如何評(píng)價(jià)傳感器及測(cè)試系統(tǒng)精度

1、傳感器及測(cè)試系統(tǒng)精度評(píng)估所謂傳感器精度，通常是指?jìng)鞲衅鞯目傉`差6與滿程輸出Uh的百分比值，即:dut100%通常用線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、分辨率和漂移等表示其精度。（一）線性度線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入成線性關(guān)系的成度。傳感器的理想輸入-輸出曲線特性應(yīng)該是線性的，但是傳感器的實(shí)際輸入-輸出特性大都具有一定程度的非線性，在輸入量變化范圍不大的條件下，可以用切線或割線擬合、過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合、斷點(diǎn)平移擬合等來(lái)近似地代表實(shí)際曲線的一段，這就是傳感器非線性特性的線性化。傳感器的線性度一般用非線性誤差表示，即實(shí)際的工作特性曲線與理想的線性特性曲線的偏離程度。通常以最大偏移量Amax與而定輸出值Sn的百

2、分比值表示，即1=_ax100%SN（二）遲滯遲滯也叫回程誤差，是指在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象。產(chǎn)生遲滯的原因：傳感器機(jī)械部分存在不可避免的摩擦、間隙、松動(dòng)、積塵等，引起能量的吸收和消耗。遲滯的大小一般由實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定。用正反行程的最大輸出差值A(chǔ)Hmax與滿量程輸出Yfs的百分比來(lái)表示：H_H詠100%（三）重復(fù)性重復(fù)性表示傳感器在輸入量按照同一方向做全量程多次測(cè)試時(shí)所得的輸入-輸出特性曲線的一致程度。重復(fù)性指標(biāo)一般采用輸出最大不重復(fù)誤差困ax與滿量程輸出Yfs之比的百分?jǐn)?shù)表示：R=州吧100%Yfs（四）靈敏度靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)

3、下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值，用s來(lái)表示，即：_輸出量的變化_dySn=輸入量的變化=dX對(duì)于線性傳感器，他的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率；非線性傳感器的靈敏度為一變量。曲線約陡峭，靈敏度越大；越平坦，靈敏度越小。靈敏度實(shí)質(zhì)上是一個(gè)放大倍數(shù)，體現(xiàn)了傳感器將被測(cè)量的微小變化放大為顯著變化的輸出信號(hào)的能力，即傳感器對(duì)輸入變量微小變化的敏感程度。通常用擬合直線的斜率表示系統(tǒng)的平均靈敏度。一般希望傳感器靈敏度高，但是靈敏度越高越容易受到外界干擾的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性就越差。（五）分辨率傳感器的輸入/輸出關(guān)系在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)不可能處處連續(xù)。輸入量變化太小時(shí)，輸出量不會(huì)發(fā)生變化；而當(dāng)輸入量變化到一定程度時(shí)，

4、輸出量才發(fā)生變化。因此，從微觀來(lái)看，實(shí)際傳感器的輸入/輸出特性有許多微小起伏。對(duì)于實(shí)際標(biāo)定過(guò)程中的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)X,當(dāng)有&x,min變化時(shí)，輸出就有可能觀測(cè)到的變化，那么AXimn就是該測(cè)點(diǎn)處的分辨力，對(duì)應(yīng)的分辨率為：-Xi,min&X,minri=2XmaxXmin（六）漂移漂移是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象；漂移將影響傳感器的穩(wěn)定性。產(chǎn)生漂移的原因主要有兩個(gè)：一個(gè)是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生老化，如零點(diǎn)漂移，它是在規(guī)定條件下，一個(gè)恒定的輸入在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)的輸出在標(biāo)稱范圍最低值處的變化。二是在測(cè)試過(guò)程中周圍環(huán)境發(fā)生變化。最常見(jiàn)的是溫度漂移，它是周圍環(huán)境溫度變化

