传感器与检测技术第一章.ppt

第1章 检测技术基础知识第1章 检测技术基本知识 Date第1章 检测技术基础知识1.2 测量误差及其分类21.1 测量概述11.3 传感器基本知识31.4 检测系统的组成4Date第1章 检测技术基础知识知识目标： （1）了解测量的基本概念和方法 （2）掌握各种测量误差的使用 （3）熟悉传感器的结构、组成及基本特性教学目标技能目标： （1）能够根据检测要求选择合适的传感器 （2）能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传 感器检测电路 （3）能够正确维护常用电子检测设备Date第1章 检测技术基础知识情感目标： （1）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨 的工作作风 （2）培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识教学重难点教学重点：检测和传感器的含义及其基本内容教学难点： 传感器的特性Date第1章 检测技术基础知识利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术检测技术就是利用传感器，将生产科研需要的电量和非电量信息转化成为易于测量、传输、显示和处理的电信号的过程检测（Detection）定义：Date第1章 检测技术基础知识例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；测量，从而得到： 定量的结果。

Date第1章 检测技术基础知识传感器技术是新技术革命和信息社会的重 要技术基础，是现代科技的开路先锋，也 是当代科学技术发展的一个重要标志，它 与通信技术、计算机技术构成信息产业的 三大支柱之一如果说计算机是人类大脑 的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸 ，当集成电路、计算机技术飞速发展时， 人们才逐步认识信息摄取装置——传感器 没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达 、五官不灵”Date第1章 检测技术基础知识传感器处于研究对象与测控系统的接口位 置，是感知、获取与检测信息的窗口在 一切科学实验和生产过程中，特别是在自 动检测和自动控制系统中获取的信息，都 要通过传感器转换为易于传输与处理的电 信号Date第1章 检测技术基础知识1.1 测量概述测量系统： 在工程中，需要将传感器与多台仪表组合在一起，才 能完成信号的检测，这样便形成了测量系统信息采集的主要含义： 测量以及取得结果Date第1章 检测技术基础知识1.1.1 测量的定义测量：将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而 确定被测量相对于标准量的倍数的过程1-1） 式中， x为被测量；A为测量值；x0为标准量 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测量值 为目的的一系列操作。

Date第1章 检测技术基础知识1.1.2 测量方法的分类测量方法：指实现被测量与标准量比较得出比值的方法按 测 量 过 程 的 特 点直接测量法间接测量法组合测量法按 测 量 仪 表 的 特 点接触测量法非接触测量法按 测 量 对 象 的 特 点静态测量动态测量Date第1章 检测技术基础知识1.直接测量法电子卡尺Date第1章 检测技术基础知识2.间接测量法 用直接测量法测得与被测量有确定函数关系的一些物理量，经过计算求 得被测量（阿基米德测量皇冠的比重） Date第1章 检测技术基础知识3.接触测量法 Date第1章 检测技术基础知识4.非接触测量法 例：雷达测速车载电子警察Date第1章 检测技术基础知识5.静态测量法Date第1章 检测技术基础知识*17温度计对缓慢变化的对象进行测 量亦属于静态测量Date第1章 检测技术基础知识6.动态测量法 地震测量 振动波形Date第1章 检测技术基础知识• 示波器Date第1章 检测技术基础知识1.2 测量误差及其分类1.2.1 测量误差的概念测量误差： 测量值与被测量的真值之间的差异 真值： 是指在一定的时间及空间(位置或状态)条件下，被测 量所体现的真实数值。

真值理论真值约定真值相对真值Date第1章 检测技术基础知识1）理论真值理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定 的理论按定义确定的数值如三角形的内角和恒为180°2）约定真值约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，它被认为充 分接近于真值，因而可以代替真值来使用如基准“米”的定 义为光在真空中1/299 792 458 s的时间间隔内的行程3）相对真值相对真值又称为实际值，是指将测量仪表按精度不同分为若 干等级，高等级的测量仪表的测量值即为相对真值Date第1章 检测技术基础知识1.2.2测量误差的分类按 表 示 方 法（1）绝对误差（2）相对误差（1）绝对误差 绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值， 即式中，Δ为绝对误差；Ax为测量值；A0为被测量的真值，可 为约定真值或相对真值Date第1章 检测技术基础知识某采购员分别在三家商店购买100 kg大米、10 kg苹果、1 kg 巧克力，发现均缺少约0.5 kg，但该采购员对卖巧克力的商店 意见最大，是何原因？ 采用绝对误差表示测量误差, 不能很好说明测量质量的好坏 采用绝对误差表示测量误差, 不能很好说明测量质量的好坏。

