2015年仪表讲课稿

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页脚内容 一、计量基本知识

二、现场仪表

一、 计量基本知识

1.1 什么是测量？

测量就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

 直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。

 如，米尺，秒表，玻璃温度计，普通天平，游标卡尺。

 间接测量 是指通过测量与被测量有函数关系的其他量,才能得到被测量值的测量方法。

 如，用万用表测电阻，常见电子仪表等。

测量误差就是由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数的真实值之间的差距。分为绝对误差和相对误差。

由于真值无法得到，只能以标准表作为真值参照 直接测质量（砝码） 间接测质量 绝对误差，仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。

tIxxxI：仪表指示值, xt：被测量的真值 页眉内容

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其特点：绝对误差有单位，且其单位与测量结果相同；绝对误差有大小（值）和符号（±），表示测量结果偏离参考量值的程度；绝对误差不是对某一被测量而言，而是对该量的某一给出值而言。

例如：砝码的误差为+0.002g（错误表述），10g砝码的误差（或示值误差）为+0.002g（正确表述）。

式中；Λ——相对误差

Δ——绝对误差

X0————被测量的真值（约定真值）

相对误差只有大小和符号，没有量纲（也就是没有单位）。测量工作中主要是用绝对误差来表示测量误差。相对误差常用来表示具有多档示值范围的仪表的测量准确度；还可用来比较不同量值的测量准确度。

1.2测量误差的处理

1.2.1系统误差的处理

系统误差的产生原因：

系统误差的产生通常与测量设备或装置本身的准确程度有关；与测量时的外界条件、测量方法及测量者本身的状况有关。

（1） 与仪器设备、装置的准确度有关

在检定、校准或测试中，标准仪器或设备均存在一定的误差。例如，在进行检定向下一x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值 0xx相对误差，是指在某一测量点仪表的绝对误差与该点标准值的比值。

ttIxxxxxxx或000页眉内容

页脚内容 级标准量值传递时，标准值的误差是固定不变的，属于系统误差，又称“工具误差”或“仪器误差”。

（2）某些仪器、设备、在测量前需先进行调零位，若因测量前疏忽没有调查零位，或存在零位偏差，使得标准仪器在测量前即存在某一初始值，该初始值必然直接影响测量结果，给测量结果带来误差。这种误差，通常称“零位误差”（称“零差”）

（3）某些仪器、设备如末按要求放置，特别是某些电磁测量和无线电测量仪器设备，未正确接地或屏蔽，或未用专用连接导线，也会给测量结果带来误差（称“装置误差）

（4）测量环境条件带来的误差

测量时的环境条件有，如温、湿度；恒定磁场等也会给测量结果带来误差。如与重力加速度有关的测量，如未按测量地点的不同加以适当的修正，也会给测量结果带来误差。这类由客观环境引起的误差，通常称为“环境误差”。

（5）因测量方法不完善带来的误差

由于某些测量方法的不完善，如检定、测试中所使用的某些测量设备，在设计制造时受到某些条件（如元器件、制造工艺）的限制，不得不降低个别指标；采用一些近似公式、经验公式，无疑也会给测量结果引入一定的误差。这些误差称为“方法误差”或“理论误差”

（6）由测量者引入的误差

在测量中，测量者本身生理上的某些缺陷，如听觉、视觉等缺陷或不良习惯，也会给测量结果带来误差，这就是通常所说的“人员误差”。

消除系统误差的原则：

 1在测量前尽可能估计到一切可能产生系差的来源，并设法消除它们，或使用影响减到非常微小的程度；

 2采取修正的方法消除之； 页眉内容

页脚内容  3在测量过程中，选择适当的测量方法使系统误差抵消从而不带入测量值中。

随机误差：指在测量中所出现的没有一定规律的误差。它是由很多复杂因素微小变化的总和引起的。它不易被发觉，也不好分析，还难以修正。这类误差的大小与测量次数有关，它的算术平均值将随测量次数的增多而减小（但不是线性关系）

随机误差决定了测量的精密度。它的平均值愈小，测量愈精密。

减少随机误差的原则：

1、选用精度更高稳定性更好的仪器（比如用刻划1米的尺和刻划1毫米的尺测量的精度是不同的，用电子钟和沙漏测量时间的精度是不同的）；

2、可以让更熟练的人进行仪器操作（读数越快，仪器的变动越小，精度越高，而不熟练的人操纵仪器会带来仪器的震动和扭曲等）

3、选择合适的观测时间，让仪器受光照和温度带来的热胀冷缩更小，在稳定的地点设置仪器，避免不规则沉降带来的误差。

4、从统计学和概率论上讲，最有效的一种减少随机误差的方法是多次测量，取平均值。

疏忽误差：指观察人员误差读或不正确使用仪器与测试方案等人为因素所引起的误差。产生这类误差的主要原因是操作者粗枝大叶；过度疲劳，操作有错或偶然一个外界干扰等。这类误差在测量中是不允许的，其测量结果是无效的。但它易被发觉，一旦发现，就应剔除。

