测量的概念

测量的基本概念

• 测量：借助专用技术工具，通过实验或者计算的方法，对被测对象取得测量结果的过程
• 可分为直接测量和间接测量两种：
  • 直接测量：将被测量直接与标准量比较，或用预先按标准校对好的测量仪器对被测量进行测量，并能够直接得到被测量的大小。（如用游标卡尺测工件尺寸）
  • 间接测量：通过一个或多个测量值，代入一定函数关系后计算出被测量。（如节流装置中利用前后压差计算出流量值）

测量误差、仪表的精度等级

概念

• 测量误差：测量结果与被测量的真值之间总是存在固定的差值
• 真值：被测量客观存在的真实数据，但是无法获得
• 存在误差的原因：
  • 测量工具有限的准确性
  • 观测者的主观性
  • 外界环境的影响

分类

• 按照误差本身定义为：绝对误差、相对误差、基本误差
  • $\mathrm{绝}\mathrm{对}\mathrm{误}\mathrm{差}=\mathrm{测}\mathrm{量}\mathrm{值}-\mathrm{真}\mathrm{实}\mathrm{值}$
  • $\mathrm{相}\mathrm{对}\mathrm{误}\mathrm{差}=\frac{\mathrm{测}\mathrm{量}\mathrm{值}}{\mathrm{真}\mathrm{实}\mathrm{值}}\times 100\mathrm{\%}$
  • 基本误差：仪表在标准条件下的固有误差，一般用满量程的百分比表示
• 按原因定义为：系统误差、随机误差、粗大误差
  • 系统误差：仪器造成的误差。反复测量同一个物理量时，所出现的误差大小和符号均保持不变或按照一定的规律变化。
  • 随机误差：由无规律的干扰造成的误差。大小和符号都不固定，但是多次测量时符合正态分布规律，可以在一定程度上克服。
  • 粗大误差：由操作人员操作不当造成的误差，又叫过失误差。

仪表基本误差

读数绝对误差和相对误差

• 绝对误差：$\mathrm{\Delta }=M-A$
  • $M$ 为仪表读数，$A$ 为读数的标准值
• 相对误差：$\delta =\frac{\mathrm{\Delta }}{A}\times 100\mathrm{\%}$
  • $\mathrm{\Delta }$ 为绝对误差，$A$ 为读数的标准值
• 关系
  • 绝对误差不能说明仪表读数的准确程度
  • 相对误差可以用来衡量仪表读数的准确程度
  • 具有相同相对误差的两个测量结果，可以说测量的准确程度是一样的

仪表误差

• 在测量标尺范围内，各读数误差的最大值，就定义为仪表的绝对误差
• 仪表测量的准确性不仅与绝对误差有关，还与仪表的量程有关。
• 工业上不采用绝对误差来判断仪表精度的高低，而是将其折合成量程的百分数来表示，成为相对误差或折合误差
  • 折合误差： $S=\frac{{\mathrm{\Delta }}_m}{X}\times 100\mathrm{\%}$
  • ${\mathrm{\Delta }}_m$ 为绝对误差，$X$ 为仪表量程

品质指标（精度）

• 指用来衡量检测仪表好坏的标准
• 方法：将仪表基本误差（指折合误差 $S$ ）去掉百分号“%”后所剩下的数值，与国家规定的仪表精度等级相比，取最接近的较大数值（类似向上取整）
• 精度等级：0.001，0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0 等
• 举例：
  • 某只温度计折合误差为 $\pm 1.5\mathrm{\%}$ ，则该温度计精度等级为 1.5 ，可称为 1.5 级表
  • 折合误差为 $0.9\mathrm{\%}$ 的仪表，其精度等级为 1.0 ，可称为 1 级表
  • 精度级数越小越精确

灵敏度、始动灵敏度（静态指标）

• 灵敏度表征仪表响应被测参数变化的灵敏程度，用被测参数变化一个单位时引起仪表指针偏转的角度或直线位移来表示
  • 灵敏度 $n=\frac{\mathrm{\Delta }\alpha }{\mathrm{\Delta }X}$
  • $\mathrm{\Delta }\alpha$ 为仪表指针的偏转位移或角度，$\mathrm{\Delta }X$ 为被测参数的变化量
• 举例：一只温度计的测量范围是 0~100℃ ， 其上、下标尺距离为 20 cm ，则其灵敏度为 0.2 cm/℃

仪表的组成

• 一次仪表
  • 又称测量元件、传感器，作用是将被测参数转换成容易被度量的量（电学量、位移量等）
  • 要求具有高准确性、高精度、高灵敏度
• 传输、转换部分
  • 作用是将一次仪表测出的信号、放大后再送至二次仪表
• 二次仪表
  • 又称显示仪表，作用是将转换、传输部分输出的信号量度出来或者与标尺比较得出被测物理量的数值
  • 可将物理量指示、记录或累计下来（模拟、数字；指示式、累计式、趋势式）