传感器与测控电路的基本概念

　　一、测控技术的定义

　　测控技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。

　　测控技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的新信息技术学科。测量是指以确定被测对象属性量值为目的全部操作。测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。

传感器与测控电路的基本概念

　　检测就是借助专门的技术工具确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中常借助专门的设备，通过实验和计箅把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，用数值和单位共同表示被测对象的暈值的过程。检测是揭示客观世界规律的手段。广义地说，任何科学实验的结论，都是对实验数据统计推断的结果，而数据的取得，只有靠检测来完成。广义地讲，测控技术是自动化技术四个支柱之一，从信息科学角度考察，测控技术任务为：寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系;从反映某一信息的多种信号表现屮挑选出在所处条件下最为适宜的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示等的方法和相应的设备。

　　佶息采集是指从自然界诸多被测晕如物理量、化学量、生物量与社会力量等中提取有用的信息。

　　信息变换是将所提取出的有用信息进行电量形式的幅值、功率等的转换。信息处理的任务，视输出环节的需要，可将变换后的电信号进行数字运算如求均值、极值等、模拟量/数字量之间变换等处理。

　　信息传输的任务是在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信息进行远、近距离的传递。

　　虽然测控技术服务的领域非常广泛，但是从这门课程的研究内容来看，不外乎是传感器技术、误差理论、测试计量技术、抗干扰技术以及电量间互相转换的技术等。提髙自动测控系统的检测分辨率、精度、稳定性和可靠性是本门技术的研究课题和方向。

　　自动测控系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号处理等诸系统的总称。在以上诸系统中，都包含被测量、敏感元件、电子测量电路和输出单元，它们之间的区别仅在于输出单元。如果输出单元是显示器或记录器，则该系统称为自动测量系统;如果输出单元是计数器或累加器，则该系统称为自动计量系统﹔如果输出单元是报警器，则该系统是自动保护系统或自动诊断系统﹔如果输出单元是处理电路，则该系统是部分数据分析系统、自动管理系统或自动控制系统。

　　二、测控与转换系统的结构

　　检测的目的是在限定的时间内，尽可能正确地收集被测对象的有关信息，以便获取被测对象的参数，从而管理和控制生产。检测是生产过程控制中最重要的一环，生产过程中，不能没有检测与控制系统。

　　检测系统包括测量系统、控制系统和测控系统三种类型。检测系统不仅仅用于工业领域，也广泛地应用于科学实验、地质勘探、交通和医疗健康等国民经济各个领域以及人们的日常生活中。测量就是把被测对象中的某种信息检测出来并加以度量，是人类感觉器官的延伸，控制系统则是人类肢体的延伸﹔测控就是通过专门的装置把被测系统所存在的某种信息激发出来并加以测量与控制。所以，测控系统拓展了人们认识和改造自然的能力。

　　人们在认识和改造自然界的过程中，需从各个方面，采用各种方法观察和研究事物的发展过程和规律，不可避免地要采用测量手段研究事物在数量上的信息。被测对象可分为电量和非电量。显然，相对于电量而言，非电量在种类和数量上都多而复杂。在许多领域需要测量的是非电量，如机械量、热学量、化学量、光学量、声学量和放射量等。这些非电量都可以用非电的方法测量。但非电方法的测量优越性远不如电测法，特别是在微电子技术和计算机技术飞速发展的今天，电测法更具有突出的优势。

　　①具有极宽的测量范围。采取电子技术，可以很方便地改变仪器的灵敏度和测量范围。

　　②电子测量仪器具有极小的惯性。既能测量变化缓慢的量，又可测量快速变化的量。

　　③可以很方便地实现遥测。

　　④便于对信号进行各种运算、处理、显示和记录。

　　为实现非电量的电测量，首先要实现从非电量到电量的变换，这一变换是靠传感器来实现的。传感器接口电路是为了与传感器配合，将传感器输出信号转换成低输出阻抗的电压信号以方便后续电路的处理。通常信号都需要进--步放大并滤除噪声。放大后的信号经模拟/数字变换后得到数字信号，以便于微处理器(microprocessor)或微控制器(microcontrol-ler)处理。微处理器或微控制器是检测系统的核心，它主要有两个作用:一是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、存储和控制;二是管理检测系统的各个部分以实现检测系统的智能化，即根据信号和测量条件的变化，自动地改变放大器的增益、滤波器的参数及其他的电路参数。

