测感技术1
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第18页
测量基准的权威性和相对性
基准的权威性 基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。 原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。 从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。 基准的相对性 一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平 例：以太阳为基准，时间测量的精确度1天内可达到1秒钟。而目前铯原子钟 的计时精确度在三百万年内也不超过1秒。
而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息， 还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属 性特征、空间分布、拓朴结构等。
8
1.1.1 测量的基本概念
3. 测量的基本构成 被测对象 、测量的主体 、测量技术、测量设备 、测量 过程 、测量环境
原理 方法 对象 属性 选择 仪器 被测信息 激励信号 影 响 影响 测量 环境 影响 仪器 系统 决定 方法 参数命令 数据状态 测量 人员 测量策 略、算法
被测 对象
图1-3
测量的基本要素 9
第9页
环境对测量的影响
A. 环境对被测对象的影响：某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特 性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定 工作条件下进行。 B. 环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工 作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段 宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生 的不良效应有时会成为测量的严重问题。 C. 环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良 工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至 差错。
第16页
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所表示的因数 词头名称 词头符号 1024 尧 ﹝它 ﹞ Y 1021 泽（它） Z 1018 艾﹝可萨﹞ E 1015 拍﹝它﹞ P 1012 太﹝拉﹞ T 109 吉﹝咖﹞ G 106 兆 M 103 千 k 102 百 h 101 十 da 10-1 分 d 10-2 厘 c 10-3 毫 m 10-6 微 μ 10-9 纳﹝诺﹞ n 10-12 皮﹝可﹞ p 10-15 飞﹝母托﹞ f 10-18 阿﹝托﹞ a
I组——高精度计量用仪器 II组——通用仪器 III组——野外、机载等仪器
第11页
11
1.1.1 测量的基本概念
4. 测试与检测
测试：
测试是测量与试验的总称，它包括定量的测量和定性的试验。 试验：是为了对被测对象的性能和结果进行观察而从事的某种实践活动。
检测：
检测包括检验和测量两方面的含义。检测包括定量内容，即检查被测量的 量值是否处于某一范围内，以此来判断是否合格。 在实际生产中，检测不仅包括对产品的检验和测量，同时还包括对生产过 程、运动状况和运动对象的检测
应对措施：
应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。 恒温、恒湿、稳压和防震。 抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。
仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。 10 第10页
仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：
I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80% （在35oC上），只允许有轻微的振动。 II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度 80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。 III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度 90%（在35oC上），允许频繁的搬动和运输中受到较大 的冲击和振动。
第2页
第1章 电子测量基础知识
教学内容：
测量的基本概念，计量的基本概念； 测量的误差的定义； 电子测量的基本方法和测量系统； 电子测量的实现技术和测量误差与数据处理。
教学要求：
了解测量与计量的内容、特点和意义； 掌握测量误差的基本概念； 了解电子测量的方法、特点和内容，了解电子测量的基本实现技术； 掌握测量误差的种类，系统误差、随机误差和粗大误差性质、产生的原 因、判别与消除方法； 掌握测量结果的数据处理方法。
第22页
1.1.4 测量误差的表示方法
测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。 1.绝对误差
x x A0
有大小，又有符号和量纲
（1）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差
x
实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得 之值）来代替真值。 绝对误差： （2）修正值 与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值
《测感技术》
第1页
1
课程简介
测感技术：电量和非电量的测量 三部分内容： ◆电子测量基础知识 ◆电量测量 基本电参量测量 电子测量显示技术 线性系统测量 测量技术新进展（简介） ◆非电量测量 传感器的基础知识 结构型传感器 物性型传感器 其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式） 传感器应用技术 ◆考核 期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文） 2
xm
xm
| xm | xA
仪表各量程内绝对误差的 最大值
xm m xm
测量点的最大相对误差
0
Am
A
我国电工仪表共分七级 m ：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如 果仪表为S级，则说明该仪表的最大引用误差不超过S%
xm x S% x
在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满 25 度值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。 第25页
英呎ห้องสมุดไป่ตู้—feet
14
国 际 单 位 制 （ SI ） 的 组 成 ( 法 文 ： Système
d'unités (SI)英文：International System of Units )
international
国际单位制基本单位 （ SI有7个基本单位 ）
第15页
15
国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词头和国际 单位制的十进倍数单位三部分组成。 国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。国际 单位制词头采用的是十进制词头，它是用来单位增大或缩 小十进倍数，从 10 24 ~ 10 24 共有16个 例：5.4X10-9s=5.4ns
