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1、 安全工程实验教程 安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 随着我国加快转变经济发展方式和产业结构优化升级，煤矿、非煤矿山、建筑和危险化学品等部分高危行业（领域）机械化、自动化水平将不断提升，安全生产将不断出现新情况、新问题，安全生产共性、关键性技术支撑能力不足。安全生产工作既要解决长期积累的深层次、结构性和区域性问题，又要积极应对新情况、新挑战，任务十分艰巨。因此，迫切需要加大安全工程专业人才教育培养力度，不断提高各行业（领域）从业人员的安全素质和能力，全面提升安全工程专业人员的技术水平和实际操作能力，为实施“科技兴安”战略，建立安全生产长效机制，促进安全生产形势进一步持续稳定好转奠定坚实
2、基础。安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 “安全工程”是指在具体的安全存在领域中，运用的各种安全技术、装备及其综合集成和教育、管理等手段，以保障人们安全健康的方法、手段和设施。安全工程的实践，为保证人们在生产和生活中，早期防范和应对突发公共安全事件、使人身安全健康得到保障，设备、财产不受到损害，提供直接和间接的保障。安全工程专业不同于一般的工科专业，是一个多学科交叉、多行业交融的专业。同时安全工程专业由于其行业的特殊性，决定了在安全工程人才的培养过程中要“以基本知识掌握为先导，基本技能训练为基础，创新能力培养为核心。安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 安全工程专业是为解决社会与经济
3、发展过程中的“安全”问题而产生并被社会所接受和认可的，由于社会、经济发展过程中“安全”的不确定性、复杂性和综合性，使得安全工程专业不同于一般的工科专业，构成了多学科交叉、多行业交融的专业特点。对于不同的生产行业、不同的社会、经济发展阶段、不同的环境条件，其安全要求和保障条件会截然不同，安全工程专业人才必须具备特有的专业素质和工程能力，才能满足社会、经济发展的需求。但长期以来直接从事安全工作的人员数量不足、素质不高，与当前技术发展的要求不相适应。安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 安全工程专业的人才培养目标，应培养掌握安全科学、矿山灾害防治技术和安全管理等方面的基本理论、基本知识和基本技能
4、，具备安全工程师的基本能力，重点培养在安全工程领域从事安全工程设计、研究、管理、检测检验、评价、监察、培训等方面工作，同时兼顾金属与非金属矿山、化工、电力、机械、冶金、交通运输、建筑等其它安全工程领域的“理论基础扎实、工程背景强、矿山特色明显、实践及创新能力强”的高素质复合型工程技术专业人才。这门新兴的学科涉及学科门类十分广泛，不少问题尚难以用准确的数学方法描述，许多事故的分析和预防都需要通过实验来提供依据，所以实验技术在安全工程中具有特别重要的地位。安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 安全工程专业实验的主要任务是通过实验现象的观察，有关数据的测定，直接获取感性知识，从而巩固、扩大并加深
5、理解所学的理论知识，培养学生掌握正确的基本实验方法和操作技能以及对实验数据进行概括、总结和分析的能力；培养严谨的科学态度，实事求是的工作作风，良好的工作习惯；培养学生独立思考、提高分析问题和解决问题的能力、创新意识和创新能力。安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述1、安全工程实验教学的地位及作用 实验教学是高等教育的重要组成部分，是抽象与具体、理论与实践相结合的过程，在人才培养，尤其在创新性人才培养方面具有理论和其他教学环节不可替代的作用。当今社会的竞争，与其说是人才的竞争，不如说是人的创造力的竞争。因此，作为培养高素质人才的高等学府应该将大学生创新能力的培养作为实验教学改革的重要目标。实验
