【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不論什么原因 ， 使輸出量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時(shí) ， 必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個(gè)偏差 ， 使被測(cè)量與真值趨于一致 ， 具有抑制任何內(nèi) 、 外擾動(dòng)對(duì)輸出量產(chǎn)生影響的能力 ，有較高的檢測(cè)精度 。 但這種系統(tǒng)使用的 元件多 ， 線路復(fù)雜 ，特別是系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)也較麻煩 ， 盡管如此 ， 它仍是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的檢測(cè)方式 。 對(duì)于閉環(huán)式檢測(cè)系統(tǒng) ， 由于反饋回路內(nèi)的各環(huán)節(jié)特性不會(huì)或很少造成測(cè)量誤差 ， 因此采用大回路閉環(huán) ， 使更多的變換器置于閉環(huán)中會(huì)更有利 。 對(duì)于開(kāi)環(huán)式檢測(cè)系統(tǒng) ， 容易造成誤差的部分應(yīng)考慮采用閉環(huán)方法 。 因此 ， 在構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)時(shí) ， 應(yīng)將 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng) 巧妙地組合在一起加以應(yīng)用 ， 才能達(dá)到所期望的目的 。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 40/82 第四節(jié) 測(cè)量方法及分類(lèi) 一、測(cè)量方法及分類(lèi) 測(cè)量 具體說(shuō)是將被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并用數(shù)字表示這個(gè)倍數(shù)。 對(duì)于測(cè)量方法，從不同的角度出發(fā)有不同的分類(lèi)： 按 測(cè)量手續(xù) 分類(lèi) 直接、間接、聯(lián)立測(cè)量； 按 測(cè)量方式 分類(lèi) 偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量、微差式測(cè)量； 按測(cè)量敏感元件 是否與被測(cè)介質(zhì)接觸 分類(lèi)：接觸式、非接觸式 按 被測(cè)量變化快慢 分類(lèi)：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量 按測(cè)量系統(tǒng) 是否向被測(cè)對(duì)象施加能量 分類(lèi)：主動(dòng)式、被動(dòng)式； 按被測(cè)物理量 是否在變化過(guò)程中 被測(cè)分類(lèi)：在線、離線測(cè)量 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 41/82 直接測(cè)量 間接測(cè)量 聯(lián)立測(cè)量 二、直接測(cè)量、間接測(cè)量與聯(lián)立測(cè)量 在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過(guò)任何運(yùn)算，就能直接表示測(cè)量所需的結(jié)果，稱(chēng)為直接測(cè)量。例如，用磁電式電流表測(cè)量電路的支路電流就為直接測(cè)量。這種測(cè)量方法是工程上大量采用的方法。 在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先對(duì)與被測(cè)物理量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到所需要的結(jié)果，稱(chēng)為間接測(cè)量。例如，欲測(cè)量導(dǎo)線的電阻率，由電阻率可知，只有先經(jīng)過(guò)直接測(cè)量，得到導(dǎo)線的 R、 l、 d以后，再代 入 ρ的表達(dá)式，經(jīng)計(jì)算得到最后所需要的結(jié)果 ρ值。這種測(cè)量方法，手續(xù)較多，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，但可以得到較高的測(cè)量精度，主要用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。 在應(yīng)用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若被測(cè)物理量必須經(jīng)過(guò)求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱(chēng)這樣的測(cè)量為 聯(lián)立測(cè)量 。在進(jìn)行聯(lián)立測(cè)量時(shí)，一般要改變測(cè)試條件，才能獲得一組聯(lián)立方程所需要的數(shù)據(jù)。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 42/82 偏差式測(cè)量 零位式測(cè)量 (又稱(chēng)補(bǔ)償式或平衡式測(cè)量 ) 微差式測(cè)量 三、偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量 在測(cè)量過(guò)程中，用測(cè)量?jī)x表指針的位移 (即偏差 )決定被測(cè)量的測(cè)量方法 ，稱(chēng)為偏差式測(cè)量法。