1.3测量不确定度评定分析过程的简要说明

在实际测量中，影响测量质量的“人、机、料、法、环”因素，可能有以下一些导致测量不确定度的来源。

例如；1）被测量的定义不完整

2）被测量定义的复现不理想

3）取样的代表性不够，即被测样本可能不完全代表所定义的被测量。 页眉内容

页脚内容 4）对测量受环境条件的影响认识不足或对环境条件的测量不完善；

5）模拟式仪器的人员读数偏移；

6）测量仪器的计量性能（如最大允许误差、灵敏度、分辨率、死区及稳定性等）的局限性，而导致的不确定度；

7）测量标准或标准物质提供的标准值的不准确；

8）引用的常数或其他常数值不准确；

9）测量方法和测量程序中的近似和变化；

10）在相同条件下，被测量重复观测值的变化；

在撰写标准的建标报告过程中注意：1）在分析误差来源时，要做到不遗漏不重复。因为遗漏将导致评定出的测量不确定度减小，而重复则导致其增大，二者将歪曲最终的评定结果。2）在分析标准的重复性时，是在装置正常条件下，在相同的测量条件下，用该标准装置在某一点连续测量10次，其测量结果用贝塞尔公式得出其值小于合成不确定度即符合标准不确定度的重复性评定；

如；在装置正常条件下，重复测量一台温度指示仪,分度号为PT100，在相同的测量条件下，用该检定装置在40℃受检点共连续测量10次，测量结果如表：

单位：Ω

测量

结果

测量次数 Xi(Ω) Xi-X(Ω) (Xi-X)2

1 115.545 0.005 0.25×10-4

2 115.575 0.035 12.25×10-4

3 115.495 -0.045 20.25×10-4

4 115.525 -0.015 2.25×10-4

5 115.555 0.015 2.25×10-4 页眉内容

页脚内容 6 115.545 0.005 0.25×10-4

7 115.545 0.005 0.25×10-4

8 115.525 -0.015 2.25×10-4

9 115.575 0.035 12.25×10-4

10 115.545 0.005 0.25×10-4

X 115.543

ni1(Xi-X)2 52.5×10-4

1)(21nxxxSnini≈0.024Ω＜uc （ uc=0.12Ω）

（0.024Ω 查表得0.06℃） 因为Sn(x)＜uC，所以该测量标准不确定度的分析与评定合理。

3）在分析标准的稳定性时，是在装置工作正常情况下，每隔二个月用该装置在某一点共测量6次，取平均值作为测量结果，一年共测4次，将最大平均值减去最小平均值，其小于扩展不确定度，即符合要求

如：选一稳定的分度号为PT100的温度指示仪，在装置工作正常情况下，每隔二个月用该装置在50℃共测量6次，取平均值作为测量结果，共测4次，其测量结果如下表： 单位：Ω

观测时间

观测次数 2月 4月 6月 8月

1 119.67 119.66 119.64 119.68

2 119.70 119.68 119.68 119.65

3 119.65 119.69 119.68 119.68 页眉内容

页脚内容 4 119.62 119.68 119.65

119.66

5 119.68 119.63 119.67 119.65

6 119.67 119.62 119.66 119.66

X 119.665 119.660 119.663 119.663

最大值－最小值 0.005

从上表可知标准装置的稳定性为0.005Ω＜U （U =0.24Ω）

0.005Ω查表得0.01℃

所以该测量标准的稳定性符合要求。

因为在计量标准不确定度分析时要用到数据修约，下面就讲讲数值修约规则；

1.4数值修约规则

现代被广泛使用的数值修约规则主要有四舍五入规则和四舍六入五留双规则。在计量修约的过程中我们采用后者。因为四舍五入修约规则，逢五就进，必然会造成结果的系统偏高，误差偏大，为了避免这样的状况出现，尽量减小因修约而产生的误差，在某些时候需要使用四舍六入五留双的修约规则。

（一）：四舍五入规则

四舍五入规则是人们习惯采用的一种数值修约规则。

四舍五入规则的具体使用方法是:

在需要保留数字的位次后一位，逢五就进，逢四就舍。

例如:将数字2.1875精确保留到千分位(小数点后第三位)，因小数点后第四位数字为5，按照此规则应向前一位进一，所以结果为2.188。同理，将下列数字全部修约到两位小数，结果为:

10.2750--10.28 页眉内容

页脚内容 18.06501--18.07

16.4050--16.41

27.1850--27.19

（二）；四舍六入五留双规则

为了避免四舍五入规则造成的结果偏高，误差偏大的现象出现，一般采用四舍六入五留双规则。

当尾数小于或等于4时，直接将尾数舍去

例如将下列数字全部修约到两位小数，结果为:

10.2731--10.27（直接舍去）

18.5049--18.50（直接舍去）

16.4005--16.40（直接舍去）

27.1829--27.18（直接舍去）

当尾数大于或等于6时将尾数舍去向前一位进位

例如将下列数字全部修约到两位小数，结果为:

16.7777--16.78（六入）

10.29701--10.30（六入）

21.0191--21.02（六入）