6、教学不仅能使学生掌握基本的实验技能，而且对于培养学生树立严肃认真的科学实验作风、提高实验能力，加深对理论知识的理解、综合运用知识、开拓创新等方面起到重要作用。1-安全工程实验教程一、安全工程专业实验概述 2007年，教育部出台关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的通知和教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见提出“推进人才培养模式和机制改革，着力培养学生创新精神和创新能力”，“创造条件组织学生积极开展社会调查、社会实践活动、参与科学研究，进行创新性实验和实践，提升学生创新精神和创新能力”。目前，国内已有140多所高校开设了安全工程专业，加上消防工程、采矿工程、煤层气等专
7、业，学生的人群更多。因此，需要创造条件进行创新性实验和实践，提升学生创新精神和创新能力。因此，实验教学和实践教学是高校教学活动中的重要环节，对培养学生的动手能力、独立思考能力、创新意识和创新能力以及严谨的科学态度方面，具有其它教学环节无法代替的作用。安全工程实验教程3、实验室工作守则3.1实验室安全守则贯彻“安全第一，预防为主”方针。严格执行学校、学院及中心制定的各项安全规章。1、实验室常见危险性的种类（1）有毒气体危险性在安全工程实验室中有很多物质不仅易燃易爆而且有毒。如不注意，都有引起中毒的可能性。（2）触电危险性实验室离不开电气设备，不仅常用到220V的低电压，而且还要用到几千及至上万伏
8、的高电压，有可能导致触电事故。安全工程实验教程（3）火灾爆炸危险性实验室发生火灾的危险具有普遍性，这是因为实验室中经常使用易燃易爆物品。高压气体钢瓶，低温液化气体，低压系统（真空干燥、蒸馏等）。如果处理不当，操作失灵，再遇上高温、明火、撞击、容器破裂或没有遵守安全防范要求，往往酿成火灾爆炸等财产损失和人身伤亡的重大事故。（4）机械伤害危险性实验过程中经常用到玻璃器皿，加载设备，操作者疏忽大意或思想不集中，便会造成皮肤或手指创伤、割伤或挤压伤害等事故。（5）放射性危险性从事放射性物质分析及X光衍射分析的人员很可能受到放射性物质及X射线的伤害，必须认真防护，避免放射性物质的侵入和污染人体。安全工程
9、实验教程2、实验室安全守则（1）严格执行压力容器使用操作规程。经常检查钢瓶及连接管路的气密性，防止气体泄漏，可燃气体放空时必须引至室外。（2）存放或使用易燃物质的实验室严禁明火，有毒物质的使用和处理需在通风橱内进行。（3）了解常用化学试剂的贮存。使用知识、严禁随意混合不明性质的化学试剂。切实注意防止火焰、爆炸、化学灼伤、创伤和中毒等事故发生。（4）注意用电安全，防止人身触电及设备仪器损坏事故。（5）熟悉一旦发生意外事故时应采取的措施。（6）最后离开实验室的人员注意检查各仪器控制开关、水、电、气总开关及门窗是否关好。特别要注意防止水害，杜绝无人操作运行等。安全工程实验教程3.2实验室工作规则（1
10、）学生进行实验，必须做好实验的预习，否则指导教师有权取消学生本次实验的资格。（2）学生在实验室内必须遵守纪律。保持安静，集中精神，认真操作，仔细观察，如实记录。（3）爱护实验仪器、设备，严格按照操作规程进行实验。若发现异常，应立即停止使用，并报告指导教师，及时排除，若有损坏必须如实并及时登记，按章赔偿。（4）遵守试剂取用规则，注意节约药品，材料以及水、电、气等。实验过程中应养成良好的工作习惯，保持整洁的实验环境。安全工程实验教程 （5）实验室的仪器，药品，材料和工具等不得擅自带离实验室，更不得据为已有，一经发现，给予相应处罚。（6）实验过程中，未经指导教师允许，不得擅自离开实验室。（7）废纸等
11、应倒入垃圾箱内；废液应倒入废液缸内，严禁倒入水槽，以防止水道堵塞和腐蚀。（8）实验完毕，应立即关闭仪器控制开关及水、电、气开关，并将仪器洗涤干净，整理好实验台，做好实验室的清洁卫生。安全工程实验教程3.3意外事故的处理（1）割伤。应用蒸馏水洗净伤口，搽上红药水和紫药水，并撒消炎粉包扎好，若为玻璃割伤，应先挑出伤口里的玻璃碎片，再进行相关处理。造成创伤的物体有锈蚀等情况时，在简单处理伤口后，还应及时到医院视情况根据需要注射破伤风疫苗。（2）烫伤。受到烫伤时，不要用冷水洗涤伤处。伤处皮肤未破时，可涂擦饱和碳酸氢钠溶液或用碳酸氢钠粉调成糊状敷于伤处，也可抹獾油、烫伤膏或牙膏，以减轻灼痛。待缓解后，擦
12、干，涂抗菌消炎药物；如果伤处皮肤已破，可涂些紫药水或1%高锰酸钾溶液。受金属熔液烫伤时，应立即采取措施使伤者脱离致伤源，保持呼吸道通畅，保护创伤面，并立即联系医院救治，同时报告相关安全领导小组成员。安全工程实验教程 （3）触电。首先切断电源，必要时进行人工呼吸。触电者神智清醒，让其就地休息；触电者呼吸、心跳尚存、神智不清，应仰卧，周围保持空气流通，注意保暖；触电者呼吸停止，则用口对口进行人工呼吸；触电者心脏停止跳动，用体外人工心脏挤压维持血液循环；若呼吸、心脏全停，则两种方法同时进行。现场抢救不能轻易中止抢救，要坚持到医务人员到场后接替抢救。（4）起火。应首先切断电源，迅速移走易燃物品等以防火
