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利用二元相关分析,同时得到温度系数和老化

时间:2012-10-07  来源:38hot  作者:lymex

在不太长的时间内,老化可以忽略。测试出温度-测量值数据,就可以很容易的计算出温度系数,在Excel里函数可以用Slope。属于1元线性回归,即最小二乘法
同样,温度固定后,长期测试一个数值,即得到日期-电压关系,也可以很容易的用类似方法计算出电压随时间的关系,即老化系数
但是,往往我们的测试是时间-温度-测量值,也就是温度也是变化的,这样就不能直接计算老化,也不好计算温度系数,那怎么办呢?
没有问题,利用强大的Excel,给定一组数据:时间-温度-测量值,可以直接、同时 计算出温度系数和老化率,这就是二元回归

备注:此方法可以用于任何测试。比如用表测试电压基准看表的偏差,或者用表测试电阻看电阻的偏差
但无论如何,应该假设一个准确的不变的,另外一个是变化的。而实际上,测试的是共同的变化。例如今天用表测试10k读+5ppm,下个月再测试读+7pm,那么有可能是表变了,也可能是电阻变了,而实际上是两个都变化后的共同结果。

图片:DSC_8452ps2.jpg

下面举例说明。
以下是一组实例,黄色为测量条件(测试日期和测试温度),绿色为测试值,为偏离的ppm值。
例如测试10k时读10.000,032,就是偏离3.2ppm
计算偏离值ppm,是回归结束后,得到了温度系数和老化后,把公式代进去的计算值,也可以作为将来的预测值。
回归误差 = 计算偏离值 - 测试偏离值

图片:2a.gif

以下为另一种数据格式
日期时间    测试温度    测试偏离值ppm   计算偏离值ppm   回归误差ppm
2009-1-1 18:00    21.1    3.2     3.17      -0.03
2009-1-2 18:00    21.6    4.2     4.21      0.01
2009-1-4 18:00    22.1    5.2     5.32      0.12
2009-1-5 18:00    21.3    3.9     3.88      -0.02
2009-1-8 18:00    21.9    5.3     5.26      -0.04
2009-1-12 14:00    23.5    8.5     8.61      0.11
2009-1-13 14:00    24    9.7     9.64      -0.06
2009-1-23 18:00    22.1    6.9     6.85      -0.05
2009-1-25 18:00    22.2    7.3     7.20      -0.10
2009-1-29 18:00    21.2    5.5     5.62      0.12
2009-2-1 12:00    24.3    11.8     11.73      -0.07
2009-2-8 12:00    24.1    12     11.92      -0.08
2009-2-18 12:00    25.1    14.5     14.62      0.12
2009-2-20 17:00    23.2    11.2     11.19      -0.01计算很简单,函数公式是:LINEST(测试数组,条件数组,TRUE,TRUE)
这个就是二元线性回归。

但是,这个函数的结果是一个数组,不是仅仅一个数,因此要用特殊方法输入。
先在一个空白的地方输入单公式(见上),然后用鼠标以这个数为左上角选中一个5行3列的区域,按F2键,最后按Shift+Ctrl+Enter

结果就出来了,如橙色区域

图片:2b.gif

为了方便自己试验,把该EXCEL文件附后。结果简述
其中,老化系数是0.08049ppm/天,乘上365折合 29.4ppm/年。
温度系数为 1.9ppm/C
相关性是 0.99947,很接近1,非常好
测试误差是 0.08846ppm,不到0.1ppm,非常好

原始测试曲线与拟合误差如图。

图片:2c.gif

测试所需要的条件
高分辨的表最好,这样才能有足够的分辨,因为温度系数尤其是老化一般很小,否则不容易测试出来
能分辨到0.1度的温度计是必需的,但不一定非常准,主要是要相对值。当然稳定一些的更好,例如水银的、铂电阻。
如果目的在于测试温度系数,那么温度变化大并不是坏事情。但应该把温度探头放到被测表里(如果测试的是表),或者放到基准里(如果测试的是基准)备注:
可以每增加一个数据,看一下最后回归误差一列。如果误差与期望值相差较大,那么看是否是读数误差或者测试方法有问题
二元回归,数据必须至少达到4组才能进行2元回归分析,此时自由度为1为最小
老化模型,自然是线性的,因为这里是线性回归,一般在不大的时间长度内符合实际

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