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1、船舶动力装置参数测量船舶动力装置参数测量技术技术第1页，本讲稿共30页课程内容课程内容n n测试理论测试理论n n基本概念基本概念基本概念基本概念n n测量误差及数据处理测量误差及数据处理测量误差及数据处理测量误差及数据处理n n测量系统的基本指标测量系统的基本指标测量系统的基本指标测量系统的基本指标n n传感器技术传感器技术n n计算机技术与测试计算机技术与测试n n船舶动力装置参数测量技术（温度、压力、船舶动力装置参数测量技术（温度、压力、流量、流速、转速、扭矩、液位）流量、流速、转速、扭矩、液位）第2页，本讲稿共30页第一章第一章 测量技术概述测量技术概述n n测量测量n n测量的意义测
2、量的意义n n被测量被测量n n静态参数静态参数静态参数静态参数n n动态参数：周期性、非周期性、随机动态参数：周期性、非周期性、随机动态参数：周期性、非周期性、随机动态参数：周期性、非周期性、随机n n测量方法分类（测量方法分类（按测量方式可分为按测量方式可分为）n n直接测量法直接测量法直接测量法直接测量法1.1.直读法直读法直读法直读法2.2.比较法比较法比较法比较法n n间接测量法间接测量法间接测量法间接测量法第3页，本讲稿共30页n n测量误差测量误差n n测量值：测量值：测量值：测量值：x xn n真值：真值：真值：真值：x x0 0n n误差：测量值和真值间的差值误差：测量值和真
3、值间的差值误差：测量值和真值间的差值误差：测量值和真值间的差值n n误差的表达形式误差的表达形式误差的表达形式误差的表达形式 绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差:x=x-xx=x-x0 0 相对误差相对误差相对误差相对误差 =x/x=x/x *100%*100%测量结果测量结果的表示的表示第4页，本讲稿共30页n n误差分类（按照误差出现的规律）误差分类（按照误差出现的规律）n n系统误差系统误差n n随机误差随机误差n n粗大误差粗大误差粗大误差粗大误差第5页，本讲稿共30页n n测量的正确度、精密度、准确度、不确定度测量的正确度、精密度、准确度、不确定度测量的正确度、精密度、准确度、不确定度
4、测量的正确度、精密度、准确度、不确定度n n正确度正确度正确度正确度：等精度条件下，多次测量，测量值偏：等精度条件下，多次测量，测量值偏：等精度条件下，多次测量，测量值偏：等精度条件下，多次测量，测量值偏离真值的程度，可用离真值的程度，可用离真值的程度，可用离真值的程度，可用系统误差系统误差表示表示表示表示 系统误差系统误差系统误差系统误差正确度低正确度低正确度低正确度低n n精密度精密度精密度精密度：等精度，多次测量，测量值的重复一：等精度，多次测量，测量值的重复一：等精度，多次测量，测量值的重复一：等精度，多次测量，测量值的重复一致程度，可用致程度，可用致程度，可用致程度，可用随机误差随机
5、误差随机误差随机误差表示表示表示表示 随机误差随机误差随机误差随机误差测量数据弥散度大测量数据弥散度大测量数据弥散度大测量数据弥散度大n n准确度准确度准确度准确度：正确度和精密度的综合，测量值与真：正确度和精密度的综合，测量值与真：正确度和精密度的综合，测量值与真：正确度和精密度的综合，测量值与真值的一致程度值的一致程度值的一致程度值的一致程度n n不确定度不确定度不确定度不确定度：用测量值表示真值不能肯定的程度：用测量值表示真值不能肯定的程度：用测量值表示真值不能肯定的程度：用测量值表示真值不能肯定的程度第6页，本讲稿共30页弹着点全部在靶上，弹着点全部在靶上，但分散。相当于系统但分散。相
