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          如何理解電子測量儀器的精度指標

          作者:ZLG致遠電子 時間:2019-03-22 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            精確度是衡量電子性能最重要的指標,通常由讀數(shù)精度、量程精度兩部分組成。本文結(jié)合幾個具體案例,講述誤差的產(chǎn)生、計算以及標定方法,正確理解精度指標能夠幫助您選擇合適的儀器儀表。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201903/398777.htm

            一、測量誤差的定義

            誤差常見的表示方法有:絕對誤差、相對誤差、引用誤差。

            1)絕對誤差:測量值x*與其被測真值x之差稱為近似值x*的絕對誤差,簡稱ε。

            計算公式:絕對誤差 = 測量值 - 真實值;

            2)相對誤差:測量所造成的絕對誤差與被測量(約定)真值之比乘以100%所得的數(shù)值,以百分數(shù)表示。

            計算公式:相對誤差 =(測量值 - 真實值)/真實值×100%(即絕對誤差占真實值的百分比);

            3)測量的絕對誤差與儀表的滿量程值之比,稱為儀表的引用誤差,它常以百分數(shù)表示。

            引用誤差=(絕對誤差的最大值/儀表量程)×100%

            引用誤差越小,儀表的準確度越高,而引用誤差與儀表的量程范圍有關(guān),所以在使用同一準確度的儀表時,往往采取壓縮量程范圍,以減小測量誤差

            舉個例子,使用萬用表測得電壓1.005V,假定電壓真實值為1V,萬用表量程10V,精度(引用誤差)0.1%F.S,此時萬用表測試誤差是否在允許范圍內(nèi)?

            分析過程如下:

            絕對誤差:E = 1.005V - 1V = +0.005V;

            相對誤差:δ=0.005V/1V×100%=0.5%;

            萬用表引用誤差:10V×0.1%F.S=0.1V;

            因為絕對誤差0.005V<0.1V,所以10V量程引用誤差0.1%F.S的萬用表,測量1V相對誤差為0.5%,仍在誤差允許范圍內(nèi)。

            二、測量誤差的產(chǎn)生

            絕對誤差客觀存在但人們無法確定得到,且絕對誤差不可避免,相對誤差可以盡量減少。

            誤差組成成分可分為隨機誤差與系統(tǒng)誤差,即:誤差=測量結(jié)果-真值=隨機誤差+系統(tǒng)誤差

            因此任意一個誤差均可分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差的代數(shù)和系統(tǒng)誤差:

            1)系統(tǒng)誤差(Systematic error)

            定義:在重復性條件下,對同一被測量進行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。

            產(chǎn)生原因:由于測量工具(或)本身固有誤差、測量原理或測量方法本身理論的缺陷、實驗操作及實驗人員本身心理生理條件的制約而帶來的測量誤差。

            特性:是在相同測量條件下、重復測量所得測量結(jié)果總是偏大或偏小,且誤差數(shù)值一定或按一定規(guī)律變化。

            優(yōu)化方法:方法通??梢愿淖儨y量工具或測量方法,還可以對測量結(jié)果考慮修正值。

            2)隨機誤差。

            定義:隨機誤差又叫偶然誤差,是指測量結(jié)果與同一待測量的大量重復測量的平均結(jié)果之差。產(chǎn)生原因:即使在完全消除系統(tǒng)誤差這種理想情況下,多次重復測量同一測量對象,仍會由于各種偶然的、無法預測的不確定因素干擾而產(chǎn)生測量誤差。

            特點:是對同一測量對象多次重復測量,測量結(jié)果的誤差呈現(xiàn)無規(guī)則漲落,可能是正偏差,也可能是負偏差,且誤差絕對值起伏無規(guī)則。但誤差的分布服從統(tǒng)計規(guī)律,表現(xiàn)出以下三個特點:

            ? 單峰性,即誤差小的多于誤差大的;

            ? 對稱性,即正誤差與負誤差概率相等;

            ? 有界性,即誤差很大的概率幾乎為零。

            優(yōu)化方法:從隨機誤差分布規(guī)律可知,增加測量次數(shù),并按統(tǒng)計理論對測量結(jié)果進行處理可以減小隨機誤差。

            三、精密度、精確度與準確度

            精確度和誤差可以說是孿生兄弟,因為有誤差的存在,才有精確度這個概念。儀表精確度簡言之就是儀表測量值接近真值的準確程度,通常用相對百分誤差(也稱相對折合誤差)表示。

            1)測量偶然誤差的大小反映了測量的精密度

            用同一測量工具與方法在同一條件下多次測量,如果測量值隨機誤差小,即每次測量結(jié)果漲落小,說明測量重復性好,稱為測量精密度好也稱穩(wěn)定度好。

            2)系統(tǒng)誤差大小反映了測量可能達到的準確程度

            根據(jù)誤差理論可知,當測量次數(shù)無限增多的情況下,可以使隨機誤差趨于零,而獲得的測量結(jié)果與真值偏離程度——測量準確度,將從根本上取決于系統(tǒng)誤差的大小。

            3)精確度是測量的準確度與精密度的總稱

            在實際測量中,影響精確度的可能主要是系統(tǒng)誤差,也可能主要是隨機誤差,當然也可能兩者對測量精確度影響都不可忽略。在某些中,常用精度這一概念,實際上包括了系統(tǒng)誤差與隨機誤差兩個方面,例如常用的儀表就常以精度劃分儀表等級。

            四、儀器精度等級與量程

            精確度是儀表很重要的一個質(zhì)量指標,常用精度等級來規(guī)范和表示。精度等級就是最大相對百分誤差去掉正負號和%。按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級有0.05,0.02,0.1,0.2,1.5等。數(shù)字越小,說明儀器儀表的精確度越高。

            儀表精確度不僅和絕對誤差有關(guān),而且和儀表的測量范圍有關(guān)。如果絕對誤差相同的兩臺儀表,其測量范圍不同,那么測量范圍大的儀表相對百分誤差就小,儀表精確度就高;反之亦然,精度等級相同的兩臺儀器,量程范圍大的儀表絕對誤差也更大。

            五、應用精度的選擇

            在實際應用過程中,要根據(jù)測量的實際情況來選擇儀器的量程和精度,并不一定精度等級小的儀器,就一定有最好的測量效果。

            例如:測量10V標準電壓,用100V擋、0.1級和15V擋、0.5級的兩塊萬用表測量,哪塊表測量誤差小?

            解:第一塊表測的最大絕對允許誤差

            △X1=±0.1%×100V=±0.10V。

            第二塊表測的最大絕對允許誤差

            △X2=±0.5%×15V=±0.075V。

            比較△X1和△X2可以看出:雖然第一塊表準確度比第二塊表準確度高,但用第一塊表測量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測量所產(chǎn)生的誤差大。因此,可以看出,在選用儀器儀表時,并非準確度越高越好,還要選用合適的量程,只有正確選擇量程,才能發(fā)揮其潛在的準確度。

            ZLG立功科技·致遠電子PA8000示波器擁有豐富的觸發(fā)方式,可以針對不同的場景進行觸發(fā),是一款認證級功率分析儀,功率精度高達0.01%、帶寬高達5MHz,是逆變器、變頻器與電源產(chǎn)品能效測量的基準,也是標準實驗室認證檢測的依據(jù)。

            



          關(guān)鍵詞: 測量儀器

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