13、灾蔓延；与此同时，选用合适的灭火方法，小火可用湿布、石棉布或砂子等覆盖燃烧物；有机溶液燃烧时，大多数情况下严禁用水灭火，可用干粉或二氧化碳灭火器灭火；电器设备着火时不能用泡沫灭火器，只能用二氧化碳或干粉灭火器灭火；实验人员的衣服着火时，切勿惊慌乱跑，应赶快脱下衣服，或用石棉布覆盖着火处。安全工程实验教程 （5）受碱或酸灼伤。先用凉水冲洗，若为碱液，再用1%硼酸溶液冲洗；若为酸液，则用1%碳酸氢钠溶液冲洗，最后再用水洗。（6）吸入刺激性或有毒气体时，应立即到室外呼吸新鲜空气，有毒药品严禁入口或接触皮肤，以防中毒。（7）被液氮冻伤后，不要揉搓冻伤处，应立即脱下溅上液氮的衣物，及时送往最近的医院进行
14、救助。安全工程实验教程3.4实验室安全应急救援预案为进一步落实教育部有关安全工作的文件精神，坚持“安全第一，预防为主”原则，使中心师生牢固树立“隐患险于明大，防范胜于救灾，责任重于泰山”的安全意识，不断提高中心处置安全事故的能力和水平，特制订本应急预案。1、指导思想实验室是教学工作使用和保管仪器设备、危险品的要害部位，各类具有易燃、易爆、氧化、剧毒、放射性物质和贵重仪器设备，在使用和保管过程中，稍有不慎，即能引起人身伤亡事故和对社会造成危害。为此，除了对实验室进行必要的技术预防，还必须保障实验操作中师生的安全，促进实验室各项工作顺利开展，防范安全事故发生，具有充分的思想准备和应变措施，做好事故
15、发生后补救和善后工作，确保实验室在发生事故后，能科学有效地实施处置，切实有效降低和控制安全事故的危害。安全工程实验教程2、适用范围本预案适用于中心教学、科研实验室易燃、易爆、有毒有害危险化学品发生的各类安全事故。3、组织领导机构坚持“预防为主”和“谁主管谁负责”原则，实行逐级管理，分工到人。中心主任（主管院长）应为事故应急处置的第一负责人，实验室全体人员都是事故处置的责任人。（1）成立中心实验室安全工作领导小组：总指挥：，电话：。副总指挥：，电话：；，电话：。成员：，电话：；，电话：；，电话：。安全工程实验教程（2）责任分工：分管院长（中心主任），负责全面指挥，及时有效地解决突发事件；：中心副
16、主任，协助分管院长（中心主任）工作，建立预防措施，加强应急教育，通力协助；：中心教学办主任，中心主任及副主任开展各项工作，建立预防措施，加强应急教育，通力协助；各分室主任：负责调查及组织工作；成员：负责通讯联络及法制安全宣传教育工作；消防工作；保护、疏散学生工作；安全工程实验教程4、应急原则（1）先救治，后处理；（2）先制止，后教育；（3）先处理，后报告。5、注意事项（1）实验物品要摆放规范；（2）在学生操作之前，要明确要求及示范正确的操作程序；（3）对一些危险物品要向学生重点强调其危害使用的注意事项，做好安全教育工作。安全工程实验教程6、应急措施（1）明火操作安全应急预案实验室内严禁吸烟，使
17、用一切加热工具均应严格遵守操作规程，离开实验室时应检查是否关上自来水和切断电源。转移、分装或使用易燃性液体，溶解其他物质时，附近不能有明火。若需点火，应先进行排风，使可燃性蒸汽排出。用剩的钠、钾、白磷等易燃物和氧化剂KMnO4、KClO3、Na2O2等极易燃易挥发的有机物不可随便丢弃，防止发生火灾。一旦发生火灾，一定要迅速而冷静地首先切断火源和电源，并尽快采取有效的灭火措施。水和沙土是最常用的灭火材料。安全工程实验教程 发生火灾报警程序：.任课教师迅速报告中心、学院安全领导小组，同时组织疏散学生离开现场。.发生的火灾较小且可以控制时，现场人员必须通过电话向实验室的直接负责人报告。当火情不能有效
18、控制时，应通过电话向学校保卫处、或消防中心（电话119）部门报警，报告内容为：“发生火灾，请迅速前来扑救”，待对方放下电话后再挂机，同时通知相邻实验室人员。.中心（学院）领导在向学校领导汇报的同时，派出人员到主要路口等待引导消防车辆。向公安消防部门和学校保卫处报警时，要迅速准确地说明起火地点、燃烧物的类别等。公安消防人员到场后，报警人员或着火房间人员及时向公安消防指挥员介绍已了解的火场情况，如火情火势、燃烧物品的类别、有无危险物品、有无人员被困等。安全工程实验教程 明确分工：.参加人员：在消防车到来之前，中心（学院）教师均有义务参加扑救。.消防车到来之后，校内人员配合消防专业人员扑救或做好辅助