5、引起的輸出變化。傳感器的測(cè)量誤差被測(cè)量在客觀上存在一個(gè)真實(shí)值，簡(jiǎn)稱被測(cè)量的真值，記為xt；利用傳感器對(duì)其測(cè)量就是將它作用于所選用的傳感器上，并以傳感器的輸出值yt（或稱響應(yīng)值、實(shí)測(cè)值、指示值等）來(lái)表示被測(cè)真值的大小。因此，對(duì)傳感器的根本要求就是希望通過(guò)它能夠無(wú)失真地給出被測(cè)量的大小。而實(shí)際傳感器，由于其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及參數(shù)、測(cè)量原理、測(cè)試方法的不完善，或由于使用環(huán)境條件的變化，致使傳感器給出的輸出值ya不等于無(wú)失真輸出值乂。通常定義它們之間產(chǎn)生的差值為測(cè)量誤差，即y=ya-y傳感器在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)量誤差的大小是衡量傳感器水平的重要技術(shù)指標(biāo)之一。誤差因素與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范誤差主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：1 .設(shè)

6、備誤差。它包括標(biāo)準(zhǔn)器誤差，儀表誤差與附件誤差等。設(shè)備裝置誤差又可區(qū)分為機(jī)構(gòu)誤差，調(diào)整誤差等。2 .環(huán)境誤差。它包括因各種環(huán)境因素（溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、電磁干擾、動(dòng)加速度等）與要求的標(biāo)準(zhǔn)值不一致時(shí)所引起的附加誤差。3 .測(cè)量方法誤。包括所依據(jù)的測(cè)量原理的誤差。4 .操作誤差。包括操作人員因素質(zhì)等影響所產(chǎn)生的疏忽或過(guò)失誤差。實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，往往存在著多種因素的聯(lián)合作用。因此，精度與誤差是一個(gè)涉及面十分廣泛的工程和統(tǒng)計(jì)學(xué)問(wèn)題。傳感器的靜態(tài)精度需經(jīng)校準(zhǔn)確定。校準(zhǔn)是在傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行測(cè)量結(jié)果對(duì)比，所以傳感器校準(zhǔn)必須符合有關(guān)傳感器校準(zhǔn)的規(guī)程，采用規(guī)定的設(shè)備和方法。為了保證傳感器測(cè)

7、量結(jié)果的可靠性與精確度，也為了保證測(cè)量的統(tǒng)一和便于量值的傳遞，國(guó)家建立了各類傳感器的檢定標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置和儀器作為量值傳遞基準(zhǔn)，以便對(duì)新生產(chǎn)的傳感器或使用過(guò)一段時(shí)間的傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)、線性度等進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，包括線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。對(duì)傳感器的標(biāo)定是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)儀器與被標(biāo)定傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行的，即利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知的非電量并輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器的輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而得到一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。實(shí)際應(yīng)用中，輸入的標(biāo)準(zhǔn)量可用標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測(cè)得到，即將待標(biāo)定的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器進(jìn)行比較，因此，只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量精度高于被標(biāo)定傳感器的測(cè)量精度至少一個(gè)等級(jí)時(shí)，被標(biāo)定的傳感器的測(cè)量結(jié)果才會(huì)是可信的。在國(guó)內(nèi)，標(biāo)定的過(guò)程一般分為三級(jí)精度：國(guó)家計(jì)量院進(jìn)行的標(biāo)定是一級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)傳遞。在此處標(biāo)定的傳感器叫標(biāo)準(zhǔn)傳感器，具有二級(jí)精度。用標(biāo)準(zhǔn)傳感器對(duì)出廠的傳感器和其他需要校準(zhǔn)的傳感器進(jìn)行標(biāo)定，得到的傳感器具有三級(jí)精度。實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件一個(gè)理想的傳感器就是要確保被測(cè)信號(hào)(或能量)的無(wú)失真轉(zhuǎn)換，使檢測(cè)結(jié)果盡量