非电量电测技术
非电量电测知识点总结
非电量电测知识点总结1. 非电量电测的基本概念非电量电测是以非电参数（温度、压力、位移、速度、流量等）对电信号（电流、电压）进行检测、测量、分析和处理的技术。
通过传感器将非电量转换为电信号，然后再通过电路将电信号进行采集、处理和显示。
非电量电测技术的重点是非电参数与电信号之间的转换与传输。
2. 非电量电测的传感器非电量电测的传感器是将非电参数转换为电信号的装置，它是非电量电测的关键部件。
常见的非电量传感器有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、流量传感器等。
传感器的选择应根据被测量的非电参数性质和测量要求来确定。
传感器的性能参数包括灵敏度、量程、准确度、稳定性、线性度、响应时间等。
3. 非电量电测的信号调理非电量传感器输出的信号通常是微弱的电压信号，需要经过信号调理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以便适应后续的信号处理和显示系统的要求。
常见的信号调理电路有放大电路、滤波电路、线性化电路、补偿电路等。
4. 非电量电测的数据采集非电量电测中常用的数据采集技术包括模数转换（A/D转换）、通信接口（串口、并口、USB接口）、存储器、微处理器等。
模数转换技术是将模拟信号转换为数字信号的技术，常见的模数转换芯片有AD转换器、DA转换器等。
数据采集系统可以将非电量信号转换为数字信号，并用数字方式进行存储和处理，方便后续的数据分析和显示。
5. 非电量电测的数据处理非电量电测的数据处理是通过软件对采集到的数据进行处理和分析，以实现对被测量参数的监测和控制。
数据处理的方法包括数字滤波、数据分析、图像显示、曲线对比、报警控制等。
常用的数据处理软件有Labview、Matlab、C语言等。
6. 非电量电测的应用领域非电量电测技术已广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗仪器、航空航天、军事装备、汽车电子、生物医学工程等领域。
例如，在工业自动化中，非电量电测技术可以实现对生产过程中的各种工艺参数（温度、压力、流量、液位等）的准确测量与控制，提高生产效率并减少资源浪费。
非电量电测
2. 温差电势：单一导体的两端温度不同产生电势。
U ,
T
T0 Adt
T
T0 Bdt
T
T0 ( A B )dt
总电势等于接触电势+温差电势
σA,σB：两种导体的 汤姆逊系数
E
U
U
,
k e
(T
T0 ) ln
nA nB
T
T0 ( A B )dt
f (T ) F(T0 ) F(T )
热电偶示意图
➢ 热电偶条件：两种材料、有温差（热端T和冷端T0 ） ➢ 常用的热电偶有：铜—康铜、镍铬—铬、铂铑—铂等 ➢ 热电偶测量温度范围宽、电势低、输出非线性
热电势
热电势来源于两类电势： 1. 接触电势：结点处因自由电子密度不同而产生的电势差.
U
k e
(T
T0 ) ln
nA nB
K：为玻耳兹曼常数，e：电子当量， nA ，nB：金属A和B的自由电子密度
UJ36 电位差计使用
因温差电动势较低，在实验中用电位差计测量
测量方法
1. 将热电偶的电压端接到电位差计的“未知”端。注意极性 2. 三个调零：
机械调零：将K调到X1档，调节调零旋钮，使检流计指“0” 电流调零：功能开关K1调至“标准”，调节“电流调节”旋
钮，使检流计指“0” 电势调零：将K1拨至“未知”，调节读数盘，使检流计指
炉温测定记录：列出标准测温仪和 铜电阻温度计的测量结果，进行分 析讨论。铜电阻温度计最小分度为 5℃。
2. 热电偶标定 ： 列表记录标定数据。 以温度t为横坐标，电势E为纵坐标做E-t图即标定曲线.
