非电量电测技术PPT课件
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《振弦式传感器》PPT课件
2021/4/25
第四章 非电量的电测技术
8
3、频率稳定性
f241l2 E vllK
f
dfdE E3dl f 2 2l
振弦长度l和材料弹性模量E受温度的影响直接影响传 感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。
2021/4/25
第四章 非电量的电测技术
9
三、振弦式传感器的应用
1、振弦式混凝土表面应变计
2021/4/25
第四章 非电量的电测技术
3
1、间歇激发 当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线
圈，使磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自 由振动，在线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输 出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率，通过测量 感应电动势的频率即可测量振弦张力的大小。
2021/4/25
第四章 非电量的电测技术
4
2、连续激发
连续激振使用了两个电磁线圈，一个用于连续激励， 另一个用于接收振弦的振荡信号。当振弦被激励后， 接收线圈2接受感应电势，经放大后，正反馈给激励 线圈1以维持振弦的连续振荡。
A1
电磁铁1
i
电磁铁2
F
2021/4/25
第四章 非电量的或改变鼓皮 的张紧度和厚度，就可改变它们的发声频率。
2021/4/25
第四章 非电量的电测技术
1
一、工作原理和测量电路 （一）工作原理
顾名思义，传感器的敏感元件是一根张紧的金属丝，
称为振弦。在电激励下，振弦按其固有频率振动。改变
振弦的张力F，可以得到不同的振动频率f，即张力与谐
运用：测量混凝土表面的应变， 主要设计用于安装到混凝土结 构上，如:混凝土结构、桩；梁； 桥；锚筋；隧洞衬砌；吊索。 在混凝土结构上以及使用区间 有限的部位仅需一个小截面即 可安装。
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。
非电量电测
华东理工大学物理实验中心
实验要求
1．掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 2．学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 3．了解热电偶测温原理。 4．学习标定热电偶的方法。 5．熟悉电势差计的使用方法
前言
非电量电测：非电学物理量变为电学量
非电量有力学上的位移、速度，热学上的温 度、压力，光学的光强，化学上的浓度等。
温度t与Rt一一对应，且Rt 与IG 一一对应。所以若对 μA表标定，即可根据μA表 的偏转量测温。
RA
Rt
G
KG μA表
RB
R
E
K
与平衡电桥的差别
平衡电桥 不平衡电桥
表头指针 中间
一边
电流方向 无
有
电阻温度计的标定与测量
1. 利用电阻箱代替铜电阻进 行标定(P183 Cu电阻阻 值与温度关系)
•自动记录
实验原理 金属
热敏
热电阻
电阻
热电阻温度传感器：利用金属或半导体的电阻率随温度变化而 变化制成的，主要用于对温度及其有关的 参数进行测量.
铂(Pt): -200～850℃, 铜(Cu): -50～150℃
铜电阻随温度变化的关系为：
Rt R0(1 At Bt2 Ct3)
电阻与温度存在一一对应关系
温度测量 温度补偿
热敏电阻按其性能变化分两类： 温度上升，电阻值增加——正温度系数(PTC) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC)
温度控制 过热保护 火灾报警
测量电路 不平衡电桥+Cu电阻=Cu电阻温度计
铜电阻
若RA:RB=Rt :R，电桥平衡， G无偏转；
若温度改变使Rt值变化，电 桥不平衡，G有偏转。
实验要求
1．掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 2．学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 3．了解热电偶测温原理。 4．学习标定热电偶的方法。 5．熟悉电势差计的使用方法
前言
非电量电测：非电学物理量变为电学量
非电量有力学上的位移、速度，热学上的温 度、压力，光学的光强，化学上的浓度等。
温度t与Rt一一对应，且Rt 与IG 一一对应。所以若对 μA表标定，即可根据μA表 的偏转量测温。
RA
Rt
G
KG μA表
RB
R
E
K
与平衡电桥的差别
平衡电桥 不平衡电桥
表头指针 中间
一边
电流方向 无
有
电阻温度计的标定与测量
1. 利用电阻箱代替铜电阻进 行标定(P183 Cu电阻阻 值与温度关系)
•自动记录
实验原理 金属
热敏
热电阻
电阻
热电阻温度传感器：利用金属或半导体的电阻率随温度变化而 变化制成的，主要用于对温度及其有关的 参数进行测量.
