测量仪表及性能指标基本知识

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粗大误差一般是由于操作人员在操作、读数或记录 数据时粗心大意造成的。 测量条件的突然改变或外界重大干扰也会造成粗大 误差。
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解决办法：对于这类误差一旦发现，应及时纠正。
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绝对误差

测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简 称测量误差。 δ= x －X0 式中， δ—— 测量误差； x —— 测定值（例如仪表指示值）； X0—— 被测量的真值。

定义：指测量仪器或方法引起得有规律的误差，体现为与真值之间的偏差。 事例：如仪器零点误差，温度、电磁场等环境引起的误差，动力源引起的 误差。 解决办法：单纯增加测量次数，无法减少系统误差对测量的影响、但在找 出产生误差的原因之后，可以通过对测量结果引入适当的修正而消除之。

累进性 按复杂规律变化 周期性 恒值
举例
如： 1.5
1.0
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举例
例1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时 得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。 解 该仪表的相对百分误差为
4 100 % 0.8% 700 200
如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为0.8。由 于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超 过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等 级为1.0级。

3．精确度

精密度与准确度的综合指标称为精确度，或称精度。 它反映随机误差和系统误差的综合影响。 精密度高的，准确度不一定高；准确度高的精密度不一定高；但精确度高 的，则精密度与准确度都高。
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精密度高
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准确度高
精确度高
测量仪表的基本技术指标（量程范围）
1．量程范围

仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围 称作仪表的量程范围，简称量程。
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测量仪表的基本技术指标（仪器基本误差） 4. 仪器基本误差
仪表测量值中的最大示值绝对误差与仪表量程之比 值称为仪表的基本误差。
m j 100% Lm
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测量仪表的基本技术指标（仪器允许误差）
5. 仪器允许误差
它表示对测量仪表所允许的误差界限，即出厂的仪表都要保证
基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。 仪表的 δ 允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的 δ允越小，表示仪表的精确度越高。
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测量方法

测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。

测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：
（1）直接测量法：使被测量直接与选用的标准量进行比较，或者 预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被测量数值的 测量方法。 （2）间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的 其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从 而求得被测量数值的方法。
动态测量
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测量系统的组成
测量系统由四个基本环节组成：传感器、变换器或 变送器、传输通道和显示装置。
传感器
被测量
变换器
传输通道
显示装置
测量值
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测量环节的功能（传感器）
传感器（敏感元件）

它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。
理想敏感元件应满足的要求：

敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系。 敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其它一切可能的 输入信号不敏感。 在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质 的状态。
国家标准序列： 标准表、范型表、实用表。 Ⅰ级标准表：0.005、0.02、0.05 ； Ⅱ级标准表：0.1 、0.2 、0.35 、0.5 ; 一般标准表：1.0 、1.5、2.5 、4.0。
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仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高， 也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作 为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板 上。

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测量精度
1．准确度

对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值的程度称为测量的准 确度。
它反映系统误差的影响，系统误差越小，准确度越高。

2．精密度：

对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布 的密集程度，称为测量的精密度。 它反映随机误差的影响，随机误差越小，精密度越高。
仪表允许的最大绝对误 差值 允 100% 测量范围上限值 测量范围下限值
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测量仪表的基本技术指标（准确度等级）
6．准确度等级
它指根据测量仪表准确度大小所划分的等级或级 别。允许误差去掉百分号的数值就是准确度等级，工程 上称为精度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1， 0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

基本误差是仪表在规定的正常工作条件下，所可能产
生的误差。仪表基本误差的允许值，叫做仪表的“最
大允许绝对误差” 。

附加误差是仪表在偏离规定的正常工作条件下使用时 附加产生的新误差。此时仪表的实际误差等于基本误 差与附加误差之和。
由于仪表在工作条件(如温度、湿度、振动、电源电压、频率等)
改变时会产生附加误差，所以在使用仪表时．应尽量满足仪表现 定的工作条件，以防止产生附加误差。
态分布)。 解决办法：从随机误差的统计规律分布特征，可对其示值大小和可 靠性做出评价，并可通过适当增加测量次数求平均值的方法，减 少随机误差对测量结果的影响。
随机误差就个体而言是无规律的，不能通过实验的方法来消除。
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粗大误差
定义：粗大误差是指一种显然与事实不符的误差，其 误差值较大且违反常规。 形成原因：
1 测量仪表基本知识
测量的定义
用实验的方法，把被测量与同性质的标准量进
行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的 量值。
使测量结果有意义的要求：
用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认
的，且性能稳定。
进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。
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测量的基本方程式：
X = aU
式中， X —— 被测量； U —— 标准量（即选用的测量单位）； a —— 被测量与标准量的数字比值。
在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。

问：某温度计测量的最低温度为-20℃， 最高温度为100℃，它的量程是多少？
120℃
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测量仪表的基本技术指标（灵敏度）

2、灵敏度
在稳定情况下，仪表输出变化量△L与引起此变化的
输入量的变化量△Xb之比值，定义为仪表的灵敏度。

L 用S表示，即 S X b
（3）组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形式出现 （或改变测量条件以获得这种不同组合），根据直接测量或间接 测量所获得的数据，通过解联立方程组以求得未知量的数值，这 类测量称为组合测量。
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测量方法的其它分类方式：
按不同的测量条件分：等精度测量与非等精度测量 按被测量在测量过程中的状态不同分：静态测量与

真值一般无法得到，所以用实际值X代替X0。
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对于绝对误差，应注意下面几个特点：
绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实
际值相同。
绝对误差是有符号的量，其符号表示出测定值
与实际值的大小关系。
测定值与被测量实际值之间的偏离程度和方向
通过绝对误差来体现。
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相对误差

示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差，其为 无量纲数，以百分数表示。
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用2.5V量程测量 同一只1.5V干电 池的电压，与上 图比较，问示值 相对误差哪一个 大？
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误差分类

误差产生原因及规律
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– –
系统误差：
随机误差： 粗大误差 绝对误差 相对误差 引用误差 基本误差 附加误差。

误差的数值表示方法
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按误差与仪表使用条件的关系– –来自19系统误差39
小结 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求 来选择仪表精度等级，情况是不一样的。 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许 误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误 差；
根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差
应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误 差。

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测量环节的功能（变送器）
它是传感器和显示装置中间的部分，它是将传 感器输出的信号变换成显示装置易于接收的部 件。
对变换器的要求：
性能稳定
精确度高，使信息损失最小。
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测量环节的功能（显示装置）
它是测量系统直接与观测者发生联系的部分
显示装置的基本形式：
模拟式显示元件
数字式显示元件

测量过程中存在测量误差是不可避免的，任何测量值 只能近似反映被测量的真值。

测量过程中无数随机因素的影响，使得即使在同一条件下对 同一对象进行重复测量也不会得到完全相同的测量值。 被测量总是要对敏感元件施加能量才能使测量系统给出测量 值，这就意味着测量值并不能完全准确的反映被测参数的真 值。

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主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁 干扰等。

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4、方法误差

它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操 作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或
对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误
差，也称理论误差。

原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法 来加以消除或修正。