　　在选用合适的传感器之后，就要设计传感器的接口电路。从电子技术的角度来看，不同的传感器具有不同的电特性和需要不同的驱动信号(有的传感器不需要驱动信号)，为取得更高的精度和最佳的性能,需要设计传感器接口电路。

　　由传感器接口电路输出的信号往往幅值较低，因此需要将信号进一步放大，放大到后续电路所需要的幅值。

　　在信号的检测过程中，必然夹杂着许多噪声和存在各式各样的干扰，滤除噪声和抑制干扰是测控系统中必不可少的环节。模拟滤波器是滤除噪声的有效手段。

　　信号变换也是测控系统中经常要用到的电路。

　　广义的信号处理包括信号放大、信号滤波和信号比较等内容。从另一个角度来看，信号处理又分为线性处理和非线性处理。信号线性处理主要包括信号线性放大和信号滤波等内容﹔信号非线性处理则主要包括信号比较和信号非线性放大等内容。

　　现代测控系统通常使用微处理器或微控制器作为系统的核心，但微处理器和微控制器只能处理数字信号，因而在测控系统中，往往需要把模拟信号转换成数字信号。完成把模拟信号转换成数字信号的电路称为模拟/数字变换器(analogtodigitalconverter)，或简称模数变换器(ADC)。

　　关于微处理器或微控制器的内容很多，可通过专门的课程学习。现代测控系统中的信号存储和记录已很少采用传统盒式磁带和描笔式记录仪，现在已普遍采用半导体存储器、磁盘和光盘来存储信号，采用打印机来记录信号。这部分内容很多，限于学识和篇幅，这些内容不在本书中介绍。

　　经微处理器处理的信号，可以输出显示或控制执行机构。往往有些显示或输出需要模拟信号，把数字信号转换成模拟信号的电路称为数字/模拟变换器(digitaltoanalogconvert-er)，或简称数模变换器(DAC)。

　　测量系统的主要目的是把所测量和处理的结果显示出来。

　　一般来说，测控系统放大、处理信号和微处理器输出的控制信号，或数模变换器的输出信号往往是小功率的信号，而所控制的对象又往往需要较大功率的驱动信号。实现这一功能的电路称为功率驱动电路。

　　三、测控与转换技术的任务

　　客观世界的一切物质都以不同形式在不断地运动着。运动着的物质是以一定的能量或状态表现出来的，这就是信号。人们为了认识物质世界，就必须寻找表征物质运动的各种信号以及信号与物质运动的关系。

　　测控的基本任务是获取有用的信息，通常包含测量、计量、计算、检验、判断等多种含义，具有比单纯的测量更为丰富的内容，故测试的范畴如下。

　　过程中参数测量功能:将被测量与标准量进行比较，以获得被测对象的数值结果。过程中参数检测控制功能:将被测量与设定值进行比较，以获得被测对象在性能、参数、质量、功能等方面的评价。这种评价常采用通过/不通过、合格/不合格、正常/不正常、好/坏等定性指标来表示或采用分成若干等级的分类值来表示。

　　③测量数据分析处理功能:对测试数据进行各种处理，根据测试要求不同，处理结果可形成各种信息，也可去执行各种操作。

　　众所周知，测控技术早已渗透到人类的生产活动、科学研究、工程实践和日常生活的各个方面。在生产活动中广泛应用测试技术，如计时、产品交换、气候和季节的变化规律、生产过程中产品质量的控制、节能和生产过程的自动化等。这些都要测量生产过程中的有关参数并进行反馈控制，以保证生产过程中的这些参数处于最佳最优状态。

　　在工业生产领域内，广泛地应用测控技术，如生产过程中产品质量的检测、产品质量的控制、提高生产的经济效益、节能和生产过程的自动化等。

　　在科学研究领域内，人们通过观察、试验并用已有的知识和经验，对试验结果进行分析、对比、概括、推理。通过不断观察、实验，从而找出新的规律，再上升为理论。因而能否通过观察实验得到结果，而且是可靠的结果，取决于检测技术的水平，所以，从这个意义上讲，科学的发展、突破是以检测技术的水平为基础的。例如，人们在光学显微镜出现以前，只能用肉眼来分辨物质。而自从出现了光学显微镜，人们能借助显微镜观察细胞，从而大大推动了生物科学的发展。而到20世纪30年代，出现了电子显微镜，又使人们的观察能力进入微观世界，这又推动了生物科学、电子科学和材料科学的发展。当然，科学技术的发展又反过来促进检测技术的发展。