铂(Pt): -200～850℃, 铜(Cu): -50～150℃
铜电阻随温度变化的关系为：
Rt R0(1 At Bt2 Ct3)
电阻与温度存在一一对应关系
温度测量 温度补偿
热敏电阻按其性能变化分两类： 温度上升，电阻值增加——正温度系数(PTC) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC)
温度控制 过热保护 火灾报警
测量电路 不平衡电桥+Cu电阻=Cu电阻温度计
铜电阻
若RA:RB=Rt :R，电桥平衡， G无偏转；
若温度改变使Rt值变化，电 桥不平衡，G有偏转。
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。
生物医学测量方法概述ppt课件
❖单维测量，Single Variable ❖ 多维测量；Multi-dimension
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5
❖接触式测量， Touched ❖ 非接触式测量；non-touched
❖生物电测量， bio-electricity ❖ 非生物电测量；non-bioelecrticity
❖ 形态测量， ❖ 功能测量.
置
光二极管，超声波法
振动：心音，呼吸音， 与测量压力传感器相同，另有
A)离体测量(in vitro)
➢ 对离体的体液、尿、血、活体组织和病理标本之 类的生物样品进行的测量。
➢ 优点：离体测量检测条件稳定性和准确度高，已 广泛用于病理检查和生化分析中。
B)在体测量(in vivo)
➢ 在人体和实验动物活体的原位对机体的结构与功 能状态进行的测量。
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8
按照测量系统是否侵入机体内部， 在体测量又可分为：
精选编辑ppt
11
D）微创测量技术
➢ 吸取有创测量和无创测量的优点，研究多种微创 测量技术，是新的研究方向。
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12
2)生物电测量与非生物电测量
❖ 生物电 测 量—— 对 生物活 体 各部分 的 生物电 位 及 电学特性(阻抗或导纳等)的测量。
➢ 生物电位活动是生物存活的重要生命体征（Vital Sign）。
❖无线测量，wireless measurement ❖有线测量；wired measurement
❖直接测量，Direct measurement ❖间接测量；Indirect Measurement
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4
❖在体测量，in vivo ❖离体测量；in virto
❖体表测量，Body Surface ❖ 体内测量；Inside
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5
❖接触式测量， Touched ❖ 非接触式测量；non-touched
❖生物电测量， bio-electricity ❖ 非生物电测量；non-bioelecrticity
❖ 形态测量， ❖ 功能测量.
置
光二极管，超声波法
振动：心音，呼吸音， 与测量压力传感器相同，另有
A)离体测量(in vitro)
➢ 对离体的体液、尿、血、活体组织和病理标本之 类的生物样品进行的测量。
➢ 优点：离体测量检测条件稳定性和准确度高，已 广泛用于病理检查和生化分析中。
B)在体测量(in vivo)
➢ 在人体和实验动物活体的原位对机体的结构与功 能状态进行的测量。
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8
按照测量系统是否侵入机体内部， 在体测量又可分为：
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11
D）微创测量技术
➢ 吸取有创测量和无创测量的优点，研究多种微创 测量技术，是新的研究方向。
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12
2)生物电测量与非生物电测量
❖ 生物电 测 量—— 对 生物活 体 各部分 的 生物电 位 及 电学特性(阻抗或导纳等)的测量。
➢ 生物电位活动是生物存活的重要生命体征（Vital Sign）。
❖无线测量，wireless measurement ❖有线测量；wired measurement
❖直接测量，Direct measurement ❖间接测量；Indirect Measurement
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4
❖在体测量，in vivo ❖离体测量；in virto
❖体表测量，Body Surface ❖ 体内测量；Inside
非电量电测技术
衡量测量仪表静态特性的性能指标是： 线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、量程
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 )
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 )
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：
传感器ppt课件
广泛应用。 C）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
ppt精选版
31
二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
ppt精选版
20
1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
ppt精选版
32
§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
YFS
ppt精选版
43
6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
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二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
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§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
YFS
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6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。
传感器基础知识PPT课件
精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。 代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。
2020/5/28
.
10
4. 灵敏度：灵敏度是指传感器输出的
变化 量与引起该变化量的输入变化 量之比，如下图所示。
s y x
2020/5/28
.
11
灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
.
35
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
1.传感器的命名
传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即 主题词 —— 传感器 一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量的定语。 二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以“式”字。 三级修饰语 —— 特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特
和快速地测得非电量的技术。
(2)非电量电测量技术优点：
测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测 量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算 机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能
仪表、能实现自动检测与转换等。
.
43
酒精测试仪
呼气管
.
44
电子湿度计模块
封装后的外 形
.