注意事项
1. 注意电阻温度计接线和电源正负 2. 热电偶不要乱拔 3. 使用NKJ智能温控辐射式加热器进行标定时，仔细阅读说
吕国泰《电子技术》第9章-非电量电侧技术精选全文
18
第二节 温度传感器
2.伏安特性U ＝ƒ（Ⅰ）
在稳定状态下，通过热敏电阻的电流I与其 两端之间的电压U的关系。
19
第二节 温度传感器
注意：当热敏电阻的电流很小时其伏安特性 符合欧姆定律，是曲线的线性上升段；当电流 增大到一定值时，引起热敏电阻自身温度升高， 出现了负阻特性，即虽电流增大电阻却减小， 端电压反而下降。因此，在具体使用中，应尽 量减小通过热敏电阻的电流，以减小自热效应 的影响。
输入特性 基本性能：
输出特性
（一）静态特性
静态特性 动态特性 静态特性 动态特性
1.定义—— 被测量的各个值处于稳态或随
时间非常缓慢地变化的状态下，传感器输出 与输入信号之间的关系。
2.表示方式：曲线、数学表达式、表格。
7
第一节 非电量电侧技术概述
3.衡量静态特性的主要参数
(1)测量范围：各种传感器都有一定测量范围， 超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误 差或造成传感器的损坏。
＋
E
－
第二节 温度传感器
R1
b E1
R5 RCu
R2
A a＋
R3
－
R1、R2、R3是用电阻温度系数极小的锰铜线 B
绕成，RCu是用电阻温度系数较大的铜导线绕
成，其特性与所配
27
第二节 温度传感器
在200C时，电桥平衡无需进行补偿。 当冷端温度升高时，RCu的阻值随之增大，Uab 增大；而热电偶的电动势E却减小。若Uab增加 量与E减小量相等，则热电偶输出的电压UAB的 大小将不随冷端温度变化而变化。 若冷端温度降低时，则RCu阻值减小，而E则 增大，也可使UAB的大小与冷端温度无关。 此外，还有热电偶补偿法、湿度修正法、热电 动势修正法等补偿和修正方法。
第2章 非电量电测原理 工程测试技术
9
测试系统的基本组成
反馈、控制环节 反馈、
• 反馈控制环节主要应用于闭环控制系 统中的测试系统。 统中的测试系统。
10
再通过测试电路测量此电量，用所测电量来确定被测非电物理量的值
二
测试系统的基本组成
1 测试系统框图
测试系统是指由相关的器件、仪器和测试 测试系统是指由相关的器件、 装置有机组合而成的具有获取某种信息之 功能的整体。 功能的整体。3ຫໍສະໝຸດ 测试系统框图传 感 器
信 号 调 理 器
反馈、 反馈、控制 激励 信 号 采 集 存 储 记 录 器
基本放大器
信号的转换，多数是电信号 信号的转换， 之间的转换。如幅值放大、 之间的转换。如幅值放大、 将阻抗的变化转换成电压的 变化或频率的变化、滤波等 变化或频率的变化、滤波等。
信号的调制与解调
6
测试系统的基本组成
数据采集存储记录器 信号采集存储记录环节（A/D、数据记录器） 信号采集存储记录环节（A/D、数据记录器） 将来自调理器的信号显示或存贮， 将来自调理器的信号显示或存贮，已备数据分 析用，用于信号处理后的显示记录。 析用，用于信号处理后的显示记录。
7
测试系统的基本组成
信号处理器
信号处理环节对来自信号调理环节的 信号进行各种运算和分析。 信号进行各种运算和分析。
8
测试系统的基本组成
激励装置
被测对象的有些信息可在被测对象处于自然状态时所表现 出的物理量中显现出来， 出的物理量中显现出来，而有些信息却无法显现或显现不 明显，此时需要通过激励装置作用于被测对象， 明显，此时需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生 出要获取的信息载于其中的一种新的信号。 出要获取的信息载于其中的一种新的信号。
以非电量电测原理与技术测试汽车油箱总成油管在不同温度下的应变分布规律
ｌ ■
以非 电量 电测原理 与技 术测试汽车油 箱总 成油管在不 同温 度下 的应变分布规律
刘诗羽
（ 吉林 大学通 信学 院测控 技术 与仪器 系 长春 １ ０ ２） ３０ ２ ［ 摘 要 ］ 究汽 车 油箱 总成 中的油 管 在不 同温 度场 下 应 变 、应 力变 化规 律 ，为 汽车 油 箱 总成 中油 管新 材 料 的研 究 ，为提 高 产 品质 量提 供科 学 依据 。 研 在 汽车 油箱 总成 中的油 管上 粘贴 电 阻应变 片 ，以应变 电测 法测 量 油管上 各 测点 的应变 值 。得 出了油 管在 ２ ℃一 ６ ℃、一 ０ Ｏ ０ ３ ℃一 ２ ℃范 围 内各 个测 点 的应力 Ｏ 值 。得 出 了 一 些 结 论 ，对 实 验 结 果 进 行 分 析 讨 论 。 ［ 关键词］ 车油箱 总成 油 管 温度 应 变 电测量 汽 中图分 类号 ：Ｈ ３ Ｔ １７ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ９９ ４ （００ ３－ ５８ ０ １０ — １Ｘ２ １） ３０ ２－ １