（1）仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不 完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有 的误差。 （2）影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电 压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。 （3）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法 不合理而造成的误差。 （4）人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉 疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、 现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。 例如：用滴定法测量粉末中CaO含量，称取定量的粉末，然后 慢慢滴入酸溶液一直到变色（完全中和）为止，根据滴入溶液的数 量确定CaO含量。这中间就会引入人为误差。 随着科技的发展，现在出现了X－荧光分析仪，可以进行自动 测试，就解决了人为误差。 22
1.1.3 测量误差的基本概念
1.测量误差的定义
测量的目的: 获得被测量的真值。 真值: 在一定的时间和空间环境条件下，被测量 本身所具有的真实数值。
x x A 所有测量结果都带有误差 。
测量误差 : 从广州到北京的距离如何测？
第21页
21
1.1.3 测量误差的基本概念
2 测量误差的来源
第6页
6
被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上 的刻度是事先与标准量进行比较的结果。
(a) 天平直接比较
（b）弹簧称间接比较 图1－1 测量的比较原理
被测物体的重量等于标 准砝码的重量
第7页
7
1.1.1 测量的基本概念
2. 测量的定义 广义测量的定义：信息的感知和信息识别 广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量， 而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。 例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震 源测定、卫星定位等。
13
1.1.2 计量的基本概念
2．单位和单位制
根据定义而令系数为1的量称为单位。分为基本单位和导出单位 单位是表征测量结果的重要组成部分， 又是对两个同类量值进行比较 的基础。 1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。 1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国 法定计量单位以国际单位制为基础。
第3页
3
1.1 测量的基本原理
1.1.1 测量的基本概念 1 测量的意义
日常生活、生产中处处离不开测量 信息处理、传递的源头 科学的进步和发展离不开测量 离开测量就不会有真正的科学。
没有望远镜就没有 天文学，没有显微 镜就没有细胞学， 没有指南针就没有 航海事业
我国近代科学落后与不重视“定量”有关
第4页
4
5
1.1.1 测量的基本概念
2. 测量的定义
狭义测量的定义
测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。 在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与 同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。
测量结果＝测量数值.测量单位，即： x {x} x0
第19页
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测量标准的传递
自上而下逐级传递
国家 标准 Ⅰ 级 Ⅱ 级 Ⅲ 级 工作 标准 中国计 量院 中国测 试院 国家标 物中心 国 家 专 业 计 量 站 分 站 工矿企业、商店、研究院 所、医院、学校等
第20页
20
授权基准 实验室 行 业 计 量 中 心 国 防 计 量 中 心
大区国家计量中心 省级计量所 市（地）计量所 县（区）计量所
x x A
C x A x
测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表 格、曲线或函数表达式等形式。 被测量的实际值
A x C
第23页
23
1.1.4 测量误差的表示方法
2.相对误差
（1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差 相对真误差： x 100% 绝对误差与被测量的真值之比
12
1.1.2 计量的基本概念
1. 计量的定义和意义 计量的意义： 为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的 结果一致 计量的定义： 计量是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部门作 为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并 给出具有法律效力的《检定证书》。 计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的 测量。 计量的三个主要特征： 统一性、准确性和法制性。
10-21 仄（普托） 10-24 幺（科托） z y
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1.1.2 计量的基本概念
2．测量基准（标准） 测量标准的定义：
为了定义、实现、保存和复现量的单位或一个及多个量值，用作 参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。
几个名词：
比对： 在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计 量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。 检定： 是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比 较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计 量标准的准确度为被检者的1/3到1/10。 校准： 校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确 定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的 全部工作。 量值的传递： 指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手 段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全 过程。 18
实际相对误差： x 100% A
A
A0
用实际值A代替真值A0
用测量值X 代替实际值A
示值相对误差： x 100% x x
第24页
24
1.1.4 测量误差的表示方法
（2）满度相对误差（引用相对误差）
用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与该量程值（上限值 －下限值）之比来表示的相对误差，称为满度相对误差（或称引用相对 误差） xm x m 100% | xm |
测量基准的权威性和相对性
基准的权威性 基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。 原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。 从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。 基准的相对性 一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平 例：以太阳为基准，时间测量的精确度1天内可达到1秒钟。而目前铯原子钟 的计时精确度在三百万年内也不超过1秒。
