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2011-5-31 閱讀(767)
數(shù)據(jù)處理的基本方法
一、熱敏電阻的物理特性與表示
熱敏電阻：是一種阻值隨溫度變化的元件，阻值隨溫度增加而上升的為正溫度系數(shù)（Positive temperature coefficient）熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC 反之稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)（Negative temperature coefficient）熱敏電阻NTC
熱敏電阻的物理特性用下列參數(shù)表示： 電阻值、B值、耗散系數(shù)、熱時(shí)間常數(shù)、電阻溫度系數(shù)。
1、 電阻值：R〔Ω〕電阻值的近似值表示為：R2=R1exp[B（1/T2-1/T1）]
其中： R2： 溫度為T(mén)2〔K〕時(shí)的電阻〔KΩ〕
R1： 溫度為T(mén)1〔K〕時(shí)的電阻〔KΩ〕
B： B值〔K〕
2、 B值：B〔k〕 B值決定于熱敏的電導(dǎo)激活能，是反映熱敏電阻阻值隨溫度變化快慢的參數(shù)，也稱(chēng)材料常數(shù)。
表達(dá)式為：B=［T1*T2/（T2-T1）］*Ln（R1/R2）
其中：B：（T1-T2）溫區(qū)內(nèi)B值（K）
R1：溫度為T(mén)1（K）時(shí)的電阻（kΩ）
R2：溫度為T(mén)2（K）時(shí)的電阻（kΩ）
3、 耗散系數(shù)：δ〔mW/℃〕 耗散系數(shù)δ是熱敏電阻消耗的電功與電功所造成的熱敏電阻的溫升值之比： δ=W/（T-Ta）=I2R（T-T2）
其中：δ：耗散系數(shù)（mW/℃）
W：熱敏電阻消耗的電功（mW）
T：達(dá)到熱平衡后的溫度值（℃）
Ta：室溫（℃）
I：在溫度T時(shí)加在熱敏電阻上的電流值（mA）
R：在溫度T時(shí)加在熱敏電阻上的電阻值（Ω）
在測(cè)量溫度時(shí)，應(yīng)注意防止熱敏電阻由于自加熱（焦耳熱）所造成的溫升。
4、熱時(shí)間常數(shù)： τ〔sec.〕熱敏電阻在零功率條件下，所處的溫場(chǎng)由T1變化至T2，熱敏電阻的溫度有個(gè)滯后，熱敏電阻的溫度在初始值和zui終值之間63.2改變%所需的時(shí)間就是執(zhí)時(shí)間系數(shù)τ。
5、電阻溫度系數(shù)：α〔%/℃〕 α是表示熱敏電阻溫度每變化1℃，其電阻值變化程度的系數(shù)（即變化率），用α=1/R·dR/dT表示，計(jì)算式為：
α=1/R·dR/dT×100=－B/T1×100
其中：α：電阻溫度系數(shù)（%/℃）
R：溫度T（K）時(shí)的電阻值（Ω）
B：B值（K）
二、數(shù)據(jù)處理的基本方法
我們?cè)谡剶?shù)據(jù)處理的基本方法之前，先講一下測(cè)量與誤差的基本概念，什么是測(cè)量？什么是誤差？測(cè)量就是以確定量值為目的的一組操作。誤差是測(cè)量結(jié)果與真值的差異。定量表示為：△X=X-X0 △X，測(cè)量誤差；X，測(cè)量結(jié)果；XO，真值。真值有理論真值；約定真值；相對(duì)真值。理論真值如：三角形的內(nèi)角和等于180度。約定真值如：基準(zhǔn)米為：1M=1650763.73λ（氪-86的能級(jí)躍遷在真空中的輻射波長(zhǎng).）; 相對(duì)真值如：檢定所給的校準(zhǔn)值.