４ 讨论 本 实验 得出 了汽车 油箱 总成 中油 管在 ２ ℃～ ６ ℃和 一 ０ ０ ０ ３ ℃一 ２ ℃范 围 内 Ｏ 的应 变和 应力 值 。实验 结果表 明 ，新 型新 油管 在 ２ ℃一 ６ ℃ 范围 内最大应 ０ Ｏ 变和 最大 应力 发生 在 ３号测 点 ，应变 为 ５ ９ ¨ ｅ，应力 为 ０ ８ Ｍ ａ 最小 ２ ． ＩＰ 应变 和最 小应 力发 生在 １ Ｏ号测点 应变 为 ３ ２Ｈ ￡，应力 为 ０ ５ Ｍ ａ ５ ． ４ Ｐ ；新油 管在 － ０ ３ ℃一 ２ ℃范 围 内最大应 变和最 大应 力发 生在 １ 号测 点，应变 为 ６ ７ Ｏ １ ０ ｉ ｅ，应 力为 ０ ９ Ｍ ａ ｘ ． ３ Ｐ ，最小应 变和 最小 应力 发生 在 ７号测 点 ，应 变 为 ４ ６ ９ ｘ ｉ ￡，应 力 为 ０ ７ Ｍ ａ。 ．６Ｐ 旧型油 管在 ２ ￣－ ６ ￣ ０Ｃ ０Ｃ范围 内最大 应变发 生在 ８ 测点 应变为 ５ １ 号 ８ ｅ ｕ 应力 为 ０ ８ Ｍ ａ ． ９ Ｐ ，最 小应变 发生 在 １ 号 测点 ，应变 为 ４ ０ｕ ｅ １ ５ ，应 力为 ０ ． ６Ｍ ａ ９ Ｐ ；在 －０ ３ ℃一 ２ ℃范 围 内最 大应变 和最 大应 力发生在 ２ ０ 号测 点 ， 变为 应 ｉ４ ￡ ０ ５ｕ 应力 为 １２Ｍ ａ ．４ Ｐ ，最小应 变发 生在 １ 号 测点 ，应变 为 ６ ２ ｅ 力 应用 于制造 各种 用途 的传感器 ， 目前用扩 散法 制造 的各种小 型高精 度并用 数字 显示 的传感 器系统 传感器 已广泛 用 于航空 、航天 测控 等工 业 、科 学技 术部 门中 。 应 变 测量 仪器 现在 除 了 一般 的静 态 、动态 、静动 态 应变 仪 和记 录 仪器 外 ，出现 了数字 式应变 和大容 量高速 数据 采集 系统 。为 了适 应高速 旋转 、振 动及 飞行状 态等试 验条 件下 的测试 ，发展 了应变 遥测 技术 。 由于计 算技 术的 飞速 发展 ， 电子计 算机 可 以和 应变测 量系 统直接 或 间接相连 ，对应 变测 量数 据进 行计 算、分 析、 处理 ，或对测 量系统 进行控 制 ，大大加 快 了测 试速 度并 提 高了精度 ，使应 变片 电测技 术 发展到 一个新 的阶 段 ［］ １。 汽 车 油箱 总 成 由油 箱 、 油管 、法 兰 盘 组成 ，其 是汽 车上 的重 要部 件 。 汽车 油箱 总成多 以高分 子材料 加工 而成 。汽 车 的使用环 境温度 在东 北冬季 最 低温度 可达 零下 ３ ℃，甚 至更低 。夏 天南 方最高温 度汽 车油 箱总成 的环 境温 ０ 度可 达 ６ ℃ 。某 汽车 制造 公 司生产 的轿 车 油箱 总成 中 的油管 在使 用过 程 中 Ｏ （ 境温 度 ４ ℃一 ６ ℃ ）发 生油 管产 生严重 变形 ，法兰 盘根 部产生 裂纹 。 环 ０ ０ 高分子材 料对温 度非 常敏感 ，所 以为分 析汽车 油箱 总成 中油管 的失效 原 因 ，有 必要 了解 一Ｏ ３ ℃一 ６ ℃ 环境温度 条件 下 的汽 车油 箱 中油管 的应力 、应 Ｏ 变变化 规律 ，定量 了解温 度对 应力 、应变变 化规 律 的影响 。鉴于此 ，作者 以 应变 电测技术 和原 理对汽车 油箱 总成 中的油 管材料 测量一 Ｏ ３ ℃一 ６ ￣温 度场 ０Ｃ 下 应变 值 ，得 出 了一 些 结 论 ，对 实 验 结 果 进 行 分 析 讨 论 。 ２材料 与 方法 汽 车 油箱 总成 中油 管 ２ ０个 ，其 中 新油 管 １ ０个 ， 旧油 管 １ ， 由某 ０个 汽 车制造 有 限 公 司提供 。分 别对 ２组油 管 试样 上 粘 贴 电阻 应变 片 。 电阻应变 片为浙 江黄岩 测试 仪器厂 生产 的标距 为 ｉｍ ｌｍ ｍ Ｘｍ ，胶基 箔式 电 阻应变 片 ， 电阻应变 片 阻值 ｌ ０ ，灵敏 系数 为 ２ ０ 。 ２ ０ ． ２ 贴片 用胶 水 为北 京化 工厂 生产 的 ５ ２快干 胶水 。 ０ 测试 用仪器 为靖 江东华 测试 技术开 发有 限公司 Ｄ 一 ３ １ Ｈ ８７动静态 应变 测 试系统 。 日本 共 和公 司环 境温 箱 （ ３ ℃一 ２ ０ ） 一５ ℃ ５ 严格 按 照 电阻应 变 片贴 片工 艺 ，分别 在 汽车 油 管各 测 点粘 贴 电阻应 变 片 ，电阻应变 片布 片示 意图 见图 ｌ 。 将粘 贴应变 片的 汽车油 管置 于环境 温箱 内，实验 温度开 始为 ～Ｏ ３ ℃～ ２ ０ ℃，之后 在 ２ ℃一 ６ ℃温 度变 化范 围内实验 。 ０ ０ 将各 测点 电阻应变 片导线 接 在动静 态应变 测试系 统的 桥壁上 ，接 桥方式 为半桥 ，温度 补偿 为公共补 偿 。通 过动静 态分 析系统 测量各 测 点的应变 值 。 ３结果 根据 材料 力 学公 式 ｏ＝ Ｅ・ｅ 算 各测 点 应力 值 ，式 中 ０一 应 力 、Ｅ 计 弹性模 量 、 ￡ 一应 变 。已知油 管材料 的弹 性模量 为 １３ Ｍ ａ ５０ Ｐ ，将各点应 交
