测量误差及其分类.ppt

数据处理的基本方法 根据最小二乘原理，要使 为最小，取对A和B的偏导为零得 得 测量系统的基本特性 测量系统：既指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统，如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或测试仪器，又指组成完整测量系统中的某一环节或单元，如传感器等，甚至是极简单的环节，如放大器、电阻分压器等。 基本特性是指测量系统的输入与输出的关系，有动静态之分。 静态特性是指测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，测量系统的输入与输出之间所呈现的关系。 静态指标 1. 精确度：相关的指标有精密度、准确度和精度。 精密度：说明测量系统输出值的分散性，即对某一特定的被测量，由同一个测量者、用同一个测量系统、在相当短的时间内连续重复测量多次，以检查测量结果的分散程度。精密度是随机误差大小的标志，精密度高说明随机误差小。 准确度：说明测量系统输出值与真值的偏离程度。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。 精度：是精密度与准确度两者的综合，精度高表示精密度和准确度都比较高。精度常以满度相对误差来表示。 静态指标 2. 稳定性：相关的指标有稳定度和影响量。 稳定度：在规定的时间内测量条件不变的情况下，由于测量系统中随机性变动、周期性变动、漂移等引起输出值的变化。 影响量：测量系统由外界环境变化引起输出值变化的量，由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源效率等一些外加环境影响所引起的。 零点漂移：无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值。 温度漂移：温度变化时，传感器输出值的偏离程度，一般以温度变化一度计量。 静态输入/输出特性 1 线性度 传感器的线性度是指传感器的输入与输出之间的线性程度。通常为了方便标定和数据处理，理想的输入输出关系应该是线性的，但实际遇到的传感器大多是非线性的，传感器的输入输出特性一般可用下式表示 x为输入量，y为输出量， 为零位输出， 为传感器的灵敏度； 为非线性项的待定常数。 静态输入/输出特性 传感器的静态特性曲线可以通过实际测试获得，在实际应用中为了得到线性关系，往往引入各种非线性补偿环节。但如果非线性的方次不高，在输入量变化范围不大的条件下，可以用一条直线近似代表实际曲线的一段。这种方法称为传感器非线性特性的线性化，所采用的直线称为拟合直线，实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差。 为线性度； 为最大非线性绝对误差； 为满量程输出 静态输入/输出特性 灵敏度是传感器在稳态下的输出变化量 与引起此变化的输入变化量 之比，用 表示 灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力。对于线性传感器，灵敏度就是其静态特性的斜率，为常数。非线性传感器的灵敏度为一变量，用 表示。一般希望传感器的灵敏度高，在满量程范围内是恒定的。 2 灵敏度 静态输入/输出特性 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。 迟滞 的大小一般要由试验的方法确定，用最大输出差值 或其一半对满量程的输出 的百分比表示 或 3 迟滞 静态输入/输出特性 4 重复性 当输入按同一方向变化时，在全程内连续进行重复测试时所得到的各特性曲线的重复程度。多次重复测试的曲线越重合，说明重复性越好，误差小。 重复性用实验方法确定，用输出最大重复性偏差 与满量程yFS的百分比表示。 动态特性 传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。 一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性的环节外，由于传感器固有因素的影响，输出函数将不会与输入信号具有相同的时间函数，这种输出与输入之间的差异就是所谓的动态误差。 大多数传感器都可以化为一阶或二阶系统，因此一阶或二阶传感器是最基本的。 动态特性 瞬态响应特性 在时域内研究传感器的动态特性时，常用的激励信号有阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等。传感器对所加激励信号的响应称为瞬态响应。一般认为，阶跃输入对于一个传感器来说是最严峻的工作状态。如果在阶跃函数的作用下，传感器能满足动态性能指标，那么在其他函数作用下，其动态性能指标也必定会令人满意。 一阶传感器的传递函数 动态特性 对于初始状态为零的传感器，当输入为阶跃信号时， 传感器输出的拉氏变换 一阶传感器的单位阶跃响应为 当达到4 ，输出为稳定值的98.2%，由此可见 越小，响应曲线与接近于阶跃曲线，因此对于一阶传感器， 越小越好。 动态特性 二阶传感器的传递函数 单位阶跃信号下，传感器输出的拉氏变换