19、工作。.使用器具：灭火器、水桶、脸盆、水浸的棉被等。.学院领导和教师要迅速组织学生逃生，原则是“先救人，后救物”。.学生及无关人员要远离火场和校区内的固定消防栓，以便于消防车辆驶入。安全工程实验教程 注意事项：.火灾事故首要的一条是保护人员安全，扑救要在确保人员不受伤害的前提下进行。.火灾第一发现人应查明原因，如是电源引起，应立即切断电源。.火灾后应掌握的原则是边救火，边报警。.不得组织学生参加灭火。安全工程实验教程（2）带电操作安全应急预案操作时不能用湿手接触电器，也不可把电器弄湿，若不小心弄湿了，应等干燥后再用。若出现触电事故，应先切断电源或拔下电源插头，若来不及切断电源，可用绝缘物挑开电
20、线，在未切断电源之前，切不可用手去拉触电者，也不可用金属或潮湿的东西挑电线。分析漏电的程度，如果较为严重，在切断电源后，马上通知学校电工处置，并指挥学生离开现场。遇到人员触电，应及时实施救护，若触电者出现休克现象，要立即进行人工呼吸，并请医生治疗，同时报告学校安全领导小组。安全工程实验教程（3）有毒物质操作安全应急预案禁止尝任何药品的味道，闻气体应“招气入鼻”。即用手轻拂气体，把气体扇向鼻孔（少量），不可把鼻子凑到容器上。实验室内应装有换气设备，并设有通风橱，有毒气产生或有烟雾产生的实验应在通风橱内进行，尾气应用适当试剂吸收，防止污染空气，造成中毒。拆卸有毒气的实验装置时，也应在通风橱内进行。
21、仪器中的反应物倾倒出来后再清洗。有毒物质不准倒入水槽里，要倒在废液缸中，统一处理。有毒物质用剩后不可随意乱扔。皮肤破损后不能接触有毒物质，以免有毒物质经伤口侵入人体造成中毒。每次实验完毕应用冷水洗净手、脸后再离开实验室。不宜用热水洗，因热水会使皮肤毛孔扩张，有毒物质容易渗入。安全工程实验教程 一旦发生化学药品伤人刑事案件和灾害性事故，任课教师马上打开窗户，通风，及时派人送往就近医院救治。并向主管领导汇报，发生严重事故报警110、119、120。采取正确、有效的方法，疏散无关人员，避免对人员造成更大伤害。采取有效措施，保护现场，配合公安部门进行勘察，着手对所获得材料、物证进行具体分析，研究，判明
22、事故性质。事故查清后，要写出定性结案处理报告，事故发生的时间、地点、部位和人员伤亡情况，造成的经济损失、调查经过、对调查的证据材料的分析、对事故性质的认定和结论，以及对事故制造者或责任者的处理意见。根据事故的情况，报上级有关单位。安全工程实验教程 7、本预案由各中心组织落实，全体实验室工作人员必须严格按照本预案的规定实施，各分室要制订本实验室切实可行的应急预案。凡在事故救援中，有失职、渎职行为的，将按照有关规定给予处罚，构成犯罪的将追究刑事责任。安全工程实验教程3.5实验教学的基本要求1、预习为使实验顺利进行并收到预期效果，实验前应做好充分准备，预习要做到以下几点：（1）明确实验目的。（2）阅
23、读实验指导书及有关的教材、参考书，掌握实验原理、实验内容和步骤；明确实验中应记录的数据和注意事项。（3）认真思考实验中发现的问题。（4）每位学生都必须准备好实验报告，用于实验时作原始记录。（5）实验要求：在实验记录本上简单扼要地写明实验目的、内容和步骤，实验注意事项和观察的现象、原始数据记录项目及表格等，作为预习报告，若不符合要求或草率者需重写后方能进行实验。安全工程实验教程2、实验学生在实验过程中应做到：（1）按实验指导书提供的方法、步骤认真操作，仔细观察实验现象。（2）按照要求及时并如实记录原始数据，实验现象和结果。（3）实验过程中应勤于思考，发现问题，进行分析并加以解决。（4）实验完成后
24、，原始记录经教师检查，认为符合要求后，按实验室工作规则结束实验，经指导教师同意后方可离开实验室。3、实验报告实验结束后，要求在规定的时间内写出实验报告。其内容包括：实验目的、实验原理、实验装置或仪器、所需耗材、实验数据及处理、现象及结论等。经指导教师审查，如实验报告不符合要求，必须重做实验或重写报告 安全工程实验教程4、实验数据误差分析由于实验方法和实验设备的不完善，周围环境的影响，以及人的观察力，测量程序等限制，实验观测值和真值之间，总是存在一定的差异。人们常用绝对误差、相对误差或有效数字来说明一个近似值的准确程度。为了评定实验数据的精确性或误差，认清误差的来源及其影响，需要对实验的误差进行
25、分析和讨论。由此可以判定哪些因素是影响实验精确度的主要方面，从而在以后实验中，进一步改进实验方案，缩小实验观测值和真值之间的差值，提高实验的精确性。安全工程实验教程4.1误差的基本概念测量是人类认识事物本质所不可缺少的手段。通过测量和实验能使人们对事物获得定量的概念和发现事物的规律性。科学上很多新的发现和突破都是以实验测量为基础的。测量就是用实验的方法，将被测物理量与所选用作为标准的同类量进行比较，从而确定其大小。1、真值与平均值真值是待测物理量客观存在的确定值，也称理论值或定义值。通常真值是无法测得的。若在实验中，测量的次数无限多时，根据误差的分布定律，正负误差的出现几率相等。再经过细致地消
