冶金过程检测与控制-第1章测量及测量误差.ppt

1、冶金过程检测与控制第一篇 第一章 测量及测量误差 本篇主要介绍测量的定义与测量单位、本篇主要介绍测量的定义与测量单位、测量方法、测量误差及仪表的质量指标等测量方法、测量误差及仪表的质量指标等计算学的基础知识。计算学的基础知识。1.测量定义（三要素）n所谓测量，就是利用测量工具，通过实验的方法将被测量与同性质的标准量（即测量单位）进行比较，以确定出被测量是标准量多少倍数的过程。所得到的倍数就是被测量的值，即 L=x/b 式中x被测量 b标准量（测量单位）L被测量的值。第一节第一节 测量的定义及方法测量的定义及方法第一章 测量及测量误差3测量测量 将被测参数与其相应的测量单位进行比较并获得量值的过

2、程。测量仪表就是实现测量过程的工具。狭义的概念检测检测 利用敏感元件与被测物体或生产过程直接或间接接触，获得反映被测量大小的相关物理、化学、电学、热学、力学等信号，在经过必要的转换或传递后，通过显示器进行显示参数的过程。广义的概念 测量单位nSI规定了7个基本单位，2个辅助单位(弧度，球面度)，19个具有专门名称的导出单位。n7个基本单位名称量的名称、单位名称，单位符号。长度(米，m)、时间(秒，s)、质量（千克，kg）、温度（开尔文，K）、电流(安培，A)、物质的量(摩尔，mol)、发光强度(坎德拉，cd)导出单位：例1N=1Kg.m/s22.测量方法（1）根据获得测量结果的程序不同，测量可

3、分为：（1）直接测量。就是将被测量直接与所选用的标准量进行比较，或者用预先标定好的测量仪表进行测量，从而直接得出测量值的方法。如用尺测长度，用玻璃管水位计测水位等。（2）间接测量。通过直接测量于被测量有确定函数关系的其他各个变量，然后将所得的数值代入函数进行计算，从而求得被测量值的方法称为间接测量。例如，用平衡容器测量汽包水位；通过测量导线电阻、长度及直径求电阻率等。（3）组合测量。组合测量是在测量出几组具有一定函数关系的量值基础上，通过解联立方程来取被测量的方法。什么是直接测量和间接测量什么是直接测量和间接测量？电子卡尺电子卡尺间接测量间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算对多个被测量进行

4、测量，经过计算求得被测量。求得被测量。（阿基米德测量皇冠的比重）（阿基米德测量皇冠的比重）n称量皇冠的难题 n 国王在前不久，叫一个工匠替他打造一顶金皇冠。国王给了工匠他所需要的数量的黄金。工匠的手艺非常高明，制做的皇冠精巧别致，而且重量跟当初国王所给的黄金一样重。可是，有人向国王报告说：“工匠制造皇冠时，私下吞没了一部分黄金，把同样重的银子掺了进去。”国王听后，也怀疑起来，就把阿基米德找来，要他想法测定，金皇冠里掺没掺银子，工匠是否私吞黄金了。n在澡堂洗澡的时候，他注意到，当他的身体在浴盆里沉下去的时候，就有一部分水从浴盆边溢出来。同时，他觉得入水愈深，则他的体量愈轻。进皇宫后，阿基米德将与

5、皇冠一样重的金子、一块银子和皇冠，分别一一放在水盆里，看金块排出的水量比银块排出的水量少，而皇冠排出的水量比金块排出的水量多。阿基米德对国王说：“皇冠掺了银子！”n金密度大，银密度小，同样重的金和银，银子的体积大于金子的体积。皇冠排出的水量比金块多，说明皇冠的密度比金块的密度小，这就证明皇冠不是用纯金制造的。”阿基米德有条理的讲述，使国王信服了。实验结果证明，那个工匠私吞了黄金。2.测量方法（2）n根据检测装置动作原理不同，测量可分为：n(1)直读法。被测量作用于仪表比较装着，使比较装着的某种参数按已知关系随被测量发生变化，由于这种变化关系已在仪表上直接刻度，故直接可由仪表刻度尺读出测量结果。

6、例如，用玻璃管水银温度计测量温度时，可直接有水银柱高度读出温度值。n(2)零值法（平衡法）。将被测量与一个已知量进行比较，当二者达到平衡时，仪表平衡指示器零，这时已知量就是被测量值。例如，用天平测量物体的质量，用电位差计测量电势都是采用了零法。n(3)微差法。当被测量尚未完全与已知量相平衡时，读取它们之间的差值，由已知量和差值可求出被测量值。用不平衡电桥测量电阻就是用微差法测量的例子。零值法和微差法测量对减小测量系统的误差很有利，因此测量准确度高，应用较为广泛。2.测量方法（3）n根据仪表是否与被测对象接触，测量可分为：（1）接触测量法。仪表的一部分与被测对象接触，受到被测对象的作用才能得出测