而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息， 还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属 性特征、空间分布、拓朴结构等。
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1.1.1 测量的基本概念
3. 测量的基本构成 被测对象 、测量的主体 、测量技术、测量设备 、测量 过程 、测量环境
原理 方法 对象 属性 选择 仪器 被测信息 激励信号 影 响 影响 测量 环境 影响 仪器 系统 决定 方法 参数命令 数据状态 测量 人员 测量策 略、算法
被测 对象
图1-3
测量的基本要素 9
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环境对测量的影响
A. 环境对被测对象的影响：某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特 性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定 工作条件下进行。 B. 环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工 作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段 宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生 的不良效应有时会成为测量的严重问题。 C. 环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良 工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至 差错。
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所表示的因数 词头名称 词头符号 1024 尧 ﹝它 ﹞ Y 1021 泽（它） Z 1018 艾﹝可萨﹞ E 1015 拍﹝它﹞ P 1012 太﹝拉﹞ T 109 吉﹝咖﹞ G 106 兆 M 103 千 k 102 百 h 101 十 da 10-1 分 d 10-2 厘 c 10-3 毫 m 10-6 微 μ 10-9 纳﹝诺﹞ n 10-12 皮﹝可﹞ p 10-15 飞﹝母托﹞ f 10-18 阿﹝托﹞ a
I组——高精度计量用仪器 II组——通用仪器 III组——野外、机载等仪器
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1.1.1 测量的基本概念
4. 测试与检测
测试：
测试是测量与试验的总称，它包括定量的测量和定性的试验。 试验：是为了对被测对象的性能和结果进行观察而从事的某种实践活动。
检测：
检测包括检验和测量两方面的含义。检测包括定量内容，即检查被测量的 量值是否处于某一范围内，以此来判断是否合格。 在实际生产中，检测不仅包括对产品的检验和测量，同时还包括对生产过 程、运动状况和运动对象的检测
应对措施：
应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境影响而产生的误差。 恒温、恒湿、稳压和防震。 抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等。
仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。 10 第10页
仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：
I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80% （在35oC上），只允许有轻微的振动。 II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度 80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。 III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度 90%（在35oC上），允许频繁的搬动和运输中受到较大 的冲击和振动。
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第1章 电子测量基础知识
教学内容：
测量的基本概念，计量的基本概念； 测量的误差的定义； 电子测量的基本方法和测量系统； 电子测量的实现技术和测量误差与数据处理。
教学要求：
了解测量与计量的内容、特点和意义； 掌握测量误差的基本概念； 了解电子测量的方法、特点和内容，了解电子测量的基本实现技术； 掌握测量误差的种类，系统误差、随机误差和粗大误差性质、产生的原 因、判别与消除方法； 掌握测量结果的数据处理方法。
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1.1.4 测量误差的表示方法
测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。 1.绝对误差
x x A0
有大小，又有符号和量纲
（1）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差
x
实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得 之值）来代替真值。 绝对误差： （2）修正值 与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值
《测感技术》
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课程简介
测感技术：电量和非电量的测量 三部分内容： ◆电子测量基础知识 ◆电量测量 基本电参量测量 电子测量显示技术 线性系统测量 测量技术新进展（简介） ◆非电量测量 传感器的基础知识 结构型传感器 物性型传感器 其它传感器（超声波、微波、核辐射与红外传感器、热电式） 传感器应用技术 ◆考核 期末成绩参考平时成绩（考勤、作业、实验、平时的小论文） 2
xm
xm
| xm | xA
仪表各量程内绝对误差的 最大值
xm m xm
测量点的最大相对误差
0
Am
A
我国电工仪表共分七级 m ：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如 果仪表为S级，则说明该仪表的最大引用误差不超过S%
xm x S% x
在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满 25 度值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。 第25页
英呎ห้องสมุดไป่ตู้—feet
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国 际 单 位 制 （ SI ） 的 组 成 ( 法 文 ： Système
d'unités (SI)英文：International System of Units )
international
国际单位制基本单位 （ SI有7个基本单位 ）
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国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词头和国际 单位制的十进倍数单位三部分组成。 国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。国际 单位制词头采用的是十进制词头，它是用来单位增大或缩 小十进倍数，从 10 24 ~ 10 24 共有16个 例：5.4X10-9s=5.4ns