26、除系统误差，将测量值加以平均，可以获得非常接近于真值的数值。但是实际上实验测量的次数总是有限的。用有限测量值求得的平均值只能是近似真值，常用的平均值有下列几种:安全工程实验教程 （1）算术平均值：算术平均值是最常见的一种平均值。设、为各次测量值，代表测量次数，则算术平均值为：（1-1）（2）几何平均值：几何平均值是将一组n个测量值连乘并开n次方求得的平均值。即：（1-2）（3）均方根平均值：（1-3）安全工程实验教程2、误差的分类根据误差的性质和产生的原因，一般分为3类：（1）系统误差：系统误差又称可测误差，它是由分析操作过程中的某些经常原因造成的，在重复测定时，它会重复表现出来，对分析结果的
27、影响比较固定。这种误差可以设法减小到可忽略的程度。实验分析中将系统误差归纳为以下几个方面：仪器误差：这种误差是由于使用仪器本身不够精密所造成的。如未经校正的容量瓶、秒表、砝码、直尺及压力表等。方法误差：这种误差是由于分析方法本身不够完善造成的。试剂误差：这如蒸馏水含杂质或试剂不纯等引起。操作误差：这种误差是由于分析工作者掌握分析操作的条件不熟练，个人观察器官不敏锐和固有的习惯所致。如滴定终点颜色的判断偏深或偏浅，对仪器刻度表现读数不准确等。安全工程实验教程 （2）偶然误差：又称随即误差。它是由于在测量过程中不固定的因素所造成的。如：测量时的环境温度、湿度和气压的微小波动，都会使测量结果在一定范
28、围内波动，其波动大小和方向不固定，因此无法测量，也不可能校正，为不可测量误差。偶然误差产生的原因不明，因而无法控制和补偿。但是，倘若对某一量值作足够多次的等精度测量后，就会发现偶然误差完全服从正态分布规律，误差的大小或正负的出现完全由概率决定。因此，随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋近于零，所以多次测量结果的算数平均值将更接近于真值。（3）过失误差：过失误差是一种显然与事实不符的误差，它往往是由于操作不正确、粗心大意造成的。安全工程实验教程3、精密度、准确度和精确度反映测量结果与真实值接近程度的量，称为精度（亦称精确度），是指在相同条件下n次重复测定结果彼此相符合的程度。它与误差大小相
29、对应，测量的精度越高，其测量误差就越小。“精度”应包括精密度和准确度两层含义。（1）精密度：测量中所测得数值重现性的程度，称为精密度。它反映偶然误差的影响程度，精密度高就表示偶然误差小。（2）准确度：测量值与真值的偏移程度，称为准确度。它反映系统误差的影响精度，准确度高就表示系统误差小。即误差越小，准确度越高；误差越大，准确度越低。（3）精确度（精度）：它反映测量中所有系统误差和偶然误差综合的影响程度。安全工程实验教程 在一组测量中，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度也不一定高，但精确度高，则精密度和准确度都高。为了说明精密度与准确度的区别，可用下述打靶子例子来说明。如图1-2所示。(
30、a)(b)(c)图图1-21-2 精密度和准确度的关系精密度和准确度的关系 安全工程实验教程 图1-2（a）中表示精密度和准确度都很好，则精确度高；图1-2（b）表示精密度很好，但准确度却不高；图1-2（c）表示精密度与准确度都不好。在实际测量中没有像靶心那样明确的真值，而是设法去测定这个未知的真值。实验人员在实验过程中，往往满足于实验数据的重现性，而忽略了数据测量值的准确程度。绝对真值是不可知的，人们只能订出一些国际标准作为测量仪表准确性的参考标准。随着人类认识运动的推移和发展，可以逐步逼近绝对真值。安全工程实验教程4、误差的表示方法利用任何量具或仪器进行测量时，总存在误差，测量结果总不可能
31、准确地等于被测量的真值，而只是它的近似值。测量的质量高低以测量精确度作指标，根据测量误差的大小来估计测量的精确度。测量结果的误差愈小，则认为测量就愈精确。（1）绝对误差：测量值和真值A0之差为绝对误差，通常称为误差。记为：（1-5）由于真值A0一般无法求得，因而上式只有理论意义。常用高一级标准仪器的示值作为实际值A以代替真值A0。由于高一级标准仪器存在较小的误差，因而A不等于A0，但总比更接近于A0。X与A之差称为仪器的示值绝对误差。记为：（1-6）安全工程实验教程与d相反的数称为修正值，记为：（1-7）通过检定，可以由高一级标准仪器给出被检仪器的修正值A。利用修正值便可以求出该仪器的实际值A
