第二章 测量方法和误差;传感器的基本特性.ppt

图 2 – 1 测量系统原理结构框图 2.2 测量误差与数据处理 表2 - 2测 量 值 列 表 残余误差变化规律 静态特性主要指标和基本参数 （1）线性度 （2）迟滞 （3）重复性 （4）灵敏度 （5）分辨力 （6）稳定性 （7）漂移 （8）可靠性 （1）线性度 线性度又称非线性误差,是被测量处于稳定状态时,表征系统输出与输入之间关系的曲线(标定或校准曲线)对选定拟合直线的接近程度。它用非线性引用误差形式来表示,即 由于拟合直线确定的方法不同,则用非线性相对误差表示的线性度值也不同。选择拟合直线应保证获得尽量小的非线性误差,并考虑使用与计算方便。 常用的拟合直线方法有 理论直线法 (相应的有理论线性度) 端直线法 (端基线性度) 端点平移法 （点平移线性度） 最小二乘法 （ 最小二乘法线性度）。 ①理论拟合 ②过零旋转拟合 ③端点连线拟合 把输出曲线两端点的连线作为拟合直线 ④端点连线平移拟合 在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半 ⑤最小二乘拟合 迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出与输入曲线不重合的程度，如图所示。用引用误差表示。 当静态特性为直线时、直线斜率即灵敏度,且为一常数。 当静态特性是非线性特性时,灵敏度不是常数。若输入与输出量的量纲相同,则灵敏度无量纲。则常用“增益” 来取代灵敏度的概念。 若测量系统是由灵敏度分别为S1,S2,S3等多个相互独立的环节组成时，系统的总灵敏度S为 作图法求灵敏度过程 零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。 时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化。 温度漂移则是由环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。 最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。 一阶系统的频率特性 二阶系统的频率特性 （2）迟滞 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。 输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入值输出不等。 例：电子秤 砝码重量（x) 10g —— 50g —— 100g —— 200g 增加砝码时输出(y) 0.5mV 2mV 4mV 10mV 减少砝码时输出(y) 1mV 3mV 6mV 10mV 速度越快这种现象越明显。 —正反行程间输出量的最大差值。 迟滞一般由试验方法确定。 迟滞误差由满量程输出的百分数表示： 为正、反 行程输出值之间的最大差值 产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理 性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体 在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在 使输入输出不能一一对应。 （3）重复性 传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。 重复性误差属于随机误差可用标准偏差表示： σmax 最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均值；（2～3）置信度（概率95.4，99.7）； 产生不重复的原因与迟滞产生的原因基本相似 （4）灵敏度 在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率： S = Δy/Δx 对非线性传感器灵敏度为一变量，各处不一样： S = dy/dx 灵敏度单位，mV/mm (位移); mV/℃(温度)； 对有源传感器，传感器所加电压不同时输出不同，灵敏度要除总的电压。灵敏度的定义是每伏电压的灵敏度：mV/mm·V；mV/℃·V。 总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积。灵敏度数值大,表明相同的输入改交量引起的输出变化量大,检测系统的灵敏度高。 检测系统除了对有效被测量敏感之外,还可能对各种干扰量有反应,从而影响检测精度。这种对干扰量或影响量敏感的灵敏度称为有害灵敏度 x y x1 Δx Δy 0 切点 传感器 特性曲线 xmax （5）分辨率和阈值 分辨率 —— 传感器能够检测到的最小输入增量； 阈值 —— 输入小到某种程度输出不再变化的值；这时的输入值增量 △X 称为门槛灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。 存在“门槛”的原因有两个： 一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端； 二是传感器输出存在噪声，如果噪声比信号还大，就无法将信号与噪声分开。所以要求输入信号必须大于噪声电平，或尽量减小噪声提高分辨能力。 （6）漂移 漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量却发生了改变。 漂移包括零点漂移与灵敏