傳感器誤差分析

一檢測技術(shù)基礎(chǔ)二誤差分析三信號(hào)描述四檢測裝置的基本特性《傳感器通用術(shù)語》（GB/T7665—2005）對(duì)傳感器的定義是“能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！币弧z測技術(shù)基礎(chǔ)有關(guān)傳感器還有以下幾個(gè)概念(1)(2)

(3)變送器微傳感器智能傳感器1.檢測技術(shù)的重要性與發(fā)展趨勢1）檢測技術(shù)的重要性2）檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1）檢測技術(shù)的重要性2）檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢2.檢測系統(tǒng)的組成一般來說，檢測工作的全過程所包含的環(huán)節(jié)有以適當(dāng)?shù)姆绞郊?lì)被測對(duì)象、信號(hào)的檢測和轉(zhuǎn)換、信號(hào)的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時(shí)以電量形式輸出檢測結(jié)果。檢測系統(tǒng)可采用如圖0-1所示的方式來表示。1.誤差的概念檢測值與真實(shí)值之差稱為誤差。設(shè)被測量的真實(shí)值（真正的大?。閍，檢測值為x，誤差為ε，則有x-a=ε（0-1）事實(shí)上，由于不可能事先知道被測量的真實(shí)值，誤差值多由統(tǒng)計(jì)估計(jì)值和實(shí)際檢測值的差表示。一般的估計(jì)值選用平均值。二、誤差分析

Δ

Δ滿度相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與測量的量程即滿度的百分比值。即

（式0-4）式中，為量程。顯然，滿度相對(duì)誤差在相當(dāng)程度上代表了測量儀器的性能。實(shí)際上，最大絕對(duì)誤差與儀器量程比值的百分比值就是通常意義上的精度。即（式0-5）式中，S為儀器或者測量系統(tǒng)的精度；為最大絕對(duì)誤差值。精度一般規(guī)定取一系列標(biāo)準(zhǔn)值，精度等級(jí)越小，則測量系統(tǒng)的相對(duì)測量越小。2.誤差來源及減小誤差的一般方法導(dǎo)致誤差的原因可歸納為四大類，詳細(xì)內(nèi)容敘述如下。（1）方法誤差（3）環(huán)境誤差（2）設(shè)備誤差（4）人為誤差減少誤差的方法：剔除粗大誤差值排除明顯不合常理的測量值統(tǒng)計(jì)修正采用多次測量的平均值消除偶然因素校正補(bǔ)償檢測系統(tǒng)本身經(jīng)過推理的修正值信號(hào)是承載信息的物理參量。如電阻、電容、電感、電流、電壓、等等，是將物理信息變換為電參量后的表現(xiàn)形式。三、信號(hào)描述1.信號(hào)的分類2.信號(hào)時(shí)域和頻域描述1.檢測裝置的靜態(tài)特性四、檢測裝置的基本特性分辨力靈敏度回程誤差穩(wěn)定度和漂移線性度123451）線性度線性度：用擬合直線表示傳感器的特性，由此而造成的誤差2）靈敏度靈敏度：靈敏度是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出變化與輸入變化之比K，其表達(dá)式為3）分辨力分辨力：系統(tǒng)能檢測到被檢測的最小變化的能力，可認(rèn)為是檢測曲線的最小位置。4）回程誤差回程誤差：指當(dāng)被檢測由小變大和由大變小時(shí)，具有兩條不重合的輸入輸出曲線，其中最大差值稱為回程誤差。這是由于系統(tǒng)有死區(qū)，且有滯后特性的元件（如磁性元件和試探性元件）所致，主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的，例如彈性敏感元件彈性滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)等?；爻陶`差又稱為遲滯。5）穩(wěn)定度和漂移穩(wěn)定度：檢測裝置在規(guī)定條件下保持其檢測特性恒定不變的能力漂移：檢測特性隨時(shí)間的緩慢變化。最常見的漂移是溫度漂移，即周圍環(huán)境溫度變化而引起輸出量的變化，溫度漂移主要表現(xiàn)為溫度零點(diǎn)漂移和溫度靈敏度漂移。溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(一般為20℃)時(shí)的輸出值的變化量與溫度變化量之比(ξ)來表示，即2.檢測裝置的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性：隨時(shí)間變化的被檢測量的響應(yīng)特性。一般動(dòng)態(tài)特性考察的目的是測量信號(hào)與實(shí)際信號(hào)的相符程度，包括滯后和放大程度。檢測裝置的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性不相關(guān)，良好的靜態(tài)特性并不一定能帶來良好的動(dòng)態(tài)特性。但是，靜態(tài)特性惡劣的系統(tǒng)其動(dòng)態(tài)特性一定不好，所以，靜態(tài)特性良好是動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般首先要確定檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性，如果需要，再測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。1）采用線性化技術(shù)要保證傳感器的輸出能夠不失真地復(fù)現(xiàn)被測量，要求傳感器的輸出與輸入必須具有線性關(guān)系，而實(shí)際的傳感器特性或多或少都具有不同程度的非線性，這就要求在設(shè)計(jì)和制造傳感器時(shí)對(duì)其輸出輸入特性進(jìn)行必要的線性化處理，以提高和改善傳感器的性能。如在一定條件下忽略某些高次項(xiàng)，或者以直線代替曲線等。2）采用閉環(huán)技術(shù)利用電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論中的閉環(huán)反饋控制理論，采用傳感器、放大電路等組成閉環(huán)反饋測量控制系統(tǒng)，可以有效地改善測量精度和控制系統(tǒng)的性能。3）采用補(bǔ)償和校正技術(shù)在傳感器產(chǎn)生誤差的規(guī)律比較復(fù)雜時(shí)，可以設(shè)法找出產(chǎn)生誤差的特點(diǎn)，從而進(jìn)行補(bǔ)償。如進(jìn)行溫度補(bǔ)償、應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)行誤差修正等。4）采用差動(dòng)技術(shù)用兩個(gè)相同的傳感器，使其輸入信號(hào)大小相等而方向相反，并且使兩個(gè)傳感器的輸出相減，則差值中的非線性項(xiàng)將只存在奇次項(xiàng)，差值輸出曲線關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱，并且在坐標(biāo)原點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)近似為直線。這種方法不僅可以減小非線性誤差，還能很好地抵消共模誤差，使靈敏度提高1倍。差動(dòng)技術(shù)在電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。此外，采用平均技術(shù)，零位法和微差法，集成化和智能化，抗干擾技術(shù)，穩(wěn)定性處理技術(shù)等方法，對(duì)改善傳感器的性能，提高其技術(shù)指標(biāo)都有著積極的意義。3.傳感器的校準(zhǔn)與標(biāo)定利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具產(chǎn)生已知的輸入，確定傳感器輸出量和輸入量之間關(guān)系的過程，稱為標(biāo)定（定度）。傳感器在使用前或使用一段時(shí)間后，必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測或作必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的檢測