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Analisi della classificazione degli errori di misurazione del sensore
May 13, 2017

Un buon sensore è conforme alle seguenti regole:

È sensibile alla proprietà misurata

È insensibile a qualsiasi altra proprietà probabilmente incontrata nella sua applicazione e non influenza la proprietà misurata.

La maggior parte dei sensori ha una funzione di trasferimento lineare. La sensibilità viene quindi definita come rapporto tra il segnale di uscita e la proprietà misurata. Ad esempio, se un sensore misura la temperatura e ha un'uscita di tensione, la sensibilità è una costante con le unità [V / K]. La sensibilità è la pendenza della funzione di trasferimento. La conversione dell'uscita elettrica del sensore (ad esempio V) per le unità misurate (ad esempio K) richiede la ripartizione dell'uscita elettrica per pendenza (o moltiplicazione per il suo reciproco). Inoltre, è spesso aggiunto o sottratto un offset. Ad esempio -40 deve essere aggiunto all'uscita se l'uscita 0 V corrisponde a -40 C input.

Per un segnale analogico da elaborare o utilizzare in apparecchiature digitali, deve essere convertito in un segnale digitale, utilizzando un convertitore analogico-digitale.


Deviazioni del sensore

Poiché i sensori non possono replicare una funzione di trasferimento ideale, possono verificarsi diversi tipi di deviazione che limitano la precisione del sensore:

Poiché l'intervallo del segnale di uscita è sempre limitato, il segnale di uscita raggiungerà eventualmente un minimo o un massimo quando la proprietà misurata supera i limiti. L'intervallo di scala completa definisce i valori massimi e minimi della proprietà misurata.

La sensibilità può in pratica differire dal valore specificato. Questo viene definito un errore di sensibilità. Si tratta di un errore nel pendio di una funzione di trasferimento lineare.

Se il segnale di uscita differisce dal valore corretto da una costante, il sensore presenta un errore di offset o una polarizzazione. Questo è un errore nell'intercetta y di una funzione di trasferimento lineare.

La nonlinearità è la deviazione di una funzione di trasferimento del sensore da una funzione di trasferimento lineare. Di solito, questo è definito dalla quantità che l'uscita differisce dal comportamento ideale per tutta la gamma del sensore, spesso notata come percentuale della gamma completa.

La deviazione causata da rapidi cambiamenti della proprietà misurata nel tempo è un errore dinamico. Spesso, questo comportamento viene descritto con una traccia bode che mostra l'errore di sensibilità e lo spostamento di fase in funzione della frequenza di un segnale di ingresso periodico.

Se il segnale di uscita cambia lentamente indipendentemente dalla proprietà misurata, questo viene definito come deriva. La deriva a lungo termine per mesi o anni è causata da modifiche fisiche nel sensore.

Il rumore è una deviazione casuale del segnale che varia nel tempo.

Un errore di isteresi causa che il valore di uscita varia in funzione dei valori di ingresso precedenti. Se un'uscita di un sensore è diversa a seconda che sia stato raggiunto un valore di ingresso specifico aumentando o diminuendo l'ingresso, il sensore ha un errore di isteresi.

Se il sensore ha un'uscita digitale, l'uscita è essenzialmente una approssimazione della proprietà misurata. Questo errore è anche chiamato errore di quantizzazione.

Se il segnale viene monitorato digitalmente, la frequenza di campionamento può causare un errore dinamico o se la variabile di ingresso o il rumore aggiunto cambiano periodicamente a una frequenza vicino a un multiplo della frequenza di campionamento, potrebbero verificarsi errori di aliasing.

Il sensore può essere in qualche misura sensibile a proprietà diverse dalla proprietà da misurare. Ad esempio, la maggior parte dei sensori sono influenzati dalla temperatura del loro ambiente.

Tutte queste deviazioni possono essere classificate come errori sistematici o errori casuali. Talvolta gli errori sistematici possono essere compensati per mezzo di una qualche strategia di calibrazione. Il rumore è un errore casuale che può essere ridotto dall'elaborazione del segnale, come il filtraggio, di norma a scapito del comportamento dinamico del sensore.


Risoluzione

La risoluzione di un sensore è la più piccola modifica che può rilevare nella quantità che sta misurando. La risoluzione di un sensore con uscita digitale è solitamente la risoluzione dell'uscita digitale. La risoluzione è legata alla precisione con cui viene effettuata la misurazione, ma non sono la stessa cosa. La precisione di un sensore può essere notevolmente peggiore della sua risoluzione.


Un paio di: Sensori in natura

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