例如, 在温度测量时, 绝对误差Δ=1 ℃, 对体温测量来说是不允 许的, 而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果 在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表示测量 结果，这样可以更客观地反映测量的准确性在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表示测量 结果，这样可以更客观地反映测量的准确性Date第1章 检测技术基础知识①实际相对误差②标称 (示值)相对误差③满度 (引用)相对误差 (2)相对误差 相对误差是绝对误差与被测量的真值之比相对误差有以下 表现形式：Date第1章 检测技术基础知识几个重要公式：Ax：被测量 Am：仪器满度（量程）实际相对误差标称相对误差满度相对误差最大满度相对误差Date第1章 检测技术基础知识仪表的精度等级和最大满度相对误差 *26满度相对误差最大绝对误差等级求得精度等级级0.10.20.51.01.52.55.0最大满满度相对对 误误差±0.1±0.2%±0.5%±1.0%±1.5%±2.5%±5.05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% Date第1章 检测技术基础知识*27例：用指针式 万用表的10 V 量程测量一只 1.5 V干电池的 电压，示值如 图所示，问： 选择该量程合 理吗？Date第1章 检测技术基础知识用2.5 V量程测 量同一只1.5 V 干电池的电压 ，与上图比较 ，问示值相对 误差哪一个大 ？Date第1章 检测技术基础知识解：用精度等级为0.5 级的温度计测量时，最大标称相对误差为用精度等级为1.0 级的温度计测量时，最大标称相对误差为由此可得 ，显然用精度等级为1.0 级的仪表测量比 用精度等级为0.5 级的温度计测量更合适。

例1-1 现有精度等级为0.5 级，量程为0～300 ℃和精度等级为1.0 级，量程为0～100 ℃的两 个温度计，要测80 ℃的温度，试问采用哪一 个温度计好？Date第1章 检测技术基础知识例1-2 某压力表精度等级为5.0 级，量程为0 ～1.5 MPa，测量结果显示为0.70 MPa，试 求：（1）可能出现的最大满度相对误差γm （2）可能出现的最大绝对误差△m？ （3）可能出现的最大标称相对误差γxDate第1章 检测技术基础知识解： （1）可能出现的最大满度相对误差可以从精 度等级直接得到，即γm＝ ±5.0％ （2）Δm ＝ ± （ 5.0%×1.5）= ± 0.075 Mpa （3）解： （1）可能出现的最大满度相对误差可以从精 度等级直接得到，即γm＝ ±5.0％ （2）Δm ＝ ± （ 5.0%×1.5）= ± 0.075 Mpa （3）Date第1章 检测技术基础知识按 误 差 出 现 的 规 律1）系统误差2）随机误差3）粗大误差Date第1章 检测技术基础知识1）系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？在相同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量 误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差 按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差 。

系统误差的特征包括测量误差出现的有规律性以及 其产生原因的可预知性系统 误差产生的原因和变 化规律一般可通过实验和分析查处因此系统误差 可被设法确定并消除Date第1章 检测技术基础知识系统误差产生的原因大体上可分为以下几种：（1）测量所用的工具（仪器、量具等）本身性能不完善或安装、布置、调整不当而产生的误差 （2）在测量过程中，因温度、湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化而产生的误差 （3）因测量方法不完善，或者测量所依据的理论本身不完善等原因而产生的误差 （4）因操作人员读数方式不当而造成的读数误差等Date第1章 检测技术基础知识2）随机误差 当多次重复测量同一被测量时，若测量误差 的大小和符号均以不可预知的方式变化，则 该误差称为随机误差随机误差产生的原因 比较复杂，虽然测量是在相同条件下进行的 ，但测量环境中某些因素总会发生微小变化 ，因此，随机误差是对测量值影响微小且又 互不相关的大量因素所引起的综合结果随 机误差就个体而言并无规律可循，但其总体 却服从统计规律Date第1章 检测技术基础知识随机误差的正态分布规律Date第1章 检测技术基础知识随机事例的几个例子 彩票摇奖Date第1章 检测技术基础知识3）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 Date第1章 检测技术基础知识产生粗大误差的一个例子 Date第1章 检测技术基础知识系统误差决定了测量的精密度，表明了测量值偏离实际值的 程度系统误差越小，测量值的准确度越高所以仪表的准 确度即精度常常用来表示系统误差的大小随机误差决定了测量的精密度随机误差越小，测量值的精 密度越高如果一个测量值的精密度和准确度都很高，就称此测量的精 确度很高Date第1章 检测技术基础知识测量的准确度与精密度的区别，由图1.1可知，若靶心 为真实值，图中黑点为测量值，则图1.1(a)表示准确却 不精密的测量，图1.1(b)表示精密却不准确的测量， 图1.1(c)表示既准确又精密的测量一切测量都应同时 兼顾准确度和精密度，力求既准确又精密，才能成为 精确的测量一般来说，工程测量中，占主要地位的 是系统误差，应力求准确度高，所以人们习惯上又把 精度称为准确度而在精密测量中由于已经采取一定 的措施(如改进测量方法，改善测量条件)减小或消除 了系统误差，因而随机误差是主要的。

Date第1章 检测技术基础知识按 使 用 条 件1）基本误差2）附加误差Date第1章 检测技术基础知识1）基本误差基本误差是指检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差 所谓规定的标准条件是指一般传感器在实验室、制造厂或计量部门标 定刻度时所保持的工作条件，如电源电压（220±5） V、温度（20±5 ） ℃、湿度小于80％、电源频率（50±1） Hz等基本误差是检测仪 表在额定条件下工作所具有的误差，检测仪表的精确度是由基本误差 决定的2）附加误差 当使用条件偏离规定的标准条件时，除产生基本误差外，还会 产生附加误差如由于温度超过规定的标准而引起的温度附加 误差、电源附加误差以及频率附加误差等这些附加误差在使 用时应叠加到基本误差上去Date第1章 检测技术基础知识按 被 测 量 随 时 间 变 化 的 速 度1）静态误差2）动态误差Date第1章 检测技术基础知识1）静态误差 当被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误。