應(yīng)用這種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)量具不裝在儀表內(nèi)，而是事先用標(biāo)準(zhǔn)量具，對(duì)儀表刻度進(jìn)行校準(zhǔn) 。在測(cè)量時(shí)，輸入被測(cè)量，按照儀表指針在標(biāo)尺上偽示值，決定被測(cè)量的數(shù)值。它是以間接方式實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較。例如，用磁電式電流表測(cè)量電路中某支路的電流。采用這種方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程比較簡(jiǎn)單、迅速，但是測(cè)量結(jié)果的精度較低，這種測(cè)量方法廣泛用于工程測(cè)量中。 在測(cè)量過(guò)程中 ， 用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí) ， 用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的測(cè)量方法 ， 稱(chēng)為零位式測(cè)進(jìn)法 。 應(yīng)用這種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí) ， 標(biāo)準(zhǔn)量具裝在儀表內(nèi) ， 在測(cè)量過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量相比較；測(cè)量時(shí) ， 要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量 ， 即進(jìn)行平衡操作 ，一直到被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量相等 ， 即使指零儀表回零 。 例如 ， 用天平稱(chēng)量的測(cè)量即為零位式測(cè)量 。 采用零位式測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量時(shí) ， 優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比較高的測(cè)量精度 。 但是 ， 測(cè)量過(guò)程上比較復(fù)雜 ， 在測(cè)量時(shí) ， 要進(jìn)行平衡操作 ， 比較費(fèi)時(shí) 。 采用動(dòng)平衡操作 ， 可以加快測(cè)量過(guò)程 ， 它的反應(yīng)速度由于受工作原理所限 ， 也不會(huì)很高 。 因此 ，這種測(cè)量方法不適用測(cè)量變化迅速的信號(hào) ， 只適用于測(cè)量變化較緩慢的信號(hào) 。 微差式測(cè)量法是綜合了偏差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn) ， 提出的測(cè)量方法 。 這種方法是將被測(cè)的末知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較 ， 進(jìn)行測(cè)量時(shí) ， 標(biāo)準(zhǔn)量具裝在儀表內(nèi) ， 并且在測(cè)量過(guò)程中 ， 標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量進(jìn)行比較 。 由于二者的值很接近 ， 因此 ， 測(cè)量過(guò)程中不需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn) ， 而只要測(cè)量二者的差值 。 微差式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快 ， 而且測(cè)量精度高 ， 它特別適用于在線控制參數(shù)的檢測(cè) 。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 43/82 非接觸檢測(cè)及在線檢測(cè)在科學(xué)試驗(yàn) 、 工業(yè)過(guò)程檢測(cè)及工業(yè)控制過(guò)程中顯得越來(lái)越重要 ， 顯示出巨大的優(yōu)越性 。 非接觸檢測(cè) 在線檢測(cè) 四、其它測(cè)量方法 非接觸檢測(cè) 是利用物理 、 化學(xué)及聲光學(xué)的原理 ， 便被測(cè)對(duì)象與檢測(cè)元器件之間不發(fā)生物理上的直接接觸而對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)的方法 。 在線檢測(cè)，狹義上講，是在被測(cè)量變化過(guò)程中進(jìn)行的檢測(cè)。廣義地說(shuō)，是應(yīng)用各種傳感檢測(cè)器對(duì)被檢測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)地進(jìn)行分析處理而獲得信息，與預(yù)先設(shè)定的量進(jìn)行比較 。然后根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn)行處理，保證檢測(cè)精度或使生產(chǎn)過(guò)程處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。 