检测装置性能及稳定性分析

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：检测装置的基本性能是指仪器仪表的输出对输入的响应质量，包括静态特性和动态特性两大类。与量程有关的另一个指标是测量装置的过载能力，超过允许承受的最大输入量时，测量装置的各种性能指标得不到保证，这种情况称为过载。一般以室温条件下经过一个规定的时间后，测量装置的输出与起始标定时的输出差异程度来表示其稳定性。影响稳定性的因素主要是时间、环境、干扰和测量装置的器件状况。

检测装置就是确定被测量大小的仪器，它既可由许多单独的部件组成，也可以是一个不可分的整体。前者多用于复杂的仪器或实验装置中，后者多为工业用的简单仪表。无论是简单仪表还是复杂仪器，工程上使用的现代检测装置基本上都是由传感器、测量电路与显示面板等部分组成。

检测装置的基本性能是指仪器仪表的输出对输入的响应质量，包括静态特性和动态特性两大类。所谓静态特性是指被测量处于稳定状态下，仪器仪表输出与输入之间的关系；动态特性是指测量装置或系统的输出对于随时间快速变化的输入量的动态响应。当被测量是恒定量或是缓慢变化量时，可以通过一些静态指标衡量；当被测量变化较快时，必须研究输入量变化过程中输出响应的动态误差。下面就介绍几个衡量静态特性的指标。

1.精度

检测装置的精度包括精密度、准确度和精确度3项内容。

1）精密度

精密度是指在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度即分散程度，反映了随机误差的大小。

2）准确度

准确度表示测量仪器指示值对真值的偏离程度，它反映了系统误差的大小。

3）精确度

精确度是精密度和准确度的综合反映，它反映了系统综合误差的大小，并且用来表示测量误差的相对值。

如图1-3所示为打靶弹着点分布图，图（a）的弹着点很分散，它的精密度很低；图（b）的弹着点集中但偏向一方，相当于精密度高但准确度低；图（c）的弹着点集中靶心，相当于既精密又准确，精确度高。

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图1-3　打靶弹着点分布图

精确度反映了测量中各类误差的综合。测量精确度越高，测量结果中包含的系统误差和随机误差越小，当然测量装置的价格就越昂贵。误差理论分析表明，由若干台不同精确度的测量仪器组成的测试系统，其测试结果的最终精确度主要取决于精确度最低的那台仪器。因此，应从被测对象的实际情况出发，选用同等精确度的测量仪器，以获得最佳的技术经济效益。

2.灵敏度

灵敏度是指单位输入量所引起的输出量的大小。如水银温度计输入量是温度，输出量是水银柱高度，若温度每升高1 °C，水银柱高度升高1 mm，则它的灵敏度可以表示为1 mm/ °C。测量装置的静态灵敏度是由静态标定来确定的，即由实测该装置的输入、输出来确定。这种关系曲线叫标定曲线，而灵敏度可以定义为标定曲线的斜率：

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式（1-1）中，aS表示测量装置的静态灵敏度，yΔ表示输出信号的变化量，xΔ表示被测参数的变化量。

原则上说，测量装置的灵敏度应尽可能高，这意味着它能检测到被测参量极微小的变化，即被测参量稍有变化，测量装置就有较大的输出，并显示出来。因此，在要求高灵敏度的同时，应特别注意与被测信号无关的外界噪声的侵入。为达到既能检测微小的被测参量，又能使噪声尽量降低的目的，要求测量装置的信噪比越大越好。一般来讲，灵敏度越高，测量范围越窄，温度稳定性也越差。

3.测量范围与量程

测量范围是指被测量按照规定精确度进行测量的范围。量程是指测量装置允许测量的输入量的上、下极限值。使用时，要求被测量应在量程范围内，如量程为5 A的电流表不允许测量8 A的电流。与量程有关的另一个指标是测量装置的过载能力，超过允许承受的最大输入量时，测量装置的各种性能指标得不到保证，这种情况称为过载。过载能力通常用一个允许的最大值或用满量程值的百分数表示。

4.稳定性

稳定性表示测量装置在一个较长的时间内保持其性能参数的能力，也就是在规定的条件下，测量装置的输出特性随时间的推移而保持不变的能力。一般以室温条件下经过一个规定的时间后，测量装置的输出与起始标定时的输出差异程度来表示其稳定性。影响稳定性的因素主要是时间、环境、干扰和测量装置的器件状况。因此，选用测量装置时应考虑其抗干扰能力和稳定性，特别是在复杂环境下工作时，应考虑各种干扰（如电磁辐射等）的影响。

检测装置性能及稳定性分析

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