都服从正态分布规律。就误差的整体而言,服从一定的统计规律。因此可以通过增加测量次数,利用概率论的一些理论和统计学的一些方法,可以掌握看似毫无规律的随机误差的分布特性,并进行测量结果的数据统计处理。(课堂上,以下面的例题代替繁杂的计算)。
例.用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量,所得数据如下表(单位为mm),请指出哪几个数值为粗大误差?在剔除粗大误差后,用算术平均值公式求出钢板厚度。
=
表 1 钢板测量结果的数据列表
nxi / mm18.0428.0237.9645.9959.3367.98(三)测量系统静态误差的合成
“环节”、“误差合成”:
由n个环节串联组成的开环系统如图1-6所示。
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