在線檢測(cè)與離線檢測(cè)的區(qū)別是：檢測(cè)工作是在被測(cè)量變化過(guò)程中進(jìn)行，還是在過(guò)程之外或過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行。 在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求，即要求各個(gè)環(huán)節(jié)響應(yīng)要快，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。事實(shí)上，有些量的檢測(cè)必須是在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。如地震時(shí)各種量的檢測(cè)。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 44/82 第五節(jié) 測(cè)量誤差及分析處理技術(shù) 測(cè)量可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。因此，測(cè)量誤差也分為靜態(tài)測(cè)量誤差和動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差，相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)處理也分為靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)處理和動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)處理。 一 、 測(cè)量誤差及其分類(lèi) 測(cè)量過(guò)程中， 首先 因?yàn)闇y(cè)量設(shè)備、儀表、測(cè)量對(duì)象、測(cè)量方法、測(cè)量者本身都不同程度受到本身和周?chē)鞣N因素的影響，而且這些影響因素也在經(jīng)常不斷的變化著。 其次 ， 被測(cè)量對(duì)測(cè)量系統(tǒng)施加作用之后，能使測(cè)量系統(tǒng)給出測(cè)量結(jié)果，也就是說(shuō)，測(cè)量過(guò)程一般都會(huì)改變被測(cè)對(duì)象原有的狀態(tài)。因此，測(cè)量結(jié)果所反映的并不是被測(cè)對(duì)象的本來(lái)面貌，而只是一種近似。故測(cè)量不可避免地總存在測(cè)量誤差。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 45/82 測(cè)量誤差 就是測(cè)量值與真值之間的差值 。 所謂 真值 ，是指一定的時(shí)間及空間條件下，某物理量所體現(xiàn)的真實(shí)數(shù)值 。測(cè)量的目的是為了求得被測(cè)量的真值的逼近值。誤差的分類(lèi)如下： 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 46/82 按誤差的表示方法分為 (1) 絕對(duì)誤差 (2)相對(duì)誤差 ：常用來(lái)表示測(cè)量精度的高低 ， 主要有： A、 實(shí)際相對(duì)誤差 B、 示值相對(duì)誤差 C、 滿度 (或引用 )相對(duì)誤差 0AXX ???%10 0??? AXA? 一、測(cè)量誤差及其分類(lèi) 某一被測(cè)量的測(cè)量值 X與真值 A0的差值為絕對(duì)誤差 ΔX。 由于真值是無(wú)法求得的，在實(shí)際測(cè)量中，常用某一被測(cè)量多次測(cè)量的 平均值 ，或上 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量所得的示值 A代替真值 A0。 A0稱(chēng)為 約定真值 。 實(shí)際相對(duì)誤差是用絕對(duì)誤差 ΔX與被測(cè)量的約定值 A的百分比來(lái)表示的相對(duì)誤差，即： 示值相對(duì)誤差是用絕對(duì)誤差 Δx與儀器示值 X的百分比值來(lái)表示的相對(duì)誤差 ， 即： 滿度相對(duì)誤差是用絕對(duì)誤差 Δx與儀器滿度值 xm的百分比來(lái)表示的相對(duì)誤差，即： 當(dāng) ΔX取最大值時(shí)的滿度相對(duì)誤差常用來(lái)確定儀表的精度等級(jí)。國(guó)家規(guī)定電工儀表精確度等級(jí)分為 ， ， ， ， ， 。例如 177。 %。 %100??? XXm?%100???mX XX?2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 47/82 A、 定義 B、 產(chǎn)生的原因主要有 ： C、 誤差消除與減小方法： 按誤差的性質(zhì)分 在相同條件下多次測(cè)量同一物理量時(shí) ， 其誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持恒定；或者在條件改變時(shí) ， 按某一確定的規(guī)律變化的誤差 ， 稱(chēng)為系統(tǒng)誤差 。 其誤差值不變的又稱(chēng)為 定值系統(tǒng)誤差 ， 其變化的則稱(chēng)為 變值系統(tǒng)誤差 。 （ 小販的秤 ， 8兩 =1斤 ） （ 1）測(cè)量工具本身性能不完善而產(chǎn)生的誤差； （空盒氣壓計(jì)儀器補(bǔ)充校正） （ 2）測(cè)量設(shè)備和電路等安裝、布置、調(diào)整不當(dāng)而產(chǎn)生的誤差； （空盒氣壓計(jì)刻度校正） （ 3）測(cè)量過(guò)程中因溫度、氣壓等環(huán)境條件發(fā)生變化所產(chǎn)生的誤差； （空盒氣壓計(jì)溫度校正） （ 4）測(cè)量方法不完善或者測(cè)量所依據(jù)的理論本身不完善等原因所產(chǎn)生的誤差等。 