第2章 检测技术基础知识（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2023）

第二章 检测技术基础知识 检测技术基础知识 2.1 检测系统误差分析基础 2.2 系统误差处理 2.3 随机误差处理 2.4 粗大误差处理 2.5 测量不确定度的评定 1 测量误差的定义 检测系统(仪表)不可能绝对精确，测量原理的局限、测量方法的不尽完善、环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等，也使得测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就是测量误差。 2.1.1 误差的基本概念 2 真值 一个量严格定义的理论值通常叫理论真值. 约定真值 根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最高科学技术复现的这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。 相对真值 如果高一级检测仪器(计量器具)的误差仅为低一级检测仪器的误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。 2.1.1 误差的基本概念 3 标称值 计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。 4 示值 检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。 2.1.1 误差的基本概念 1 绝对误差 检测系统的测量值X与被测量的真值X0之间的代数差值Δx称为检测系统测量值的绝对误差 ： (2-1) 式中，真值可为约定真值，也可是由高精度标准器所测得的相对真值。绝对误差说明了系统示值偏离真值的大小，其值可正可负，具有和被测量相同的量纲单位。 2.1.2 误差的表示方法 2 相对误差 检测系统测量值的绝对误差Δx与被测参量真值X0的比值，称为检测系统测量的相对误差δ，常用百分数表示 ： (2-4) 一般来说相对误差值越小，其测量精度就越高。相对误差是一个量纲为一的量。 2.1.2 误差的表示方法 3 引用误差 检测系统测量值的绝对误差Δx与系统量程L之比值，称为检测系统测量值的引用误差γ。引用误差γ通常仍以百分数表示： (2-5) 比较式(2-5)和(2-4)可知：在γ的表示式中用量程L代替了真值X0 。 2.1.2 误差的表示方法 4 最大引用误差(或满度最大引用误差) 所有测量值中最大绝对误差(绝对值)与量程的比值的百分数，称为该系统的最大引用误差，由符号γmax，可表示 ： （2-6） 最大引用误差是检测系统的基本误差，是检测系统的最主要质量指标，能很好地表征检测系统的测量精确度。 2.1.2 误差的表示方法 1 精度等级 取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，也即|△x|，精度等级用符号G表示。 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个等级，是我国工业检测仪器（系统）常用精度等级 。 检测仪器（系统）的精度等级按选大不选小的原则套用标准化精度等级值 。 2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差 例: 量程为0～1000 V的数字电压表，如果其整个量程中最大绝对误差为1.05V，则有 由于0.105不是标准化精度等级值，因此该仪器需要就近套用标准化精度等级值。0.105位于0.1级和0.2级之间，尽管该值与0.1更为接近，但按选大不选小的原则该数字电压表的精度等级G应为0.2级。 2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差 仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈高。如0.5级的仪表精度优于1.0级仪表，而劣于0.2级仪表。 值得注意的是：精度等级高低仅说明该检测仪表的引用误差最大值的大小，它决不意味着该仪表某次实际测量中出现的具体误差值是多少。 2 容许误差 容许误差是指检测仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围。 检测仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。 2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差 ［例2.1］被测电压实际值约为21.7 V，现有四种电压表：1.5级、量程为0～30 V的A表；1.5级、量程为0～50 V的B表；1.0级、量程为0～50 V的C表；0.2级、量程为0～360 V的D表。请问选用哪种规格的电压表进行测量所产生的测量误差较小? [解]：根据（2-6）式，分别用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差如下： 2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差 A表： B表： C表： D表： V V V V 四者比较，通常选用A表进行测量所产生的测量误差较小