电气测试技术第三章非电量电测技术-0422
4. 标准电极定律：如果金属丝A和C的热电势为eA，C， 金属丝C和B的热电势为eC，B，则金属丝A和B的热电势 为eA，B = eA，C + eC，B
A
B
AB
该定律表明，各种金属都可和一种标准金属(通常为铂)配对并进 行标定，各种可能配对的金属不必都进行自身的标定。
各种热电极材料和铂配成的热电偶，在热端温度为100℃，冷端 温度为0℃时所产生的热电动势列于表3-1中，根据此表可以求出 任意两种材料相配合的热电动势。
根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E， 只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不 会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。
3. 中间温度定律：如果不同的两种导体材料组成热电偶回
路,其接点温度分别为T1、T2 时,则其热电势为eAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为eAB(T2, T3)； 当接点温度为T1、T3时，其热电势为
热电偶的热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长 度、粗细无关。 只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产 生。
如果使eAB(T0)=常数，则回路热电势eAB(T，T0)就只与温度T 有关，而且 是T 的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。
若σA，σB为常数 实际上σA，σB并不为常数，下式更符合实际 对于铜/康铜热电偶
电压或电流的大小取决于材料A，B，以及温差T，To
接触电势
eAB (T )
kT e
ln
NA NB
K=1.38*10-23(J/K)波尔兹曼系数
T
温差电势 eA(T,T0 ) T0 AdT
A 为与材料有关的汤姆逊系数系数
总电势
电磁测量第15章 非电量测量
由 dR K dl 知，电阻丝的应变与电阻的相对变化具有
线性关系。R
l
系数K由统一的标准进行实验测定。
dR
K0
R
x
x 为轴向应变。K0为电阻丝应变片的灵敏度系数。
3. 电阻应变仪 电阻应变仪是与应变片配用的测量仪器。
将应变片接入电桥线 路中，电阻的相对变化即 可转换为电压的相对变化。
RW
x x0
2
x x0
3
...
S
y0 x0
1
x x0
x x0
2
x x0
3
...
为减小灵敏度的非线性，常采用差动形式
y
y
y0 x0
x 1
S
r
由材料力学， dr dl
r
l
dR
d
1 2 dl
l
d
1
2
dl
R
l dl
l
l d
K 1 2 称为金属丝应变灵敏度系数。
dl
对于金属材料，d 相对较小，其灵敏度主要取决于1+2项。
非电量电测技术：用电测技术的方法测量非电的物理量。
二、非电量电测技术的主要特点
1. 应用了已较为成熟和完善的电磁测量技术、理论和方法。 因此，非电量电测技术的关键是研究如何将非电量变换为 电磁量的技术——传感器技术。
非电量电测仪表在电力质量监测中的应用
非电量电测仪表在电力质量监测中的应用随着电力系统的迅速发展和电力质量的重要性日益凸显，非电量电测仪表作为一种新型的电测仪表，逐渐在电力质量监测中得到广泛应用。
非电量电测仪表是指可以通过非电信号来测量电力系统中的一些重要参数的电测仪表，例如温度、湿度、振动等。
相比传统的电参量电测仪表，非电量电测仪表具有无需与电力系统直接接触、安装方便、测量准确、实时监测等优势，因此在电力质量监测中拥有广泛的应用前景。
首先，非电量电测仪表在电力质量监测中的应用主要表现在测量环境参数方面。
