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        什么是精確度與分辨率

        什么是精確度與分辨率? 
          衡量儀表測量能力的指標中,通常遇到較多的是精確度(簡稱精度)的概念。與精度有關的指標有三個:精密度、準確度和精確度等級。
          描述測量儀表指示值不一致程度的量叫精密度。即對某一個穩定的被測量,在相同的工作條件下,由同一個測量者使用同一個儀表,在相當短的時間內按同一方向連續重復測量,獲得測量結果(儀表指示值)不一致的程度。例如某溫度計的精密度為0.5k,表明該溫度計測量溫度時,不一致程度不會大于0.5k。不一致程度越小,說明儀表越精密。有時表面上看不一致程度為零,但并不能說明該儀表精密度好。例如某距離的真值是1.426米,經某儀表多次測量的結果均為1.4米,這只能說明該儀表顯示的有效位數太少。顯然能讀出的有效值數越多,儀表的精密度才有可能越高。
          描述儀表指示值有規律地偏離真值的程度叫準確度。例如某電壓的真值是10.000mV。經某電壓表多次測量結果是10.03mV、10.04mV、10.06mV、10.04mV,則該電壓表指示值偏離真值的數值為0.06mV。所以該電壓表的準確度為0.06mV。


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        圖一 真空壓力表校驗器


          精確度是精密度和準確度兩者的總和,即儀表在測量性能上的綜合優良程度。儀表的精密度和準確度都高,其精密度才能高。精密度最終是以測量誤差的相對值來表示的。
          準確度是由系統誤差產生的,它是指服從某一特定規律(如定值、線性、多項式、周期性等函數規律)的誤差。產生系統誤差的原因有:儀表工作原理所利用的物理規律不完善;儀表本身材質、零部件、制造工藝有缺陷;測量環境有變化;測量中使用儀表的方法不正確;測量工作人員不良的讀數習慣等?傊,這些誤差的出現是有規律的,產生的原因是可知的。所以應盡可能了解各種誤差的原因,并設法消除其影響,或者,在不能消除時,確定或估計出其誤差值。
          精密度是兩個因數確定的,一個是重復性,它是由隨機誤差決定的;另一個是儀表能顯示的有效位數,能讀出的有效位數越多,儀表的精密度越高。隨機誤差是指在相同的條件下多次測量同一物理量時,在已經消除系統誤差的因數之后,測量結果仍有誤差。它是由許多影響量細小變化的總和造成的,而其中的每個影響量的變化規律以及它們之間的關系難以認識,因而表現出隨機性。但是,總的看這種隨機變化服從統計規律(如正態分布、均勻分布等)。測量中,它表現了測量結果的分散性,該誤差不能用校正方法消除,只能利用概率論和統計學的一些方法,評估隨機誤差對測量結果的影響,通過適當的數據處理,有可能大大地減少它對測量結果的影響。
          精確度是反映測量儀表優良程度的綜合指標。實際測量中,精密度越高,準確度不一定高,因儀表本身可能存在較大的系統誤差。反之,如果準確度高,精密度也不一定高。精密度和準確度的區別,可以用圖1-3射擊的例子來說明。圖1-3(a)表示彈著點很分散,相當于精密度差;圖1-3(b)表示精密度良好,但準確度差;圖1-3(c)才表示精密度和準確度都很好。


          在工程檢測中,為了簡單地表示儀表測量結果的可靠程度,引入一個儀表精度等級的概念,用A表示。A的定義是,儀表在規定工作條件下,其最大絕對允許誤差值相對儀表測量范圍的百分數。即:
        A%=(Δgmax/xmax-xmin)*100%           (1-2)
        式中      gmax——最大絕對允許誤差值
                  xmax-xmin——測量范圍的上、下限值
                  A——精度等級
        為了方便,對A的數值以一系列標準百分數值進行分檔,如0.001、0.005、0.02、0.05…1.5、2.5、4.0、6.0等。例如某儀表的精度為1.5級,表明該儀表指示值相對誤差不大于1.5%。


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        圖二 真空壓力表校驗器

         

             如果某儀表的輸入量從某個任意非零值緩慢地變化(增大或減。,在輸入變化值Δ沒有超過某一數值以前,該儀表指示值不會變化,但當輸入變化值Δ超過某一數值后,該儀表指示值發生變化。這個使指示值發生變化的最小輸入變化值稱為儀表的分辨率。分辨率顯示儀表能夠檢測到被測量最小變化量的本領。一般模擬式儀表的分辨率規定為最小刻度分格數值的一半。數字式儀表的分辨率規定為最后一位的數字。

        在單片機控制的許多應用場合,都要使用變送器來將單片機不能直接測量的信號轉換成單片機可以處理的電模擬信號,如電流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。

            早期的變送器大多為電壓輸出型,即將測量信號轉換為0-5V電壓輸出,這是運放直接輸出,信號功率<0.05W,通過模擬/數字轉換電路轉換數字信號供單片機讀取、控制。但在信號需要遠距離傳輸或使用環境中電網干擾較大的場合,電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制,暴露了抗干擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點,而兩線制電流輸出型變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應用。

        電壓輸出型變送器抗干擾能力極差,線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分,使單片機產生誤判斷,控制出現錯誤,嚴重時還會損壞設備,輸出0-5V絕對不能遠傳,遠傳后線路壓降大,精確度大打折扣,F在很多的ADC,PLC,DCS的輸入信號端口都作成兩線制電流輸出型變送器4-20mA的,證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。


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        圖三 三接口壓力表校驗器






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