检测与转换技术整理

检测与转换技术总结

一、传感器概述

1.传感器的定义：

能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，与计算机、通讯并称现代信息技术的三大支柱。通

常由敏感元件和转换元件组成。

2.传感器的分类

(1)按外界输入的信号变换为电信号采用的效应分类:

物理传感器、化学传感器、生物传感器。

(2)按能量的传递方式分类：

有源传感器、无源传感器。

(3)按被测量对象分类:

速度(加速度),力(力矩、压力），流速，液位，温度，湿度，光，电压，电流，浓度，气体成分，位移等传感器。

(4)按工作原理分类:

电阻式、电容式、电感式、涡流式、光电式、应变式、压电式、热电式。

3.传感器的发展趋势

（1）固态化趋向

（2）集成化和多功能化趋向

（3）图象化趋向和智能化趋向

二、检测技术基础

1.测量和误差的定义

测量：采用各种手段将被测量与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的方法。

误差：测量结果与被测量真值的差别。

2.测量方法的分类

（1）根据获得测量结果的方法不同

①直接测量：

在仪表上直接读出被测量的大小而无须经过任何运算。简单、迅速但精度差。

②间接测量：

首先测出与被测量有确定函数关系的物理量，再经过函数运算求出被测量的大小。

③组合测量：

又称“联立测量”，即被测物理量必须经过求解联立方程才能导出结果。

（2）根据测量条件相同与否

①等精度测量：

在测量过程中，影响测量误差的各种因素不改变。

②不等精度测量：

改变测量条件的测量。

（3）根据是否接触被测对象

①接触测量：如测速发电机、体温计测温。 ②非接触测量：如光电检测测转速、红外测温。 （4）根据测量对象是否随时间变化 ①静态测量：如测倾角。 ②动态测量：如测汽车速度。

3.平均值

（1）算术平均值： （2）几何平均值： （3）均方根平均值：

4.检测装置的性能

（1）基本性能 ①精度：

a.精密度：在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度（离散程度）；

b.准确度：表示测量仪器指示值对真值的偏离程度；

c.精确度：它是精密度和准确度的综合反映。 ② 稳定性：

a.零点漂移：在一定条件下，保持输入信号不变，输出信号随时间而变化；

b.灵敏度变化：灵敏度随时间延长而下降。

n

x

n

x x x n

i i

n

x ∑=-

=+⋯++=

1

21n n

G x x x x ⋅⋯⋅⋅=21n

x x x x n

u 2

2

22

1+⋯++=

（2）静态性能（输入输出之间的函数关系） ①灵敏度：

传感器或检测仪表在稳态下输出量的变化量△y 与输入量的变化量△x 之比，用K 表示。 ②分辨率：

灵敏度阈值，引起输出量产生微小变化所需的最小输入量的变化量。 ③线性度：

检测输入输出特性对理想线性输入输出特性的近似程度。 ④滞环

说明测量系统正向（输入量增大）和反向（输入量减小）特性不一致的程度。 ⑤重复性：

在同样的工作条件下，输入按同一方向作全量程多次（三次以上）往复变化时，测量系统刻度特性曲线的一致性。 （3）动态性能（系统输入输出与时间的关系）

响应时间、超调量（一说时间常数、固有频率、阻尼系数）。

%100A

⨯∆=

m

m E %100A

⨯∆=

m

m δ

三、误差理论

1.误差的表示方法

（1）绝对误差

①具有量纲，与被测量相同； ②其大小与所取单位有关； ③能反映误差的大小和方向； ④不能反映测量的精细程度。

（2）相对误差：绝对误差与被测量真值之比 ①大小与被测量单位无关； ②能反映误差的大小和方向； ③能反映测量工作的精细程度 。 （3）引用误差

是一种特殊的相对误差表示法，常用于连续刻度的仪表中，实质给出仪表的最大绝对误差。

2.测量误差的分类和判别

（1）系统误差：在同一条件下，多次重复测量同一量时，误差的大

小和符号保持不变或按一定规律变化。

①恒值系统误差的判别

a.实验对比法；

b.改变测量条件法；

x x x -=∆%

1000

⨯∆=x x

δ%

100A

⨯∆=m x γ

c.理论计算与分析法；

可用代替法、交换法消除。

②变值系统误差

a.累进性系统误差，对称测量法消除；

b.周期性系统误差，半周期读数法消除；

c.按复杂规律变化的系统误差。

变值系统误差的判别：

a.残余误差观察法；

b.残余误差之和相减法(马利科夫判据)。

③产生系统误差的原因：

a.仪器不良，如零点未校准刻度不准；

b.测试环境的变化，如外界湿度、温度、压力变化等；

c.安装不当；

d.测试人员的习惯偏向，如读数偏高；

e.测量方法不当。

（2）随机误差：在一定测量条件下的多次重复测量，误差出现的数值和正负号没有明显的规律。这叫“随机误差”。

（3）疏失误差：又称“过程误差”或“粗大误差”，简称“粗差”，这是一种由于测量人员的粗心或过度疲劳造成的误差。