6、当于系统误差小而随机误差大，误差小而随机误差大，精密度低，正确精密度低，正确度高。度高。弹着点集中，偏向一弹着点集中，偏向一方，命中率不高。相方，命中率不高。相当于系统误差大、随当于系统误差大、随机误差小，机误差小，精密度高，正确度精密度高，正确度低。低。弹着点集中靶心。相当弹着点集中靶心。相当于系统误差与随机误差于系统误差与随机误差均小，均小，精密度、正确度都高精密度、正确度都高准确度高准确度高第7页，本讲稿共30页四、有效数字1.1.概念概念 数字分类数字分类：完全准确数字；有效数字。有效数字的构成(读取)：准确部分+一位非准确部分(误差所在位)。(I)物体长度物体长度L估读为估读为4.2
7、7cm或或4.28cm (II)右端恰好与右端恰好与15cm刻度线对齐刻度线对齐,准确数字为准确数字为“15.0”，再加上，再加上估读数估读数“0”，则物体长度，则物体长度L的有效数字应记为的有效数字应记为15.00cm 估计值，一般为最小分度值的估计值，一般为最小分度值的1/10的整数倍的整数倍位数无限多，如1/3，等 位数有限，如0.333，3.14159等 第8页，本讲稿共30页原则：五下舍，五上入，整五凑偶。如保留四位有效数字如保留四位有效数字:3.1423.1422.7172.7174.5104.5103.2163.2166.3796.3793.1413.1415 59 9 2.71
8、72.7172 29 9 4.5104.5105 50 0 3.2153.2155 50 0 6.3786.3785 50l0l 7.6917.6914 49999 7.6917.691测量误差测量误差的有效位数：只入不舍的有效位数：只入不舍拟舍的第一位数字为拟舍的第一位数字为5，其后，其后无数字或皆为无数字或皆为0 保留末位为奇数保留末位为奇数,加加1，保，保留末位为偶数留末位为偶数,不变不变 2 2 有效数字的修约有效数字的修约第9页，本讲稿共30页第10页，本讲稿共30页n n测量测量就是将被测量与标准单位进行就是将被测量与标准单位进行比较，得到被测量的测量值。比较，得到被测量的测量值。
9、n n测量值必须包括测量值必须包括数值和单位数值和单位n n如测量课桌的长度为如测量课桌的长度为1.2534mn n只是为了定性确定某对象的物理或只是为了定性确定某对象的物理或化学属性的实验活动，则不宜称为化学属性的实验活动，则不宜称为测量（确定物质酸性？）测量（确定物质酸性？）返回返回第11页，本讲稿共30页门捷列夫(1834-1907)科学始于测量科学始于测量,没没有测量，便没有有测量，便没有精密的科学。精密的科学。门捷列夫第12页，本讲稿共30页钱学森钱学森(1911-)钱学森钱学森信息技术包括测量技信息技术包括测量技术、计算机技术和通术、计算机技术和通信技术，测量技术是信技术，测量技术
10、是信息技术的关键和基信息技术的关键和基础。础。第13页，本讲稿共30页 测量科学是现代化生产的支柱之一，也是整测量科学是现代化生产的支柱之一，也是整个科学技术和国民经济的一项重要技术基础，个科学技术和国民经济的一项重要技术基础，它对促进生产力发展与社会进步起到重要作用。它对促进生产力发展与社会进步起到重要作用。我国八个高技术领域（信息技术、生物技术、我国八个高技术领域（信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造与自动化技术、资源环新材料技术、先进制造与自动化技术、资源环境技术、航天航空技术、能源技术、先进防御境技术、航天航空技术、能源技术、先进防御技术）都离不开计量测试与仪器仪表的技术保技术）都
