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            如何評估傳感器及測試系統的精度

            2021年09月10日 15:31:59

            1、傳感器精度評估 
            傳感器的精度就是指測量結果的可靠程度,它以給定的準確度表示重復某個讀數的能力,誤差愈小,則傳感器的精度越高[1]。 
            傳感器的精度由其量程范圍內的最大基本誤差與滿量程之比的百分數表示?;菊`差是由系統誤差和隨機誤差兩部分組成的。系統誤差是在相同條件下,對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。隨機誤差是指在重復條件下,某此測量結果與對同一被測量進行無限多次測量所得平均值之差[2]。 
            遲滯與線性度所表示的誤差為傳感器的系統誤差,重復性所表示的誤差為隨機誤差。遲滯特性表明傳感器的正向(輸入量增大)和反向(輸入量減?。┬谐梯敵?mdash;輸入特性曲線不重合的程度,如圖1所示。線性度是指傳感器的輸出與輸入之間的線性程度,如圖2表示。重復度表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程連續多次變動時所得特性曲線不一致的程度,如圖3所示。 
            所以傳感器的精度δ為: 
                                                    
            式中,?m—測量范圍內允許的最大基本誤差,yF?S是輸出滿量程,δL是線性度,即非線性誤差,δH是遲滯,δR是重復性。 
            工程技術中為簡化傳感器精度的表示方法,引入精度等級概念。精度等級以一系列標準百分比數值分檔表示,如壓力傳感器的精度等級分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。傳感器設計和出廠檢驗時,其精度等級代表的誤差是指傳感器測量的最大允許誤差。 
            2、測試系統精度評估 
            系統,即為若干個元件或部件的集合或組合。例如,檢測儀表是由檢測元件(傳感器)、轉換放大器、顯示器及傳輸通道構成的一個整體,并具有一定功能,因此檢測儀表也是一個系統,而它可以成為一個更大的自動測試系統或自動控制系統的一部分,就測試系統而言,系統的誤差綜合的大小反映了其精度的高低。即:綜合誤差越大,其系統精度越低,反之則越高[3]。 
            通過組成測試系統的各環節(檢測元件或儀表)的誤差球的系統的最終的誤差,即為檢測系統誤差的綜合。 
            一個測試系統的精度是由該系統的系統誤差和隨機誤差決定的。我們知道系統誤差是不變的或者有規律的誤差,系統誤差是由該系統諸分項系統誤差決定的,而單項系統誤差主要取決于本身的非線性、遲滯性、時間漂移等特性,系統誤差是可以設法避免或者減少到很小的程度的。而隨即誤差,一般來說,它是沒有規律的。但多次測量時,它還是按正態曲線分布的。隨機誤差主要取決于重復性,它的特點是一、有界性,誤差的絕對值都在極限誤差范圍內。二、單峰性,絕對值小的誤差出現的次數比絕對值大的誤差出現的次數多。三是對稱性,絕對值相等的正負誤差出現的次數大致相等。四是抵償性,在測量時,隨著測量次數的無限增加,其平均誤差的極限值趨近于零。這一點在我們分析隨機誤差時是十分重要的[4]。誤差合成的方法是:
            對一套測試系統誤差來說將是: 
            σ=ε+?

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