傳感器中誤差的認(rèn)識(shí)2

任務(wù)二誤差的認(rèn)識(shí)

引子：在農(nóng)村里，有一位農(nóng)民要賣大肥豬和小豬仔，在家里，他都用秤稱過(guò)了，大肥豬500斤，小豬仔15斤。到了市場(chǎng)上，用的是市場(chǎng)的秤，稱出來(lái)是498斤，農(nóng)民較為滿意，覺(jué)得這秤較準(zhǔn)，但小豬仔稱出來(lái)只有14斤，農(nóng)民就不滿意了，說(shuō)這個(gè)秤不太準(zhǔn)。為什么他有這樣的感受呢？

1/19/20251了解：測(cè)量的一般知識(shí)一、測(cè)量的基本概念

所謂測(cè)量：指人們用實(shí)驗(yàn)的方法，借助于一定的儀器或設(shè)備，將被測(cè)量與同性質(zhì)的單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，從而獲得關(guān)于被測(cè)量的定量信息。鳥的身高h(yuǎn)測(cè)量的結(jié)果就表示為h=8cm單位為cm1/19/20252靜態(tài)測(cè)量

1/19/20253對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。

最高、最低溫度計(jì)1/19/20254

動(dòng)態(tài)測(cè)量

地震測(cè)量振動(dòng)波形1/19/20255便攜式儀表可以顯示波形的便攜式儀表1/19/20256直接測(cè)量

電子卡尺1/19/20257間接測(cè)量

對(duì)多個(gè)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得被測(cè)量（阿基米德測(cè)量皇冠的比重）。

1/19/20258接觸式測(cè)量

1/19/20259非接觸式測(cè)量

例：雷達(dá)測(cè)速車載電子警察1/19/202510離線測(cè)量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)1/19/202511在線測(cè)量

在流水線上，邊加工，邊檢驗(yàn)，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。1/19/202512一絕對(duì)誤差

絕對(duì)誤差：

δ=x－x0某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣巧克力的商店意見(jiàn)最大，是何原因？(1-1)1/19/202513二、相對(duì)誤差相對(duì)誤差分為：實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差、引用相對(duì)誤差。實(shí)際相對(duì)誤差：引用相對(duì)誤差（滿度相對(duì)誤差）：示值相對(duì)誤差：1/19/202514三、精度精度：最大引用誤差：最大引用誤差通常用來(lái)確定精度等級(jí)1/19/202515儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級(jí)，用它來(lái)測(cè)量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的引用相對(duì)誤差為2.5%。1/19/202516例1某壓力表精度為2.5級(jí)，量程為0~1.5MPa，測(cè)量結(jié)果顯示為0.7MPa，試求：1）可能出現(xiàn)的最大引用相對(duì)誤差？2）可能出現(xiàn)最大絕對(duì)誤差？3）可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差？答案：1）2.5%2）37.5KPa3）5.36%1/19/202517例2現(xiàn)有0.5級(jí)的0~300℃的和1.0級(jí)的0~100℃的兩個(gè)溫度計(jì)，要測(cè)量80℃的溫度，試問(wèn)采用哪一個(gè)溫度計(jì)好？答案提示：0.5級(jí)表的可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差為1.875%1.0級(jí)表的可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差為1.25%選用1.0級(jí)的儀表好。注意：選用儀表要兼顧精度等級(jí)和量程，通常示值落在儀表滿刻度的2/3以上。1/19/202518例：某指針式萬(wàn)用表的面板如圖所示，問(wèn)：用它來(lái)測(cè)量直流、交流（~）電壓時(shí)，可能產(chǎn)生的引用相對(duì)誤差分別為多少？1/19/202519例：用指針式萬(wàn)用表的10V量程測(cè)量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問(wèn)：選擇該量程合理嗎？1/19/202520誤差產(chǎn)生的因素：1.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過(guò)失誤差。粗大誤差主要是由于測(cè)量人員的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過(guò)電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

1/19/202521產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子

1/19/202522

2.系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測(cè)量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

1/19/2025233.隨機(jī)誤差

在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差，它反映了測(cè)量值離散性的大小。隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。1/19/202524隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)1/19/202525隨機(jī)事例的幾個(gè)例子

彩票搖獎(jiǎng)1/19/202526下圖是射擊彈著點(diǎn)示意圖，請(qǐng)你分別說(shuō)出圖a、b、c各是什么原因造成的，應(yīng)如何克服？

偏差特別大彈著點(diǎn)接近正態(tài)分布彈著點(diǎn)均偏向右上側(cè)1/19/2025274.動(dòng)態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動(dòng)態(tài)誤差

當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上不能與被測(cè)量的變化精確吻合，這種誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。

1/19/202528請(qǐng)你做一做1

1.某壓力儀表廠生產(chǎn)的壓力表引用相對(duì)誤差均控制在0.4%—0.6%，該壓力表的精度等級(jí)應(yīng)定為（）級(jí)，另一儀器廠需要購(gòu)買壓力表，希望壓力表的引用相對(duì)誤差小于0.9%，應(yīng)該買（）壓力表。A：0.2B:0.5C:1.0D:1.5答案：C、B1/19/202529（2）某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣巧克力的商店意見(jiàn)最大，在這個(gè)例子中，產(chǎn)生此心理作用的主要因素是（）