11、离不开计量测试与仪器仪表的技术保障作用。障作用。第14页，本讲稿共30页应用举例应用举例卫星上天卫星上天半导体芯片工业生产需要亚微米级乃至纳米级的半导体芯片工业生产需要亚微米级乃至纳米级的高精密光刻技术高精密光刻技术激光制导和光电对抗技术等激光制导和光电对抗技术等日常生活（空凋、汽车工业）日常生活（空凋、汽车工业）返回返回第15页，本讲稿共30页指指在在测测量量过过程程中中被被测测量量可可以以认认为为是是固固定定不不变变的的。因因此此，不不需需要要考考虑虑时间因素对测量的影响时间因素对测量的影响指被测量在测量期间随时间指被测量在测量期间随时间（或其他影响量）发生变化（或其他影响量）发生变化静态
12、测量静态测量如测量长度、如测量长度、质量质量动态测量动态测量如测量环境噪如测量环境噪声、柴油机缸声、柴油机缸内压力内压力/温度温度返回返回第16页，本讲稿共30页n n直接测量直接测量由仪器直接读出测量结果的叫做直由仪器直接读出测量结果的叫做直由仪器直接读出测量结果的叫做直由仪器直接读出测量结果的叫做直接测量接测量接测量接测量如：用米尺测量课桌的长度，电压表测量电压等如：用米尺测量课桌的长度，电压表测量电压等n n间接测量间接测量由直接测量结果经过公式计算才能由直接测量结果经过公式计算才能由直接测量结果经过公式计算才能由直接测量结果经过公式计算才能得出结果的叫做间接测量得出结果的叫做间接测量得
13、出结果的叫做间接测量得出结果的叫做间接测量 n n测量测量测量测量g:g:测量单摆的振动周期测量单摆的振动周期测量单摆的振动周期测量单摆的振动周期T T，用公式，用公式，用公式，用公式g gn n测量有效功率测量有效功率测量有效功率测量有效功率PePe：测量：测量：测量：测量MM、n nPe返回返回第17页，本讲稿共30页真值真值就是与给定的特定量的定义相一致的量值。客观存就是与给定的特定量的定义相一致的量值。客观存在的、但在的、但不可测得不可测得的（测量的不完善造成）。的（测量的不完善造成）。可知的真值：可知的真值：a.a.理论真值理论真值-理论设计值、理论公式表达值等理论设计值、理论公式表
14、达值等 如三角形内角和如三角形内角和180180度；度；b.b.约定约定(实用实用)真值真值-指定值指定值,最佳值等，最佳值等，如某些常数如某些常数,算术平均值当真值等。算术平均值当真值等。第18页，本讲稿共30页绝对误差绝对误差（absolute errorabsolute error）定义定义 测得值 被测量的真值，常用约定真值代替 绝对误差 特点特点 绝对误差是一个绝对误差是一个具有具有具有具有确定的大小、符号及确定的大小、符号及确定的大小、符号及确定的大小、符号及单位的量单位的量单位的量单位的量。单位给出了。单位给出了被测量的量纲，其单位与被测量的量纲，其单位与测得值相同。测得值相同。
15、绝对误差不能完全说明测量的准确度。第19页，本讲稿共30页用1m测长仪测量0.01m长的工件，其绝对误差 =0.0006m，但用来测量1m长的工件，其绝对误差为0.0105m。前者的相对误差为 后者的相对误差为用绝对误差不便于比较不同量值、不同单用绝对误差不便于比较不同量值、不同单位、不同物理量等的准确度。位、不同物理量等的准确度。第20页，本讲稿共30页定义定义 特点特点相对误差只有大相对误差只有大小和符号，而小和符号，而无无量纲量纲，一般用百，一般用百分数来表示。分数来表示。相对误差常相对误差常用来衡量测量用来衡量测量的相对准确程的相对准确程度度相对误差相对误差（relative erro
16、rrelative error）返回第21页，本讲稿共30页系统误差系统误差：在重复测量条件下对同一被测量进行无限多次测量结：在重复测量条件下对同一被测量进行无限多次测量结果的平均值减去真值果的平均值减去真值 来源来源：1.1.仪器、装置误差；仪器、装置误差；2.2.测量环境误差；测量环境误差；3.3.测量理论或方法误差；测量理论或方法误差；4.4.人员误差人员误差-生理或心理特点所造成的误差生理或心理特点所造成的误差。标准器误差标准器误差；仪器安装调整不妥仪器安装调整不妥,不水平、不垂直、不水平、不垂直、偏心、零点不准等，如天平不等臂偏心、零点不准等，如天平不等臂,分光计读数分光计读数装置的
