任務(wù)二誤差的認識

引子：在農(nóng)村里，有一位農(nóng)民要賣大肥豬和小豬仔，在家里，他都用秤稱過了，大肥豬500斤，小豬仔15斤。到了市場上，用的是市場的秤，稱出來是498斤，農(nóng)民較為滿意，覺得這秤較準，但小豬仔稱出來只有14斤，農(nóng)民就不滿意了，說這個秤不太準。為什么他有這樣的感受呢？

1/19/20251了解：測量的一般知識一、測量的基本概念

所謂測量：指人們用實驗的方法，借助于一定的儀器或設(shè)備，將被測量與同性質(zhì)的單位標準量進行比較，并確定被測量對標準量的倍數(shù)，從而獲得關(guān)于被測量的定量信息。鳥的身高h測量的結(jié)果就表示為h=8cm單位為cm1/19/20252靜態(tài)測量

1/19/20253對緩慢變化的對象進行測量亦屬于靜態(tài)測量。

最高、最低溫度計1/19/20254

動態(tài)測量

地震測量振動波形1/19/20255便攜式儀表可以顯示波形的便攜式儀表1/19/20256直接測量

電子卡尺1/19/20257間接測量

對多個被測量進行測量，經(jīng)過計算求得被測量（阿基米德測量皇冠的比重）。

1/19/20258接觸式測量

1/19/20259非接觸式測量

例：雷達測速車載電子警察1/19/202510離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗1/19/202511在線測量

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。1/19/202512一絕對誤差

絕對誤差：

δ=x－x0某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？(1-1)1/19/202513二、相對誤差相對誤差分為：實際相對誤差、示值相對誤差、引用相對誤差。實際相對誤差：引用相對誤差（滿度相對誤差）：示值相對誤差：1/19/202514三、精度精度：最大引用誤差：最大引用誤差通常用來確定精度等級1/19/202515儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的引用相對誤差為2.5%。1/19/202516例1某壓力表精度為2.5級，量程為0~1.5MPa，測量結(jié)果顯示為0.7MPa，試求：1）可能出現(xiàn)的最大引用相對誤差？2）可能出現(xiàn)最大絕對誤差？3）可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差？答案：1）2.5%2）37.5KPa3）5.36%1/19/202517例2現(xiàn)有0.5級的0~300℃的和1.0級的0~100℃的兩個溫度計，要測量80℃的溫度，試問采用哪一個溫度計好？答案提示：0.5級表的可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差為1.875%1.0級表的可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差為1.25%選用1.0級的儀表好。注意：選用儀表要兼顧精度等級和量程，通常示值落在儀表滿刻度的2/3以上。1/19/202518例：某指針式萬用表的面板如圖所示，問：用它來測量直流、交流（~）電壓時，可能產(chǎn)生的引用相對誤差分別為多少？1/19/202519例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問：選擇該量程合理嗎？1/19/202520誤差產(chǎn)生的因素：1.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應(yīng)予以剔除。

1/19/202521產(chǎn)生粗大誤差的一個例子

1/19/202522

2.系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

1/19/2025233.隨機誤差

在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。1/19/202524隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計1/19/202525隨機事例的幾個例子

彩票搖獎1/19/202526下圖是射擊彈著點示意圖，請你分別說出圖a、b、c各是什么原因造成的，應(yīng)如何克服？

偏差特別大彈著點接近正態(tài)分布彈著點均偏向右上側(cè)1/19/2025274.動態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態(tài)誤差

當被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。

1/19/202528請你做一做1

1.某壓力儀表廠生產(chǎn)的壓力表引用相對誤差均控制在0.4%—0.6%，該壓力表的精度等級應(yīng)定為（）級，另一儀器廠需要購買壓力表，希望壓力表的引用相對誤差小于0.9%，應(yīng)該買（）壓力表。A：0.2B:0.5C:1.0D:1.5答案：C、B1/19/202529（2）某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，在這個例子中，產(chǎn)生此心理作用的主要因素是（）

