第1章 检测技术基础知识3课件

1、电子信息工程教研室信息采集技术当在测量数据中发现某个数据可能是异常数据时，一般不要当在测量数据中发现某个数据可能是异常数据时，一般不要不加分析就轻易删除，要分析出该数据产生的主客观原因。不加分析就轻易删除，要分析出该数据产生的主客观原因。判断粗大误差可从判断粗大误差可从定性分析定性分析和和定量判断定量判断两方面考虑。两方面考虑。定性分析：环境、条件、设备、测量步骤。定性分析：环境、条件、设备、测量步骤。 无严格的规则，应细致和谨慎地实施。无严格的规则，应细致和谨慎地实施。定量判断：以统计学原理和误差理论为依据。是定量判断：以统计学原理和误差理论为依据。是 建立在等精度测量的基础上。建立在等精度

2、测量的基础上。1.4 1.4 粗大误差处理粗大误差处理电子信息工程教研室信息采集技术拉伊达准则只适用于测量次数较多（例如拉伊达准则只适用于测量次数较多（例如n25以以上），测量误差分布接近正态分布的情况。上），测量误差分布接近正态分布的情况。1、拉伊达准则、拉伊达准则电子信息工程教研室信息采集技术 认为是实际工程应用中判断粗大误差比较好的准则。认为是实际工程应用中判断粗大误差比较好的准则。当某个可疑数据当某个可疑数据XK的的时，则认为该测量数据是含有粗的误差的异时，则认为该测量数据是含有粗的误差的异常测量值，应予以剔除。常测量值，应予以剔除。 x)(nKxxxGkk（）， x)(nKxGk（）

3、，2、格拉布斯（、格拉布斯（Grubbs）准则）准则电子信息工程教研室信息采集技术 格拉布斯准则的鉴别值格拉布斯准则的鉴别值KG（n,）是和测量次数）是和测量次数n、危险、危险系数系数相关的数值，可通过查相应的数表获得。相关的数值，可通过查相应的数表获得。注意：注意： 查出多个可疑测量数据时，不能将它们都作为坏值一并查出多个可疑测量数据时，不能将它们都作为坏值一并剔除，每次只能舍弃误差最大的可疑测量数据，即便两个最剔除，每次只能舍弃误差最大的可疑测量数据，即便两个最大可疑测量数据相等，也只能先剔除一个，然后计算，直到大可疑测量数据相等，也只能先剔除一个，然后计算，直到无坏值为止。无坏值为止。

4、格拉布斯准则，对格拉布斯准则，对n30的小样本测量是较的小样本测量是较为科学合理的判断粗大误差的方法。为科学合理的判断粗大误差的方法。电子信息工程教研室信息采集技术 测量不确定度是误差理论发展和完善的产物，是建立在测量不确定度是误差理论发展和完善的产物，是建立在概率论概率论和和统计学统计学基础上的新概念，表示由于测量误差的影响基础上的新概念，表示由于测量误差的影响而而对测量结果对测量结果的的不可信不可信程度或程度或不能肯定不能肯定的程度。的程度。测量准确度定性概念（无法获知真值）。测量准确度定性概念（无法获知真值）。测量不确定度可以定量表示的确定数值。测量不确定度可以定量表示的确定数值。实际工

5、程中：实际工程中：精度对测量结果或测量设备可靠性作精度对测量结果或测量设备可靠性作定性的定性的描述。描述。测量不确定度测量不确定度定量地定量地表示测量数据的质量或表示测量数据的质量或 离散性。离散性。1.5 1.5 测量不确定度的评定测量不确定度的评定电子信息工程教研室信息采集技术1 1、测量不确定度、测量不确定度 表示测量结果（测量值）不能肯定的程度（定量）。表示测量结果（测量值）不能肯定的程度（定量）。 用用标准差标准差表示，也可以用表示，也可以用标准差的倍数标准差的倍数或或置信区间的半置信区间的半宽度宽度表示。表示。2 2、标准不确定度、标准不确定度 被测参量测量结果概率分布的被测参量测

6、量结果概率分布的标准差标准差表示的表示的不确定度就称为标准不确定度，用符号不确定度就称为标准不确定度，用符号“u”u”表示。表示。1.5.1 1.5.1 测量不确定度的主要术语测量不确定度的主要术语电子信息工程教研室信息采集技术uA 用统计方法得到的不确定度用统计方法得到的不确定度。uB 用非统计方法得到的不确定度用非统计方法得到的不确定度。 各不确定度分量合成的标准不确定度，称为合成标准不各不确定度分量合成的标准不确定度，称为合成标准不确定度。用确定度。用uC表示。（间接测量）。表示。（间接测量）。4、扩展、扩展不确定度不确定度 扩展扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍数表示的测量不确定度是