　　检测通常包括两个过程:一是能量形式的一次或多次转换过程;二是将被测变量与其相应的测量单位进行比较。前者一般包括检测用敏感元件、变换器、信号传输等部分﹔后者一般包括信号处理、测量电路及显示装置等部分。检测元件一般将被测信息转换成电信号，也就是把被测信号转换成电压、电流或电路参数(电阻、电感、电容)等电信号输出﹔再利用变换器、信号传输和信号处理等部分，把信号转换成传输方便、功率较大，可以传输、存储、记录，并具有驱动能力的电压。信号的显示和记录由显示器、指示器和记录仪完成，信号的处理和分析用数据分析仪、频谱分析仪、计算机等完成，通过对信号的处理和分析，找出被测信息的规律，从而为研究和鉴定工作提供有效依据，为控制提供有用信号。

　　人们在日常生活中，已愈来愈离不开测控技术。例如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、防盗和防尘等的测试、控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉等感觉器官，并有思维能力的机器人来参与各种家庭事务管理和劳动等，都需要各种测控技术。尤其是自动化生产出现以后，要求生产过程参数的检测能自动进行。这时就产生了自动测控系统。

　　科学的发展突破是以测试技术的水平为基础的，同时科学技术的发展又促进测试技术发展。测试技术属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱即测试控制技术、计算机技术和通信技术之一。

　　科学技术与生产水平的高度发达，要求有更先进的测试技术与仪器操作基础。据统计:大型发电机组需要3000只传感器及其配套监测仪表﹔大型石油化工厂需要6000只传感器及其配套监测仪表;一个钢铁厂需要20000只传感器及其配套监测仪表;一个电站需要5000只传感器及其配套监测仪表;一架飞机需要3600只传感器及其配套监测仪表;一辆汽车需要30~100只传感器及其配套监测仪表。

　　在各种现代装备系统的设计和制造工作中，检测工作已占首位。测控系统的成本已达到该装备系统总成本的50%~70%，它是保证现代工程装备系统实际性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能及使用水平的重要标志。

以电厂为例，为了实现安全高效供电，电厂除了实时监测电网电压、电流、功率因数、频率、谐波分量等电气量外，还要实时监测电机各部位振动的振幅、速度、加速度以及压力、温度、流量、液位等多种非电气量，并实施分析处理、判断决策、调节控制，以使系统处于最佳工作状态。为了对以上部件进行精密机械加工，需要在加工过程中对各种参数，如位移量、角度、圆度、孔径等直接相关量以及振动、温度、刀具磨损等间接相关参量进行实时监测，并由计算机进行分析处理，然后由计算机实时地对执行机构给出进刀量、进刀速度等控制调节指令，才能保证预期高质量要求，否则得到的将是次品或废品。

　　四、测控技术的发展方向

　　随着科学技术的进步，测控技术正在迅速地发展，现代测控技术将向着高可靠性、高智能化方向发展。反过来测控技术的发展又进一步促进科学技术的进步。人类的信息化时代必将为智能测试提供更为广阔的应用前景。现从如下几个方面介绍测控技术的发展。

　　(1)测控理论方面

　　随着科学技术的发展，生产规模的扩大和强度的提高，对于生产控制与管理的要求也越来越高，因而需要收集生产过程中信息的种类也越来越多，这就对参数检测提出了更高要求。参数的检测理论和方法与物理、化学、电子学、材料、信息等学科密切相关，随着这些学科的发展，测控技术现已有很大发展。在现代科技领域，出现了许多新的测控技术。它们往往是利用各种不同波长的电磁波的特性来实现检测工作。例如，用核辐射、激光、红外、微波、超声波等进行检测。

这些检测技术从广义上来说也是一神传感技术，因为它们也是将待测参量经过某种电磁波或声波的中介作用和一系列转换，最后变为电量而指示出被测参量值。这与普通传感器的作用相同，只是不再像普通传感器那样是单个的器件而是由若干个起不同作用的器件集合组成。这些传感测控技术现已获得越来越多的应用，特别是在一些环境恶劣、高温、高压、高速度和远距离等的场合下,它们更具优越性。

