电气测量技术ppt课件
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测量系统的静态特性又称刻度特性、标准曲线或校准曲线 当被测对象对于静态时，也就是测量系统的输入为不随时间 变化的恒定信号，测量系统的输入与输出之间呈现的关系就 是静态特性。
y(t) b0 x(t) Sx(t) a0
对于实际的测量系统，其输入与输出往往不是理想直线，可 用多项式表示静态特性
y S0 S1x S2 x ....
对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应 于人的嗅觉和味觉器官。但并不是单纯的人 器官的模拟，还能感受人的器官不能感受的 某些物质，如H2、CO。
用途：化学传感器必须具有对待测化学物质 的形状或分子结构选择性俘获的功能（接受 器功能）和将俘获的化学量有效转换为电信 号的功能（转换器功能）。
12
化学传感器
20
测量系统
测量系统定义1：指众多环节组成的对被测物理量 进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统。
如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或 测试仪器。
测量系统定义2：指组成完整测量系统中的某一环 节或单元
如：传感器、调理电路、数据采集卡、测试仪器； 可以是更简单的环节，如放大器、电阻分压器、
RC滤波器等。
21
测量系统的应用
测量系统的基本特性是指测量系统与其输 入、输出的关系
应用1：已知测量的特性，输出可测，那 么通过该特性和输出来推断导致该输出的 输入量。
应用2：已知测量系统特性和输入，推断 和估计系统的输出量。
应用3：有已知或观测系统的输入、输出， 推断系统的特性。
22
测量系统的静态特性
由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、 抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质） 与适当的理化换能 结构器（如氧电极、光敏管、场 效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析 工具或系统。
生物传感器具有接受器与转换器的功能。 对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的
仪器。
返回
14
传感器的组成
敏感元件：直接感受被测量；输出与被测 量有确定的关系。
转换元件：磁芯与电感线圈。
15
传感器的组成
转换电路 特例
16
传感器的分类
从应用角度出发
工作原理：物理型、化学型、生物型 构成原理：结构型（定理、数学公式）、物性型
（与材料有关） 按能量转换：能量控来自百度文库型、能量转换型
24
传感器的一般特性
最小二乘法线性度拟合直线方程的确定。设拟合直线方程通式为
y b kx
第j个标定点的标定值yj与拟合直线上相应值的偏差为
Lj (b kxj ) yj
最小二乘法拟合直线的拟合原则是使N个标定点的均方差
1
N
气体传感器：传感元件多为氧化物半导体，有 时在其中加入微量贵金属作增敏剂，增加对气 体的活化作用。
对于电子给予性的还原性气体如氢、一氧化碳、 烃等，用N型半导体，对接受电子性的氧化性 气体如氧，用P型半导体。
将半导体以膜状固定于绝缘基片或多孔烧结体 上做成传感元件
返回
13
生物传感器
对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的 仪器。
有一定的精度。 量包括物理量、光、电气、化学量、生物量等。
2
烟雾传感器
超声波传感器
3
霍尔传感器
压力传感器
4
温度传感器
光电传感器
5
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是： “能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换 元件组成”。
功能：一种检测装置，能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为 电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息 的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
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传感器的一般特性
线性度以及线性化处理 线性度是表示测量系统静态特性对选 定拟合直线y=b+kx的接近程度.
表达形式:非线性应用误差形式
L
Lm YFS
100%
常用方法 理论线性度 平均选点线性度 端基线线性度 最小二乘线性度
Lm
静态特性与选定拟合直 线的最大拟合偏差.
YFS 测量系统的满度值
拟合直线确定的方法不同,导致用非线性引 用误差表示的线性度数值也不同.
电气测量技术 信号的检测与变换 传感器
1
传感器的定义
定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律 再转换成可用输出信号的器件或装置,即是一 种以一定的精度把被测量转换为之有确定对应 关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
定义包含：
传感器是一种装置，它能完成检测任务。 它的输出量是与某一被测量有对应关系的量，且具
17
传感器的分类
按物理形分类
电参量 磁电式 压电式 光电式 气电式 热电式 波式 射线式 半导体式
18
传感器的分类
按用途分类
位移 压力 温度 振动 电流 电压 功率
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传感器的一般特性
传感器的一般特性
静特性 动特性
特性与参数
线性度以及线性化处理 迟滞 重复性 灵敏度与灵敏度误差 分辨力与阈值 稳定性 静态精度 动态特性
举例：光电式传感器把光信号转换成为电信 号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可 以转换其他物理量成为光信号。
光电效应：当光照射到物质上的时候，物质 上的电效应发生改变，这里的电效应包括电 子发射、电导率和电位电流等
返回
10
化学传感器
定义：对各种化学物质敏感并将其浓度转换 为电信号进行检测的仪器。
重要性：是实现自动检测和自动控制的首要环节。
6
传感器的组成
敏感元件 转换元件 转换电路
7
敏感元件的分类
①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物 理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。 ③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别
功能。 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏
元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏 元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件 和味敏元件等十大类
8
物理传感器
物理传感器是检测物理量的传感器。 工作原理：利用某些物理效应，把被测量的物
理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装 置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。 常见物理传感器：光电式传感器、压电传感器、 压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、 光导纤维传感器等。
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物理传感器
y(t) b0 x(t) Sx(t) a0
对于实际的测量系统，其输入与输出往往不是理想直线，可 用多项式表示静态特性
y S0 S1x S2 x ....