7、由合成标准不确定度的倍数表示的测量不确定度。不确定度。 用覆盖因子用覆盖因子k k（取（取2 23 3之间）乘以合成标准之间）乘以合成标准不确定度得到以一个区间的半宽度来表示的测不确定度得到以一个区间的半宽度来表示的测量不确定度。量不确定度。3 3、合成标准不确定度、合成标准不确定度电子信息工程教研室信息采集技术 通常测量结果各不确定度都用扩展不确定度通常测量结果各不确定度都用扩展不确定度U U表示。表示。 注意注意测量不确定度也可以用相对形式表示。测量不确定度也可以用相对形式表示。1、A类标准类标准不确定度的评定不确定度的评定 同一条件下对被测参量同一条件下对被测参量 X X 进行进行 n

8、n 次等精度测量，测量次等精度测量，测量值为值为 X Xi i (i=1,2,n)(i=1,2,n)，算术平均值为，算术平均值为n1iixn1X1.5.2 不确定度的评定不确定度的评定电子信息工程教研室信息采集技术1-nv1-n)x(xn1i2in1i2i(x)n1)x( uAA A类标准不确定度为：类标准不确定度为：电子信息工程教研室信息采集技术 B类标准类标准不确定度计为：不确定度计为：u uB B B类标准类标准不确定度评定方法的主要信息来源不确定度评定方法的主要信息来源: :1 1）以前的测量数据；）以前的测量数据；2 2）生产厂的产品技术说明书；）生产厂的产品技术说明书；3 3）仪器

9、的鉴定证书；）仪器的鉴定证书；4 4）仪器的校正证书；）仪器的校正证书；B类标准类标准不确定度不确定度u uB B与与A类标准类标准不确定度不确定度u uA A同样同样可靠。可靠。2、标准、标准不确定度的不确定度的B类类评定方法评定方法电子信息工程教研室信息采集技术 B B类标准不确定度类标准不确定度u uB B等于扩展不确定度等于扩展不确定度U UP P除以覆盖因子除以覆盖因子k k对于均匀分布，覆盖因子对于均匀分布，覆盖因子k k(X)/kU(X)uPB3)X(X6332XX3u/(X)uminmaxminmaxB电子信息工程教研室信息采集技术 当几个当几个不确定度不确定度分量彼此独立，即

10、分量彼此独立，即X由由n个个X1、 X2、 Xn的函数关系确定，根据（的函数关系确定，根据（ISO）1992规定，不必区分规定，不必区分u uA A或或u uB B，合成标准合成标准不确定度不确定度u uC C为各个分量为各个分量标准标准不确定度不确定度u ui i平方和的正平方和的正算术平方根。算术平方根。 n1ii22iC)(Xuxf(X)u3、合成标准、合成标准不确定度的评定方法不确定度的评定方法电子信息工程教研室信息采集技术用用 n1i2in1ii22iC(X)u)(XuC(X)uiiXfC电子信息工程教研室信息采集技术 根据扩展根据扩展不确定度的定义：不确定度的定义： U Ukuku

11、c c 覆盖因子的选取；覆盖因子的选取；测量次数多，且接近正态分布，测量次数多，且接近正态分布， k k取取2 2或或3 3。工程中常取。工程中常取k=2(k=2(置信概率为置信概率为0.950.95）。）。根据测量值的分布规律和置信概率，选根据测量值的分布规律和置信概率，选k k 。如果如果u uC C（X X）自由度小，要求置信水平，自由度小，要求置信水平， 用（用（1 12929）。）。4、扩展、扩展不确定度的评定方法不确定度的评定方法电子信息工程教研室信息采集技术 被测量被测量X X的估计值为的估计值为x,x,估计值所包含的已确定系统误差估计值所包含的已确定系统误差分量为分量为x x,

12、 ,估计值的不确定度为估计值的不确定度为U U，则被测量，则被测量X X的测量结果可的测量结果可表示为：表示为： X X x x x xU U或或 x x x xU X xU X x x xU U若若x x0 0 则则X X x xU U或或 x xU X xU X xU U 1.5.3 测量结果的表示和处理方法测量结果的表示和处理方法电子信息工程教研室信息采集技术 工程中测量结果的表示：工程中测量结果的表示： X xU （P0.90） X xU （P0.95） （工程习惯常用值，可省略）（工程习惯常用值，可省略） X X x xU U （P0.99）用相对不确定度表示：用相对不确定度表示：

13、X X x x（1 1U UR R） （P0.99）注意：注意：测量结果无论采用哪种形式测量结果无论采用哪种形式,最后都应最后都应 给出给出单位单位.电子信息工程教研室信息采集技术根据根据要求要求的测量条件的测量条件, ,明确明确测量原理、标准，测量原理、标准，选择选择测量测量方法、设备，方法、设备，建立建立数学模型。数学模型。列出对测量结果有影响的不确定度来源，每个来源为一列出对测量结果有影响的不确定度来源，每个来源为一个不确定度分量。个不确定度分量。定量评定个不确定度。定量评定个不确定度。计算测量结果合成不确定度和扩展不确定度。计算测量结果合成不确定度和扩展不确定度。完成测量结果报告。完成