　　(2)测控领域采用新型信息处理方法

　　近年来，新型信息处理技术，如数据融合技术、模糊信息处理技术和神经网络技术等，在现代测控系统中得到了有效应用。例如，热处理炉温自动测试系统采用多传感器进行数据融合处理，可以提高温度测量的可靠性与准确性，从而提高热处理产品的质量和生产效益。数据融合技术、模糊信息处理技术和神经网络技术等新型信息处理技术的发展方兴未艾，随着新型信息处理技术的发展，现代测试系统的信息处理方法必将有根本的改变。

　　工业生产和科学技术的发展使新的测控领域、新的测控对象和新的测控要求不断出现。如过程工业的不断发展，生产过程中的参数检测已逐渐地由对表征生产过程的间接参数，如温度、压力、流量、物位的检测转向对表征生产过程本质的物性、成分、能量等参数的检测﹔对于装置的检测，已逐渐由单参数发展到多参数的综合检测;参数的显示已逐渐地由模拟式变为数字式或图像显示等。

　　(3)测量工具和方法的更新

　　随着新的测量领域的出现，新的测控方法和测量工具也随之出现。如利用激光脉冲原理测量远距离，可以大大提高精度。计算机技术和微电子技术的发展，使得测控技术和仪器仪表得到了飞速发展。仪器仪表向智能化、数字化、小型化、网络化、多功能化方向发展。近年来，由于仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器结构概念。微型、智能、集成传感器的迅速开发，使仪器仪表的面貌发生了很大的变化。

从虚拟仪器、卡式仪器、VXI总线仪器……直至集成仪器概念。一般来说，将数据采集卡插入计算机控制槽中，利用软件在屏幕上生成虚拟面板，在软件引导下进行信号采集、运算、分析和处理，实现仪器功能并完成测试的全过程，这就是虚拟仪器。在此同-平台上，调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器，故可方便地将多种测试功能集于一体，实现多功能集成仪器。测控技术中数据处理能力和在线检测、实时分析的能力大大增强，仪器仪表的功能得以进一步扩大，精度及可靠性有了很大的提高。这种发展的总趋势，今后将变得更快更深更广。

　　(4)采用高智能化软件

　　在测试平台上，调用不同的测试软件就构成不同功能的仪器，因此软件在系统中占有十分重要的地位。在大规模集成电路迅速发展的今天，系统的硬件越来越简化，软件越来越复杂﹔集成电路器件的价格逐年大幅下降，而软件成本费用则大幅上升。测试软件不论对大的测试系统还是单台仪器子系统来讲都是十分重要的，而且是未来发展和竞争的焦点。

信号分析与处理要求取得特征值，如峰值、真有效值、均值、均方值、方差、标准差等，若用硬件电路来获取，其电路是极为复杂的，若要获得多个特征值，电路系统则很庞大﹔而另一些数据特征值，如相关函数、频谱、概率密度函数等则是不可能用--没硬件电路来获取的，即使是具有微处理器的智能化仪器，如频谱分析仪﹑传递函数分析仪等(其价格极其昂贵)。而在测试平台上，信号数据特征的定义使用软件编程很容易实现，从而使得那些昂贵的分析仪器才具有的信号分析与测量功能得以在一般工程测量中实现，使得信号分析与处理技术能够广广泛深入地为工程实践服务。

　　软件技术对于现代测试系统的重要性，表明计算机技术在现代测试系统中的重要地位。但不能认为，掌握了计算机技术就等于掌握了测试技术。这是因为:其一，计算机软件永远不可能全部取代测试系统的硬件﹔其二，不懂得测试系统的基本原理不可能正确地组建测试系统，不可能正确应用计算机。一个专门的程序设计者，可以熟练而又巧妙地编制科学算题的程序，但若不懂测试技术则根本无法编制测试程序。因此，现代测试技术要求测试人员既要熟熟练掌握计算机应用技术，更要深入掌握测试技术的基本理论和测试方法。

　　(5)网络化

　　网络技术的普及与发展，为测试技术带来了前所未有的发展空间和机遇，将现代测试系统与网络相连接，不仅能实现对测试系统的远程操作与控制，而且可以把测试结果通过网络显示在世界各地的WEB浏览器中，以便实现测试系统资源和数据的共享。