45
1.2.2 测量方法
2020/5/28
.
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1.2. 3 检测系统
检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统
开环检测系统：
2020/5/28
.
48
1.2. 3 检测系统
闭环检测系统 ：
2020/5/28
.
49
1.2. 4 测量误差及数据处理
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
热电偶基础知识介绍 PPT课件
例如：热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂 组成的热电偶的热电动势为2.95mV，考铜与纯铂组成 的热电偶的热电动势为-4.0mV；则镍铬和考铜组合成 的热电偶所产生的热电动势：
➢ 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
2020/4/5
第四章 非电量的电测技术
EA（t，t0）=UAt-UAt0
EA (t, t0 ) U At
U At0
k e
t
t0
1 N At
d (N At ,t) dT dt
考虑：如果同一导体各点温度相同，即t＝t0，则回路总电
动势必为零？
2020/4/5
第四章 非电量的电测技术
7
（三）热电偶回路的热电势
热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之
电偶测量金属和金属壁面的温度。
根据此定律，除可在热电偶测温回路中接入各种类型的显示仪表
或调节器外，也可以推广到对液态金属材料和固态金属材料表面
的温度测量，如图所示。有时为了提高测量精度，或者为了使用
上的方便，将热电极A和B直接插入液态金属或焊在固体金属表面
上。例如，用热电偶连续测量铁水的温度就是这样的。在连续测
模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动 速度比低温时快！
2020/4/5
第四章 非电量的电测技术
6
定义：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电 势——温差电动势
同一导体的两端温度不同时, 高温端的电子能量要比低温 端的电子能量大, 因而从高温端跑到低温端的电子数比从 低温端跑到高温端的要多, 结果高温端因失去电子而带正 电, 低温端因获得多余的电子而带负电, 形成一个静电场， 该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。 因此， 在导体两端便形成温差电势，公式：
➢ 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
用于制造铂热电偶 的各种铂热电偶丝
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第四章 非电量的电测技术
EA（t，t0）=UAt-UAt0
EA (t, t0 ) U At
U At0
k e
t
t0
1 N At
d (N At ,t) dT dt
考虑：如果同一导体各点温度相同，即t＝t0，则回路总电
动势必为零？
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第四章 非电量的电测技术
7
（三）热电偶回路的热电势
热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之
电偶测量金属和金属壁面的温度。
根据此定律，除可在热电偶测温回路中接入各种类型的显示仪表
或调节器外，也可以推广到对液态金属材料和固态金属材料表面
的温度测量，如图所示。有时为了提高测量精度，或者为了使用
上的方便，将热电极A和B直接插入液态金属或焊在固体金属表面
上。例如，用热电偶连续测量铁水的温度就是这样的。在连续测
模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动 速度比低温时快！
2020/4/5
第四章 非电量的电测技术
6
定义：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电 势——温差电动势
同一导体的两端温度不同时, 高温端的电子能量要比低温 端的电子能量大, 因而从高温端跑到低温端的电子数比从 低温端跑到高温端的要多, 结果高温端因失去电子而带正 电, 低温端因获得多余的电子而带负电, 形成一个静电场， 该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。 因此， 在导体两端便形成温差电势，公式：
电子技术(第三版)第九章非电量电测技术
19
第二节、温度传感器
注意：当流过热敏电阻的电流很小时，其伏 安特性符合欧姆定律，是图中曲线的线性上升段； 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。
11
第一节、非电量电侧技术概述
四、关于测量误差
传感器误差大小对测量精度高低影响很大。
按不同分类共有3类8种： 1、按表示方法分类：
绝对误差：某物理量测得值X与其真值
A0的差。
XXA 0
相对误差：绝对误差ΔX与真值A0之比。 X 100%
满度相对误A0差：绝对误差ΔX与仪表满
标值Xm之比。
X 100%
非电量电测技术——将各种非电量变换为电量， 而后用电测技术的方法进行测量的方法。
获取的 信息
转换后 的信息
传感器 测量电路
放大器
显示或记 录装置
物理量、化学 量和生化量
大多数转换 为电信号
非电量电测系统
4
第一节、非电量电侧技术概述
传感器：借助于检测元件（敏感元件）接
收一种形式的信息，并按一定的规律将它转换 成另一种形式的信息的装置。
5
一、传感器的作用
第一节、非电量电侧技术概述
应用十分广泛：工业、农业、军事、宇 航、环保、生物医学、基础科学研究等。
如办公设备和家用电器中的传感器越 来越多。复印机中就有位移、照度、温度测 量等传感器上百个。
已发展成为一种专门的科学技术。
有力地促进技术水平的提高。
6
第一节、非电量电侧技术概述
二、传感器的基本性能
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度传感器——是利用敏感元件随温度变 化的某种物理特性而将温度变化转换为电量变 化的装置。 1、特点： 对非温度物理量不敏感、性能可 靠、重复性好、精度较高。 2、类型：常见的有 热敏电阻、热电偶、PN 结型温度传感器、石英温度传感器、热辐射传感 器等。其数量居各种传感器中之首。
第二节、温度传感器
注意：当流过热敏电阻的电流很小时，其伏 安特性符合欧姆定律，是图中曲线的线性上升段； 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。
11
第一节、非电量电侧技术概述
四、关于测量误差
传感器误差大小对测量精度高低影响很大。
按不同分类共有3类8种： 1、按表示方法分类：
绝对误差：某物理量测得值X与其真值
A0的差。
XXA 0
相对误差：绝对误差ΔX与真值A0之比。 X 100%
