传感器测试相关术语分析:绝对误差、偏差等(二)

2019-07-08
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摘要 在传感器的测试过程中,无论采用多么完善的测试方法和多么精确的测试装置,都不可避免地会产生误差,测试结果也就不可能绝对准确。

  11.测置误差

  测量误差等于测量结果减去被测量的真值,即测量误差=测量值一真值

  式中所定义的误差反映的是测量值偏离真实值的大小和方向,因此又常称它为绝对误差。

  12.绝对误差

  绝对误差可用下式定义

  式中△——绝对误差,L——真实值;X——测量值。

  采用绝对误差表示测量误差,不能很好地说明测量质量的好坏。例如,温度测量的绝对误差△ = 1 °C,若对体温测量来说,这到了荒谬的程度;而对钢水温度来说,它则是目前尚达不到的最好测量结果。

  绝对误差一般只适用于标准量具或标准仪表的校准。在标准量具或标准仪表的校准工作中,实际使用的是“更正值”。更正值是与绝对误差大小相等、符号相反的值。其实际含义是, 真实值等于测量值加上更正值,这样使用起来更方便些。

  应该注意“绝对误差”具有符号,它不应与误差的绝对值混淆,后者是误差的模。

  13.相对误差

  绝对误差只能用于判断同一被测量的测试精度,如果对不同被测量进行测试,它就较难判

  断其精确度了。例如,用某一测试方法,测试100 mm的长度,其误差为10μm,测试结果用绝对误差表示为(100±0.01) mm;而用另一种测试方法测同样长度,误差为5μm,用绝对误差表示为(100士0.005) mm。显然,根据绝对误差的大小,可以判断后一种方法比前一种方法的精确度高。但是如果用后一种方法测试的长度不是100 mm,而是10 mm,这时哪一种测试方法的精度高呢?因此就产生了相对误差的概念。

  相对误差,是指绝对误差△和测量值X的比值,即

  由式(4-4)可知,相对误差£是一个没有单位的数值,它通常以百分数(%)表示。因此对 于前一种方法,其相对误差为

  由此可知,绝对误差和相对误差都可以用来判断测试的精确程度。通常多用绝对误差表 示。在比较不同类量或同类量而不同值的测试精度时,以及表示具有不同类量变换的测试装置精度和多档测试装置精度时,采用相对误差表示更方便。

  14.引用误差

  引用误差是直读式指针仪表中通用的一种误差表示方法。它的定义是测量绝对误差与仪表的满量程之比,一般用百分数表示,即

  式中,y —引用误差;△——绝对误差;A——仪表的满量程。

  国家规定电工仪表精确度等级分为0. 1,0. 2,0. 5,1.0,1.5,2. 5,5.0七级。例如,0. 1级表的引用误差的最大值不超过±0.1%;0.5级表的引用误差的最大值不超过±0.5%。对于工业自动化仪表的精确度也有和电工仪表相类似的规定,工业自动化仪表的精确度等级一般在0.5〜4.0级之间。

  从引用误差形式上看很像相对误差,但是对某一具体仪表来说,由于其分母(满量程)A是一个常数,与被测量大小无关/因此它实质上是一个绝对误差的最大值。例如,量程为1 V的毫伏表,精确度为5.0级,即

  这说明无论指针在刻度的哪一点,其最大绝对误差不超过50 mV。但各点的相对误差是不同的。在选用仪表时,一般应保证仪表经常工作在刻度标尺的2/3附近,这样既保证了测量 的精确度,又保证了仪表的安全操作。

  15.偏差

  由于真值不可能知道,所以绝对测量误差在大多数情况下是不可知的,研究和分析误差都是从偏差着手。

  16.算术平均误差

  在一组n次测量中,各次测量的偏差的绝对值的平均值称为算术平均误差,用符号δ表示,即

  严格说来,误差和偏差这两个术语的含义是不同的。误差是指测量值和真值之差;偏差是指测量值和算术平均值之差。算术平均误差应称为算术平均偏差。

  算术平均偏差是一种常用的表示误差的方法,它的缺点是不能反映出测量值的分布情况。现以表4-1中的两组压力测试数据来说明问题。表4-1列出了红、蓝两组测量的数据,它们的算术平均偏差为4X106 Pa。但是很明显,蓝组各偏差的数值大小参差不齐,而红组各偏差的数值比较均匀,因此算术平均偏差不能反映这种情况。

  17.标准误差(标准偏差)

  标准误差(严格讲应为标准偏差)也称为均方根误差。它的定义是:一组n次测量中(n是一个很大的数),各次测量的偏差的平方的算术平均值称为单个测量值的标准偏差(或测量的标准偏差),用符号σ表示,即

  标准偏差的平方称为方差。

  标准偏差对于测量值的分布状况十分敏感,例如表4 - 1的两组测压数据,它们的标准偏差分别为

  它反映了蓝组测量数据的散布比红组大的事实。在工程实验中,常用标准偏差来表示误差的 可能范围。

  前述关于标准偏差的定义是测量次数为无限多时的标准偏差。测量次数较少时,尤其是当n<5时,常用计算公式为

  有时为了对测量次数为无限多时的标准偏差和测量次数有限时的标准偏差加以区别,则用符号S表示测量次数有限时的标准偏差,即


  由式(4-9)可见,当n=10时,σ和S差别很小。


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