第01章检测技术的基本概念 43页
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2018/10/8 34
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。
2018/10/8
35
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
2018/10/8
（ 1－ 6）
x Uo Ui L
对圆盘式电位器来说，Uo 与滑动臂的旋转角度成正比：
Uo
2018/10/8
360
Ui
33
二、传感器分类
传感器的种类名目繁多，分类不尽相 同。常用的分类方法有： １）按被测量分类：可分为位移、力、力 矩、转速、振动、加速度、温度、压力、 流量、流速等传感器。 2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 本教材采用第二种分类法。
36
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
分辨力：指传感器能检出被测信
号的最小变化量。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 数值小于仪表的最大绝对误差。
2018/10/8
23
第一章、第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
图1-4 传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2018/10/8 24
弹性敏感元件（弹簧管）
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。
2018/10/8
接地
2018/10/8 31
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 。
2018/10/8
32
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：
Lmax L 100% ymax ymin
（ 1－ 7）
39
2018/10/8
作图法求线性度演示
（ 1—拟合曲线 2—实际特性曲线 ）
2018/10/8
40
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。
浴盆 曲线
2018/10/8
41
因是什么？
2018/10/8 19
3.随机误差
在同一条件下，多次测量同一被测量，有时 会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负 以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差， 也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。 随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶 然的因素引起的综合结果。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量 值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消 除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数 随机误差都服从正态分布规律。
25
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
2018/10/8
26
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。
2018/10/8
27
其他各种弹性敏感元件
wk.baidu.com
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。
2018/10/8 28
2018/10/8 38
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：
2018/10/8 17
产生粗大误差的一个例子
2018/10/8
18
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
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，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式：
x 100% Ax
m 100% Am
m S 100 Am
1-2
1-3
1-4
2018/10/8 20
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
2018/10/8 21
随机事例的几个例子
彩票摇奖
2018/10/8
22
4.动态误差
当被测量随时间迅速变化 时，系统的输出量在时间上不 能与被测量的变化精确吻合， 这种误差称为动态误差。 由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
表的10V量程测量
一只1.5V干电池的
电压，示值如图所
示，问：选择该量
程合理吗？
2018/10/8
15
用2.5V量程
测量同一只1.5V
干电池的电压，
与上图比较，问
示值相对误差哪
一个大？
2018/10/8
16
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。
2018/10/8 6
接触式测量
2018/10/8
7
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
2018/10/8 8
离线测量
产品质量检验
2018/10/8 9
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。
2018/10/8 10
第二节
绝对误差：
测量误差及分类
(1-1)
Δ = A x－Ａ0
第一节 检测技术的基本概念及方法
静态测量
2018/10/8
1
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
2018/10/8 2
动态测量
地震测量 振动波形
2018/10/8
3
便携式仪表
可以显示波形 的便携式仪表
2018/10/8
4
直接测量
电子卡尺
2018/10/8
5
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）。
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为2.5 级，用它来测量电压时可能产生的满度 相对误差为2.5% 。
2018/10/8
13
例：某指针式万
用表的面板如图
所示，问：用它
来测量直流、交 流（~）电压时， 可能产生的满度 相对误差分别为 多少？
2018/10/8 14
例：用指针式万用
压力传感器的外形及内部结构
2018/10/8
29
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）
2018/10/8 30
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。
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。
2018/10/8
35
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
2018/10/8
（ 1－ 6）
x Uo Ui L
对圆盘式电位器来说，Uo 与滑动臂的旋转角度成正比：
Uo
2018/10/8
360
Ui
33
二、传感器分类
传感器的种类名目繁多，分类不尽相 同。常用的分类方法有： １）按被测量分类：可分为位移、力、力 矩、转速、振动、加速度、温度、压力、 流量、流速等传感器。 2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 本教材采用第二种分类法。
36
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
分辨力：指传感器能检出被测信
号的最小变化量。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 数值小于仪表的最大绝对误差。
2018/10/8
23
第一章、第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
图1-4 传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2018/10/8 24
弹性敏感元件（弹簧管）
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。
2018/10/8
接地
2018/10/8 31
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 。
2018/10/8
32
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：
Lmax L 100% ymax ymin
（ 1－ 7）
39
2018/10/8
作图法求线性度演示
（ 1—拟合曲线 2—实际特性曲线 ）
2018/10/8
40
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。
浴盆 曲线
2018/10/8
41
因是什么？
2018/10/8 19
3.随机误差
在同一条件下，多次测量同一被测量，有时 会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负 以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差， 也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。 随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶 然的因素引起的综合结果。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量 值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消 除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数 随机误差都服从正态分布规律。
25
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
2018/10/8
26
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。
2018/10/8
27
其他各种弹性敏感元件
wk.baidu.com
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。
2018/10/8 28
2018/10/8 38
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：
2018/10/8 17
产生粗大误差的一个例子
2018/10/8
18
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
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，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式：
x 100% Ax
m 100% Am
m S 100 Am
1-2
1-3
1-4
2018/10/8 20
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
2018/10/8 21
随机事例的几个例子
彩票摇奖
2018/10/8
22
4.动态误差
当被测量随时间迅速变化 时，系统的输出量在时间上不 能与被测量的变化精确吻合， 这种误差称为动态误差。 由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
表的10V量程测量
一只1.5V干电池的
电压，示值如图所
示，问：选择该量
程合理吗？
2018/10/8
15
用2.5V量程
测量同一只1.5V
干电池的电压，
与上图比较，问
示值相对误差哪
一个大？
2018/10/8
16
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。
2018/10/8 6
接触式测量
2018/10/8
7
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
2018/10/8 8
离线测量
产品质量检验
2018/10/8 9
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。
2018/10/8 10
第二节
绝对误差：
测量误差及分类
(1-1)
Δ = A x－Ａ0
第一节 检测技术的基本概念及方法
静态测量
2018/10/8
1
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
2018/10/8 2
动态测量
地震测量 振动波形
2018/10/8
3
便携式仪表
可以显示波形 的便携式仪表
2018/10/8
4
直接测量
电子卡尺
2018/10/8
5
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）。
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为2.5 级，用它来测量电压时可能产生的满度 相对误差为2.5% 。
2018/10/8
13
例：某指针式万
用表的面板如图
所示，问：用它
来测量直流、交 流（~）电压时， 可能产生的满度 相对误差分别为 多少？
2018/10/8 14
例：用指针式万用
压力传感器的外形及内部结构
2018/10/8
29
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）
2018/10/8 30
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。