A.絕對誤差B.示值相對誤差

C.滿度相對誤差D.精度等級

3）在選購線性儀表時，必須在同一系列的儀表中選擇適當?shù)牧砍獭＿@時必須考慮到應(yīng)盡量使選購的儀表量程為欲測量的（）左右為宜。A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍答案：C答案：B1/19/202530任務(wù)三傳感器的特性了解1、傳感器的靜態(tài)特性當輸入信號不隨時間變化時．輸出信號與輸入信號的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性

xy0a1在理想的情況下，傳感器的輸出量y與輸入量x之間應(yīng)為線性關(guān)系，其靜態(tài)特性可表示為：

y=a1x1/19/202531常用的傳感器靜態(tài)性指標包括：（1）線性度（2）遲滯特性（3）重復(fù)性（4）靈敏度（5）分辨力和閾值（6）穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性

(7)漂移（8）靜態(tài)誤差1/19/202532（1）線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計算公式如下：1/19/202533作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實際特性曲線）1/19/202534（2）遲滯特性：正反行程中輸出/輸入不重合的程度當輸入信號逐漸增大，而后又逐漸減小時．對應(yīng)同一信號值會出現(xiàn)不同的輸出信號，在全量程范圍內(nèi)．對應(yīng)于同一輸入信號的前后兩個輸出信號的最大差值為Hmax，滯后量可用H對滿量程輸出為yFS百分比表示。xynHy0H--越小越好1/19/202535（3）重復(fù)性：表示輸入量按同一方向(增加或減小)變化時，在全量程范圍內(nèi)，重復(fù)進行測試時，所得到的各特性曲線的重復(fù)程度，一般用輸出最大不重復(fù)誤差δ與滿量程的百分比表示。

yfs△Rmx1xy01/19/202536（4）靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

（1－6）1/19/202537作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax1/19/202538(5)分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應(yīng)。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對誤差。

1/19/202539圖所示的數(shù)字式溫度計分辨力為？1/19/2025406

穩(wěn)定性

5電磁兼容性

6可靠性：可靠性是反映檢測系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標。

浴盆曲線1/19/202541

“老化”試驗：在檢測設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場使用時，故障率大為降低。老化試驗臺1/19/202542二、傳感器的動態(tài)特性

當輸入信號隨時間變化時，輸出信號與輸入信號的關(guān)系稱為傳感器的動態(tài)特性

如果以階躍信號作為激勵（輸入），來研究動態(tài)特性，而此時的輸出稱為階躍響應(yīng)。1/19/202543（1）零階傳感器

如線性電位器就屬于零階傳感器，數(shù)學模型的一般形式是：

otky零階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖無時間滯后y=Kx

從數(shù)學模型的角度看，也可將傳感器分為零階、一階、二階、三階等傳感器。

1/19/202544（2）一階傳感器

如用以測量溫度的不帶保護套的熱電偶，就屬于一階傳感器，數(shù)學模型的一般形式是：otky一階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖T1T20.632K穩(wěn)值定1/19/202545（3）二階傳感器

如用以測量溫度的帶保護套的熱電偶，就屬于二階傳感器。y二階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖otk穩(wěn)值定欠阻尼臨界阻尼過阻尼1/19/202546有關(guān)任務(wù)四傳感器的標定請同學們自學。1/19/2025474）用萬用表交流電壓檔(頻率上限僅為5kHz)測量頻率高達500kHz、10V左右的高頻電壓，發(fā)現(xiàn)示值還不到2V，該誤差屬于

。用該表直流電壓檔測量5號干電池電壓，發(fā)現(xiàn)每次示值均為1.8V，該誤差屬于

。

A.系統(tǒng)誤差B.粗大誤差

C.隨機誤差D.動態(tài)誤差5）重要場合使用的元器件或儀表，購入后需進行高、低溫循環(huán)老化試驗，其目的是為了

。

A.提高精度B.加速其衰老

C.測試其各項