14、测量结果报告。对测量结果测量对测量结果测量不确定度处理的一般过程不确定度处理的一般过程: :电子信息工程教研室信息采集技术 设计或选用检测系统时，检测系统应及时、真实反映被测设计或选用检测系统时，检测系统应及时、真实反映被测参量的变化。参量的变化。1.6.1 概述概述检测系统基本特性：静态、动态。检测系统基本特性：静态、动态。静态检测系统静态检测系统：被测参量基本：被测参量基本不变不变或变化很缓慢。或变化很缓慢。动态检测系统动态检测系统：被测参量：被测参量变化很快变化很快，要求检测系统的响应更，要求检测系统的响应更 为迅速。为迅速。研究和分析研究和分析检测系统的基本特性，有以下用途：检测系统的

15、基本特性，有以下用途：1.6 1.6 检测系统的静态特性检测系统的静态特性电子信息工程教研室信息采集技术通过通过检测系统检测系统的的已知基本特性，由测量结果推知被测参已知基本特性，由测量结果推知被测参量的准确值。量的准确值。对多环节构成的较复杂的对多环节构成的较复杂的检测系统检测系统进行测量结果及不确进行测量结果及不确定度的分析。定度的分析。根据测量得到的结果和已知输入信号，推断和分析出检根据测量得到的结果和已知输入信号，推断和分析出检测系统的基本特性。测系统的基本特性。 输入信号输入信号 输出信号输出信号 检测系统检测系统 被测参量被测参量 响应响应 电子信息工程教研室信息采集技术静态特性方

16、程静态特性方程:x为输入量；为输入量；y(x)为输出量；为输出量；a0 、a1 、an为常系数项。为常系数项。当当a00时，输入为时，输入为0，仍有输出，称为零位误差。，仍有输出，称为零位误差。更更高精度等级高精度等级：测量精度误差：测量精度误差小于小于被校检测系统允许误差的被校检测系统允许误差的 13。重复重复测量：不少于测量：不少于3 3次。次。nnii2210 xa.xa.xaxaay(x)1.6.2 检测系统静态特性方程与特性曲线检测系统静态特性方程与特性曲线电子信息工程教研室信息采集技术 加载（正行程或进程）：加载（正行程或进程）： 指输入量从最指输入量从最小小值值逐渐逐渐等间隔等间

17、隔地加大到满量程值。地加大到满量程值。 卸载（反行程或回程）卸载（反行程或回程） ： 指输入量从满量程值指输入量从满量程值逐渐逐渐等间隔等间隔地减小到最地减小到最小小值。值。标准检测环境：标准检测环境： 环境温度：环境温度：205 湿度不大于：湿度不大于：85 大气压力：大气压力：101.38 kPa 没有振动和冲击。没有振动和冲击。电子信息工程教研室信息采集技术1、测量范围测量范围 按规定的精度对被测变量进行测量的允许范围。按规定的精度对被测变量进行测量的允许范围。 测量范围的最大值：测量上限（上限）测量范围的最大值：测量上限（上限） 测量范围的最小值：测量下限（测量范围的最小值：测量下限（

18、下限）下限） 量程量程I I测量上限值测量下限值测量上限值测量下限值I I2 2、精度等级、精度等级3 3、灵敏度、灵敏度 输出的增量与输入的增量之比输出的增量与输入的增量之比1.6.3检测系统静态特性的主要参数检测系统静态特性的主要参数电子信息工程教研室对线性测量系统：对线性测量系统：灵敏度的量纲是输出量的量纲与输入量的量纲之比。灵敏度的量纲是输出量的量纲与输入量的量纲之比。 tgmmKxySxy信息采集技术电子信息工程教研室 理想理想: :静态特性曲线是一条直线。静态特性曲线是一条直线。 实际实际：输入与输出曲线并不是一条理想的直线。：输入与输出曲线并不是一条理想的直线。线性度线性度：实际

19、输出与输入关系曲线与理想直线的偏离程度。：实际输出与输入关系曲线与理想直线的偏离程度。 通常用最大非线性引用误差来表示。通常用最大非线性引用误差来表示。L L为线性度；为线性度；LLmaxmax为校准曲线与拟合直线的最大偏差；为校准曲线与拟合直线的最大偏差；Y YFSFS为满量程输出值。为满量程输出值。100%YLFSmaxL信息采集技术4、线性度、线性度(非线性度非线性度)电子信息工程教研室拟合直线，以全量程多数点非线性误差都相对较小为最佳。拟合直线，以全量程多数点非线性误差都相对较小为最佳。拟合直线方法：拟合直线方法： 理论直线法（理论线性度）；理论直线法（理论线性度）； 端基线法（端基线性度）；端基线法（端基线性度）； 最小二乘法（最小二乘法线性度）。最小二乘法（最小二乘法线性度）。实际实际工程中多采用理论直线