满度相对误A0差：绝对误差ΔX与仪表满
标值Xm之比。
X 100%
非电量电测技术——将各种非电量变换为电量， 而后用电测技术的方法进行测量的方法。
获取的 信息
转换后 的信息
传感器 测量电路
放大器
显示或记 录装置
物理量、化学 量和生化量
大多数转换 为电信号
非电量电测系统
4
第一节、非电量电侧技术概述
传感器：借助于检测元件（敏感元件）接
收一种形式的信息，并按一定的规律将它转换 成另一种形式的信息的装置。
5
一、传感器的作用
第一节、非电量电侧技术概述
应用十分广泛：工业、农业、军事、宇 航、环保、生物医学、基础科学研究等。
如办公设备和家用电器中的传感器越 来越多。复印机中就有位移、照度、温度测 量等传感器上百个。
已发展成为一种专门的科学技术。
有力地促进技术水平的提高。
6
第一节、非电量电侧技术概述
二、传感器的基本性能
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度传感器——是利用敏感元件随温度变 化的某种物理特性而将温度变化转换为电量变 化的装置。 1、特点： 对非温度物理量不敏感、性能可 靠、重复性好、精度较高。 2、类型：常见的有 热敏电阻、热电偶、PN 结型温度传感器、石英温度传感器、热辐射传感 器等。其数量居各种传感器中之首。
压电材料的固有频率PPT课件
21.08.2020
第四章 非电量的电测技术
25
超声波情况相似
当波源和观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰 （或密部）的数目是一定的，观察到的频率等于波源 振动的频率；
当波源和观察者相向运动时，1S内通过观察者的波峰 （或密部）的数目增加，观察到的频率增加；
反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变 小。
21.08.2020
第四章 非电量的电测技术
14
超声波探头中的压电陶瓷芯片
将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压 电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当 超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应， 将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。
21.08.2020
第四章 非电量的电测技术
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
21.08.2020
第四章 非电量的电测技术
12
Δ超声波探头
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收 超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习 惯上称为超声波换能器，或超声波探头。
1、超声波测距原理： 超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相 介面经过反射后，再反回到接收探头。
21.08.2020
第四章 非电量的电测技术
30
问答
问题提问与解答
HERE COMES THE QUESTION AND ANSWER SESSIONBiblioteka 结束语 CONCLUSION
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程 后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和 意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助， 大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相 会！
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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 ... yo y3 yn1
K 2 K 3 K 4 ...K n
n1
y01 y1K2K3K4 Kn y1 Ki1 i 1
＝ i1
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：
KOBiblioteka dyO dxidy1 dy2 dxi dy1
dyo dyn1
n
KO K1 K2 Kn Ki i 1
每个环节误差对总误差的影响（绝对误差） ：
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
yi( f
)
max
100%
m
100%
yFS
yFS
五、重复性
z
(2
~ 3)
yFS
100％
n
( yi y)2
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。
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
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、曲线或表格求出未知 量。
第一章 非电量电测量技术的 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。
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 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：
1 前已导出：
y1 y1
2
y2 y2
… …
(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
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
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。
衡量测量仪表静态特性的性能指标是： 线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、量程
<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
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”。
n
yn yn
n1
y01 y1K2K3K Kn y1 Ki1
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
2
xi
i 1
i1
n n xi yi n xi n yi
b
i1
i1 i1
n
n
xi
n
2 xi
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
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