电工仪表及测量.(误差)精.ppt
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1、电工仪表及测量电工仪表及测量.(误差误差)第1页,本讲稿共51页误差的概念误差的概念在一定条件下,被测量客观存在的确定值,称为真值。在一定条件下,被测量客观存在的确定值,称为真值。误差是测量值与真值相差的程度。误差是测量值与真值相差的程度。误差公理:测量的过程必然存在着误差,误差自始误差公理:测量的过程必然存在着误差,误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。因此至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。因此研究误差规律,并尽量减小误差是测量的任务之一。研究误差规律,并尽量减小误差是测量的任务之一。第2页,本讲稿共51页误差的产生原因误差的产生原因仪器本身;因为任何仪器都有一定的灵敏域和精
2、确度。仪器本身;因为任何仪器都有一定的灵敏域和精确度。环境的变更;如温度,纬度,湿度,电磁场的变化。环境的变更;如温度,纬度,湿度,电磁场的变化。实验方法所限;方法不同结果不一样。如抽样调查中实验方法所限;方法不同结果不一样。如抽样调查中的代表性误差(抽样平均误差),的代表性误差(抽样平均误差),操作人员的素质。每个人生理条件的不同,受教育,操作人员的素质。每个人生理条件的不同,受教育,训练的程度不同。训练的程度不同。值得强调的是,误差不是错误,测量结果包含了误差范值得强调的是,误差不是错误,测量结果包含了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。测量结果数值要围恰恰是测量结果正确和科学的表达。
3、测量结果数值要用有效数字来表示。用有效数字来表示。第3页,本讲稿共51页误差的表示方法误差的表示方法1绝对误差绝对误差相对误差相对误差引用引用误差差n最大引用最大引用误差差mn第4页,本讲稿共51页误差的表示方法误差的表示方法2绝对误差:绝对误差:测量值测量值Ax与被测量真值与被测量真值A0之差之差=Ax-A0相对误差:相对误差:绝对误差绝对误差与真值与真值A0之比,并用百分数表示。之比,并用百分数表示。=引用误差:引用误差:仪表某一刻度点读数的绝对误差仪表某一刻度点读数的绝对误差比上比上仪表量程上限仪表量程上限Am,并用百分数表示。,并用百分数表示。n=A0Amx100%x100%第5页,本
4、讲稿共51页误差的表示方法误差的表示方法3最大引用误差:最大引用误差:仪表在整个量程范围内的最大示值的仪表在整个量程范围内的最大示值的绝对误差绝对误差m比仪表量程上限比仪表量程上限Am,并用百分数表示。,并用百分数表示。mn=Ammx100%第6页,本讲稿共51页关于真值关于真值实际上,真值是难于得到的,实际中,人们通常用实际上,真值是难于得到的,实际中,人们通常用两种方法来近似确定真值,并称之为约定真值。两种方法来近似确定真值,并称之为约定真值。n一种方法是采用相应的高一级精度的计量器具所复现的被测量值来代表真值,n另一种方法是在相同条件下多次重复测量的算术平均值来代表真值。n另外在产品检测
5、中,某项被测量的设计指标,既标称值视作已知真值,而测量值与标称值之差,就是产品制作误差(注意:这里的测量值与其算术平均值之差才是测量误差)。n理论值作为真值,如三角形内角和为1800第7页,本讲稿共51页例例1-11-1 用以电压表测量某电压,其读数为201V,而标准表的读数(认为是真值)为200V,求绝对误差。=Ax-A0=201-200=1(V)1-2 用一 电压表测200V电压,绝对误差为+1V,用另一电压表测20V电压,绝对误差为+0.5V,求相对误差?第8页,本讲稿共51页分析分析上例中前者的绝对误差大于后者,但误差对测量上例中前者的绝对误差大于后者,但误差对测量结果的影响,后者却大
6、于前者。结果的影响,后者却大于前者。因此衡量对测量结果的影响,要用相对误差因此衡量对测量结果的影响,要用相对误差。第9页,本讲稿共51页仪表的误差仪表的误差仪表的误差:仪表的误差:仪表指示值与被测量真值之间相差程度仪表误差的分类仪表误差的分类n基本误差:在规定条件下,仪表本身所产生的误差;n附加误差:在规定条件之外,所产生的误差;第10页,本讲稿共51页仪表的准确度仪表的准确度仪表的准确度:仪表的准确度:在规定使用条件下,仪表最大引用误差绝对值的百分数;它表示仪表指示值与被测量真值之间接近的程度;即 K%=GB776-76电测量指示仪表通用技术条件给仪表规定了7个等级准确度。Ammx100%仪