　　(6)通用化与标准化

　　为便于获取和传输信息，实现系统更改与升级，现代测试系统的通用化、标准化设计十分重要。目前的接口与总线系统较多，随着智能测试技术的不断发展，有望制定全世界通用的几种统一接口与总线系统标准，或者制定几种互相兼容的接口与总线系统标准，以便于系统的组建、更改、升级和连接。由于采用通用化、标准化设计，现代测试仪器将易于实现分散使用与大范围联网使用。当不需要使用整个测控系统工作，而仅仅需要进行某个观测目标的单一检测时，可令系统中的某个智能部件单独工作;当观测目标多、信息量较大时，则可将许许多多的智能部件连接成大型智能测试系统，也可将多个智能测试系统联网，组成巨型智能测试网络。现代测试仪器还可以与其他非检测性网络连接，获得其他系统的信息，为其他系统提供现代测试仪器的观测、估计、判断与决策结果。传感器与测控电路的基本概念-聚英电子官网

彻底讲清电气比例阀和压力传感器测控精度的基本概念及其使用方法

摘要：本文针对真空压力控制过程中用到各种真空压力传感器和电气比例阀，详细解释了线性度、迟滞、重复性和灵敏度等有关测控精度的基本概念，并介绍了如何有效正确使用这些精度指标。

一、背景介绍

在真空压力控制过程中，常会用到各种真空压力传感器和电气比例阀。这些传感器和电气比例阀一般都会在精度指标中标示出各种内容，如线性度、迟滞、重复性和灵敏度等，有些只给出一个笼统的精度指标。这些精度指标的定义往往代表着不同含义，在使用过程中要明确区分，这对于真空压力的精密测量和控制尤为重要。

本文针对真空压力控制过程中用到各种传感器和电气比例阀，详细解释了线性度、迟滞、重复性和灵敏度等参数的基本概念，解释了如何有效正确的使用这些精度指标。

二、涉及精度的基本概念

精度是一种俗称叫法，更专业的称谓是准确度（accuracy）。国际电工委员会（IEC）将精度定义为“在特定条件下通过特定程序测试设备时观察到的与特定特性曲线的最大正负偏差”。但对于压力传感器及其电气比例阀的精度定义要复杂得多，因为误差的来源可能包括非线性、迟滞、重复性、温度、零平衡、校准和湿度影响。精度对压力传感器和比例阀的成本有很大影响，更重要的是，对其测量过程的质量或效率有很大影响。选择传感器和比例阀时，了解哪些因素决定精度就显着非常重要。

尽管压力传感器和电气比例阀的精度没有一个标准定义，但有一个 IEC 标准定义了构成精度的因素。IEC 61298-2规定精度必须包括非线性、迟滞和重复性。因此大多数压力传感器和电气比例阀制造商将“精度”主要指定为非线性、迟滞和重复性的综合效应，其他误差可单独指定。下面将逐项介绍与精度有关的误差源及其相应的测量方法。

2.1 非线性及其测量方法

非线性很多时候也称之为线性度、直线度或线性误差。非线性是指压力传感器在所测压力范围内电信号输出曲线与指定直线的偏差，或电气比例阀在所输入的电信号范围内压力输出曲线与指定直线的偏差，即表示线性设备的输出偏离理想性能的程度。

计算线性误差常用的一种方法是最小二乘法，它在数学上为数据点提供了一条最佳的拟合直线 ，如图1所示。定义线性误差的另一种方法是终端基线线性度，如图2所示。终端线性是通过在输出曲线上的两个终端数据点之间画一条直线 (L1) 来确定的。接下来画一条从直线 L1 到输出曲线上数据点的垂直线。选择数据点以达到垂直线的最大长度。垂直线的长度代表终端直线线性误差。终端线性大约是最佳拟合线性的两倍。

图1 最佳拟合直线线性度

图2 终端直线线性度

非线性通常用满量程输出的百分比来表达，单位为 %FS，相应的非线性误差=量程×非线性。如量程为1MPa，非线性为0.05%FS，非线性误差即为：1MPa×0.05%=0.5kPa。

要确定压力传感器和电气比例阀的非线性，首先必须收集测量数据。执行此操作的典型方法是在零到满量程压力的范围内以固定间隔施加压力，或在零到满量程模拟电信号范围内以固定间隔加载模拟信号，并在每个压力和模拟信号设定点测量输出。压力点越多，非线性计算就越准确。确定非线性的最少点数为 3 个点，最大没有限制，但一组压力点通常为 5~10 个点。