电力质量监测除了要对电压、电流等电参量进行监测，还需要对环境参数进行监测，如温度、湿度、气压等。
这些环境参数对电力设备运行状态及其可靠性均有重要影响。
传统的电参量电测仪表无法直接测量环境参数，而非电量电测仪表却可以通过传感器等技术手段，实时准确地测量环境参数。
通过监测环境参数，可以帮助电力系统运行人员了解电力设备运行环境的变化情况，及时采取相应的措施，提高电力系统运行的可靠性。
其次，非电量电测仪表在电力质量监测中的应用还体现在设备状态监测方面。
电力设备的正常运行状态对电力系统的稳定性和可靠性至关重要。
使用非电量电测仪表可以实时监测电力设备的振动、声波等非电信号，通过对这些非电信号的分析与处理，可以判断设备的运行状态，及时发现并解决设备故障，提高电力系统的可控性。
例如，通过对发电机组的振动信号进行监测与分析，可以判断发电机组是否存在失衡、不平衡等故障，以便及时保养与维修。
此外，非电量电测仪表在电力质量监测中的应用还可以用于电力系统的能效评估。
电力系统的能效评估是指对电力系统中各个环节的能源消耗与利用效率进行评估与优化。
传统的电参量电测仪表只能监测电参量，难以评估电力系统的能效情况。
而通过使用非电量电测仪表可以监测电力设备中的温度、湿度等环境参数，以及振动等非电信号，从而对电力系统中的能效问题进行分析与评估。
通过能效评估，可以发现电力系统能源消耗的重点领域，进而采取相应的措施进行优化和提高能源利用效率。
非电量测试技术的基础知识
1
n
2
2 j
1
n
A( )
1
n
2 2
2
n
2
1 2
( ) arctg 2
n
1
n
2
频率响应特性指标
工作频带 传感器增益保持在一定值内的频率范围，
即对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所 对应的频率范围，称为传感器的工作频 带，对应有上、下截止频率。
传感器无输入时，每隔一段时间进行读 数，其输出偏离零值，即为零点漂移。
零漂＝ Y0 100% YFS
Y0 : 最大零点偏差
6. 温漂
温漂表示温度变化时，传感器输出值的 偏离程度。一般以温度变化1℃，输出最 大偏差与满量程的百分比 :
温漂＝
max 100% YFS T
max : 输出最大偏差 T：温度变化范围
传感器分类
按能量转换情况，分为能量控制型、能量转换型。
✓ 能量控制型传感器在信息变换过程中，其能量需外电源供给。 如电阻、电感、电容等电路参量传感器。
✓ 能量转换型传感器，主要是由能量变换元件构成，它不需要 外电源。如基于压电效应、热电效应、光电效应等原理构成 的传感器。
按物理原理，可分为电参量式传感器（包括电阻式、 电感式、电容式等基本型式）、磁电式传感器（包 括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式传感 器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器 （包括超声波式、微波式等）射线式传感器、半导 体式传感器、其它原理的传感器（如振弦式和振筒 式传感器等）。
一阶传感器的单位阶跃响应
设x ( t )和y ( t ) 分别为传感器的输入量和输出量，均是 时间的函数，则一阶传感器的传递函数为
dy(t) y(t) kx(t)
第二章温度补偿
非电量电测技术
二、交流电桥
讨论：
➢ 输出电压U0有两个分量： • 前一个分量的相位与输入电源电压U同相，叫同相分量； • 后一个分量的相位与电源U的相位相差900，叫正交分量。 • 两个分量均是 ΔR 的调幅波，若采用普通二极管检波电路 无法检测出调制信号ΔR ，必须采用相敏检波电路。 • 相敏检波器只检出同相分量和反相的调制信号，对正交分 量不起检波作用，只起到滤除作用。
lgslo t
则电阻丝产生的附加应变为：
2t
l lo
g
s
t
.
第二章 应变式传感器
非电量电测技术
➢ 因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化
R t2R 0 k gs t
温度变化Δt时引起总的电阻变化△Rt
R t R t 1 R t 2 R 0 t t R 0 kg s t
.
交流电桥
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
交流电桥平衡条件：Z1Z4Z2Z30 Z& 1/Z& 2Z& 3/Z& 4
设各桥臂阻抗: ZrjxZej
式中：x—电抗、r—电阻、Z—复数的模、φ—幅角
用指数形式代入得到交流电桥平衡条件，需满足两个方程式：
• 对臂复数的模积相等，幅角之和相等。
|Z1||Z4||Z2||Z3|
1423
.
