1-1测量的基本概念、测量误差1-2传感器及其基本特性

作图法求灵敏度过程 切点 y Δy
传感器 特性曲线
x1
y K x
0 Δx
xmax
x
2、分辨力：
指传感器能检出被测信 号的最小变化量，是有量纲 的数。当被测量的变化小于 分辨力时，传感器对输入量 的变化无任何反应。对数字 仪表而言，如果没有其他附 加说明，可以认为该表的最 后一位所表示的数值就是它 的分辨力。一般地说，分辨 力的数值小于等于仪表的最 大绝对误差。
传感器实例
温度传感器
压力传感器
液位传感器
三、传感器基本特性
传感器的特性一般指输入、输出特性。 包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、 电磁兼容性、可靠性等。
1、灵敏度 ：
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与 输入变化值之比，用K 来表示：
dy y K dx x
（1－6）
对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非 线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变 化。
产生粗大误差的一个例子
2.系统误差：
系统误差也称装置误差，它反映 了测量值偏离真值的程度。凡误差的 数值固定或按一定规律变化者，均属 于系统误差。
系统误差是有规律性的，因此可 以通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正，也可以重新调整测量仪 表的有关部件予以消除。
夏天摆钟变慢的原 因是什么？
3.随机误差
误差产生的因素：
1.粗大误差
明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫 过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗 心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰 所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压 尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗 大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗 大误差时，应予以剔除。

离线测量
产品质量检验
在线测量
在流水线上，边加工，边检验，可 提高产品的一致性和加工精度。
第二节

测量误差及分类


一、传感器的基本误差 1、真值：被测量本身的真实值。A0
理论真值（绝对真值）：如平面三角形内角和恒 为180° 规定真值（约定真值）：国际上的公认的某些基 准量值。 相对真值：指计量器按精度不同分为若干等级， 上一等级的指示值即为下一等级的真值，此真值 称为相对真值。
Lmax L 100% ymax ymin
（1－7）
作图法求线性度演示
（ 1—拟合曲线 2—实际特性曲线 ）
4、稳定性
稳定性包含稳定度和环境影响量两个方面。 稳定度是指仪表在所有条件都恒定不变 的情况下，在规定的时间内能维持其示值不 变的能力。 环境影响量仅指由外界环境变化而引起的 示值变化。例：零漂
5、电磁兼容性：
所谓电磁兼容性是指电子设备在规定的电磁 干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力， 而且也不向处于同一环境中的其它设备释放超过 允许范围的电磁干扰。
6、可靠性 ：
可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在 规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。
图1-8 浴盆曲线
“老化”试验：在检测设备通电的情况下，将
环境参数指标
温度指标： 工作温度范围、温度 误差、温度漂移、温 度系数、热滞后等 抗冲振指标： 允许各向抗冲振的频 率、振幅及加速度、 冲振所引入的误差 其他环境参数： 抗潮湿、抗介质腐蚀 等能力、抗电磁场干 扰能力等
可靠性 指标
其他指标
工作寿 使用有关指标： 命、平 供电方式（直流 均无故 、 交 流 、 频 率 及 障时间、 波 形 等 ） 、 功 率 保险期、 、 各 项 分 布 参 数 疲劳性 值 、 电 压 范 围 与 能、绝 稳定度等 缘电阻、 外形尺寸、重量 耐压及 、 壳 体 材 质 、 结 抗飞弧 构特点等 等 安装方式、馈线 电缆等
相对误差(Relative Error)及准确度等级 100% 1-2 示值相对误差： x Ax
（标称） 满度相对误差： （引用） 准确度等级： （精度等级）
m 100% Am
m S 100 Am
1-3
1-4
满度误差又称为“引用误差”,精度等级按引用误差定为: 0.005, 0.02, 0.05 0.1, 0.2, 0.5 1.0, 1.5, 2.5, 5.0 I军用或作为标准 II 工业用 III 民用
精确度
测量结果评定
精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示 精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两 者的代数和。机器的常以测量误差的相对值表示。
（a）准确度高而精密度低 （b）准确度低而精密度高
（c）精确度高
在测量中我们希望得到精确度高的结果。
第三节
传感器及其基本特性
一、传感器的组成
本章作业：
P13：第3、5、6题
休息一下
静态测量
对缓慢变化的对象进行测 量亦属于静态测量。
最高、最低 温度计
动态测量
地震测量 振动波形
直接测量
电子卡尺
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算求得被测 量（阿基米德测量皇冠的比重）。
接触式测量
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
雷射测速枪以测量红外线光波传送时间来决定 速度。由于光速是固定，激光脉冲传送到目标 再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发 射两个脉冲，即可测得两个距离；将此二距离 之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。 理论上，发射两次脉冲即可量测速度；实际上， 为避免错误，一般雷射测速器（枪）在瞬间发 射高达七组的脉冲波，自以最小平方法求其平 均值，去计算目标速度。 当然，此种速度侦测装置可以将所侦测到 的速度，转换为「公里/小时」或是「英哩/小 时」。
其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角 位移或直线位移。
压力传感器的外形及内部结构
2、传感元件 被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量 在右图中， 电位器为传 感元件，它 将角位移转 换为电参 量——电阻 的变化（ΔR）
360度圆盘形电位器
右图所示 的360度圆 盘形电位器 的中间焊片 为滑动片， 右边焊片接 地，左边焊 片接电源。
举例：测量压力的电位器式压力传感器 P10页 图1-4 传感器组成 框图
1-弹簧管
2-电位器
1、敏感元件
敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换 成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。
弹性敏感元件（弹簧管）
弹性敏感元件（弹簧管）
在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α
弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动 齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。
接地
3、 测量转换电路 测量转换电路的作用是将传感元件输出的电 参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。 在左图中，当电 位器的两端加上电源 后，电位器就组成分 压比电路，它的输出 量是与压力成一定关 系的电压Uo 。
分压比电路的计算公式如下：
直滑电位器式传感器的输出 电压Uo 与滑动触点C的位移量x成 正比：
第一章
检测技术的基本概念
本章学习测量的基本概念、测量方法、
误差分类、测量结果的数据统计处理，以
及传感器的基本特性等，他们是检测与转
换技术的理论基础。
第一节
检测技术的基本概念及方法
检测方法分类


