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如何评估传感器及测试系统的精度

2021年09月10日 15:31:59

1、传感器精度评估 
传感器的精度就是指测量结果的可靠程度,它以给定的准确度表示重复某个读数的能力,误差愈小,则传感器的精度越高[1]。 
传感器的精度由其量程范围内的最大基本误差与满量程之比的百分数表示。基本误差是由系统误差和随机误差两部分组成的。系统误差是在相同条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。随机误差是指在重复条件下,某此测量结果与对同一被测量进行无限多次测量所得平均值之差[2]。 
迟滞与线性度所表示的误差为传感器的系统误差,重复性所表示的误差为随机误差。迟滞特性表明传感器的正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程输出—输入特性曲线不重合的程度,如图1所示。线性度是指传感器的输出与输入之间的线性程度,如图2表示。重复度表示传感器在输入量按同一方向做全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度,如图3所示。 
所以传感器的精度δ为: 
                                        
式中,∆m—测量范围内允许的最大基本误差,yF∙S是输出满量程,δL是线性度,即非线性误差,δH是迟滞,δR是重复性。 
工程技术中为简化传感器精度的表示方法,引入精度等级概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示,如压力传感器的精度等级分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。传感器设计和出厂检验时,其精度等级代表的误差是指传感器测量的最大允许误差。 
2、测试系统精度评估 
系统,即为若干个元件或部件的集合或组合。例如,检测仪表是由检测元件(传感器)、转换放大器、显示器及传输通道构成的一个整体,并具有一定功能,因此检测仪表也是一个系统,而它可以成为一个更大的自动测试系统或自动控制系统的一部分,就测试系统而言,系统的误差综合的大小反映了其精度的高低。即:综合误差越大,其系统精度越低,反之则越高[3]。 
通过组成测试系统的各环节(检测元件或仪表)的误差球的系统的最终的误差,即为检测系统误差的综合。 
一个测试系统的精度是由该系统的系统误差和随机误差决定的。我们知道系统误差是不变的或者有规律的误差,系统误差是由该系统诸分项系统误差决定的,而单项系统误差主要取决于本身的非线性、迟滞性、时间漂移等特性,系统误差是可以设法避免或者减少到很小的程度的。而随即误差,一般来说,它是没有规律的。但多次测量时,它还是按正态曲线分布的。随机误差主要取决于重复性,它的特点是一、有界性,误差的绝对值都在极限误差范围内。二、单峰性,绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多。三是对称性,绝对值相等的正负误差出现的次数大致相等。四是抵偿性,在测量时,随着测量次数的无限增加,其平均误差的极限值趋近于零。这一点在我们分析随机误差时是十分重要的[4]。误差合成的方法是:
对一套测试系统误差来说将是: 
σ=ε+∆

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