专题四 传感器误差、精度等级与选型（讲义） 山东省（春季高考）《传感器及应用》（高教版）考纲讲练测

编写说明：本套资料严格依据山东省（春季高考）电子技术类专业考试标准（知识模块 传感器应用技术）及《传感器及应用》编写，围绕“考点解读—思维导图—知识梳理—背诵—常考题—高考模拟—课堂练习—课堂小结”组织内容。题目范围不超出考纲，讲解突出中职学生的识记、辨析、计算和综合应用能力。 山东省电子技术类 《传感器及应用》考纲讲练测 专题四 传感器误差、精度等级与选型 讲义 [环节1 考点解读] 一、考纲再现 理解真值、约定真值、实际值和示值的区别。 掌握绝对误差、相对误差及系统误差、随机误差、粗大误差的判别。 了解精度等级含义，能结合量程和测量对象进行传感器选型。 二、微目标拆解 能依据误差来源和表现判断误差类型，并完成基本误差计算。 能根据测量范围、精度要求和使用环境选择合适传感器或仪表。 三、考情提示 本专题常以概念辨析、误差计算和选型情境命题，计算步骤必须写清公式、代入和单位。 易错点集中在真值与示值混淆、相对误差分母选错、精度等级与分辨力混淆，以及量程越大越好等错误判断。 [环节2 思维导图] [环节3 知识梳理] 知识点1 测量值与真值 【知识再现】真值是被测量本身所具有的真正值；约定真值是用基准器的量值代替真值，其与真值之差可忽略不计；实际值通常是用精度更高一级的标准器具测得、作为真值近似的值；标称值（示值）是测量器具读数装置指示的被测量数值。 【讲解】误差分析的第一步是明确比较对象。通常将示值与约定真值（或实际值）比较，不能把量程或额定值直接当成真值。示值高于比较基准时误差为正，低于比较基准时误差为负。 【易错提醒】【易错提醒】额定值、满量程和真值不是同一个概念；实际值也不等同于不可知的真值，而是精度更高一级标准器具给出的近似值。 要点：先找题干中的标准值或参考值 要点：再按示值减比较基准判断误差正负 1. 某温度标准值为80 ℃，传感器示值为82 ℃。相对于该标准值，测量结果偏大还是偏小？ 【答案】偏大2 ℃。 【解析】示值82 ℃减去标准值80 ℃，结果为+2 ℃。 2. 校准实验中采用标准电压源作为比较基准，该标准电压在本实验中属于什么值？ 【答案】约定真值。 【解析】真值通常不可直接获得，校准时采用认可的基准器量值作为约定真值。 知识点2 绝对误差与相对误差 【知识再现】绝对误差是示值与约定真值的代数差，具有正负号和被测量的单位。相对误差常用百分数表示：实际相对误差以约定真值为分母，标称相对误差以示值为分母，满度（引用）相对误差以满刻度值为分母。 【讲解】设示值为A_x、约定真值为A_0、满刻度值为A_m，则绝对误差为，实际相对误差为，标称相对误差为，满度（引用）相对误差为。 【易错提醒】【易错提醒】绝对误差中的“绝对”表示它与被测量同量纲，不是把差值取绝对值；相对误差必须先辨明题目要求的类型，再选择对应分母。 要点：绝对误差是带正负号的代数差 要点：三种相对误差的分母不同 3. 约定真值为50 kPa，示值为49 kPa，求绝对误差。 【答案】−1 kPa。 【解析】，负号表示示值偏低。 4. 约定真值为200 ℃，示值为202 ℃，求实际相对误差。 【答案】+1%。 【解析】。 知识点3 系统误差、随机误差与粗大误差 【知识再现】系统误差在相同条件下按一定规律重复出现；随机误差由偶然因素引起，测量结果呈无规则波动；粗大误差表现为明显异常，常由读数、接线或操作失误造成。 【讲解】判断误差类型要看重复性和成因。系统误差可通过校准、补偿或修正减小；随机误差可通过重复测量和统计处理减小；粗大误差应检查原因，不能简单平均掩盖。 【易错提醒】【易错提醒】重复出现的固定偏差不是随机误差；明显离群值也不能直接作为正常测量结果。 要点：有规律是系统误差 要点：无规律波动是随机误差 要点：明显异常先查操作 5. 同一仪器每次测量都比标准值大0.5 V，主要属于哪类误差？ 【答案】系统误差。 【解析】偏差大小和方向较稳定，具有规律性。 6. 多次测量结果在标准值附近无规则小幅波动，主要属于哪类误差？ 【答案】随机误差。 【解析】结果呈偶然波动，可通过增加测量次数减小影响。 知识点4 精度等级 【知识再现】精度等级通常取最大满度（引用）相对误差的等级值。对于同量程仪表，等级数值越小，允许的最大误差越小；不同量程仪表还必须结合被测量大小判断实际测量效果。 【讲解】当题干给出满量程或量程上下限时，可按精度等级定义估算最大允许绝对误差。零起点量程可用；下限不为零时，应以量程跨度为基准。