传感器中误差的认识2

任务二误差的认识

引子：在农村里，有一位农民要卖大肥猪和小猪仔，在家里，他都用秤称过了，大肥猪500斤，小猪仔15斤。到了市场上，用的是市场的秤，称出来是498斤，农民较为满意，觉得这秤较准，但小猪仔称出来只有14斤，农民就不满意了，说这个秤不太准。为什么他有这样的感受呢？

1/19/20251了解：测量的一般知识一、测量的基本概念

所谓测量：指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测量的定量信息。鸟的身高h测量的结果就表示为h=8cm单位为cm1/19/20252静态测量

1/19/20253对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高、最低温度计1/19/20254

动态测量

地震测量振动波形1/19/20255便携式仪表可以显示波形的便携式仪表1/19/20256直接测量

电子卡尺1/19/20257间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

1/19/20258接触式测量

1/19/20259非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察1/19/202510离线测量

产品质量检验1/19/202511在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。1/19/202512一绝对误差

绝对误差：

δ=x－x0某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？(1-1)1/19/202513二、相对误差相对误差分为：实际相对误差、示值相对误差、引用相对误差。实际相对误差：引用相对误差（满度相对误差）：示值相对误差：1/19/202514三、精度精度：最大引用误差：最大引用误差通常用来确定精度等级1/19/202515仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的引用相对误差为2.5%。1/19/202516例1某压力表精度为2.5级，量程为0~1.5MPa，测量结果显示为0.7MPa，试求：1）可能出现的最大引用相对误差？2）可能出现最大绝对误差？3）可能出现的最大示值相对误差？答案：1）2.5%2）37.5KPa3）5.36%1/19/202517例2现有0.5级的0~300℃的和1.0级的0~100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？答案提示：0.5级表的可能出现的最大示值相对误差为1.875%1.0级表的可能出现的最大示值相对误差为1.25%选用1.0级的仪表好。注意：选用仪表要兼顾精度等级和量程，通常示值落在仪表满刻度的2/3以上。1/19/202518例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流、交流（~）电压时，可能产生的引用相对误差分别为多少？1/19/202519例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？1/19/202520误差产生的因素：1.粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

1/19/202521产生粗大误差的一个例子

1/19/202522

2.系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。

1/19/2025233.随机误差

在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。1/19/202524随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计1/19/202525随机事例的几个例子

彩票摇奖1/19/202526下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图a、b、c各是什么原因造成的，应如何克服？

偏差特别大弹着点接近正态分布弹着点均偏向右上侧1/19/2025274.动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

1/19/202528请你做一做1

1.某压力仪表厂生产的压力表引用相对误差均控制在0.4%—0.6%，该压力表的精度等级应定为（）级，另一仪器厂需要购买压力表，希望压力表的引用相对误差小于0.9%，应该买（）压力表。A：0.2B:0.5C:1.0D:1.5答案：C、B1/19/202529（2）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是（）

A.绝对误差B.示值相对误差

C.满度相对误差D.精度等级

3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（）左右为宜。A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍答案：C答案：B1/19/202530任务三传感器的特性了解1、传感器的静态特性当输入信号不随时间变化时．输出信号与输入信号的关系称为传感器的静态特性

xy0a1在理想的情况下，传感器的输出量y与输入量x之间应为线性关系，其静态特性可表示为：

y=a1x1/19/202531常用的传感器静态性指标包括：（1）线性度（2）迟滞特性（3）重复性（4）灵敏度（5）分辨力和阈值（6）稳定性和温度稳定性

(7)漂移（8）静态误差1/19/202532（1）线性度：线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好。线性度的计算公式如下：1/19/202533作图法求线性度演示（1—拟合曲线2—实际特性曲线）1/19/202534（2）迟滞特性：正反行程中输出/输入不重合的程度当输入信号逐渐增大，而后又逐渐减小时．对应同一信号值会出现不同的输出信号，在全量程范围内．对应于同一输入信号的前后两个输出信号的最大差值为Hmax，滞后量可用H对满量程输出为yFS百分比表示。xynHy0H--越小越好1/19/202535（3）重复性：表示输入量按同一方向(增加或减小)变化时，在全量程范围内，重复进行测试时，所得到的各特性曲线的重复程度，一般用输出最大不重复误差δ与满量程的百分比表示。

yfs△Rmx1xy01/19/202536（4）灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

（1－6）1/19/202537作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax1/19/202538(5)分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。

1/19/202539图所示的数字式温度计分辨力为？1/19/2025406

稳定性

5电磁兼容性

6可靠性：可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。

浴盆曲线1/19/202541

“老化”试验：在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境

低温环境

高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。老化试验台1/19/202542二、传感器的动态特性

当输入信号随时间变化时，输出信号与输入信号的关系称为传感器的动态特性

如果以阶跃信号作为激励（输入），来研究动态特性，而此时的输出称为阶跃响应。1/19/202543（1）零阶传感器

如线性电位器就属于零阶传感器，数学模型的一般形式是：

otky零阶传感器的单位阶跃响应图无时间滞后y=Kx

从数学模型的角度看，也可将传感器分为零阶、一阶、二阶、三阶等传感器。

1/19/202544（2）一阶传感器

如用以测量温度的不带保护套的热电偶，就属于一阶传感器，数学模型的一般形式是：otky一阶传感器的单位阶跃响应图T1T20.632K稳值定1/19/202545（3）二阶传感器

如用以测量温度的带保护套的热电偶，就属于二阶传感器。y二阶传感器的单位阶跃响应图otk稳值定欠阻尼临界阻尼过阻尼1/19/202546有关任务四传感器的标定请同学们自学。1/19/2025474）用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于

。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于

。

A.系统误差B.粗大误差

C.随机误差D.动态误差5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了

。

A.提高精度B.加速其衰老

C.测试其各项