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正文內(nèi)容

[工學(xué)]電子測(cè)量原理第1章測(cè)量的基本原理(編輯修改稿)

2025-03-21 00:49 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 修正值可以是 數(shù)值表格 、曲線 或 函數(shù)表達(dá)式 等形式 。 被測(cè)量的實(shí)際值 xAxC ?????CxA ??電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 48 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) ? 一個(gè)量的準(zhǔn)確程度,不僅與它的絕對(duì)誤差的大小,而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān)。 例:測(cè)量足球場(chǎng)的長(zhǎng)度和北京到上海的距離 , 若絕對(duì)誤差都為 1米 , 測(cè)量的準(zhǔn)確程度是否相同 ? ( 1) 相對(duì)真誤差 、 實(shí)際相對(duì)誤差 、 示值相對(duì)誤差 相對(duì)誤差:絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比 相對(duì)誤差是兩個(gè)有相同量綱的量的比值 , 只有大小和符號(hào) , 沒(méi)有單位 。 0100%xA? ???電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 49 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) 實(shí)際相對(duì)誤差: 用實(shí)際值 A代替真值 A0 示值相對(duì)誤差: 用測(cè)量值 X 代替實(shí)際值 A 100%A xA? ???100%x xx? ???電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 50 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) ( 2) 滿度相對(duì)誤差 ( 引用相對(duì)誤差 ) ? 用測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的 最大絕對(duì)誤差 與 該量程值 ( 上限值-下限值 ) 之比來(lái)表示的相對(duì)誤差 , 稱為滿度相對(duì)誤差 ( 或稱引用相對(duì)誤差 ) 100%mmmxx? ???0mx||mx??||mx??AxAmxA? 儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的 最大值: m mmxx?? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 51 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) 電工儀表就是按引用誤差 之值進(jìn)行分級(jí)的。是儀表在工作條件下不應(yīng)超過(guò)的最大引用相對(duì)誤差 我國(guó)電工儀表共分七級(jí): , , , , , 。如果儀表為S級(jí),則說(shuō)明該儀表的最大引用誤差不超過(guò) S% ? 測(cè)量點(diǎn)的最大相對(duì)誤差: ? 在使用這類儀表測(cè)量時(shí) , 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?, 使示值盡可能接近于滿度值 , 指針最好能偏轉(zhuǎn)在 不小于滿度值 2/3以上的區(qū)域 。 m?%mx x Sx? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 52 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) [例 13] 某待測(cè)電流約為 100mA, 現(xiàn)有 0~ 400mA和 量程為 0~ 100mA的兩個(gè)電流表 , 問(wèn)用哪一個(gè)電流表測(cè)量較好 ? 2100% 1 .5 % 1 .5 %100mxx Sx? ? ? ? ?用 0~ 100mA電流表測(cè)量 100mA時(shí)的最大相對(duì)誤差為 1400% 0 . 5 % 2 %100mxx sx? ? ? ? ?解:用 0~ 400mA電流表測(cè) 100mA時(shí)的最大相對(duì)誤差為 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 53 ( 3) 分貝誤差 ——相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表示 分貝誤差是用對(duì)數(shù)形式(分貝數(shù))表示的一種相對(duì)誤差,單位為分貝( dB)。 電壓增益的測(cè)得值為 , 誤差為: 用對(duì)數(shù)表示為增益測(cè)得值的分貝值: 分貝誤差: 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) oxiVAV?2 0 l g ( )xxG A d B?2 0 l g ( 1 )dB AA? ???AAA x ???電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 54 測(cè)量誤差的表示方法 (續(xù)) 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 55 測(cè)量信息的獲取原理 本節(jié)中將主要闡述以下基本問(wèn)題: ① 信息的含義是什么 ? ② 為什么信息可以被獲取 ? ③ 信息獲取是怎樣的過(guò)程 ? ④ 信息獲取過(guò)程中采用了哪些基本方法 ? ⑤ 這些方法的實(shí)現(xiàn)途徑是什么 ? ⑥ 信息獲取的限制因素及其克服措施是什么 ? 