32、。即：（1-8）（2）相对误差：衡量某一测量值的准确程度，一般用相对误差来表示。示值绝对误差d与被测量的实际值A的百分比值称为实际相对误差。记为：（1-9）以仪器的示值X代替实际值A的相对误差称为示值相对误差。记为：（1-10）一般来说，除了某些理论分析外，用示值相对误差较为适宜。安全工程实验教程 （3）引用误差：为了计算和划分仪表精确度等级，提出引用误差概念。其定义为仪表示值的绝对误差与量程范围之比。（1-11）式中：d示值绝对误差；标尺上限值-标尺下限值。（4）算术平均误差：算术平均误差是各个测量点的误差的平均值。（1-12）式中：n测量次数；di为第次测量的误差。（5）标准误差：标准误差
33、亦称为均方根误差。其定义为:（1-13）安全工程实验教程 上式使用于无限测量的场合。实际测量工作中，测量次数是有限的，则改用下式：（1-14）标准误差不是一个具体的误差，的大小只说明在一定条件下等精度测量集合所属的每一个观测值对其算术平均值的分散程度，如果的值愈小则说明每一次测量值对其算术平均值分散度就小，测量的精度就高，反之精度就低。在实验中最常用的U形压差计、转子流量计、秒表、量筒、电压等仪表原则上均取其最小刻度值为最大误差，而取其最小刻度值的一半作为绝对误差计算值。安全工程实验教程 5、精确度测量仪表的精确等级是用最大引用误差（又称允许误差）来标明的。它等于仪表示值中的最大绝对误差与仪表
34、的量程范围之比的百分数。（1-15）式中：max仪表的最大测量引用误差；dmax仪表示值的最大绝对误差；Xn标尺上限值标尺下限值。通常情况下是用标准仪表校验较低级的仪表。所以，最大示值绝对误差就是被校表与标准表之间的最大绝对误差。安全工程实验教程 测量仪表的精度等级是国家统一规定的，把允许误差中的百分号去掉，剩下的数字就称为仪表的精度等级。仪表的精度等级常以圆圈内的数字标明在仪表的面板上。例如某台压力计的允许误差为1.5%，这台压力计电工仪表的精度等级就是1.5，通常简称1.5级仪表。仪表的精度等级为a，它表明仪表在正常工作条件下，其最大引用误差的绝对值max不能超过的界限，即：（1-16）由
35、式（1-16）可知，在应用仪表进行测量时所能产生的最大绝对误差（简称误差限）为：（1-17）而用仪表测量的最大值相对误差为：（1-18）安全工程实验教程 由上式可以看出，用只是仪表测量某一被测量所能产生的最大示值相对误差，不会超过仪表允许误差a%乘以仪表测量上限Xn与测量值X的比。在实际测量中为可靠起见，可用下式对仪表的测量误差进行估计，即：（1-19）【例1-1】用量限为5A，精度为0.5级的电流表，分别测量两个电流，I1=5A，I2=2.5A，试求测量I1和I2的相对误差为多少？由此可见，当仪表的精度等级选定时，所选仪表的测量上限越接近被测量的值，则测量的误差的绝对值越小。安全工程实验教程
36、 【例1-2】欲测量约90V的电压，实验室现有0.5级0-300V和1.0级0-100V的电压表。问选用哪一种电压表进行测量为好？用0.5级0-300V的电压表测量90V的相对误差为：用1.0级0-100V的电压表测量90V的相对误差为：上例说明，如果选择得当，用量程范围适当的1.0级仪表进行测量，能得到比用量程范围大的0.5级仪表更准确的结果。因此，在选用仪表时，应根据被测量值的大小，在满足被测量数值范围的前提下，尽可能选择量程小的仪表，并使测量值大于所选仪表满刻度的三分之二，即X2Xn/3。这样就可以达到满足测量误差要求，又可以选择精度等级较低的测量仪表，从而降低仪表的成本。安全工程实验教
37、程4.2有效数字及其运算规则在科学与工程中，该用几位有效数字来表示测量或计算结果，总是以一定位数的数字来表示。不是说一个数值中小数点后面位数越多越准确。实验中从测量仪表上所读数值的位数是有限的，而取决于测量仪表的精度，其最后一位数字往往是仪表精度所决定的估计数字。即一般应读到测量仪表最小刻度的十分之一位。数值准确度大小由有效数字位数来决定。1、有效数字1个数据，其中除了起定位作用的“0”外，其他数都是有效数字。如0.0037只有两位有效数字，而370.0则有四位有效数字。一般要求测试数据有效数字为4位。要注意有效数字不一定都是可靠数字。安全工程实验教程 如测流体阻力所用的U形管压差计，最小刻度
