传感器技术 课件 第13章 测量误差与数据处理.pptx

第13章测量误差与数据处理

13.1精度(精确度)与测量误差

与精度有关指标：精密度、准确度。

精密度：说明测量传感器输出值的分散性：即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。

准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。

若系统误差很小，则称测量的准确度高；若偶然误差很小，则称测量的精密度高；若两者都很小，则称测量的精确度很高。

精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。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。

精确度是精密度与准确度两者的总和，在最简单的情况下，可

取两者的代数和。

(a)准确度高而精密度低

(b)准确度低而精密度高

(c)精确度高

误差

在测量过程中，由于仪器本身特性、使用者的主观性、测量环境及测量方法等因素的影响，测量结果与真值必定存在一定的差异，这个差异就是测量误差

1.根据特性的误差分类

测量误差根据特性分为三类，即系统误差、

偶然误差和疏失误差。

(1)系统误差。系统误差的特点为在相同的检

测条件下，一系列检测数据的误差大小和正负符号

呈现一定的规律性。系统误差的产生原因包括测量方法不完善、测量系统不完善、仪器使用不当、环

境条件变化等。

系统误差具有复现性。可对应影响因素进行理论分析和实验验证，确定系统误差产生的原因及出现

的规律，采取系统调整或建模补偿的办法来减小或

消除系统误差。(可修正，表明准确度)

(2)随机误差(偶然误差)

随机误差也称偶然误差。在相同检测条件下进行多

次重复测量时，测量误差的大小与正负符号出现无规

律变化。

随机误差由不确定因素(如环境电磁波干扰、动力源不稳定、传感器元器件性能不稳定等)引发而随机产生，其变化无法预测，但必然会产生。

随机误差无法修正和消除。通过足够多的测量比较，可以发现随机误差服从某种统计规律(如正态分布、均匀分布、泊松分布等)。

偶然误差具有下列特性：

绝对值相等、符号相反的误差在多次重复测量中出现的可能性相等；绝对值在一定范围内，绝对

值小的随机误差出现的概率大于绝对值大的偶然误差，即误差值愈小出现机会愈多。因此可以通过多次测量减小其影响。

系统误差小则测量结果的准确度高，偶然误差小则测量结果的精密度高，二者都小则

测量的精度高。

(3)疏失误差(粗大误差)

疏失误差又叫粗大误差，粗大误差的误差数值大，明显超出了

确定条件下预期的误差，且没有规律性。存在粗大误差的测量值

称为坏值，通常用于分析的测量数据中剔除了粗大误差的数据，

因此测量误差中只包含系统误差和随机误差。疏失误差的数值一

般都比较大，没有规律性。

疏失误差一般是由于操作者粗心、失误而造成的误差，在测量

过程中应尽量避免。在使用传感器进行的测量工作中，使用者应

严谨细致，规避疏失误差的发生。

2.从使用角度对误差进行分类，可以分为基本误差

和附加误差。

(1)基本误差。基本误差又称固有误差，指仪器在规定的工作条件(一般在仪表铭牌及使用说明书中有具体说明)下进行测量所具有的误差。

仪器的精度等级是由其基本误差决定的。

例如，某台压力传感器是在电源电压24±0.2VDC、环境温度20℃±5℃、湿度75±5%的条件下标定的，则该传感器在此条件下工作所具有的误差为基本误差。

(2)附加误差。当传感器的使用条件偏离额定

条件时，就会出现附加误差。例如，运行时，环境

温度过高或过低，则会出现温度附加误差；加隔离

液的液位测量因迁移量错误造成的附加压力误差等

等。

测量时，应根据实际的使用环境条件在基本

误差上再分别加上其余各项附加误差。当把各种误

差都考虑到时，就能给出仪器仪表测量的一个额定

的工作条件范围。

预备知识

检测：根据参数的大小来判别过程状态

用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。

用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为传感器。

当传感器的输出为规定的标准信号时，通常称为变送器。

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检测技术概述

检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术学科。

检测技术研究的主要内容是被测量的测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。

测量原理是指用什么样的原理去测量被测量。

测量方法就是对测量所采取的具体方法。

检测过程：

了解并确定测量原理→选定测量方法→选择测量系统(测量仪表)→数据处理。

测量方法

分类：

按测量手段分类：直接测量、间接测量和联立测量；

按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量和微差式测量

一、直接测量

在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量所需要