測(cè)量是研究獲取被測(cè)對(duì)象 信息的一門(mén)科學(xué) 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 56 信息的概念 1. 客體的實(shí)有的信息 —— 客觀信息 ? 某事物客體所具有的信息,是指該客觀存在的事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式 的 自我表述 或 自我顯示 。 ? 客體論的信息是一種客觀的存在 , 不以主體的存在與否為轉(zhuǎn)移 , 或者無(wú)論是否被其主體感受到 , 都絲毫不影響它的 “ 自我表述 ” 或 “ 自我顯示 ” 。 ? 任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu),同時(shí)處在一定的環(huán)境之中,正是這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境兩者綜合作用,決定了事物的具體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。 ? 有時(shí)人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況 , 這時(shí)就只能把它看作一個(gè) “ 黑箱 ” , 并通過(guò)它的外部聯(lián)系 ( 如輸入 /輸出關(guān)系等外部行為 ) 的狀態(tài)及其變化方式來(lái)獲得信息 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 57 信息的概念 (續(xù)) 2. 主體認(rèn)識(shí)論的信息 —— 主觀信息 ? 是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式,及有關(guān)的形式、含義和效用。 ? 主體認(rèn)識(shí)論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次信息豐富得多。這是因?yàn)樽鳛檎J(rèn)識(shí)的主體: ? ( 1)具有感覺(jué)的能力,能夠感覺(jué)到信息的外在形式。 ? ( 2)具有理解能力,能夠理解信息的內(nèi)在含義。 ? ( 3)具有目的性,因而能夠判斷信息對(duì)其目的而言的價(jià)值。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 58 信息的概念 (續(xù)) ——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的 外在形式 、 內(nèi)在含義 和 效用價(jià)值 的主體認(rèn)識(shí)論層次信息。 4.實(shí)在信息、先驗(yàn)信息、實(shí)得信息 實(shí)在信息 —— 事物本身所具有的信息。 先驗(yàn)信息 —— 主體在觀察該事物之前已經(jīng)獲得的該事物的信息。 實(shí)得信息 —— 主體在觀察該事物的過(guò)程中實(shí)際獲得的關(guān)于該事物的凈信息。 全信息 語(yǔ)義信息語(yǔ)用信息{語(yǔ)法信息電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 59 信息的感知 1. 感知的基本原理 ? 信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到 被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式 。 ? 信息感知,是感知事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式,其實(shí)質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識(shí)論層次的語(yǔ)法信息 信息感知主體認(rèn)識(shí)論信息(語(yǔ)法信息)客體層次的信息( 信號(hào) )yx電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 60 信息的感知 2. 感知的基本技術(shù) —— 〉 傳感器與敏感器 ? 測(cè)量的第一個(gè)環(huán)節(jié)是信息的感知 。 ? 傳感器是感知各種非電信息并把非電量轉(zhuǎn)換為電量輸出的器件或裝置 , 它是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口 , 本質(zhì)上是完成信息載體的轉(zhuǎn)換 。 ? 傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型 、 化學(xué)型和生物型三大類 。 例:熱敏電阻把被測(cè)溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 61 信息的識(shí)別 1.識(shí)別的基本原理 ? 識(shí)別是把感知的語(yǔ)法信息 ( 信號(hào)形式 ) 轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語(yǔ)義信息 。 ? 識(shí)別 ( 分類 ) 的基本原理是形式特征的比較 。 由于信息的類別不同 ,其形式特征也不相同 , 因此 , 理論上信息總是可以分辨 ( 識(shí)別 ) 的 。 ? 識(shí)別的原則是: 相似而認(rèn)同 , 相異而拒斥 。 ? 由于識(shí)別環(huán)境存在固有干擾 , 待識(shí)別的信息天然不理想 , 理論方法不完備和信息類別相似性的表達(dá)不完善 , 因此 , 無(wú)論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息識(shí)別系統(tǒng) , 完全無(wú)差錯(cuò)的識(shí)別是不現(xiàn)實(shí)的 ( 誤差存在的絕對(duì)性 ) 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 62 信息的識(shí)別 2. 