（1）仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不 完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有 的误差。 （2）影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电 压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。 （3）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法 不合理而造成的误差。 （4）人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉 疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、 现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。 例如：用滴定法测量粉末中CaO含量，称取定量的粉末，然后 慢慢滴入酸溶液一直到变色（完全中和）为止，根据滴入溶液的数 量确定CaO含量。这中间就会引入人为误差。 随着科技的发展，现在出现了X－荧光分析仪，可以进行自动 测试，就解决了人为误差。 22
1.1.3 测量误差的基本概念
1.测量误差的定义
测量的目的: 获得被测量的真值。 真值: 在一定的时间和空间环境条件下，被测量 本身所具有的真实数值。
x x A 所有测量结果都带有误差 。
测量误差 : 从广州到北京的距离如何测？
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1.1.3 测量误差的基本概念
2 测量误差的来源
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被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上 的刻度是事先与标准量进行比较的结果。
(a) 天平直接比较
（b）弹簧称间接比较 图1－1 测量的比较原理
被测物体的重量等于标 准砝码的重量
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1.1.1 测量的基本概念
2. 测量的定义 广义测量的定义：信息的感知和信息识别 广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量， 而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。 例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震 源测定、卫星定位等。
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1.1.2 计量的基本概念
2．单位和单位制
根据定义而令系数为1的量称为单位。分为基本单位和导出单位 单位是表征测量结果的重要组成部分， 又是对两个同类量值进行比较 的基础。 1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。 1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国 法定计量单位以国际单位制为基础。
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1.1 测量的基本原理
1.1.1 测量的基本概念 1 测量的意义
日常生活、生产中处处离不开测量 信息处理、传递的源头 科学的进步和发展离不开测量 离开测量就不会有真正的科学。
没有望远镜就没有 天文学，没有显微 镜就没有细胞学， 没有指南针就没有 航海事业
我国近代科学落后与不重视“定量”有关
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1.1.1 测量的基本概念
2. 测量的定义
狭义测量的定义
测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。 在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与 同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。
测量结果＝测量数值.测量单位，即： x {x} x0
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测量标准的传递
自上而下逐级传递
国家 标准 Ⅰ 级 Ⅱ 级 Ⅲ 级 工作 标准 中国计 量院 中国测 试院 国家标 物中心 国 家 专 业 计 量 站 分 站 工矿企业、商店、研究院 所、医院、学校等
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授权基准 实验室 行 业 计 量 中 心 国 防 计 量 中 心
大区国家计量中心 省级计量所 市（地）计量所 县（区）计量所
x x A
C x A x
测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表 格、曲线或函数表达式等形式。 被测量的实际值
A x C
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1.1.4 测量误差的表示方法
2.相对误差
（1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差 相对真误差： x 100% 绝对误差与被测量的真值之比
12
1.1.2 计量的基本概念
1. 计量的定义和意义 计量的意义： 为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的 结果一致 计量的定义： 计量是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部门作 为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并 给出具有法律效力的《检定证书》。 计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的 测量。 计量的三个主要特征： 统一性、准确性和法制性。
10-21 仄（普托） 10-24 幺（科托） z y
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1.1.2 计量的基本概念
2．测量基准（标准） 测量标准的定义：
为了定义、实现、保存和复现量的单位或一个及多个量值，用作 参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。
几个名词：
比对： 在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计 量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。 检定： 是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比 较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计 量标准的准确度为被检者的1/3到1/10。 校准： 校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确 定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的 全部工作。 量值的传递： 指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手 段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全 过程。 18
实际相对误差： x 100% A
A
A0
用实际值A代替真值A0
用测量值X 代替实际值A
示值相对误差： x 100% x x
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1.1.4 测量误差的表示方法
（2）满度相对误差（引用相对误差）
用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与该量程值（上限值 －下限值）之比来表示的相对误差，称为满度相对误差（或称引用相对 误差） xm x m 100% | xm |