7、量结果的测量方法。例如用玻璃管水银温度计测量温度时，温度计的温包应该置于被测介质之中，以感受温度高度。（2）非接触测量法。仪表的任何部分都不必与被测对象直接接触就能得到测量结果的测量方法。例如用光学高温计测温，是通过被测量对象说产生的热辐射对仪表的作用而实现测温的，因此仪表不必与对象直接接触。什么是接触式测量什么是接触式测量？非接触式测量非接触式测量 例：雷达测速例：雷达测速 利用红外线辐射测量供利用红外线辐射测量供电变压器的表面温度、电变压器的表面温度、车载雷达测速车载雷达测速红外线传感器红外线传感器红外线传感器红外线传感器实现无接触测量实现无接触测量实现无接触测量实现无接触测量应用领域：应

8、用领域：应用领域：应用领域：航航空空摄摄影影、卫卫星星遥遥感感、家家电电遥遥控控、防防盗盗防防火火报报警警器器、自动门、生物探测器自动门、生物探测器对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。根据测量对象是否随时间变化分为：根据测量对象是否随时间变化分为：静态和动态静态和动态测量。测量。最高、最低最高、最低温度计温度计2.测量方法（4）什么是什么是动态动态测量？测量？地震测量地震测量振动波形振动波形什么是在线什么是在线测量测量？在流水线上，边加工，边在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致检验，可提高产品的一致性和加工精度。性和加工精度。2.测量方法（5

9、）根据对测量对象是否在线分为：根据对测量对象是否在线分为：在线和离线在线和离线测量。测量。离线测量离线测量 批量产品的质量批量产品的质量“人工人工”离线测量离线测量第二节 测量误差n由于仪器、实验条件、环境等因素的限制，测量不可能无限精确，物理量的测量值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异，这种差异就是测量误差。n测量值与真值之差异称为误差。n误差与错误不同，错误是应该而且可以避免的，而误差是不可能绝对避免的。误差影响因素1.人为因素：人为因素：由于人为因素所造成的误差，包括误读、误算和视差等。2.量具因素：量具因素：由于量具因素所造成的误差，包括刻度误差、磨耗误差及使用前未经校正等因素

10、。刻度分划是否准确，必须经由较精密的仪器来校正与追溯。量具使用一段时间后会产生相当程度磨耗，因此必须经校正或送修方能再使用。3.力量因素：力量因素：由于测量时所使用接触力或接触所造成挠曲的误差。依据虎克定律，测量尺寸时，如果以一定测量力使测轴与机件接触，则测轴与机件皆会局部或全面产生弹性变形，为防止此种弹性变形，测轴与机件应用相同材料制成。4.测量因素：测量因素：测量时，因仪器设计或摆置不良等原因所造成的误差，包括余弦误差、阿贝误差等。阿贝原则：在设计计量仪器或测量工件时,应该将被测长度与仪器的基准长度安置在同一条直线上.测量中不遵守阿贝原则而引起的误差（阿贝误差）。5.环境因素：环境因素：测

11、量时受环境或场地之不同，可能造成的误差有热变形误差和随机误差。一.误差的表示方法n1.绝对误差n2.相对误差 绝对误差可以表示一个测量结果的可靠程度，而相对误差则可以比较不同测量结果的可靠性。n3.引用误差 仪表某一刻度点读数的绝对误差比上仪表量程上限Am，并用百分数表示。误差的表示方法：绝对误差、相对误差误差的表示方法：绝对误差、相对误差 绝对误差：测量值与真实值之间的差值。绝对误差：测量值与真实值之间的差值。=Ax0 某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg大米、大米、10kg苹果、苹果、1kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的

12、商店意见最大，是何但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？原因？(1)绝对误差n绝对误差是测量值（示值）与被测量真值之间的差值。设被测量的真值为A0，器具的标称值或示值为x，则绝对误差为 n由于一般无法求得真值A0，在实际应用时常用精度高一级的标准器具的示值，即实际值A代替真值A0。x与A之差称为测量器具的示值误差，记为通常以此值来代表绝对误差。修正值绝对误差的相反数n 为了消除系统误差用代数法加到测量结果上的值称为修正值，常用C表示。将测得示值加上修正值后可得到真值的近似值，即 A0=x+C 由此可得：C=A0-xn 在实际工作中，可以用实际值A近似真值A0，则：C=A-x=-xn 修

13、正值与误差值大小相等、符号相反，测得值加修正值可以消除该误差的影响(2)相对误差n相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。相对误差有以下表现形式：实际相对误差。示值相对误差。满度相对（引用）误差。相对误差及精度等级相对误差及精度等级 几个重要公式：几个重要公式：示值相对误差示值相对误差满度相对误差满度相对误差（引用误差）（引用误差）准确度（精度）准确度（精度）精确度精确度精确度精确度一一一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 01000kPa1000kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差10kPa(10k

14、Pa(在在在在整整整整个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内)，另另另另一一一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 0400kPa400kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差5kPa5kPa，请问哪一台压力检测仪表的精度更高？请问哪一台压力检测仪表的精度更高？请问哪一台压力检测仪表的精度更高？请问哪一台压力检测仪表的精度更高？虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高

15、。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将

16、绝对误差由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:仪表的仪表的仪表的仪表的精度等级精度等级精度等级精度等级（精确度等级精确度等级精确度等级精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的）是指仪表在规定的工作条件下允许的）是指仪表在规定的工作条件下允许的）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。最大相对百分误差。最大相对百分误差。最大相对百分误差。仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的