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第二章 测量误差理论及传感器特性 电气与信息工程学院 2.2测量与测量误差的基本概念 一、测量的定义和分类 测量是以确定量值为目的的一组操作，也称为计量。 测量方法分直接测量法和间接测量法。用尺子测量长度、用水银温度计测量温度，用量筒测量液体的体积是直接测量法；根据测量的电阻、导线的长度、导线的截面积算出导体的电阻率为间接测量方法。 在计量学领域，为了获得更好的测量结果，还经常采用定义测量法、直接测量法、闭环组合测量法、替代测量法、交换测量法、微差测量法、零位测量法、偏移测量法等。这些方法都属上述两种测量法。 2.2测量与测量误差的基本概念 2.3传感器特性 一、精确性 精度是评价传感器优良程度的一个指标。 精度分为准确度δ和精密度ε 。 2.3传感器特性 二、稳定性 （1） 稳定度 稳定度指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由检测系统中随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。一般以精密度数值和时间的长短来表示。 （2） 环境影响系数 环境影响系数是指检测系统由外界环境变化引起指示值变化的量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外加环境影响所引起的。 2.3传感器特性 三、可靠性 表征传感器可靠性最基本的尺度是可靠度，它是衡量传感器能够正常工作并完成其功能的程度。 四、输入输出特性 传感器输入输出特性可分静态特性和动态特性。 静态特性有线性度、灵敏度、迟滞和分辨率等. 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指在测量动态信号时传感器的输出反映被测量的大小随时间变化的能力。一个动态特性好的传感器，其输出将能随时再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数。 传感器命名 传感器常常按工作原理及被测量性质两种分类方式合二为一进行命名. 例如：电感式位移传感器， 光电式转速计， 压电式加速度计 传感器输出形式 1、电流输出：1～5mA、0～10mA、 0～20mA、4～20mA 2、电压输出：0～5V、 1～5V 、 0～10V 3、频率输出：200～1000Hz、0～200Hz 4、PWM输出：调占空比输出方式 5、数字输出：RS485总线、CAN总线、 MODE输出、无线输出方式 * 一、测量误差的基本概念 所谓测量误差，即测量的输出值与理论输出值的差值 （1）真值 被测量本身所具有的真正值称之为真值。 （2）约定真值 由于真值往往是未知的，所以一般用基准器的量值来代替真值，这就叫做约定真值，它与真值之差可以忽略不计。 （3）实际值 通常只能把精度更高一级的标准器具所测得的值作为“实际值”。 （4）标称值 测量器具上所标出来的数值。 （5）示值 由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。 二、误差的分类 1：按表示方法分 绝对误差 相对误差 实际绝对误差 标称绝对误差 满度绝对误差 2：按误差出现规律分 系统误差 随机误差 粗大误差 3：按被测量随时间变化的速度分 4：按使用条件分 静态误差 动态误差 基本误差 附加误差 1绝对误差： 2相对误差： （1）实际相对误差 （2）标称相对误差 （3）满度相对误差 当e取为em时，满度（或引用）相对误差就被用来确定仪表的精度等级C： 当仪表显示值下限不为零时，精度等级C应用下式表达： 其中xmax和xmin分别为仪表刻度盘的上限与下限。我国电工仪表等级分为七级，即0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。 【例1】今有0.5级的0℃～300 ℃和1.0级的0 ℃ ～100 ℃两个温度计，要测80 ℃的温度，试问采用哪一个温度计好？ 解：用0.5级仪表测量时，最大标称相对误差为： 用1.0级仪表测量时，最大标称相对误差为： 　　　 显然本例中用1.0级仪表比用0.5级仪表更合适。 例2：用一个4位多量程数字频率计测量标准频率信号源输出的3个频率，频率计测得3个结果，请分别计算绝对误差和相对误差 频率计量程 输出频率 测量结果 0~10MHz 100KHz 101KHz 0~1MHz 1000KHz 1001KHz 0~1MHz 990KHz 990.1KHz 例3 求引用误差为1.0级测量范围为0~100V的电压表的最大绝对误差，当测量50V电压时，测量结果的相对误差不超过多少？ 解：