浅析数显仪表的误差来源

1 引言

随着人们对设备输出量准确度的要求越来越高，指针表要获得很高的精度是很困难的，除了表头满偏电流误差以及分流分压电阻的误差对表的影响，还有所谓线性误差，也就是表头各处灵敏度不均匀造成的误差。鉴于有以上诸多问题，数显仪表应运而生。数显仪表具有精度高、稳定性好、质量可靠、体积小、安装使用方便、价格低廉等特点，适用于科学研究、精密测量、也可广泛应用于各种仪器仪表、自动化控制设备、电力电子、医疗器械、教学设备、交(直)流稳压电源等作为显示部件，提升产品档次，当代社会，越来越多的人用数显表来替换指针表，已达到精确度高，读数直接的目的，而数显表也在随着科技的发展更新换代。

即便数显仪表有诸多的优点，但是它还是会产生一些误差干扰输出量的准确性，下面就来分析一下产生误差的来源。

2 传感器

传感器技术是构成现代信息技术的三大支柱之一，人们在利用信息的过程中，首先要获取信息，对于整个检测系统来说，传感器是获取信息的主要手段和途径，而它获得信息的正确与否，直接关系到整个检测系统的精度，因此，它在检测系统中占有重要的地位。

传感器广泛用于生产过程的检测，作为控制系统中提供信息的单元，要能迅速反映被控参量的变化。否则，整个控制系统就无法正常工作。

检测系统对被检测对象进行检出、变换、传输、分析、处理、判断和显示等不同功能的环节组成。传感器作为检测系统的第一环节，将检测系统或检测过程中需要检测的信息转化为人们熟悉的各种信号，这是检测过程的第一步。

传感器作为检测系统的第一环节，将检测系统或检测过程中需要检测的信息转化为人们熟悉的各种信号，这是检测过程的第一步。

它是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。

在使用传感器时，会有不同的误差，如传感器系统本身的误差，是设备本身固有的误差，这种误差包括DC漂移值；工作原理上，如传感器或测量电路的非线性输入、输出关系；机械结构上，如阻尼比太小等；制造工艺上，如加工精度不高、贴片不准，装配偏差等；功能材料上，如热胀冷缩、迟滞、非线性等。

传感器在检测数据的过程中，它不可能达到理想状态，会产生误差。修正传感器误差可能很困难。如压力传感器，即使在生产过程中进行线性校准，但是应用中不同设备之间的输出比例系数的变化量仍然很高。压力传感器的参考电压通常是由激励产生的，通过惠斯顿电桥产生一种比例式测量方法，该方法可一定程度消除漂移误差，但由于电桥之间不可能完全对称，故仍然会有偏置电压产生。

传感器提取信息的来源与否直接决定着整个检测系统的精度。因此，传感器是现代信息产业不可或缺的重要工具。

3 放大器

运算放大器是将传感器的弱小信号放大。放大器有放大倍数固定和大范围可调两种，放大倍数固定型出厂时按用户要求的放大倍数或配传感器标定好。而放大倍数可调型的放大倍数可以180倍到2000倍可调，可以由用户选择接1～4个或1～6个传感器而自由调整放大倍数（适用于水泥搅拌站等系统的传感器信号放大）。同时具备有隔离型和非隔离型两种，对于干扰比较大的系统可选用隔离型。

运算放大器性能不佳的时候，会引起运算的误差，这些误差直接影响了运算放大器的工作性能，不利于放大电路的工作计算。

放大器误差的来源分两个部分：一方面是制造原因，任何电路生产出来都有误差。另一方面是测量的过程中的误差，有测量原件误差、电源电压误差等。

4 AD转换

AD转换部分是对传感器所送出的信号进行加工，为了用传感器输出的信号进一步推动显示、记录仪器和控制器，或将此信号输入计算机进行信号的分析和处理，需对传感器输出的信号作进一步变换。经过这样的加工使传感器输出的信号变为合乎需要、便于传输、便于显示或记录和可作进一步处理的信号。

但实际上，AD转换的性能指标也是数据采集系统性能下降的重要原因。

5 数字量化

量化主要应用于从连续信号到数字信号的转换中。在数字信号的处理过程中，二进制的数据存储在寄存器中，因寄存器的长度有限，数据需要尾数处理，

数字信号处理系统对信号处理的方法是数值运算方法，信号均用二进制编码表示，但是存放二进制编码的寄存器均为有限位，因此所有的数字信号均须用有限位的二进制编码表示。这样带来了许多误差，使系统处理结果偏离原来的设计效果，因而由数值量化引起量化误差。

处理过程所涉及到的A/D变换器、系统参数、运算中间变量以及运算结果都需要尾数处理，所以存在量化误差。

6 分辨力

由分辨力引起的测量误差，应尽量选用分辨力高的仪表，减少分辨力对测量结果的影响。

7 外界环境影响

例如，温度、压力及湿度等都可以对数显仪表的数值进行干扰。对数显仪表进行操作时，测量环境有一定的要求，如果环境不在数显仪表正常工作的范围内，就会使其产生误差。进行测量的过程中，测量环境的温度、湿度、压力、振动以及电磁干扰等都会对数显仪表的正常运行造成不同的影响。此外，被测对象的属性以及工作状态也是影响仪表测量误差的因素。

人为因素：操作人员一方面是由于生理上的最小分辨率以及感觉器官的生理变化所引发的误差，这种误差与个人的差异有很大的关系，对数据的读取产生的误差是不可避免的。

另一方面是主观意识形态而导致的误差，主要是测量人员的工作态度和日常习惯所引发的，例如在使用仪表之前，没有对仪器进行调零、没有校正。这点可以通过检测人员自身的调整缩小误差。

为了提高测量的准确性和可靠性，经常采用数字滤波方法来消除信号中混入的无用成分，减小随机误差。

8 结论

随着技术的革新，数显仪表已经逐渐代替了曾经的机械式仪表，数显仪表与模拟仪表相比，具有精度高、测量速度快、读数直观、准确、方便，便于与计算机联网、显示数据精确而且一目了然等优点。正因为如此，我们更加需要充分地分析出影响数显仪表误差的来源，这样可以让数显仪表显示的数值更加准确，进行精准计量。