A.絕對(duì)誤差B.示值相對(duì)誤差

C.滿度相對(duì)誤差D.精度等級(jí)

3）在選購(gòu)線性儀表時(shí)，必須在同一系列的儀表中選擇適當(dāng)?shù)牧砍?。這時(shí)必須考慮到應(yīng)盡量使選購(gòu)的儀表量程為欲測(cè)量的（）左右為宜。A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍答案：C答案：B1/19/202530任務(wù)三傳感器的特性了解1、傳感器的靜態(tài)特性當(dāng)輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化時(shí)．輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性

xy0a1在理想的情況下，傳感器的輸出量y與輸入量x之間應(yīng)為線性關(guān)系，其靜態(tài)特性可表示為：

y=a1x1/19/202531常用的傳感器靜態(tài)性指標(biāo)包括：（1）線性度（2）遲滯特性（3）重復(fù)性（4）靈敏度（5）分辨力和閾值（6）穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性

(7)漂移（8）靜態(tài)誤差1/19/202532（1）線性度：線性度又稱非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計(jì)算公式如下：1/19/202533作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實(shí)際特性曲線）1/19/202534（2）遲滯特性：正反行程中輸出/輸入不重合的程度當(dāng)輸入信號(hào)逐漸增大，而后又逐漸減小時(shí)．對(duì)應(yīng)同一信號(hào)值會(huì)出現(xiàn)不同的輸出信號(hào)，在全量程范圍內(nèi)．對(duì)應(yīng)于同一輸入信號(hào)的前后兩個(gè)輸出信號(hào)的最大差值為Hmax，滯后量可用H對(duì)滿量程輸出為yFS百分比表示。xynHy0H--越小越好1/19/202535（3）重復(fù)性：表示輸入量按同一方向(增加或減小)變化時(shí)，在全量程范圍內(nèi)，重復(fù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所得到的各特性曲線的重復(fù)程度，一般用輸出最大不重復(fù)誤差δ與滿量程的百分比表示。

yfs△Rmx1xy01/19/202536（4）靈敏度：靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來(lái)表示：

（1－6）1/19/202537作圖法求靈敏度過(guò)程xyx1ΔxΔy0切點(diǎn)傳感器特性曲線xmax1/19/202538(5)分辨力：指?jìng)鞲衅髂軝z出被測(cè)信號(hào)的最小變化量。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明，可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說(shuō)，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。

1/19/202539圖所示的數(shù)字式溫度計(jì)分辨力為？1/19/2025406

穩(wěn)定性

5電磁兼容性

6可靠性：可靠性是反映檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。

浴盆曲線1/19/202541

“老化”試驗(yàn)：在檢測(cè)設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，故障率大為降低。老化試驗(yàn)臺(tái)1/19/202542二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性

當(dāng)輸入信號(hào)隨時(shí)間變化時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系稱為傳感器的動(dòng)態(tài)特性

如果以階躍信號(hào)作為激勵(lì)（輸入），來(lái)研究動(dòng)態(tài)特性，而此時(shí)的輸出稱為階躍響應(yīng)。1/19/202543（1）零階傳感器

如線性電位器就屬于零階傳感器，數(shù)學(xué)模型的一般形式是：

otky零階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖無(wú)時(shí)間滯后y=Kx

從數(shù)學(xué)模型的角度看，也可將傳感器分為零階、一階、二階、三階等傳感器。

1/19/202544（2）一階傳感器

如用以測(cè)量溫度的不帶保護(hù)套的熱電偶，就屬于一階傳感器，數(shù)學(xué)模型的一般形式是：otky一階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖T1T20.632K穩(wěn)值定1/19/202545（3）二階傳感器

如用以測(cè)量溫度的帶保護(hù)套的熱電偶，就屬于二階傳感器。y二階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖otk穩(wěn)值定欠阻尼臨界阻尼過(guò)阻尼1/19/202546有關(guān)任務(wù)四傳感器的標(biāo)定請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)。1/19/2025474）用萬(wàn)用表交流電壓檔(頻率上限僅為5kHz)測(cè)量頻率高達(dá)500kHz、10V左右的高頻電壓，發(fā)現(xiàn)示值還不到2V，該誤差屬于

。用該表直流電壓檔測(cè)量5號(hào)干電池電壓，發(fā)現(xiàn)每次示值均為1.8V，該誤差屬于

。

A.系統(tǒng)誤差B.粗大誤差

C.隨機(jī)誤差D.動(dòng)態(tài)誤差5）重要場(chǎng)合使用的元器件或儀表，購(gòu)入后需進(jìn)行高、低溫循環(huán)老化試驗(yàn)，其目的是為了

。

A.提高精度B.加速其衰老

C.測(cè)試其各項(xiàng)