7、表准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差(%)0.10.20.51.01.52.55.0第11页,本讲稿共51页分析分析通常仪表的绝对误差在仪表标尺的全长上基本保持恒通常仪表的绝对误差在仪表标尺的全长上基本保持恒定,因而相对误差会随着被测量的减小逐渐增大,所定,因而相对误差会随着被测量的减小逐渐增大,所以相对误差的数值并不能说明仪器的优劣,只能说明以相对误差的数值并不能说明仪器的优劣,只能说明测量结果的准确程度。引用误差则由于式中的分子、测量结果的准确程度。引用误差则由于式中的分子、分母都由仪表本身性能所决定,不随被测量变化,所分母都由仪表本身性能所决定,不随被测量变化,
8、所以用其来表示仪表的准确程度。以用其来表示仪表的准确程度。第12页,本讲稿共51页小结小结误差的基本概念误差的基本概念仪表的误差和准确度仪表的误差和准确度第13页,本讲稿共51页二、内容提要二、内容提要误差的分类误差的分类误差的消除方法误差的消除方法精密度、准确度(正确度)精密度、准确度(正确度)、精确度概念、精确度概念第14页,本讲稿共51页误差从性质上分类、特点误差从性质上分类、特点误差从性质上可分为三大类,即:误差从性质上可分为三大类,即:系统误差系统误差随机随机(偶然偶然)误差误差疏失误差(粗大误差、过失误差)疏失误差(粗大误差、过失误差)第15页,本讲稿共51页系统误差系统误差系统误
9、差:系统误差是指按一定规律出现的误差;系统误差:系统误差是指按一定规律出现的误差;在同一条件下,多次重复测试同一量时,误差的数在同一条件下,多次重复测试同一量时,误差的数值和正负号有较明显的规律。系统误差通常在测试值和正负号有较明显的规律。系统误差通常在测试之前就已经存在,而且在试验过程中,始终偏离一之前就已经存在,而且在试验过程中,始终偏离一个方向,在同一试验中其大小和符号相同。例如,个方向,在同一试验中其大小和符号相同。例如,电压表示值的偏差等。电压表示值的偏差等。特征:有其对应的规律性,它不能依靠增加测量次特征:有其对应的规律性,它不能依靠增加测量次数来加以消除,一般可通过试验分析方法掌
10、握其变数来加以消除,一般可通过试验分析方法掌握其变化规律,并按照相应规律采取补偿或修正的方法加化规律,并按照相应规律采取补偿或修正的方法加以消减。以消减。第16页,本讲稿共51页随机误差(偶然误差)随机误差(偶然误差)1随机误差(偶然误差):随机误差(偶然误差):在同一条件下,对某一量多次重复测量时,在同一条件下,对某一量多次重复测量时,各次的大小和符号均以不可预定的规律变化的误差,谓之随机各次的大小和符号均以不可预定的规律变化的误差,谓之随机误差或偶然误差。是具有不确定性的一类误差。误差或偶然误差。是具有不确定性的一类误差。它的产生是由测量过程中出现的各种各样不显著而又难于控制它的产生是由测
11、量过程中出现的各种各样不显著而又难于控制的随机因素综合影响所造成。的随机因素综合影响所造成。特征:个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规律,特征:个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规律,服从高斯(服从高斯(GASS)分布,也称正态分布;无法消除。)分布,也称正态分布;无法消除。其统计其统计特征如下:特征如下:有界性有界性对称性对称性单峰性单峰性递减性递减性由于随机误差具有以上这些特性,所以在工程上可以对被测量进行多次重由于随机误差具有以上这些特性,所以在工程上可以对被测量进行多次重复测量的算术平均值表示被测量的真值复测量的算术平均值表示被测量的真值。第17页,本讲稿共51页随机误
12、差(偶然误差)随机误差(偶然误差)268.3%95.5%99.7%第18页,本讲稿共51页疏失误差(粗大误差、过失误差)疏失误差(粗大误差、过失误差)过失误差:测量误差明显地超出正常值,由于人员的过失误差:测量误差明显地超出正常值,由于人员的疏失,如测错、读错、记错或计算错误等;或测试条疏失,如测错、读错、记错或计算错误等;或测试条件突变所致。件突变所致。含有过失误差的测量数据是不能采用的,必须利用一定的含有过失误差的测量数据是不能采用的,必须利用一定的准则从测得的数据中剔除。如比赛中采用的准则从测得的数据中剔除。如比赛中采用的“去掉一个最去掉一个最大值和最小值的计分方法,以及数据处理中常采用
13、的大值和最小值的计分方法,以及数据处理中常采用的3原原则等等既是典型的例子。既是典型的例子。第19页,本讲稿共51页三类误差的关系三类误差的关系应当指出,上述三类误差之间在一定条件下是可以互相转化的。应当指出,上述三类误差之间在一定条件下是可以互相转化的。对于某一具体误差,在此条件下为系统误差,而在另一条件下可对于某一具体误差,在此条件下为系统误差,而在另一条件下可为随机误差,反之亦然。例如,按一定公称尺寸制造一批量块,为随机误差,反之亦然。例如,按一定公称尺寸制造一批量块,其中任一块的制造误差,对其中任一块的制造误差,对“一批一批”来说是随机误差;而对其中来说是随机误差;而对其中某一块而言,