38、是1mm，但我们可以读到0.1mm，如342.4mmHg。又如二等标准温度计最小刻度为0.1，我们可以读到0.01，如15.16。此时有效数字为4位，而可靠数字只有三位，最后一位是不可靠的，称为可疑数字。记录测量数值时只保留一位可疑数字。为了清楚地表示数值的精度，明确读出有效数字位数，常用指数的形式表示，即写成一个小数与相应10的整数幂的乘积。这种以10的整数幂来记数的方法称为科学记数法。如75200有效数字为4位时，记为7.520*105；有效数字为3位时，记为7.52*105；有效数字为2位时，记为7.5*105；0.00478有效数字为4位时，记为4.780*10-3；有效数字为3位时，
39、记为4.78*10-3；有效数字为2位时，记为4.7*10-3。安全工程实验教程2、有效数字运算规则（1）记录测量数值时，只保留一位可疑数字。（2）当有效数字位数确定后，其余数字一律舍弃。舍弃办法是四舍六入，即末位有效数字后边第一位小于5，则舍弃不计；大于5则在前一位数上增1；等于5时，前一位为奇数，则进1为偶数，前一位为偶数，则舍弃不计。这种舍入原则可简述为：“小则舍，大则入，正好等于奇变偶”。如：保留4位有效数字：3.717293.717、5.142855.143、7.623567.624、9.376569.376。（3）在加减计算中，各数所保留的位数，应与各数中小数点后位数最少的相同。例
40、如将24.65、0.0082、1.632三个数字相加时，应写为24.65+0.01+1.63=26.29。安全工程实验教程 （4）在乘除运算中，各数所保留的位数，以各数中有效数字位数最少的那个数为准；其结果的有效数字位数亦应与原来各数中有效数字最少的那个数相同。例如：0.012125.641.05782应写成0.012125.641.06=0.328。上例说明，虽然这3个数的乘积为0.3281823，但只应取其积为0.328。（5）在对数计算中，所取对数位数应与真数有效数字位数相同。安全工程实验教程5、实验数据处理实验数据是实验结果的最终表现，对实验数据进行记录、整理、计算、分析、拟合等，从中
41、获得实验结果。常见的实验数据处理方法有：列表法、作图法、图解法、逐差法和最小二乘法等。5.1列表法列表法就是将一组实验数据和计算的中间数据依据一定的形式和顺序列成表格。列表法可以简单明确地表示出各种量之间的对应关系，便于分析和发现资料的规律性，也有助于检查和发现实验中的问题，这就是列表法的优点。安全工程实验教程 设计记录表格时要做到：（1）表格设计要合理，以利于记录、检查、运算和分析。（2）表格中涉及的各物理量，其符号、单位及量值的数量级均要表示清楚。但不要把单位写在数字后。（3）表中数据要正确反映测量结果的有效数字和不确定度。列入表中的除原始数据外，计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列
42、入表中。（4）表格要加上必要的说明。实验室所给的数据或查得的单项数据应列在表格的上部，说明写在表格的下部。安全工程实验教程【例1-3】煤层瓦斯含量自然解吸数据表1-1：煤矿名称 测试地点 测试日期 测试人员 取煤深度（m）钻孔倾角（）损失时间（s）钻孔直径（mm）解吸时长（分）解吸量（ml）解吸时长（分）解吸量（ml）解吸时长（分）解吸量（ml）0 6 13 1 7 15 2 8 17 3 9 20 4 10 25 5 11 30 安全工程实验教程5.2作图法作图法是在坐标纸上用图线表示物理量之间的关系，揭示物理量之间的联系。作图法既有简明、形象、直观、便于比较研究实验结果等优点，它是一种最常
43、用的数据处理方法。作图法的基本步骤：（1）选用合适的坐标纸与坐标分度值，选择合适的坐标纸，包括类型和大小。坐标分度值的选取要符合测量值的准确度，即应能反映出测量值的有效数字位数。（2）标明坐标轴：以横轴代表自变量（一般为实验中可以准确控制的量，如温度、时间等），以纵轴代表因变量（如压力、解吸量等），用粗实线在坐标纸上描出坐标轴，在轴端注明物理量名称、符号、单位，并按顺序标出轴线整分格上的量值。安全工程实验教程 （3）描点和连线。根据测量数据，用直尺和笔尖使其函数对应的实验点准确地落在相应的位置。一张图纸上画上几条实验曲线时，每条图线应用不同的标记如“+”、“”、“”、“”等符号标出，以免混淆。
44、尽量不要仅用“”标实验点，以免连线时看不清楚。（4）连成图线：使用直尺、曲线板等工具，按实验点的总趋势连成光滑的曲线。由于存在测量误差，且各点误差不同，不可强求曲线通过每一个实验点，但应尽量使曲线两侧的实验点靠近图线，并使数据点均匀分布在曲线（直线）的两侧，且尽量贴近曲线。个别偏离过大的点要重新审核，属过失误差的应剔去。（5）标明图名，在图纸下方或空白位置写出图线的名称，必要时还可写出某些说明。安全工程实验教程5.3图解法在实验中，当实验图线做出以后，可以根据已有图线，采用解析方法找出物理量之间的函数关系，这种由图线求经验公式的方法称为图解法。实验中经常遇到的图线是直线、抛物线、双曲线、指数曲