總之系統(tǒng)誤差的特征是：系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律性和產(chǎn)生原因的可知性。 定值系統(tǒng)誤差 ―― 在測(cè)量中 ， 定值系統(tǒng)誤差一般可用實(shí)驗(yàn)對(duì)比法發(fā)現(xiàn)并用 修正法等予以消除 ；定值系統(tǒng)誤差一般可用殘余誤差觀察法發(fā)現(xiàn) ， 并從硬件和軟件不同方面采取措施消除它 ， 比如從軟件上采用 “ 對(duì)稱(chēng)法 ” ， 可消除線性變值系統(tǒng)誤差；采用 “ 半周期法 ” ， 可消除周期性變值系統(tǒng)誤差等 。 （ eg、 空盒氣壓計(jì)：補(bǔ)充校正 ） 示值 10 標(biāo)準(zhǔn) 8 系統(tǒng)誤差 =108=2 被測(cè)量 =示值 2（系統(tǒng)誤差） (1)系統(tǒng)誤差 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 48/82 A、 定義 B、 產(chǎn)生原因 C、 隨機(jī)誤差具有下列特性 D、 誤差消除與減小方法 (2)隨機(jī)誤差 在相同條件下多次測(cè)量同一物理量時(shí) ， 在己經(jīng)消除引起系統(tǒng)誤差的因素之后 ， 測(cè)量結(jié)果仍有誤差 ， 而其變化是無(wú)規(guī)律的隨機(jī)變化 ， 這類(lèi)誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差 。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 ， 如正態(tài)分布 、 均勻分布等 。 引起隨機(jī)誤差的原因 都是一些微小因素 ， 且無(wú)法控制 。只能用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法去計(jì)算它出現(xiàn)的可能大小 。 ① 絕對(duì)值相等 、符號(hào)相反的誤差在多次重復(fù)測(cè)量中出現(xiàn)的可能性相等； ② 在一定測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差絕對(duì)值不會(huì)超出某一限度； ③ 絕對(duì)值小的隨機(jī)誤差比絕對(duì)值大的隨機(jī)誤差在多次重復(fù)測(cè)量中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多。 隨機(jī)誤差 ―― 在測(cè)量中 ， 隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量過(guò)程及結(jié)果影響是必然的 ， 但規(guī)律是有明顯的不確定性 ， 借助概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及必要的數(shù)據(jù)處理 ， 只能描述出隨機(jī)誤差的影響極限范圍 ， 并進(jìn)而給出最接近真值的測(cè)量結(jié)果 ， 但隨機(jī)誤差無(wú)法消除 ， 可以取 多次測(cè)量平均值方法減小之 。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 49/82 (3)粗大誤差 粗大誤差的產(chǎn)生是由于測(cè)量者在測(cè)量時(shí)疏忽大意或環(huán)境條件的突變而造 成的。粗 大誤差一般都比較大，沒(méi)有規(guī)律性。 誤差消除與減小方法： 粗大誤差 ―― 在測(cè)量中 ， 有粗大誤差的測(cè)量結(jié)果是不可取的 ， 即有粗大誤差影響的測(cè)值必須根據(jù)一定的規(guī)則 (如拉依達(dá)準(zhǔn)則 、 肖維納準(zhǔn)則等 )判斷出來(lái) ， 并予剔除 。 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 50/82 （ 4） 準(zhǔn)確度 、 精密度 、 精確度 檢測(cè)系統(tǒng)的基本內(nèi)容， 不同場(chǎng)合 檢測(cè)精度要求不同， （服裝裁剪（身長(zhǎng) /胸圍） 半厘米；發(fā)動(dòng)機(jī)活塞直徑 微米級(jí)） 精度高 系統(tǒng)復(fù)雜 造價(jià)高 按誤差原因： ① 準(zhǔn)確度： 表征測(cè)量結(jié)果接近真值的程度 系統(tǒng)誤差大小反映 ② 精密度： 反映測(cè)量結(jié)果的分散程度（針對(duì)重復(fù)測(cè)量而言） 表示隨機(jī)誤差的大小 ③ 精確度： 表征測(cè)量結(jié)果與真值之間的 一致程度 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合 反映 真值 2022/2/16 第二章 非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) 51/82 精密度高 準(zhǔn)確度高 精確度高 在測(cè)量中，系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差，粗大誤差三者同時(shí)存在，但是它們對(duì)測(cè)量過(guò)程及結(jié)果的影響不同根據(jù)其影響程度的不同，測(cè)量精度也有不同的劃分。在測(cè)量中，若系統(tǒng)誤差小，稱(chēng)測(cè)量的 準(zhǔn)確度高 ；若隨機(jī)誤差小，稱(chēng)測(cè)量的 精密度高 ；若二者綜合影響小，稱(chēng)測(cè)量的 精確度高 。 坐標(biāo)原點(diǎn)