一旦测量值被记录下来，就需要确定将测试数据与哪条直线进行比较。有几种不同的线可用于计算压力传感器的线性误差，以下是最广泛使用的三种：

（1）最佳拟合直线

最佳拟合直线通常会产生最小的误差，因为它针对所有测量点进行了优化以产生最小的平均偏差。可以利用各种数学方法来确定线的偏移和斜率，从在包含所有点的两条平行线之间绘制的简单线到最小二乘法拟合计算。

（2） 终端直线

虽然这不会产生最小的误差，但它对于显示型传感器的实际线性性能非常有用。如将压力传感器连接到测量仪器时，压力传感器的输出通过设置零和全量程压力并假设两点之间的直线来转换为读数。这是最简单、最方便的校准方法。

（3）完美直线

每个测量点的输出直接与更高精度的压力传感器输出进行比较：如0~5bar范围内0~10V输出将在 1.25bar时准确产生2.5V电压信号。

完美直线很少用于压力传感器，因为这种直线通常不包括用于调整零偏移和跨度增益的微调组件。另外，没有两个压力传感器完全相同，它们都具有不同的零位和跨度特性，其偏差可能比线性误差大得多。因此，对于一批压力传感器，线性误差规格需要更大，以包括零和跨度特性的变化。但还是有一些应用需要完美直线，例如在需要直接更换失效压力传感器的应用中，则不需要任何零点和量程设置的校准。

在压力传感器和电气比例阀技术参数数据表中，使用哪种方法来指定线性误差并不总是很明显。因此，如果精度是一个重要因素，应该询问制造商使用了哪种直线方法。

2.2 重复性

重复性误差是在其他条件保持不变的情况下连续多次测量任何给定输入压力时的输出读数偏差，对于电气比例阀则是连续多测量任何给定输入电压信号是的压力输出读数偏差。

重复性误差可分为可重复性误差和不可重复性误差。

可重复误差是指可预测的不确定度，这些不确定度可以通过额外的模拟调节或基于微处理器的电子设备从测量中表征或消除。通常，对于压力传感器和电气比例阀，可重复误差是线性度和热零/跨度偏移误差。

压力传感器重复性误差有时包括短期重复性误差，这表明压力传感器在一系列压力循环后的稳定性，它是通过在第一次收集后不久收集第二次和第三次校准点而获得的。将每个压力点与第2和第3循环中的同一点进行比较，以确定可重复性误差，即将每个压力循环的相同压力点与第一个循环进行比较以确定变化量。短期重复性很少在技术参数表上显示为单独的误差，通常包含在组合的非线性、滞后和可重复性误差中。

不可重复误差是复杂而无法预测和表征的测量不确定度，例如迟滞、短期重复性和长期稳定性。不可重复误差因压力变化、压力循环的次数和频率而异，由此因不同应用而异。

长期稳定性是衡量输出信号在正常工作条件下随时间漂移的程度。长期漂移表示为一段时间内满量程的百分比，通常为12个月。有时零和跨度长期稳定性会单独引用，特别是如果一个比另一个大得多。长期漂移实际上只是将一种技术与另一种技术进行比较的一个数字，不能依赖于特定应用。这是因为压力传感器在其使用寿命期间将承受的压力循环、温度循环、振动和冲击的数量不容易预测。所有这些因素都会根据幅度和频率不同程度影响着压力传感器的性能。

总之，在一般压力传感器和电气比例阀的精度声明中，重复性指标一般是指可重复性，这里的可重复性一般是指短期可重复误差。

2.3 迟滞

迟滞误差通常表示为机械迟滞和温度迟滞的组合。机械迟滞是在某个输入压力下的输出偏差，当该输入首先随着压力增加然后随着压力降低而接近时。同理，温度迟滞是温度循环前后某个输入处的输出偏差。如图3所示将迟滞表示为两种效应的组合。

温度迟滞不太可能在压力传感器技术参数中提及，因此很难确定它是否已包含在整体温度误差中。如果指示温度迟滞，它将表示为补偿温度范围内满量程的百分比。

图3 迟滞误差

单独测量迟滞误差是通过比较一组增加和减少的压力数据中相同压力点的输出信号来计算的。然而，当滞后与其他数据一起计算以计算整体精度性能时，每个点都被单独考虑并与最佳直线进行比较。

测量压力传感器和电气比例阀迟滞的方法是施加从零到满量程的压力或控制电压，通常在5个等距步长处停止而不会过冲来测量值。然后从满量程到零以相反的方向重复该过程。为确保获得最佳结果，重要的是要仔细控制压力或电压，使其不会超过测量点，因为施加压力和电压方向的变化会引入二次迟滞效应。

