安全监测与监控技术第2章.ppt

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1、第2章检测技术的基础知识2.1测量误差分析与数据处理2.2检测信号分析基础2.3检测系统的基本特征2.4检测系统的可靠性技术２.１测量误差分析与数据处理2.1.1测量误差的基本概念1.真值1）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，利用当今最先进的科学技术复现这些实物的单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。各地可用经过上级法定计量部门按规定定期送检、校验过的标准器或标准仪器及其修正值作为当地相应物理参量单位的约定真值。2）相对真值相对真值也叫实际值。在实际的测量过程中，能够满足规定准确度的情况下，用来代替真值使

2、用的值被称作相对真值。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误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。例如，高精度石英钟的计时误差通常比普通机械闹钟的计时误差小1～2个数量级以上，因此高精度的石英钟可视为普通机械闹钟的相对真值。2.标称值计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。例如：天平砝码上标注的1g、精密电阻器上标注的100Ω等。由于制造工艺的不完备或环境条件发生变化，使这些计量或测量器具的实际值与其标称值之间存在一定的误差，所以，在给出标称值的同时，也应给出它的误差范围或精度等级。3.示值检测仪器（或系统）指示或显示（

3、被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。由于传感器不可能绝对精确，信号调理以及模、数转换等都不可避免地存在误差，加上测量时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原有状态等原因，都可能使得示值与实际值存在偏差。2.1.2测量误差的表示方法1.绝对误差测量值（即示值）x与被测量的真值x0之间的代数差值Δx称为测量值的绝对误差，即Δx=x-x0（2-1）式中,真值x0可为约定真值，也可以是由高精度标准器所测得的相对真值。绝对误差Δx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。在标定或校准检测系统样机时，常采用比较

4、法，即对于同一被测量，将标准仪器（具有比样机更高的精度）的测量值作为近似真值x0与被校检测系统的测量值x进行比较，它们的差值就是被校检测系统测量示值的绝对误差。如果它是一恒定值，即为检测系统的系统误差。该误差可能是系统在非正常工作条件下使用而产生的，也可能是其他原因所造成的附加误差。此时对检测仪表的测量示值应加以修正，修正后才可得到被测量的实际值x0。2.相对误差测量值（即示值）的绝对误差Δx与被测参量真值x0的比值，称为检测系统测量值（示值）的相对误差δ，该值无量纲，常用百分数表示，即（2-2）这里的真值可以是约定真值，也可以是相对真值。工程上，在无法

5、得到本次测量的约定真值和相对真值时，常在被测参量（已消除系统误差）没有发生变化的条件下重复多次测量，用多次测量的平均值代替相对真值。用相对误差通常比用绝对误差更能说明不同测量的精确程度，一般来说相对误差值越小，其测量精度就越高。有时在评价测量仪表的精度或测量质量时，利用相对误差作为衡量标准也不是很准确。例如，用任一确定精度等级的检测仪表测量一个靠近测量范围下限的小量，计算得到的相对误差通常总比测量接近上限的大量（如2/3量程处）得到的相对误差大得多。故引入引用误差的概念。3.引用误差测量值的绝对误差Δx与仪表的满量程L之比值，称为引用误差γ。引用误差γ

6、通常也以百分数表示：（2-3）与相对误差的表达式比较可知：在γ的表达式中用量程L代替了真值x0，使用起来虽然更为方便，但引用误差的分子仍为绝对误差Δx。由于仪器仪表测量范围内各示值的绝对误差Δx不同，为了更好地说明测量精度，引入最大引用误差的概念。4.最大引用误差（或满度最大引用误差）在规定的工作条件下，当被测量平稳增加或减少时，在仪表全量程内所测得的各示值的绝对误差值的绝对值与满量程L的比值的百分数，称为仪表的最大引用误差，用符号γmax表示：（2-4）最大引用误差是测量仪表基本误差的主要形式，故常称为测量仪表的基本误差。它是测量仪表最主要的质量指标，

7、能很好地表征测量仪表的测量精度。5.容许（允许）误差容许误差是指测量仪表在规定的使用条件下，可能产生的最大误差范围，它也是衡量测量仪表的最重要的质量指标之一。测量仪表的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。按照部颁标准SJ943—82《电子仪器误差的一般规定》的规定，容许误差可用工作误差、固有误差、影响误差、稳定性误差来描述，通常直接用绝对误差表示。2.1.3测量误差的分类1．按误差出现的规律分类1)系统误差在相同条件下，多次重复测量同一被测参数时，误差的大小和符号保持不变或按某一确定的规律变化，这种测量误差被称为系统误差。其中,误差值不变的称为定值

8、系统误差，其他的系统误差称为变值系统误差。系统误差表明了一个测量