我們已經(jīng)知道測(cè)量與誤差的基本概念，現(xiàn)在討論測(cè)量結(jié)果的*值、誤差和不確定度的計(jì)算。我們進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)的zui終目的是為了通過(guò)數(shù)據(jù)的獲得和處理，從中揭示出有關(guān)物理量的關(guān)系，或找出事物的內(nèi)在規(guī)律性，或驗(yàn)證某種理論的正確性，或?yàn)橐院蟮膶?shí)驗(yàn)準(zhǔn)備依據(jù)。因而，需要對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的處理，數(shù)據(jù)處理貫穿于從獲得原始數(shù)據(jù)到得出結(jié)論的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。包括數(shù)據(jù)記錄、整理、計(jì)算、作圖、分析等方面涉及數(shù)據(jù)運(yùn)算的處理方法。常用的數(shù)據(jù)處理方法有：列表法、圖示法、圖解法、逐差法、zui小二乘法和線(xiàn)性擬合法等，下面分別予以簡(jiǎn)單討論。
（一）、列表法
列表法是將實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)用表格的形式進(jìn)行排列的數(shù)據(jù)處理方法。列表法的作用有兩種：一是記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，二是能顯示出物理量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其優(yōu)點(diǎn)是，能對(duì)大量的雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理，使之既有條不紊，又簡(jiǎn)明醒目；既有助于表現(xiàn)物理量之間的關(guān)系，又便于及時(shí)地檢查和發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否合理，減少或避免測(cè)量錯(cuò)誤；同時(shí)，也為作圖法等處理數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。
用列表的方法記錄和處理數(shù)據(jù)是一種良好的科學(xué)工作習(xí)慣，要設(shè)計(jì)出一個(gè)欄目清楚、行列分明的表格，也需要在實(shí)驗(yàn)中不斷訓(xùn)練，逐步掌握、熟練，并形成習(xí)慣。
一般來(lái)講，在用列表法處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)遵從如下原則：
（1）欄目條理清楚，簡(jiǎn)單明了，便于顯示有關(guān)物理量的關(guān)系。
（2）在欄目中，應(yīng)給出有關(guān)物理量的符號(hào)，并標(biāo)明單位（一般不重復(fù)寫(xiě)在每個(gè)數(shù)據(jù)的后面）。
（3）填入表中的數(shù)字應(yīng)是有效數(shù)字。
（4）必要時(shí)需要加以注釋說(shuō)明。
例如，對(duì)一批熱敏電阻的測(cè)量數(shù)據(jù)列表處理如下。
用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量鋼球直徑的數(shù)據(jù)記錄表
KΩ
次 數(shù) 初讀校準(zhǔn)數(shù)（KΩ） 測(cè)量結(jié)果讀數(shù)（KΩ） 阻值D（KΩ） （ KΩ）
1 0.004 6.002 5.998 +0.0013
2 0.003 6.000 5.997 +0.0003
3 0.004 6.000 5.996 -0.0007
4 0.004 6.001 5.997 +0.0003
5 0.005 6.001 5.996 -0.0007
6 0.004 6.000 5.996 -0.0007
7 0.004 6.001 5.997 +0.0003
8 0.003 6.002 5.999 +0.0023
9 0.005 6.000 5.995 -0.0017
10 0.004 6.000 5.996 -0.0007
從表中，可計(jì)算出
（KΩ） 取 KΩ， 。
不確度的A分量為（運(yùn)算中 保留兩位存疑數(shù)字）
（KΩ）
B分量為（按均勻分布） （KΩ）
則 （KΩ） 取 （ KΩ）
測(cè)量結(jié)果為 （ KΩ）。
（二）、圖示法
圖示法就是用圖象來(lái)表示物理規(guī)律的一種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。一般來(lái)講,一個(gè)物理規(guī)律可以用三種方式來(lái)表述:文字表述、解析函數(shù)關(guān)系表述、圖象表示。圖示法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀、形象地顯示各個(gè)物理量之間的數(shù)量關(guān)系，便于比較分析。一條圖線(xiàn)上可以有無(wú)數(shù)組數(shù)據(jù)，可以方便地進(jìn)行內(nèi)插和外推，特別是對(duì)那些尚未找到解析函數(shù)表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以依據(jù)圖示法所畫(huà)出的圖線(xiàn)尋找到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。因此，圖示法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的好方法。
要想制作一幅完整而正確的圖線(xiàn)，必須遵循如下原則及步驟：
1.選擇合適的坐標(biāo)紙。作圖一定要用坐標(biāo)紙，常用的坐標(biāo)紙有直角坐標(biāo)紙、對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙、極坐標(biāo)紙等。選用的原則是盡量讓所作圖線(xiàn)呈直線(xiàn)，有時(shí)還可采用變量代換的方法將圖線(xiàn)作成直線(xiàn)。
2.確定坐標(biāo)的分度和標(biāo)記。一般用橫軸表示自變量，縱軸表示因變量，并標(biāo)明各坐標(biāo)軸所代表的物理量及其單位（可用相應(yīng)的符號(hào)表示）。坐標(biāo)軸的分度要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效數(shù)字及對(duì)結(jié)果的要求來(lái)確定。原則上，數(shù)據(jù)中的可靠數(shù)字在圖中也應(yīng)是可靠的。即不能因作圖而引進(jìn)額外的誤差。在坐標(biāo)軸上應(yīng)每隔一定間距均勻地標(biāo)出分度值，標(biāo)記所用有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)與原始數(shù)據(jù)的有效數(shù)字的位數(shù)相同，單位應(yīng)與坐標(biāo)軸單位一致。要恰當(dāng)選取坐標(biāo)軸比例和分度值，使圖線(xiàn)充分占有圖紙空間，不要縮在一邊或一角。除特殊需要外，分度值起點(diǎn)可以不從零開(kāi)始，橫、縱坐標(biāo)可采用不同比例。
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