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
交流电桥输出：
U & 0 U (1 Z 1 (/Z Z 4 1 / Z Z 3 )2 /( Z 1 Z )1 /(1 Z 1 )Z 4/Z 3 )
已知 Z1Z2Z3Z4 忽略分母项 Z 1
交流单桥输出：
第一讲 非电量电测量
理解：关于真值
真值是个理想化的概念，按其本性是不能 最终确定的。 真值与特定量的定义相关，可不断逼近， 满足测量实际的需要。 真值是指某一被测量在一定条件下客观存 在的、实际具有的量值。
3. 测量误差
观测值 ≠ 真值
测量误差
评价测量结果的好坏或测量装置质量的高低
3.1 测量误差的分类—造成误差的特征不同
式中：τ— 时间常数，τ=a1 / a0； k — 静态灵敏度或放大系数，k =b0 / a0。 时间常数τ具有时间的量纲，它反映系统的 惯性的大小，静态灵敏度则说明其静态特性。 不带套管热电偶测温系统、电路中常用的 阻容滤波器等均可看作为一阶系统。
3） 二阶系统
二阶系统的微分方程为
d y (t ) dy(t ) a2 a1 a0 y (t ) b0 x(t ) 2 dt dt 通常改写为：
2.2 电测量系统的动态特性 （1）概念 指在动态测量时，输出量与随时间变化的输 入量之间的关系。（P14） 动态测量时，输出量不仅受静态特性的影响 ，也受动态特性的影响。 动态特性是测量系统能够不失真地再现变化 着的输入量的能力反映。
例：热电偶动态测温问题
t /℃ t1 动态误差
t0 o
1.2 电测量系统的组成和分类
非电量 传感器
信号调节器
显示记录器
非电量电测量系统组成
(1)传感器 将被测非电物理量转换为电参量，并把它 传送到信号调节器中的部件。传感器又称为变 换器、转换器、探头。 电量是电压、电流、或电参量（电阻、电感、 电容）
非电量
传感器
信号调节器
显示记录器
非电量电测量系统组成
第六节非电量电测系统
第六节、非电量电测系统
（二）数字式装置
是将反映被测物理量变化的模拟信号， 经模/数转换器转换为数字信号，再经译码、 驱动及显示器件，将测量结果以十进制数字 形式显示。 1、显示方式：用的较多的显示器件是发光 二极管（LED）和液晶显示器，在大系统计算机 测试中则可使用屏幕显示。 2、分类：数字磁带记录仪、数字打印机等。
五、其它传感器及技术
（一）接近开关 可在一定距离内检测物体有无的传感器。
第九章
小结
（二）霍尔传感器 是一种基于霍尔效应的磁敏元件，可用于检测 磁物理量以及电流、电功率和某些机械量。 （三）生物传感器 一种新型传感器，包含识别元件和物理化学器 件两个部分。
六、非电量电测系统
由传感器、信号处理电路、显示/记录装置组成。 随着现代科学技术的不断发展，其性能和可靠 性不断提高，并向智能化、小型化、无接触化、多 功能化的方向发展。
调节器
交流放大器 相敏检波
直流 放大器
低通滤波 显示/记录
非电量电测系统方框图
第六节、非电量电测系统
一、信号处理电路
（一）电桥电路 是传感器输出接口中用得最为广泛的基本 电路。 平衡电桥 两种工作方式 非平衡电桥（主要使用） 不平稳电桥的输出电压应仅决定于桥臂阻抗 对其初始值的变化，但激励电压的变化或不精确 也会影响电桥输出，从而造成测量误差。为了使 激励电压稳定，电桥电压一般采用恒压源或恒流 源激励，并在电路中采取抑制共模电压的措施。
第九章
小结
一、非电量电测技术概述
非电量的电测量依靠 （一）传感器的定义 是将被测的非电物理量转换为电量的装置。 （二）传感器的作用 在非电量电测系统中占有重要地位。应用 非常广泛，已发展成为一种专门的科学技术。 （三）传感器的基本性能 静态特性（6种主要参数）、动态特性。 传感器 测量电路
非电量电测技术课程设计
非电量电测技术课程设计一、前言非电量电测技术是指利用非电量的信号，如应力、声波、光学、温度等测量物理量。
在实际工程应用中，非电量电测技术已经成为了一项重要的技术。
在本次课程设计中，我们将结合实例，介绍非电量电测技术的基本原理、应用方法和实现过程。
二、课程内容2.1 基本原理非电量电测技术是利用物理量与电量的相互转换关系，通过测量电量实现对物理量的测量。
其中最关键的一步就是将物理量转化为电信号。
这里需要注意的是，不同的物理量转换为的电信号与测量方式有关；同时，电信号的大小和时间特性也与测量方式有关。
2.2 应用方法在非电量电测技术的应用中，我们需要结合具体的问题进行分析。
在实际应用中，不同的问题常常需要采取不同的测量方法。
下面我们就举两个例子。
例1：利用热电偶测量温度热电偶是利用热电效应（即温差电势）来测量温度的一种传感器。
热电偶的原理是在两种不同金属之间，根据瞬时的温度差产生一个电势差。
测量时，将热电偶的两端连接到测量器上，即可获得电势差，从而得到温度。
例2：利用振动传感器测量机械腔体压力振动传感器是一种测量机械腔体压力的传感器。
其原理是利用腔体内气体分子运动引起的振动来产生感应电动势。
在测量时，将振动传感器放置在机械腔体中，随着气体的压缩和膨胀，振动频率会变化，从而产生相应的电信号。