識(shí)別的基本技術(shù) 為了把語(yǔ)法信息(信號(hào))轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語(yǔ)義信息,須使用信號(hào)的比較、變換、處理和顯示技術(shù)。 ( 1)比較 ——用已知量和未知量比較。 ( 2)變換 ——某些被測(cè)量不便于直接比較,無(wú)法直接觀測(cè)而采用了變換。為了獲得更高的識(shí)別分辨力和精度、更快的速度、更寬的量程而采用變換技術(shù)。 例如,雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)的距離,采用了把距離變換成時(shí)間,通過(guò)直接測(cè)量電脈沖來(lái)回傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)測(cè)得距離。 ( 3)信息處理 ——泛指為了各種目的而對(duì)信息所進(jìn)行的變換和加工。 ( 4)顯示原理 ——顯示的基本功能是把人眼不可見(jiàn)的信息轉(zhuǎn)化成為可見(jiàn)的信息 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 63 信息的識(shí)別 (續(xù)) 測(cè)量客體客體信息比較標(biāo)準(zhǔn)處理顯示規(guī)范化信號(hào)語(yǔ)法信息量化信息可見(jiàn)信息信息識(shí)別語(yǔ)義信息處理語(yǔ)用信息測(cè)量人員目標(biāo)信息激勵(lì)傳感語(yǔ)法信息變換信號(hào)信息感知3. 測(cè)量的原理 —— 測(cè)量的信息過(guò)程 測(cè)量客體 信息感知 信息識(shí)別 測(cè)量主體 語(yǔ)法信息 語(yǔ)義信息 語(yǔ)用信息 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 64 信息的識(shí)別 (續(xù)) ( 1)人工處理方式 例:一個(gè)模擬式的交流電壓表的原理框圖 , 它測(cè)量交流電壓的有效值 。 工作原理是被測(cè)交流電壓經(jīng)峰值檢波器變換成直流電壓 ( ACDC電壓變換 ) ,然后經(jīng)直流電壓放大 ( 幅度變換 ) 和電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出 ( 電壓 電流變換 ) , 去驅(qū)動(dòng)電表指針偏轉(zhuǎn) ( 電壓 指針偏轉(zhuǎn)換變換 ) 。 檢 波放大~u顯示被測(cè)對(duì)象 測(cè)量人員電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 65 信息的識(shí)別 (續(xù)) 溫度壓力流量轉(zhuǎn)速水位傳感器1u 1信號(hào)調(diào)理U 1傳感器2u 2信號(hào)調(diào)理U 2傳感器3u 3信號(hào)調(diào)理U3傳感器4u 4信號(hào)調(diào)理U 4傳感器5u 5信號(hào)調(diào)理U 5多功能切換開(kāi)關(guān)S/HA/D計(jì)算機(jī)數(shù)碼管CRT顯示打印機(jī)繪圖儀輸出設(shè)備數(shù)字I/OD/A模擬信號(hào)輸 出( 2)自動(dòng)化方式 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 66 信息的識(shí)別 (續(xù)) 目 的知識(shí)庫(kù)理解與分析信息選擇 決 策語(yǔ)法信息 全信息( 3) 智能化處理 ? 機(jī)器智能 ——人所賦予機(jī)器的一種智能。 ? 智能包含信息、知識(shí)、策略和行為四個(gè)要素,具有獲取有用信息、由信息生成知識(shí)(認(rèn)識(shí))、由知識(shí)和目的生成策略(決策)以及實(shí)施策略取得效果(施效)等四個(gè)方面的能力。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 67 測(cè)量的間接比較與直接比較原理 y 1 y 2 y電量變換(測(cè)量電路) 信宿點(diǎn)非電逆變換(顯示器)被測(cè)量 x信源點(diǎn)非電變換(傳感器)y 1 =f 1 (x ) 2 2 1()y f y? 32()y f y?? 測(cè)量最基本的原理是 比較 ,比較是認(rèn)識(shí)和區(qū)別被測(cè)對(duì)象的一種重要方法。 測(cè)量是通過(guò)比較來(lái)取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí) 基于比例變換的間接比較法 ( 偏轉(zhuǎn)法 ) ( 1) 三種類型的子變換: ? ?3 2 1[ ( ) ] ( )y f f f x f x??電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 68 基于比例變換的間接比較法 (續(xù)) ? 例:彈簧秤是 偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器 的一個(gè)簡(jiǎn)單例子 。 被測(cè)重物放在彈簧秤上 , 把物體的重量變成彈簧的彈性形變 。 然后 , 形變帶動(dòng)機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn) , 指示出被測(cè)物體的重量 。 直讀式電壓表 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 69 基于比例變換的間接比較法 (續(xù)) ( 2) 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 由于 故: 式中 K 1 K 3K 2xu 2 u 3 yu 1y 1 y 2 y 3信源點(diǎn) 信宿點(diǎn) )( 111 uxKy ?? )( 2122 uyKy ?? )( 3233 uyKyy ???3 2 1 1 2 3{ [ ( ) ] }y K K K x u u u K x u? ? ? ? ? ?1 2 3K K K K? 321
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