17、偏心；附件如导线装置的偏心；附件如导线 理论公式为理论公式为近似或实验近似或实验条件达不到条件达不到理论公式所理论公式所规定的要求规定的要求 温度、湿度、光照，电磁场等温度、湿度、光照，电磁场等 特点特点：同一被测量多次测量中，保持同一被测量多次测量中，保持恒定恒定或以或以可预可预知的方式变化知的方式变化 一经查明就应设法消除其影响一经查明就应设法消除其影响第22页，本讲稿共30页分类:a.定值系统误差-其大小和符号恒定不变。例如，千分尺没有零点修正，天平砝码的标称值不准确等。例如，千分尺没有零点修正，天平砝码的标称值不准确等。b.变值系统误差-呈现规律性变化。可能随时间,随位置变化。第23页
18、，本讲稿共30页处理:任何实验仪器、理论模型、实验条件，都不可能理想 a.消除产生系统误差的根源(原因)b.选择适当的测量方法 第24页，本讲稿共30页1)交换法-如为了消除天平不等臂而产生的系统误差 2)替代法-如用自组电桥测量电阻时 3)抵消法-如测量杨氏模量实验中，取增重和减重时读数的平均值；各种消减系统误差的方法都具有较强的针对性，都是些经验型、具体的处理方法!4)返回第25页，本讲稿共30页随机误差随机误差测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量结果的平均
19、值之差。又称为偶然误限多次测量结果的平均值之差。又称为偶然误限多次测量结果的平均值之差。又称为偶然误限多次测量结果的平均值之差。又称为偶然误差。差。差。差。定义定义特点特点 在相同测量条件下，多次测量同一量在相同测量条件下，多次测量同一量在相同测量条件下，多次测量同一量在相同测量条件下，多次测量同一量值时，值时，值时，值时，绝对值和符号绝对值和符号绝对值和符号绝对值和符号以以以以不可预知方式变化不可预知方式变化不可预知方式变化不可预知方式变化的误差。的误差。的误差。的误差。产生原因产生原因产生原因产生原因实验条件的偶然性微小变化实验条件的偶然性微小变化实验条件的偶然性微小变化实验条件的偶然性微
20、小变化如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电源电压的随机起伏、地面振动等。源电压的随机起伏、地面振动等。源电压的随机起伏、地面振动等。源电压的随机起伏、地面振动等。第26页，本讲稿共30页随机误差的大小、方向均随机出现，不可预随机误差的大小、方向均随机出现，不可预知，不可修正。知，不可修正。butbut，大量的重复测量的随机误差遵循数，大量的重复测量的随机误差遵循数理统计规律理统计规律可以用概率统计的方法处理含有随机误差的数可以用概率统计的方法处理含有随机误差的数据据估计随机误差的大小、分
21、布估计随机误差的大小、分布采取适当措施减小随机误差对测量结采取适当措施减小随机误差对测量结果的影响果的影响返回第27页，本讲稿共30页粗大误差粗大误差指明显超出统计规律预期值的误差。指明显超出统计规律预期值的误差。又称为疏忽误差、过失误差或简称又称为疏忽误差、过失误差或简称粗差。粗差。定义定义产生原因产生原因某些偶尔突发性的异常因素或疏忽所致。某些偶尔突发性的异常因素或疏忽所致。测量方法不当或错误错误，测量操作疏忽疏忽和失误失误（如未按规程操作、读错读数或单位、记录或计算错误等）测量条件的突然变化（如电源电压突然增高或降低、雷电干扰、机械冲击和振动等）。第28页，本讲稿共30页由于该误差很大，明显歪曲了测量结果。由于该误差很大，明显歪曲了测量结果。故应按照一定的准则进行判别，将含有粗故应按照一定的准则进行判别，将含有粗大误差的测量数据（称为坏值或异常值）大误差的测量数据（称为坏值或异常值）予以剔除。予以剔除。返回第29页，本讲稿共30页第30页，本讲稿共30页