对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应 于人的嗅觉和味觉器官。但并不是单纯的人 器官的模拟，还能感受人的器官不能感受的 某些物质，如H2、CO。
用途：化学传感器必须具有对待测化学物质 的形状或分子结构选择性俘获的功能（接受 器功能）和将俘获的化学量有效转换为电信 号的功能（转换器功能）。
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化学传感器
20
测量系统
测量系统定义1：指众多环节组成的对被测物理量 进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统。
如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或 测试仪器。
测量系统定义2：指组成完整测量系统中的某一环 节或单元
如：传感器、调理电路、数据采集卡、测试仪器； 可以是更简单的环节，如放大器、电阻分压器、
RC滤波器等。
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测量系统的应用
测量系统的基本特性是指测量系统与其输 入、输出的关系
应用1：已知测量的特性，输出可测，那 么通过该特性和输出来推断导致该输出的 输入量。
应用2：已知测量系统特性和输入，推断 和估计系统的输出量。
应用3：有已知或观测系统的输入、输出， 推断系统的特性。
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测量系统的静态特性
由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、 抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质） 与适当的理化换能 结构器（如氧电极、光敏管、场 效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析 工具或系统。
生物传感器具有接受器与转换器的功能。 对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的
仪器。
返回
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传感器的组成
敏感元件：直接感受被测量；输出与被测 量有确定的关系。
转换元件：磁芯与电感线圈。
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传感器的组成
转换电路 特例
16
传感器的分类
从应用角度出发
工作原理：物理型、化学型、生物型 构成原理：结构型（定理、数学公式）、物性型
（与材料有关） 按能量转换：能量控来自百度文库型、能量转换型
24
传感器的一般特性
最小二乘法线性度拟合直线方程的确定。设拟合直线方程通式为
y b kx
第j个标定点的标定值yj与拟合直线上相应值的偏差为
Lj (b kxj ) yj
最小二乘法拟合直线的拟合原则是使N个标定点的均方差
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N
气体传感器：传感元件多为氧化物半导体，有 时在其中加入微量贵金属作增敏剂，增加对气 体的活化作用。
对于电子给予性的还原性气体如氢、一氧化碳、 烃等，用N型半导体，对接受电子性的氧化性 气体如氧，用P型半导体。
将半导体以膜状固定于绝缘基片或多孔烧结体 上做成传感元件
返回
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生物传感器
对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的 仪器。
有一定的精度。 量包括物理量、光、电气、化学量、生物量等。
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烟雾传感器
超声波传感器
3
霍尔传感器
压力传感器
4
温度传感器
光电传感器
5
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是： “能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换 元件组成”。
功能：一种检测装置，能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为 电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息 的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
23
传感器的一般特性
线性度以及线性化处理 线性度是表示测量系统静态特性对选 定拟合直线y=b+kx的接近程度.
表达形式:非线性应用误差形式
L
Lm YFS
100%
常用方法 理论线性度 平均选点线性度 端基线线性度 最小二乘线性度
Lm
静态特性与选定拟合直 线的最大拟合偏差.
YFS 测量系统的满度值
拟合直线确定的方法不同,导致用非线性引 用误差表示的线性度数值也不同.
电气测量技术 信号的检测与变换 传感器
1
传感器的定义
定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律 再转换成可用输出信号的器件或装置,即是一 种以一定的精度把被测量转换为之有确定对应 关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
定义包含：
传感器是一种装置，它能完成检测任务。 它的输出量是与某一被测量有对应关系的量，且具
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传感器的分类
按物理形分类
电参量 磁电式 压电式 光电式 气电式 热电式 波式 射线式 半导体式
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传感器的分类
按用途分类
位移 压力 温度 振动 电流 电压 功率
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传感器的一般特性
传感器的一般特性
静特性 动特性
特性与参数
线性度以及线性化处理 迟滞 重复性 灵敏度与灵敏度误差 分辨力与阈值 稳定性 静态精度 动态特性
举例：光电式传感器把光信号转换成为电信 号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可 以转换其他物理量成为光信号。
光电效应：当光照射到物质上的时候，物质 上的电效应发生改变，这里的电效应包括电 子发射、电导率和电位电流等
返回
10
化学传感器
定义：对各种化学物质敏感并将其浓度转换 为电信号进行检测的仪器。
重要性：是实现自动检测和自动控制的首要环节。
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传感器的组成
敏感元件 转换元件 转换电路
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敏感元件的分类
①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物 理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。 ③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别
功能。 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏
元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏 元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件 和味敏元件等十大类
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物理传感器
物理传感器是检测物理量的传感器。 工作原理：利用某些物理效应，把被测量的物
理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装 置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。 常见物理传感器：光电式传感器、压电传感器、 压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、 光导纤维传感器等。
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物理传感器