《传感器及应用》传感器的基本特性、基本误差和精度（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《传感器及应用》传感器的基本特性、基本误差和精度-讲义 知识点一 传感器的基本特性 1、 精度： 精度是评价传感器优良程度的一个指标。 精度分为准确度和精密度。 准确度：测量值对于真值的偏离程度。 精密度：即为离散偏差，即使测量相同对象，每次测量也会得到不同测量值。 2、 稳定性： 传感器的稳定性有两个指标，稳定度和环境影响系数。 稳定度：系统指示值在规定时间内，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、漂移等引起的变化，一般以精密度数值和时间的长短来表示。 环境影响系数：系统外部环境和工作条件变化引起指示值变化的量，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因素所引起。 3、 输出输入特性： 1. 静态特性：输入的被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢时，传感器的输出量与输入量的关系。 （1）线性度：非线性误差，传感器输出-输入的实际特性曲线和拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之比，即，如图1所示； 式中：——线性度； ——最大非线性绝对误差； ——输出量程范围。 图1 线性度示意图 （2）灵敏度：传感器在稳定标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值，即 式中：——灵敏度（线性传感器的灵敏度是个常数）； ——输出量的变化量； ——输入量的变化量。 （3）迟滞：传感器的正向特性与反向特性的不一致程度，由传感器的机械部分不可避免地存在着间隙、摩擦及松动等引起。 （4）分辨率与分辨力：表示仪表或装置能够检测被测量的最小量值的性能指标。分辨率以最大量程的百分数表示，是一个量纲一（习惯上称为无量纲）的量；分辨力以最小量程的单位值表示，是一个有量纲的量程。 2. 动态特性：跟踪输入信号变化的特性（响应特性），即传感器要检测的输入信号随时间而变化，当输入信号变化太快，传感器就可能跟踪不上。 传感器的基本特性对其在实际应用中的表现具有重要影响，以下哪些是传感器的基本特性？（多选）（ ） A. 灵敏度 B.精确度 C.可靠性 D.重量 【答案】ABC 【解析】 传感器的基本特性包括灵敏度、精确度和可靠性，这些特性直接影响着传感器在实际应用中的性能和表现，而重量通常不是传感器的基本特性之一。 1. 传感器的基本功能是将哪种形式的物理量转换为电信号（ ） A. 光学量 B.机械量 C.非电学物理量 D.声学量 【答案】C 【解析】传感器的基本功能是将一种非电学物理量（如温度、压力、位移等）转换为电信号（如电压、电流、电阻等），以便于测量、传输、处理或显示。 2. 传感器的哪个特性描述了其对输入物理量变化的敏感程度（ ） A. 灵敏度 B.精度 C.分辨率 D.稳定性 【答案】A 【解析】灵敏度是传感器的一个重要特性，它描述了传感器对输入物理量变化的敏感程度，即输入变化量与输出变化量之比。 3. 传感器的精度是指什么（ ） A. 传感器输出的最大值与最小值之差 B. 传感器输出值与实际值之间的偏差 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器对环境温度变化的抵抗能力 【答案】B 【解析】 传感器的精度是指传感器输出值与实际值之间的偏差，它反映了传感器测量的准确性。 1. 传感器的分辨率是指什么（ ） A. 传感器能够测量的最大物理量 B. 传感器输出的最大值与最小值之差 C. 传感器对环境温度变化的敏感程度 D. 传感器能够区分的最小输入变化量 【答案】D 【解析】传感器的分辨率是指传感器能够区分的最小输入变化量，它反映了传感器对微小变化的检测能力。 2. 传感器的稳定性是指什么（ ） A. 传感器输出值随时间变化的程度 B. 传感器对输入物理量变化的敏感程度 C. 传感器能够测量的最大物理量 D. 传感器对环境温度变化的抵抗能力 【答案】A 【解析】传感器的稳定性是指传感器输出值随时间变化的程度，它反映了传感器在长时间使用中的可靠性。 3. 传感器的线性度是指什么（ ） A. 传感器对环境温度变化的敏感程度 B. 传感器输出与输入之间的线性关系程度 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器输出的最大值与最小值之差 【答案】B 【解析】传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的线性关系程度，它反映了传感器输出值随输入值变化的直线程度。 · 传感器灵敏度，是输出变化量与输入变化量之比。 · 传感器线性度，指输出与输入之间线性关系的程度。 · 传感器稳定性，代表在规定条件下其性能保持不变的能力。 · 传感器重复性，是在相同条件下重复测量输出的一致程度。 知识点二 传感器的基本误差 1、 测量误差的基本概念： 传感器是一种测量器具，将未知的物理量转换成人们可知的电信号，传感器的误差也就是测量误差。 1. 真值：被测量本身所具有的真正值。量的真值是一个理想的概念，一般是不知道的。 2. 约定真值：基准器的量值，用来代替真值，与真值之差可以忽略不计。 3. 实际值：在没有系统误差的情况下，大量测量的算术平均值会接近真值。然而，实际中测量次数有限，因此算术平均值只是统计平均值的近似。由于系统误差难以完全消除，通常使用更精确的标准器具测量值作为参考，称之为实际值。 4. 标称值（示值）：测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。 5. 测量误差：用器具进行测量时，所测量出来的数值与被测量的实际值之间的差值。 2、 误差的分类： 1. 按表示方法分类： （1）绝对误差：指示值与约定真值的差值，即。在计量中常使用修正值，。只要得到修正值、示值，便可得知约定真值。 （2）相对误差：针对绝对误差有时不足以反映示值偏离约定真值大小程度而设定的，在实际测量中相对误差有： 实际相对误差——用绝对误差与约定真值的百分比表示，即 标称相对误差γ——用绝对误差与示值的百分比表示，即 满度(或引用)相对误差γm——用绝对误差与仪器满刻度值的百分比表示，即 式中，当取为满度时的时，满度（或引用）相对误差就被用来确定仪表的精度等级，即 当仪表显示值下限不为零时，精度等级应用下式表达： 2. 按误差出现的规律分类： （1）系统误差：指误差的数值是一个常数或按一定规律变化的值，表明了一个测量结果偏离真值和实际值的程度。又可分为恒值误差和变值误差。恒值误差：在一定条件下，误差的数值及符号都保持不变的系统误差；变值误差：在一定条件下，误差按某一确定规律变化的系统误差。 （2）随机误差：由于偶然因素的影响而引起的误差，其数值大小和正负号不定，难以估计，常用精密度来表征随机误差的大小。 （3）粗大误差：在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差。 3. 按被测量随时间变化的速度分类： （1）静态误差：在测量过程中，被测量随时间变化很缓慢或基本不变时的测量误差。 （2）动态误差：在被测量随时间变化时所测得的误差，是在动态测量时产生的，动态测量的优点是检测效率高和环境影响小 4. 按使用条件分类： （1）基本误差：检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差，是检测仪表在额定条件下工作所具有的误差，检测仪表的精度由基本误差决定。 （2）附加误差：当使用条件偏离规定标准条件时，除基本误差外还会产生附加误差，在使用时会叠加到基本误差上。 传感器的基本误差通常是由于哪些因素引起的（ ） A.环境温度变化 B.传感器老化 C.输入信号干扰 D.以上都是 【答案】D 【解析】 传感器的基本误差可能由多种因素引起，包括环境温度变化、传感器老化、输入信号干扰等。这些因素可能导致传感器的输出值与实际值之间存在偏差。 1. 传感器的零点误差是指什么（ ） A. 传感器在输入为零时的输出值不为零 B. 传感器输出值与实际值之间的偏差 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器在输入变化时输出值的延迟 【答案】A 【解析】传感器的零点误差是指传感器在输入为零时的输出值不为零，这通常是由于传感器内部元件的不平衡或零点漂移引起的。 2. 传感器的线性误差是指什么（ ） A. 传感器能够测量的最大物理量 B. 传感器输出值的最大值与最小值之差 C. 传感器输出与输入之间的非线性关系程度 D. 传感器在输入变化时输出值的稳定性 【答案】C 【解析】传感器的线性误差是指传感器输出与输入之间的非线性关系程度，即输出值随输入值变化时偏离理想直线的程度。 3. 传感器的灵敏度误差是指什么（ ） A. 传感器输出值随输入值变化的程度与实际灵敏度之间的差异 B. 传感器输出值与实际值之间的偏差 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器在输入为零时的输出值 【答案】A 【解析】传感器的灵敏度误差是指传感器输出值随输入值变化的程度与实际灵敏度之间的差异，这通常是由于传感器内部元件的制造误差或老化引起的。 1. 传感器的滞后误差是指什么（ ） A. 