精度等级不是分辨力，也不能只看显示位数。 【易错提醒】【易错提醒】不能脱离量程只比较精度等级；同一等级下，量程越大，允许的绝对误差可能越大。 要点：精度等级以最大引用误差为基础 要点：选型必须兼顾等级和量程 7. 两只同量程仪表精度等级分别为0.5级和1.0级，哪只允许误差更小？ 【答案】0.5级仪表。 【解析】同量程比较时，精度等级数值越小，最大允许误差越小。 8. 某仪表满量程100 V、精度等级1.0级，按等级估算最大允许误差为多少？ 【答案】约±1 V。 【解析】，故最大允许误差约为±1 V。 知识点5 量程选择 【知识再现】量程应覆盖被测量的实际变化范围，并在安全、可靠的前提下尽量选择合适的小量程，以获得较好的分辨能力和相对测量效果。 【讲解】选型要同时考虑被测范围、精度等级、过载能力、响应速度和环境条件。量程不足会过载，量程过大又可能降低有效分辨能力。 【易错提醒】【易错提醒】量程不是越大越好；首先要保证不超量程，再在满足安全裕量的范围内选择合适量程。 要点：先覆盖范围，再比较精度 要点：综合环境和可靠性 9. 被测压力正常为0～80 kPa，偶尔可达85 kPa，选择量程时应至少覆盖多少？ 【答案】应覆盖85 kPa，并留有适当安全裕量。 【解析】量程必须覆盖可能出现的最大被测值，不能只按正常值80 kPa选择。 10. 同样精度等级下，测量0～10 V信号时，20 V量程和200 V量程哪一个通常更合适？ 【答案】20 V量程更合适。 【解析】两者都覆盖被测范围时，小量程通常具有更好的有效分辨能力。 知识点6 误差分析与传感器选型流程 【知识再现】选型可按‘明确被测量—确定范围和环境—比较误差与精度—核对输出和接口—验证安装与可靠性’的流程进行。 【讲解】实际工程中不能只凭一个指标选传感器。应将量程、允许误差、灵敏度、响应速度、环境适应性、安装方式和成本等统一考虑。 【易错提醒】【易错提醒】只比较价格或单一精度指标，可能导致输出接口不匹配、量程不足或环境失效。 要点：先明确任务，再匹配指标 要点：选型结论要说明依据 11. 为高温、强振动设备选择传感器，除量程和精度外还应重点核对什么？ 【答案】耐温范围、抗振性能、安装方式和输出接口等。 【解析】环境适应性和接口匹配直接影响测量可靠性。 12. 某候选传感器量程满足要求但输出接口与控制器不匹配，应否直接选用？ 【答案】不应直接选用。 【解析】还需有匹配的信号调理或更换接口，选型必须满足完整信号链。 [环节4 背诵环节] 背诵条目（先遮盖答案背诵，再逐条核对） 1. 什么是真值和示值？ 【答案】真值是被测量的真实值；示值是传感器或仪表给出的测量结果。 2. 什么是绝对误差？ 【答案】示值与约定真值的代数差，具有正负号和被测量的单位。 3. 实际相对误差、标称相对误差和满度相对误差的分母分别是什么？ 【答案】分别是约定真值、示值和满刻度值，三者通常用百分数表示。 4. 系统误差有什么特点？ 【答案】在相同条件下按一定规律重复出现，可通过校准、补偿或修正减小。 5. 随机误差如何减小？ 【答案】可通过重复测量并取合理统计结果减小其影响。 6. 精度等级数值越小意味着什么？ 【答案】允许的最大引用误差越小，通常表示准确程度越高。 7. 量程选择的基本原则是什么？ 【答案】量程要覆盖最大可能被测值，并在安全前提下选择合适的小量程。 8. 传感器选型为什么不能只看精度？ 【答案】还要考虑量程、环境、响应、输出接口、安装和可靠性等完整使用条件。 [环节5 常考题（中档题）] 1. 示值与约定真值的代数差称为（ ）。 A. B.实际相对误差 B. B.绝对误差 C. C.系统误差 D. D.随机误差 【答案】B 【解析】绝对误差定义为示值与约定真值的代数差，具有正负号。 2. 精度等级为0.5级和1.0级的同量程仪表相比，通常（ ）。 A. A.1.0级更准确 B. C.两者完全相同 C. D.无法比较 D. D.0.5级允许误差更小 【答案】D 【解析】精度等级数值越小，最大允许误差越小。 3. 实际相对误差以绝对误差除以约定真值计算。 【答案】正确 【解析】这是实际相对误差的定义；标称相对误差和满度相对误差使用不同分母。 4. 量程越大，传感器的测量效果一定越好。 【答案】错误 【解析】量程过大可能降低有效分辨能力，应在覆盖范围和安全裕量内选择合适量程。 5. 简述系统误差与随机误差的区别。 【答案】系统误差具有规律性和可重复性，可校准或修正；随机误差由偶然因素引起，结果无规则波动，可通过重复测量减小。 