1、静态测量和动态测量 2. 直接测量 （绝对测量、相对测量） 和间接测量 3. 模拟测量与数字测量 4、接触式测量和非接触式测量 5. 在线测量和离线测量
3、线性度：
线性度又称非线性误差，是指传感器实际特 性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的 最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。 将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线 作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按 上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性 误差越小越好 。线性度的计算公式如下：
之放置于高温环境 低温环境 高温环境……反 复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大 为降低 。
“老化” 试验台
传感器的选用原则



一、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的； (2)被测试量的选择； (3)测量范围； (4)输入信号的幅值，频带宽度； (5)精度要求； (6)测量所需要的时间。



2、标称值（示值、测量值）：由测量器具 读数装置所指示出来的被测量的数值。Ax 3、测量误差（绝对误差） ：测量值与真值 之差。Δ


Δ=Ax－A0
(1-1)
测量的目的是希望通过测量求取被测量 的真值（True value)。
某采购员分别在三家商店购买100kg大米、 10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg， 问这三种商品的测量误差分别为多少？但该采 购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？
传感器的选用原则

二、与传感器有关的技术指标
(1)精度； (2)稳定度； (3)响应特性； (4)模拟量与数字量； (5)输出幅值； (6)对被测物体产生的负载效应； (7)校正周期； (8)超标准过大的输入信号保护。




三、与使用环境条件有关的因素
(1)安装现场条件及情况； (2)环境条件(湿度、温度、振动等)； (3)信号传输距离； (4)所需现场提供的功率容量。
四、与购买和维修有关的因素
(1)价格； (2)零配件的储备； (3)服务与维修制度，保修时间； (4)交货日期。
基本参数指标
量程指标： 量程范围、过载能力等 灵敏度指标： 灵敏度、分辨力、满量程输 出等 精度有关指标： 精度、误差、线性、滞后、 重复性、灵敏度误差、稳定 性 动态性能指标： 固定频率、阻尼比、时间常 数、频率响应范围、频率特 性、临界频率、临界速度、 稳定时间等