传感器在输入为零时的输出值不为零 B. 传感器输出值随输入值变化的延迟现象 C. 传感器输出值与实际值之间的偏差随时间变化的程度 D. 传感器在输入变化后输出值达到稳定所需的时间 【答案】B 【解析】传感器的滞后误差是指传感器输出值随输入值变化的延迟现象，即输入值变化后，输出值不能立即达到稳定状态，而是需要一段时间才能逐渐趋近于稳定值。 2. 传感器的重复性误差是指什么 ( ) A. 传感器能够测量的最大物理量 B. 传感器输出值与实际值之间的偏差 C. 传感器在相同输入条件下，多次测量输出值的一致性程度 D. 传感器在输入变化时输出值的稳定性 【答案】C 【解析】传感器的重复性误差是指传感器在相同输入条件下，多次测量输出值的一致性程度，它反映了传感器测量的稳定性和可靠性。 3. 传感器的温度误差是指什么（ ） A. 传感器在环境温度变化时输出值的稳定性 B. 传感器输出值与实际值之间的偏差 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器在环境温度变化时输出值的偏差 【答案】D 【解析】传感器的温度误差是指传感器在环境温度变化时输出值的偏差，这通常是由于传感器内部元件的热膨胀系数不同或温度变化引起的性能变化引起的。 · 基本误差指在规定标准条件下，传感器测量值与真实值间的误差，反映固有性能。 · 基本误差源于传感器自身设计、制造缺陷及材料特性局限。 · 工作环境如温度、湿度，会使误差波动。 · 基本误差是衡量传感器精度关键指标，影响其在各领域测量结果可靠性。 知识点三 仪表精度与测量精度 1、 仪表精度与测量精度的关系 仪表精度：一般分为七个等级，实际上是取最大满度（引用）相对误差。 测量精度：由实际相对误差反应，根据最大满度（引用）误差和实际相对误差的定义公式，当被测量的大小愈接近量程，相对误差就愈接近于最大满度（引用）误差。 对于同等级精度的仪表：选择适当的量程，使被测量位于仪表量值的上限附近，充分利用仪表精度获得较精确的测量结果。 2、 附加误差对实际测量精度的影响 附加误差会降低实际测量精度。 在检测仪表的技术说明书中，除了给出基本误差外，还给出了工作条件变化时可能产生的附加误差。如果实际工作条件不是仪表规定的标准状态，这时必须考虑到附加误差的影响。 传感器的仪表精度通常指的是什么（ ） A. 传感器测量的最大值与最小值之差 B. 传感器测量值与真实值之间的接近程度 C. 传感器能够测量的最小物理量 D. 传感器输出信号的稳定性 【答案】B 【解析】传感器的仪表精度通常指的是传感器测量值与真实值之间的接近程度，它反映了传感器测量的准确性和可靠性。 1. 测量精度与哪些因素有关（ ） A.传感器的分辨率 B.测量环境的温度 C.测量系统的稳定性 D.以上都是 【答案】D 【解析】测量精度受多种因素影响，包括传感器的分辨率、测量环境的温度、测量系统的稳定性等。这些因素可能导致测量值与真实值之间存在偏差。 2.传感器的仪表精度通常以什么表示（ ） A. 百分比 B.绝对误差 C.相对误差 D.分辨率 【答案】A 【解析】传感器的仪表精度通常以百分比表示。 3. 提高测量精度的方法有哪些（ ） A. 使用高分辨率的传感器 B. 优化测量环境 C. 提高测量系统的稳定性 D. 以上都是 【答案】D 【解析】提高测量精度的方法包括使用高分辨率的传感器、优化测量环境、提高测量系统的稳定性等。这些措施可以减少测量值与真实值之间的偏差。 1. 传感器的测量精度与哪些因素有关（ ） A. 传感器的制造精度 B. 传感器的线性度 C. 传感器的灵敏度 D. 以上都是 【答案】D 【解析】传感器的测量精度受多种因素影响，包括传感器的制造精度、线性度、灵敏度等。这些因素决定了传感器测量值与真实值之间的接近程度。 2. 什么是测量系统的分辨率（ ） A. 测量系统能够区分的最小物理量 B. 测量系统输出值的稳定性 C. 测量系统能够测量的最大物理量 D. 测量系统输出值与真实值之间的偏差 【答案】A 【解析】测量系统的分辨率是指测量系统能够区分的最小物理量，它反映了测量系统对微小变化的敏感程度。 3. 以下哪个不是提高传感器测量精度的方法（ ） A. 增加传感器的分辨率 B. 降低测量环境的温度波动 C. 使用低质量的传感器 D. 提高测量系统的稳定性 【答案】C 【解析】使用低质量的传感器通常会降低测量精度，而不是提高它。因此，选项C不是提高传感器测量精度的方法。 · 仪表精度体现测量结果的准确程度，是允许误差的范围. · 仪表精度由传感器自身性能决定，精度越高，误差范围越小。 · 测量零度：即测量起始点，确定了测量范围的下限。 · 精度影响零点测量的准确性要求，零点不准也会降低整体精度。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$