14、它的制造误差是固定值,在使用这个量块时,它的某一块而言,它的制造误差是固定值,在使用这个量块时,它的固定误差又属系统误差。固定误差又属系统误差。掌握误差转化的特点,就可将系统误差转化为随机误差,用掌握误差转化的特点,就可将系统误差转化为随机误差,用概率统计的方法来减小误差的影响;或将随机误差的某些成概率统计的方法来减小误差的影响;或将随机误差的某些成分分离出来,作为系统误差处理,用修正方法减小其影响,分分离出来,作为系统误差处理,用修正方法减小其影响,疏失误差有时亦难区别于随机误差,故常用随机误差来处理。疏失误差有时亦难区别于随机误差,故常用随机误差来处理。引起各类误差的因素,往往是多方面的,
15、错综复杂的。但可归结引起各类误差的因素,往往是多方面的,错综复杂的。但可归结为几个主要方面列于下表中。为几个主要方面列于下表中。第20页,本讲稿共51页引起各种误差的主要因素引起各种误差的主要因素方面方面系统误差系统误差随机误差随机误差测量测量方法方法依据近似的计算公式依据近似的计算公式;采用近似的测采用近似的测量方法量方法;设计、工艺测量基准不一致设计、工艺测量基准不一致等等测量测量工具工具标准器具或量仪由于设计、制造、标准器具或量仪由于设计、制造、装配、调试和使用等造成的缺点装配、调试和使用等造成的缺点仪器零件形状、尺寸、运仪器零件形状、尺寸、运动链的间隙、摩擦、磨损动链的间隙、摩擦、磨损
16、及元器件性能不稳定及元器件性能不稳定测量测量环境环境温度、湿度、气压、振动、电磁场温度、湿度、气压、振动、电磁场等按一定规律变化的干扰等按一定规律变化的干扰多种环境因素同时变化的多种环境因素同时变化的综合影响综合影响测量测量人员人员生理特点或不良习惯造成的观测偏生理特点或不良习惯造成的观测偏差差工作不细严工作不细严,_致使在观测、致使在观测、操作等方面造成的随意性操作等方面造成的随意性差错差错第21页,本讲稿共51页测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法用比较法消除系统误差用比较法消除系统误差正负误差补偿法正负误差补偿法利用校正值求出被测量的真值利用校正值求出被测量的真值第22页,本讲稿共5
17、1页消除系统误差消除系统误差-比较法比较法电桥法测量电阻电桥法测量电阻由于由于R1,R2,R3存在误差,存在误差,使使Rx测量出现误差用标准测量出现误差用标准电阻电阻Rs代替代替Rx接入电桥,接入电桥,在在R1,R2,R3保持不变时仍保持不变时仍使电桥平衡此时有使电桥平衡此时有:Rs=Rx而与而与R1,R2,R3的误差无关;的误差无关;第23页,本讲稿共51页消除系统误差消除系统误差-正负误差补偿法正负误差补偿法为了消除系统误差,还可以采用正负误差补偿法,为了消除系统误差,还可以采用正负误差补偿法,即对同一被测量反复测量两次,并使其中一次误差即对同一被测量反复测量两次,并使其中一次误差为正,另
18、一次误差为负,取其平均值,便可消除系为正,另一次误差为负,取其平均值,便可消除系统误差。例如为消除外磁场对电流表读数的影响,统误差。例如为消除外磁场对电流表读数的影响,可在一次测量后,将电流表位置调转可在一次测量后,将电流表位置调转,重新,重新测量一次,取前后两次测量结果的平均值,可以消除外测量一次,取前后两次测量结果的平均值,可以消除外磁场带来的系统误差。磁场带来的系统误差。第24页,本讲稿共51页消除系统误差消除系统误差-交换法交换法以等臂天平称量为例,第一次在右边称盘中放置被测物,以等臂天平称量为例,第一次在右边称盘中放置被测物,左边称盘中放置砝码,使得天平平衡,如图,这时被测物左边称盘
19、中放置砝码,使得天平平衡,如图,这时被测物的质量为的质量为X=PL1/L2,当两臂相等时,。如果两臂存在微小,当两臂相等时,。如果两臂存在微小差异,就会使测量结果中含有系统误差。为了抵消这一系统误差,差异,就会使测量结果中含有系统误差。为了抵消这一系统误差,我们将被测物与砝码互换位置,则此时天平不会平衡,改变砝码质我们将被测物与砝码互换位置,则此时天平不会平衡,改变砝码质量为量为时,使天平平衡,则这时被测物的质量为时,使天平平衡,则这时被测物的质量为X=PL2/L1,所以所以 既正确值是交换前后两次测得值的几何平均值。这时测量结果既正确值是交换前后两次测得值的几何平均值。这时测量结果中不再含有
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- 电工仪表 测量 误差
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