2.3 实现过程在具体实现过程中，我们需要选取适合的电路，选择合适的传感器，并且需要精确的调节各个参数，以获得准确的测量结果。
下面我们将介绍两个实现过程的例子。
例1：实现热电偶温度测量系统（1）硬件设计：选用电阻率较小时，耐蚀性强、良好导电性的热电偶，选择合适的放大器和滤波器，以获得准确的温度测量结果。
（2）软件设计：通过编程实现温度的读取和控制。
同时，需要设置温度的报警值和报警方式，以便在发生故障时及时进行处理。
例2：实现振动传感器测量系统（1）硬件设计：选用高精度的振动传感器，选择合适的放大器和滤波器，以获得准确的测量结果。
资料：《非电量测量技术(小学期)》教学大纲
《非电量测量技术》课程代码：04000131课程名称：（非电量测量技术）（Sensor Technology）学分：2 学时：3周（小学期）（理论教学学时：18；实验学时：6）先修课程：大学物理，电工学一、目的与任务课程目的学生在学习《电工学》的基础上，通过本课程的课堂学习和实验操作，了解和掌握生产和生活中（特别是材料加工行业）常用传感器的基本结构和工作原理，使学生对科学研究或工程中的检测技术问题，能提出合理的方案和选择合适的传感器。
课程任务掌握非电量电测技术的基本原理和应用，特别是常用传感器的工作原理、基本结构以及测量电路，能对科研工作或工程中的检测技术问题提出合理方案，并具有选择合适传感器的能力。
二、教学内容及学时分配作为实验技术课，课堂和实验教学是两大重要教学环节。
课程以研究机械量的常用电测技术为主，着重学习常用传感器的结构原理、基本特性、测量电路和应用举列。
学时分配课堂教学（12学时）第一章非电量电测技术概述（共1学时）1--1 非电量电测技术在国民经济中的意义1--2 非电量电测技术的基本概念1--3 测量误差第二章电阻式传感器（共2学时）2--1 电位器式传感器2--2 电阻应变式传感器2--3 压阻式传感器第三章电容式传感器（共1学时）3--1 电容式传感器的结构及原理3--2 电容式传感器的灵敏度和非线性3--3 电容式传感器的测量电路3--4 电容式传感器的应用3--5 使用电容式传感器的注意事项第四章电感式传感器（共3学时）4--1 自感式传感器4--2 差动变压器4--3 涡流式传感器4--4 差动变压器式涡流式传感器4--3 应用第五章磁电式传感器（共3学时）5--1 电磁效应5--2 磁电感应式传感器5—3 电磁流量计5—4 霍尔传感器5—5 磁阻式传感器5—6 力平衡式传感器第六章压电式传感器（共2学时）6--1 压电效应6--2 压电式传感器的常用结构形式和等效电路 6--3 压电式传感器的测量电路6--4 压电式传感器的应用第七章热电式传感器（共2学时）7--1 热电偶7--2 热电阻7--3 热敏电阻第八章光电传感器（共2学时）8--1 光电效应8--2 光敏元件：光敏电阻与光电管和光电倍增管 8--3 应用第九章物理效应及其在传感器技术中的应用综述（共1学时）9--1 物理效应9--2 传感功能材料第十章按被测物理量分类的各传感器综述（共1学时）10--1 位移传感器10--2 力传感器10--3 加速度传感器10--4 速度传感器10--5 温度传感器实验教学（除标明外，每个实验约1学时，共12学时。
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一、线性度(非线性误差)
f
m YFS
100%
曲线与直线的最大偏差 仪表满量程
100％
端基线性度
平均选点法 线性度
最小二乘 法线性度
端基线性度：
端点直线。
端点指与量程的上下限值对应 的标定数据点。通常取零点作 为端点直线的起始点；满量程 的输出100％作为终止点，通 过两点的直线称为“端点直 线”。
2.相对误差：
(1)实际相对误差
A
x A
100%
被测量的实际值
(2)示值相对误差
x
x x
100%
仪器示值
(3)满度相对误差 （引用误差）
m x xm 100%
仪器的满度值
(二)按误差的性质
1.系统误差 2.随机误差
定义：指服从一定规律变化的误差。 特征：出现规律性、产生原因可知性 表征：测量准确度
测试结果： Ａ ＝ ｛Ａ｝
〔Ａ〕
被测量 数值(大小及符号) 单位
二、测量方法
<1>直接测量:
简单测量：当选用适当的仪表，即 可直接测得被测量的大小。
只包括一项简单测量和根据一些已知数据，对被测结果 进行运算就可以得到被测物理量的大小。
例如：I U R
被测量
简单测量 已知数据
<2>间接测量：
对于几个与被测量有确定关系的物理量进行直接测量， 然后通过代表该函数关系的公式、曲线n 1
§1-4测量系统的静态误差
一.串联开环系统 Xi K1 Y1 K2 Y2 … Yn1 Kn YO
系统静态特性： yO f (xi )
系统灵敏度：
KO
dyO dxi
dy1 dy2 dxi dy1
dyo dyn1
n
KO K1 K2 Kn Ki i 1
n1
y01 y1K2K3K4 Kn y1 Ki1 i 1
n1
y01 y1K2K3K4 Kn y1 Ki1 i 1
同理：y02 y2K3K4K5 Kn y2 n1 Ki1
i2
n1
y03 y3K4K5K6 Kn y3 Ki1
i3
......
