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如何評(píng)估傳感器及測(cè)試系統(tǒng)的精度

發(fā)布時(shí)間:2022-08-27 人氣: 來源:1

1、傳感器精度評(píng)估 
傳感器的精度就是指測(cè)量結(jié)果的可靠程度,它以給定的準(zhǔn)確度表示重復(fù)某個(gè)讀數(shù)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(nèi)的最大基本誤差與滿量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。基本誤差是由系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩部分組成的。系統(tǒng)誤差是在相同條件下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差。隨機(jī)誤差是指在重復(fù)條件下,某此測(cè)量結(jié)果與對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次測(cè)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(tǒng)誤差,重復(fù)性所表示的誤差為隨機(jī)誤差。遲滯特性表明傳感器的正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程輸出—輸入特性曲線不重合的程度,如圖1所示。線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間的線性程度,如圖2表示。重復(fù)度表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)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(cè)量范圍內(nèi)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(fù)性。 
工程技術(shù)中為簡(jiǎn)化傳感器精度的表示方法,引入精度等級(jí)概念。精度等級(jí)以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)值分檔表示,如壓力傳感器的精度等級(jí)分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。傳感器設(shè)計(jì)和出廠檢驗(yàn)時(shí),其精度等級(jí)代表的誤差是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量的最大允許誤差。 
2、測(cè)試系統(tǒng)精度評(píng)估 
系統(tǒng),即為若干個(gè)元件或部件的集合或組合。例如,檢測(cè)儀表是由檢測(cè)元件(傳感器)、轉(zhuǎn)換放大器、顯示器及傳輸通道構(gòu)成的一個(gè)整體,并具有一定功能,因此檢測(cè)儀表也是一個(gè)系統(tǒng),而它可以成為一個(gè)更大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)或自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分,就測(cè)試系統(tǒng)而言,系統(tǒng)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(tǒng)精度越低,反之則越高[3]。 
通過組成測(cè)試系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)(檢測(cè)元件或儀表)的誤差球的系統(tǒng)的最終的誤差,即為檢測(cè)系統(tǒng)誤差的綜合。 
一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的精度是由該系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差決定的。我們知道系統(tǒng)誤差是不變的或者有規(guī)律的誤差,系統(tǒng)誤差是由該系統(tǒng)諸分項(xiàng)系統(tǒng)誤差決定的,而單項(xiàng)系統(tǒng)誤差主要取決于本身的非線性、遲滯性、時(shí)間漂移等特性,系統(tǒng)誤差是可以設(shè)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(guī)律的。但多次測(cè)量時(shí),它還是按正態(tài)曲線分布的。隨機(jī)誤差主要取決于重復(fù)性,它的特點(diǎn)是一、有界性,誤差的絕對(duì)值都在極限誤差范圍內(nèi)。二、單峰性,絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多。三是對(duì)稱性,絕對(duì)值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等。四是抵償性,在測(cè)量時(shí),隨著測(cè)量次數(shù)的無限增加,其平均誤差的極限值趨近于零。這一點(diǎn)在我們分析隨機(jī)誤差時(shí)是十分重要的[4]。誤差合成的方法是:
對(duì)一套測(cè)試系統(tǒng)誤差來說將是: 
σ=ε+?

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