【解析】答出规律性、偶然性及相应减小方法即可。 6. 为什么选型时要使量程覆盖最大可能被测值？ 【答案】防止超量程造成测量失真、设备损坏或安全事故；同时应在满足安全裕量的前提下避免量程过大。 【解析】量程覆盖和有效分辨能力要同时考虑。 7. 某仪表量程0～200 V，精度等级0.5级，测得120 V。说明精度等级的含义并估算最大允许误差。 【答案】0.5级表示最大满度（引用）相对误差按0.5%等级计；最大允许误差约为±1 V。 【解析】。 8. 某测量点可能出现0～8 MPa压力，短时峰值10 MPa，简述量程选型依据。 【答案】量程至少覆盖10 MPa，并留有适当安全裕量；再比较精度等级、过载能力和输出接口。 【解析】不能只按正常范围0～8 MPa选择。 [环节6 高考模拟题] 以下题目按山东省职教高考常见命题方式编制，用于训练“关键词定位—概念对应—情境应用”。 1. 同一仪器的示值总比标准值小0.2，最可能属于（ ）。 A. A.系统误差 B. B.随机误差 C. C.粗大误差 D. D.读数分辨力 【答案】A 【解析】偏差方向和大小稳定，具有规律性。 2. 约定真值为100，示值为102，实际相对误差为（ ）。 A. A.+1% B. C.−2% C. C.+2% D. D.102% 【答案】C 【解析】。 3. 下列做法能减小随机误差的是（ ）。 A. B.扩大量程 B. C.更换单位 C. C.重复测量取合理统计值 D. D.忽略异常数据 【答案】C 【解析】重复测量可减小偶然波动影响。 4. 精度等级主要反映仪表的（ ）。 A. A.最大允许误差水平 B. B.响应时间 C. C.输出频率 D. D.外形尺寸 【答案】A 【解析】精度等级与最大引用误差有关。 5. 粗大误差通常应查找原因并剔除，不能直接当作正常结果。 【答案】正确 【解析】粗大误差多由操作或设备异常造成。 6. 相对误差有量纲，绝对误差没有量纲。 【答案】错误 【解析】绝对误差有被测量的单位，相对误差通常无量纲。 7. 实际相对误差、标称相对误差和满度相对误差的分母分别是什么？ 【答案】实际相对误差以约定真值为分母；标称相对误差以示值为分母；满度相对误差以满刻度值为分母。 【解析】三者的分子均为绝对误差，区别在于比较基准不同。 8. 为0～5 V控制信号选择量程，现有5 V和50 V两档，说明选择依据。 【答案】优先选5 V档；若存在超范围风险则选择更大量程并说明安全裕量，不能牺牲安全。 【解析】在覆盖被测范围且安全的前提下，小量程通常有更好的有效分辨能力。 [环节7 课堂练习] 课堂练习建议用时15—25分钟。先独立作答，再核对答案与解析。 1. 示值与约定真值之差的代数值称为（ ）。 A. B.相对误差 B. C.随机误差 C. D.精度等级 D. D.示值误差 【答案】D 【解析】示值误差是示值与约定真值之差。 2. 下列哪项最适合描述随机误差？ A. A.方向和大小固定 B. B.无规则波动 C. C.明显离群 D. D.由量程决定 【答案】B 【解析】随机误差由偶然因素引起，呈无规则波动。 3. 精度等级为0.2级的仪表通常比1.0级更精确。 【答案】正确 【解析】等级数值越小，最大允许误差越小。 4. 量程选择只要不超过被测量最大值即可。 【答案】错误 【解析】量程必须覆盖最大值并留有安全裕量。 5. 写出实际相对误差的计算表达式并说明各量含义。 【答案】，其中Δ为绝对误差，A_0为约定真值。 【解析】表达式、分母和符号含义均正确即可；绝对误差保留正负号。 6. 列出传感器选型时至少考虑的四项因素。 【答案】被测范围、精度等级、响应速度、环境适应性、输出接口、安装方式等任选四项。 【解析】应体现完整信号链和使用环境。 7. 某仪表满量程50 kPa，精度等级1.0级，求最大允许误差。 【答案】约±0.5 kPa。 【解析】。 8. 某传感器示值为9.8 V，约定真值为10 V，求绝对误差和实际相对误差。 【答案】绝对误差−0.2 V，实际相对误差−2%。 【解析】；。负号表示示值偏低。 [环节8 课堂小结] 复习建议：复习建议：先分清真值、示值和量程，再按误差定义写公式；遇到选型题按‘范围—精度—环境—接口—可靠性’顺序检查。 记忆主线：误差看比较基准，精度看允许误差，选型看完整使用条件。 课堂小结：能判断误差类型、完成基本计算并说明量程选择理由，即达到本专题核心目标。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $