精密度的计算与测量

1精密度的計算與測量宇田控制科技股份有限公司誠田自動化儀錶（上海）有限公司上海市閔行區七寶鎮中春路7039弄88-1號4樓電話：[phone]傳真：54887305郵編：201101编辑：吳標編輯日期：2010.12.232一、简述：非常高兴和大家一起来学习讨论关于精密度的计算与测量。下面我将以HUMOR20（湿度校准仪）为基础来分析温湿度的精密度和测量。简述温湿度校准仪的应用。和产品精密度校准测量的一般标准计算，和相关定义。以及TH16的精密度检测测量。感谢各位！首先关注什么是精密度？精密度是在科学、工程学、工业及统计学等范畴上一个重要概念。精密度是指在相同的条件下，多次平行分析结果相互接近的程度。它表明测定数据的再现性。精密度用偏差来表示。偏差数值越小，说明测定结果的精密度越高。简称“精度”。3准确度是指测得值与真值之间的符合程度。准确度的高低常以误差的大小来衡量。即误差越小，准确度越高；误差越大，准确度越低。二、说明精密度误差的计算和定义：误差可表示为：误差=测量结果-真值=随机误差+系统误差误差有两种表示方法——绝对误差和相对误差。绝对误差(E)=测得值（x）—真实值（T）相对误差(E﹪)={【测得值（x）—真实值（T）】／真实值（T）}×100绝对误差和相对误差的含义是不同的，绝对误差表示的是测定值和真实值之差，而相对误差表示的是该误差在真实值中所占的百分率。4由：相对误差(E﹪)={【测得值（x）—真实值（T）】／真实值（T）}×100例1：测量范围，0~200bar,误差0.15%ofFS误差=0.15200bar/100=0.3bar例2：测量范围，0~50bar,max.偏差具有线性0.2bar,误差（in%ofFS)=1000.2bar/50bar=0.4%请参考下图曲线说明线性误差：5实际线性线性、全量程理想线性6线性应用误差7间隙误差说明：测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同这种误差被称作间隙误差。间隙误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的的绝对值。例3：测量范围，0~100bar，输出信号0~20mA压力变高信号：0~50bar~100bar输出信号：0mA~10mA~20mA压力变小信号：100bar~50bar~0bar输出信号：20mA~10.1mA~0.05mA即：误差（in%ofFS)=1000.1mA/20mA=0.5%线性误差都是随机性的误差。和间隙误差都是系统误差，可以通过电子线路对线性误差校正和减小，利用改变测量的方法和显示等或程序来对这些误差加以补偿或消除。系统误差可以重复有效地补偿。8重复性误差说明：定义：在相同的工作条件下，对同一个输入值在短时间内多次连续测量输出所获得的极限值之间的代数差。在全测量范围内和同一工作条件下，从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的随机误差。系统误差：系统误差又叫做规律误差。它是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。重复性误差是不可靠的数据，即为检测结果无法得到补偿，见下图曲线。9重复性不可靠的数据10静态误差：事实上，静态误差是指当测量器件的测量值(或输入值)不随时间变化时，测量结果(或输出值)会有缓慢的漂移，这种误差称为静态输入误差，或称静态误差。静态误差是指误差的幅值和方向是恒定的,或者是按一定规律缓变的(变化周期大于装置调整周期),即不需要考虑时间因素对误差的影响。例4：变送器的静态误差计算线性度±0.50%FS/间隙±0.10%FS/零点漂移±1.2%在T(温度）30度（70度-40度）。即：静态误差===±1.3%静态误差曲线分布如下图：目前我们仪表测试接触到的误差基本分为：显示误差、线性误差、重复性测量误差、稳定性误差、设备系统误差、环境温度波动漂移引起的误差、间隙误差等。但是我们产品的指标标称是以线性精度作为研究的对象和质量说明的要素。也是测试过程中作为基准度来度量的依据。即：静态线性误差==±0.50%2222.11.05.07.125.011静态误差12温度误差：由于环境温度或介质温度改变引起的误差通常是可以建立和校正的系统误差。其温度误差分为有两种不同类的误差：热零点漂移、热灵敏度漂移。热零点漂移可描述为：环境温度改变了输出信号偏离零点的变动。输入信号为零，输出信号偏离零值的变化。它又被简称为：零漂。这种误差可以利用电子线路补偿消除。所有的测量值可以转换并依赖于加以修正。热灵敏度漂移可描述为：随着环境温度以及传感器或内部的温度的变化，都会引起灵敏度漂移，即在不同温度下测试出的结果会发生相同的相对量的变化。提示：当温升超过传感器或电子器件的温度范围内，即会产生较大偏差和损坏。所以需要考虑足够的较好的冷却。下图为热零点误差和热灵敏度误差曲线分布：温度漂移-温度漂移指的是因温度变化所导致的输出电压变化，以ppm／ºC为单位来表示。温度漂移可用多种方法(斜坡、蝶形电路或逻辑框)来确定，但最常用的方法是逻辑框法，计算公式如下：TC|ppm/ºC|=((Vmax-Vmin)*10^6)/((Tmax-Tmin)*Vnom)在直接耦合的放大电路中，即使将输入端短路，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的输出电压。这种输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化。都将产生输出电压的漂移。在阻容耦合放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压都将降落在耦合电容之上，而不会传递到下一级电路进一步放大。但是，在直接耦合放大电路中，由于前后级直接相连，前一级的漂移电压会和有用信号一起被送到下一级，而且逐级放大，以至于有时在输出端很难区分什么是有用信号、什么是漂移电压、放大电路不能正常工作。采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而差生的漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因此也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。13热零点误差14热灵敏度误差15高精度濕度發生器1、設備介紹：該設備為益加義公司開發的濕度發生器。HUMOR20是高精度的濕度發生器，可重複及可自動記錄的濕度校準儀器。能在相對濕度為10~95%RH的範圍內工作，既可校準帶獨立探頭的管道安裝型變送器，也可校準牆面安裝變送器。測量室中帶有溫度傳感器，可同時顯示測量室的溫度。HUMOR20溯源至國際標準，極高的精確度使其作為實驗室中相對濕度的校準基準。基於其工作原理，HUMOR20可用於普通的實驗室環境。操作HUMOR20只需要蒸餾水、10公斤壓力的無油壓縮空氣和90-230V的交流電源。HUMOR20本身可提供被測儀器所需要的24V直流電源。隨機附帶的軟體包允許用戶記錄校準過程及調整HUMOR20。通過標準RS232串行介面可連接電腦。如右圖所示：三：EYC温湿度精密度校准2、工作原理HUMOR20基於傳統的雙壓法濕度發生原理，這與許多國家計量局所採用的標準儀器相似。壓力為P1的空氣或氮氣被引入注水的飽和室，在壓力P1下相對濕度變為100%RH。利用減壓閥使飽和空氣的壓力降為環境壓力P，並將其通過緩衝的環路工藝結構引入測量室。精密的結構設計可使飽和室和測量室的溫度保持一致。在這種條件下，水蒸氣分壓力ews與氣體總壓力以同比例降低。即：e=ews*P/P1由此：RH=e/ews=P/P1這樣，測量室產生的相對濕度實質上依賴於這兩個壓力的比。系統誤差已經在工廠校準時被修正。通過調整壓力P1就可得到在測量室內需要的相對濕度值。目前有三种检测湿度的方法：即双压法、双温法、恒温恒湿箱。我们采用的是精度最高的双压法。050010001500200025003000dryairvapourevapoure'900270015050pressure[mbar]dryairT1=T2=T=常数–通过湿度发生器热传导性很强的结构实现温度平衡T1=T2=T=常数–通过湿度发生器热传导性很强的结构实现温度平衡结构示意图:)p()p(1221ff*ppHR050010001500200025003000dryairvapourevapoure'900270015050pressure[mbar]dryair10-95%RH3、技術數據概述工作原理雙壓法工作範圍相對濕度不確定度標稱不確定度由儀器的標準不確定度乘以係數2而得到。僅適用於標準的測量室蓋測量室內溫度測量誤差僅適用於標準的測量室蓋±0.3℃供電電源工作設備90-230VAC*最大10公斤壓力的無油壓縮空氣或氮氣*蒸餾水HUMOR20穩定時間＜3分鐘/測量點被測儀器穩定時間約20分鐘/測量點內置供電電源24VDC，最大200mA被測儀器模擬信號接收通道僅適用於標準的測量室蓋（可在4-20mA/0-20mA/0-1v/0-5V/0-10V之間轉換）模擬信號顯示誤差電壓測量：＜5mV電流測量：＜30μA顯示帶背光點矩陣顯示流量3升／分鐘，相對濕度＞85%RH時流量降低在95%RH時流量為1.5升／分鐘建議再校準間隔1年電腦介面RS232（串行口）軟體對系統的要求MSWIN98/ME/NT4.0MSWINXP/WIN2000環境條件溫度：10-40℃濕度：10-80%RH製造標準EN610000-6-3EN61000-6-4EN60068-2-6EN610000-6-2EN61000-6-4EN60068-2-29OEVEEN61326-1+A1+A2C∈4、HUMOR20校準證書：HUMOR20均附有生產廠家依照DINEN10204-2.3.標準出具的證書。OKED認證確保以下不確定度：相對濕度範圍不確定度（在25℃±3℃時）＜35%RH±0.2%RH35-60%RH±0.35%RH60-95%RH±0.5%RH5、HUMOR20測試方法：按照公式計算壓力輸入調節表如下：即：e=ews*P/P1由此：RH=e/ews=P/P1如下圖表：輸入壓力值P1（bar）大氣壓力P（bar）輸出濕度值RH8.751.0512%5.251.0520%3.501.0530%2.6251.0540%2.101.0550%1.751.0560%1.401.0575%1.2351.0585%1.1671.0590%1.1051.0595%236、测试TH16檢定用主要設備（MainmeasuringinstrumentusedinVerification）：序号No儀器設備名稱Nameofmeasuringinstrument型號Model編號SerialNo精度等級1濕度校準儀E+EHUMOR20Q-01±0.3℃10-95%RH2整合式多功能顯示器EYC5714NO1≤0.1%3整合式多功能顯示器EYC5714NO3≤0.1%4二等標準玻璃水銀溫度計LONGTUO0~50二等4整合式多功能顯示器EYC5714NO4≤0.1%5整合式多功能顯示器YUDEN57141≤0.1%6壓力變送器3297.074.020（0~6bar）260IBVT1.00%7壓力變送器3297.075.020(0~10bar）260IBVT1.00%8溫濕度變送器E+EEE22b1004/p70557.0016六、環境溫度（Temperature）：二等水銀溫度計溫度：21.5℃7、HUMOR20驗證比较測試：測試儀錶：TH16、EE23.EE23、TH16序號（S/N）量測單位：溫度℃量測單位：RH12%50%75%90%最大值（EE23）基準溫濕度21.212.0%50.2%74.6%89.9%（TH16）17102601000121.712.7%52.3%76.5%89.8%99.9%（TH16）17102601000522.012.6%51.7%74.3%90.5%99.3%（TH16）17102601000421.6