n1
y0 j y j Ki1
i 1
i1
二、灵敏度(传递系数)
K
dy
dx
输出的变化量 输入的变化量
三、分辨率与分辨力
R xmin *100% xmax xmin
四、迟滞（滞环）
y
y(c) i
m y( f )
i
x
t
y(c) i
y( f ) i
max
100%
m
100%
yFS
yFS
五、重复性
z
(2
~ 3)
yFS
100％
i j
......
y0n yn
系统总误差：
n1
n1
n1
yO y1 Ki1 y2 Ki1 yn1 Ki1 yn
i 1
i2
i n 1
n n1
y0 Ki1 y j （1－21）
j1 i j
每个环节误差对总误差的影响（相对误差）：
系统总相对误差： o
yo yo
假定每个环节的相对误差为：
平方和最小。即：
min
(
yi
y)2
i
y a bx
n
yi
n
xi2
n
xi
n
xi yi
a i1
i1 i1 i1
n
n
xi
n
xi 2
i 1
i1
n n xi yi n xi n yi
b
i1
i1 i1
n
n
xi
n
2
xi
每个环节误差对总误差的影响（绝对误差） ：
假定各个环节的误差为：△y1, △y2，… △yn
则：
y01 y1 ,
y0
y1
y01
y1
y0 y1
第1个环节的误差对系统 第1个环节的误差 的产生的误差
代入上式：
yo y1
y2 y1
y3 y2
y4 ... y3
yo yn1
K 2 K 3 K 4 ...K n
1.定值误差(零位误差)(附加误差)△o
2.积累误差(倍率误差) s s X 式中 s 为比例系数
y
s
0
x
定值误差
(四)按被测量与时间的关系
1.静态误差：被测量稳定不变时的测量误差。 2.动态误差：被测量随时间变化过程中，进行
测量时所产生的附加误差。
§1-3测量系统的静态特性
静态特性：表示测量仪表在被测量处于稳定 状态时的输出-输入关系。
例如：
扭矩
N Mn 9549
被测量
轴转速
一般：Y f (x1, x2 , x3...)
二个或二个以上的简单测量 被测量
确定的函数关系
<3>偏差法、零位法、微差法
<1>偏差法：当测量仪表用指针相对刻度线的位移（偏 差）来直接表示被测量的大小。 例 ：指针式仪表
<2>零位法：在测量时，被测量的作用效应用已知量的 效应来平衡，结果是相互的作用缩小到零。 例：用电位差计测量电压等。
定义：指服从大数统计规律的误差。 表征：测量的精密度(分散性)及重复性
精密度：反映测量结果分散性大小、即重复性一致 的程度。
准确度：反映测量结果与真值之差大小的程度。
精确度＝精密度＋准确度
精(确)度A：
A
X
max max X
min
100%
最大绝对允许误差 仪表测量范围
100％
(三)按误差与被测量的关系
<3>微差法：被测量的大部分用零位法测量（此时，大 部分的被测量已与已知的标准量相抵消，其余部分再用 偏差法来测量。 例：用不平衡电桥测量电阻。
§1-2测量误差及其分类
一、误差分类 (一)按误差的表示方法： 测量值（示值）
1.绝对误差： x x A0 真值，约定真值
修正值：
ac Ao x x
第一章 非电量电测技术的 基本知识
§1-1测量的概念及其测量方法
一、测量的概念和定义
借助专门的设备，通过实验的方法，对被侧对象收集 信息，取得数量概念的过程。
专门设备— 传感器： 非电量 电量
实验方法— 比较： 被测量 同性质的标准量 —信息收集— 示差、平衡
取得数量— 读数
结—论
一切测量过程包括：比较、示差、平衡和读数， 核心是比较。
1 前已导出：
y1 y1
2
y2 y2
……
n
yn yn
n1
y01 y1K2K3K Kn y1 Ki1
实际曲线与端点直线的最大误 差就是“端基线性度”。
平均选点法线性度：
作两条与端点直线平行的直线，使之恰好包围所有的 数据点。然后在这一对平行线之间作一条正、负距离 相等的直线，并使实际输出特性相对与所选的直线的 最大正偏差等于最小负偏差。
最小二乘法线性度：
找一条直线，使各实际数据点与该直线的垂直偏差的