迟滞误差将是在同一步进点测量的增加和减少压力或电压值之间的值偏差。然后可以通过取最大偏差并将其除以全量程压力来确定迟滞百分比。如图3所示，具体计算过程为：

迟滞百分比 = ((Vp1 - dVp1)/FRO) × 100

Vp1 = 压力增加过程中压力P1时的电压输出。

dVp1 = 减压过程中压力 P1时的电压输出。

FRO = 满量程压力时的电压输出。

2.4 分辨率和灵敏度

分辨率是指传感器可能感受到的被测量的小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化，当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量变化值作为衡量分辨率的指标，即分辨率=输出的被测量变化量/被测量变化量。

灵敏度是指压力传感器在稳态工作情况下电压输出量变化ΔV对压力输入量变化ΔP的比值，即灵敏度=响应变化量/被测量变化量。灵敏度是输出输入特性曲线的斜率。如果压力传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。一般来说，灵敏度越高，分辨率越好，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

分辨率和灵敏度指标在电气比例阀压力控制应用中非常重要，它往往决定了比例阀压力控制的最终精度。特别是在外接PID控制器的压力控制过程中，比例阀的灵敏度越高，比例阀就越可以接收PID控制器输出更微小的控制电压信号，从而实现更高精度的压力调节和控制。

三、确定整体精度

每个制造商都给出了太多的精度术语，如重复性、滞后、非线性、稳定性、温度引起的变化，但在实际应用中往往需要得出整体精度以对压力传感器和电气比例阀做出合理的判断和选择。尽管IEC 61298-2确定了哪些主要因素构成了精度（非线性、迟滞和重复性），但 IEC 标准没有定义这些因素如何组合成整体精度。组合这些值的方法会对总精度产生重大影响，一些制造商只是简单地将这三个因素相加，而其他制造商则使用数学方程（例如和平方根或均方根）将它们组合成整体精度。以下示例显示了同一传感器如何根据不同公式得出三种精度百分比。

如对于某一压力传感器或电气比例阀，技术指标为：

非线性为0.5% FS、重复性为0.05% FS、迟滞为0.1% FS。

（1）按照均方根进行计算，得：

（2）按照平方和根进行计算，得：

（3）按照求和进行计算，得：

四、总误差与精度的关系

在选择使用压力传感器和电气比例阀时，精度通常是需要考虑的主要因素。然后需要注意的是，精度只是总误差的一部分，总误差有时也会出现在传感器和比例阀的技术指标中。

总误差取决于各种因素，例如传感器的使用条件等。如图4所示，总误差主要包括三个方面内容：可调误差，精度和温度效应。

图4 总误差中的相关误差源

如图4所示，可调误差由零点和量程误差组成。可调误差可以很容易的识别和调整。在出厂前和校准过程中，一般都会对压力传感器和电气比例阀的这两项指标进行校正。

长期稳定性也称之为长期误差或长期漂移，是操作过程中出现零点和量程误差的原因。这意味着这两个可调误差可能会在长时间使用传感器后重新出现甚至“恶化”。通过校准和其后的调整，这种长期漂移可以被重新校正。

有关精度所涉及的内容，前面已经进行过详细描述，这里不再累述。

总误差中的温度效应误差，主要是温度波动会影响到压力传感器和电气比例阀的测量值。还有一种称之为温度迟滞的影响。一般来说，迟滞表示的是通过正向和反向路径，测量相同的点所产生的系统偏差。关于温度迟滞，这里的迟滞描述的是当特定温度增加或降低时，在某一温度下的输出信号的差值（即偏差）。

五、总结

在压力传感器和电气比例阀实际应用中，所面临的首要问题是选择传感器和比例阀时应该最关注什么，这需要具体情况具体分析。由于可调误差已经由厂商校正，所以只起到次要作用。另外，压力传感器通常在使用过程中需要定期校准和调试。

由此，在实际应用中，精度和热效应往往起到决定性作用。关键问题是：是否在受控条件下使用？这意味着在校准期间（通常25℃）在基准温度附近进行测量时，温度效应基本上可以忽略不计，总误差的主要内容就只有精度影响。然而，当在较大温度范围内进行压力测量和控制时，温度效应则变得非常重要。

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