45、线、对数曲线。特别是当图线是直线时，采用此方法更为方便。1、由实验图线建立经验公式的一般步骤（1）根据解析几何知识判断图线的类型；（2）由图线的类型判断公式的可能特点；（3）利用半对数、对数或倒数坐标纸，把原曲线改为直线；（4）确定常数，建立起经验公式的形式，并用实验数据来检验所得公式的准确程度。安全工程实验教程 2、用直线图解法求直线的方程如果作出的实验图线是一条直线，则经验公式应为直线方程ykxb（1-20）要建立此方程，必须由实验直接求出k和b，一般有两种方法。（1）斜率截距法在图线上选取两点P1（x1，y1）和P2（x2，y2），注意不得用原始数据点，而应从图线上直接读取，其坐标值最好
46、是整数值。所取的两点在实验范围内应尽量彼此分开一些，以减小误差。由解析几何知，上述直线方程中，k为直线的斜率，b为直线的截距。k可以根据两点的坐标求出。则斜率为：（1-21）安全工程实验教程 其截距b为x0时的y值；若原实验中所绘制的图形并未给出x0段直线，可将直线用虚线延长交y轴，则可量出截距。如果起点不为零，也可以由式（1-22）求出截距，求出斜率和截距的数值代入方程中就可以得到经验公式。3、曲线改直，曲线方程的建立在许多情况下，函数关系是非线性的，但可通过适当的坐标变换化成线性关系，在作图法中用直线表示，这种方法叫做曲线改直。作这样的变换不仅是由于直线容易描绘，更重要的是直线的斜率和截距
47、所包含的物理内涵是我们所需要的。例如：安全工程实验教程 （1）y=axb，式中a、b为常量，可变换成lgy=blgx+lga，lgy为lgx的线性函数，斜率为b，截距为lga。（2）y=abx，式a、b中为常量，可变换成lgy=（lgb）x+lga，lgy为x的线性函数，斜率为lgb，截距为lga。（3）PV=C，式中C为常量，要变换成P=C（1/V），P是1/V的线性函数，斜率为C。（4）y2=2px式中p为常量，y=x1/2，y是x1/2的线性函数，斜率为。（5）y=x/（a+bx），式中a、b为常量，可变换成1/y=a（1/x）+b，1/y为1/x的线性函数，斜率为a，截距为b。（6）s
48、=v0t+at2/2，式中v0，a为常量，可变换成s/t=（a/2）t+v0，s/t为t的线性函数，斜率为a/2，截距为v0。安全工程实验教程 【例1-4】在恒定温度下，一定质量的气体的压强P随容积V而变，画PV图。为一双曲线型如图1-3所示。用坐标轴1/V置换坐标轴V，则P1/V图为一直线，如图1-4所示。直线的斜率为PVC，即玻-马定律。图1-3PV曲线图1-4P1/V曲线P0 1/vPV0 安全工程实验教程5.4逐差法对随等间距变化的物理量x进行测量和函数可以写成x的多项式时，可用逐差法进行数据处理。例如，一空载长为的弹簧，逐次在其下端加挂质量为m的砝码，测出对应的长度依次为：，为求每加
49、一单位质量的砝码的伸长量，可将数据按顺序对半分成两组，使两组对应项相减有：这种对应项相减，即逐项求差法简称逐差法。它的优点是尽量利用了各测量量，而又不减少结果的有效数字位数，是实验中常用的数据处理方法之一。安全工程实验教程 注意：逐差法与作图法一样，都是一种粗略处理数据的方法，在普通物理实验中，经常要用到这两种基本的方法。在使用逐差法时要注意以下几个问题：1、在验证函数的表达式的形式时，要用逐项逐差，不用隔项逐差。这样可以检验每个数据点之间的变化是否符合规律。2、在求某一物理量的平均值时，不可用逐项逐差，而要用隔项逐差；否则中间项数据会相互消去，而只到用首尾项，白白浪费许多数据。如上例，若采用
50、逐项逐差法（相邻两项相减的方法）求伸长量，则有：可见只有、两个数据起作用，没有充分利用整个数据组，失去了在大量数据中求平均以减小误差的作用，是不合理的。安全工程实验教程5.5最小二乘法作图法虽然在数据处理中是一个很便利的方法，但在图线的绘制上往往会引入附加误差，尤其在根据图线确定常数时，这种误差有时很明显。为了克服这一缺点，在数理统计中研究了直线拟合问题（或称一元线性回归问题），常用一种以最小二乘法为基础的实验数据处理方法。由于某些曲线的函数可以通过数学变换改写为直线，例如对函数取对数得，与的函数关系就变成直线型了。因此这一方法也适用于某些曲线型的规律。下面就数据处理问题中的最小二乘法原则作一