热工仪表第1章.pptVIP

第1章 测量误差的分析与处理 §1.1 测量误差和不确定度 §1.2 随机误差的分布规律 §1.3 系统误差 §1.4 误差的传递与综合 §1.1 测量误差 1 误差的来源 与仪表相联系的环境、仪表本身结构部分及测量方法等都可能是误差的来源。可归纳为以下方面： 1）仪器、装置误差 标准器误差：标准器是提供某个被测参数标准量值的器具，标准器本身误差的存在，会造成测量误差。 仪器、仪表误差：用于测量的仪器、仪表不论设计得多完善。制造多精密，终究有不足之处，会造成误差。 如，机械传动部分，零件加工尺寸有误差、零件之 间的配合有间歇； 电气器件的参数与设计值不完全符合、恒流不完全稳定等。 附件误差：附件是指保证仪表正常工作所需的附属器件，如连接导线、测压管路、切换开关等。 2）测量环境误差：测量环境的变化会引起仪表示值的变化，由此产生测量误差。 如，环境温度的改变、电磁场干扰、环境震动等会使示值改变。 3）测量方法误差：指测量方法、计算方法不完善或不合理等原因引起的误差。 如，对于测量数据进行处理的数学模型近似，公式中各系数的近似带来的误差； 流量测量中流体分布变化使速度式流量计产生误差。 4）人员误差：指测量人员分辨力有限、反应缓慢及固有习惯等主观因素引起的误差。 如，读指针式仪表的示值时，有偏高或偏低的习惯； 偶尔读错或抄错数据等产生的误差。 2 误差的分类 根据误差的性质和表现形式，可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差。 1）系统误差 定义：在同一条件下，多次测量同一被测量时，绝对值和符号保持不变或按某种确定规律变化的误差。 系统误差通常是由测量仪表本身得原因，或仪表实用不当，以及测量环境条件发生较大改变等引起。 如，一只零位调整不准的仪表，其余各个刻度上将产生数值与符号不变的示值误差。 钢卷尺测量同一固定长度，钢卷尺长度随温度改变，测量误差也随温度变化规律变化。 前者称为恒值系统误差。 后者称为变值系统误差。 有的变值系统误差的变化规律未被完全掌握，称这类系统误差为未定系统误差。 需注意： a.测量系统和测量条件不变时，增加重复测量次数并不能减小系统误差。 b.恒值系统误差可以通过校验仪表，求得校正值，加到测量值上来消除；变值系统误差可以实验方法找出误差的原因及变化规律，改善测量条件加以消除，也可以通过计算或在仪表上附加补偿装置加以校正；而未定系统误差尚未被充分认识，所以只能估计它的误差范围，在测量结果上标明。 2）随机误差 定义：在相同的条件下（同一观测者、同一台测量器具、相同的环境条件等），多次测量同一被测量时，绝对值和符号不可预知地变化着的误差。 随机误差大多是由测量过程中大量的彼此独立的微小因素对测量影响的综合结果造成的。如气温、电源电压的微小波动，气流的微小改变等。 对于单个的测量值来说，随机误差的大小和正负是不确定的。 对于一系列重复测量值来说，随机误差服从统计规律。只有在不改变测量条件的情况下，对同一被测量进行多次测量才能计算出随机误差。 随机误差和系统误差之间既有区别也有联系；二者并无绝对的界限，在一定条件下他们可以相互转化。随着测量条件和认识水平的提高，一些过去视为随机误差的现在可视为系统误差处理。 如：未定系统误差，本身就具有某种随机性。当误差较小时，与随机误差的界限不十分明确。 对系统误差进行校正后，系统误差减小。当系统误差与随机误差不能区分时，可认为不存在系统误差，只存在随机误差。也就是减小了的系统误差转化为随机误差。 3）粗大误差（疏失误差） 明显歪曲了测量结果，使该次测量失效的误差。 由于工作人员疏忽、仪表偶然失灵、测量条件意外变化造成的测量误差。 如：工作人员读错或抄错数据，操作错误，测量系统突发故障使读数明显不合理。 含有粗大误差的测得值明显偏离被测参数的实际值，称坏值或异常值。 在进行数据处理时，应首先检出异常值并除去。 3 不确定度 是指用测量值代表被测量真值的不肯定程度。它是对被测量的真值以多大的可能性处于以测量值为中心的某个量值范围内的一个估计。 不确定度越小，其准确度越高，它是准确度的定量表示。 按照误差的性质，把随机误差引起的不确定度称为随机不确定度δ ；由未定系统误差引起的不确定度称为系统不确定度e。 §1.2 随机误差的分布规律 1 正态分布随机误差的产生 在测量条件不变的情况下对某参数进行重复测量，并且已知测量误差由多种随机因素综合影响而产生，由概率论的中心极值定理可知，这种情况下只要测量重复次数足够多，测量值的随机误差便服从正态分布。 测量条件不变，指对一些明显的影响因素（如温度、电压等）进行了控制，使其稳定在一