985-传感器及应用技术

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1、传感器及应用技术上海商学院计算机与电子信息学院电气技术系第一章测量技术概述第一节测量的一般知识第二节误差理论基础第三节传感器概述第四节传感器的特性第一节测量的一般知识一、测量的基本概念所谓测量，就是将被测量与测量单位进行比较，得到被测量是测量单位的多少倍，并用数字和单位表示出来。例如：若要测量被测量X，先选定测量单位U，然后求出二者的比值n=X/U，被测量就可表示为X=n×U由此可见，测量实际上是一个比较的过程。测量的结果应包含两部分：一部分是一个数值的符号（正或负）和大小，另一部分是测量单位。没有测量单位

2、，测量结果是没有意义的。（一）直接测量直接测量――能直接得到被测量的数值的测量方法。（1）直接比较测量法比较法：是将被测量与相关标准量进行直接或间接比较,得到测量值的方法。如：米尺.电表都是根据比较法设计而成的仪器。0102、微差测量法将被测量和与其量值只有微小差别的已知量进行比较，测出这两个量值间的差值，从而确定被测量的测量方法。这种方法的优点是，当已知量的精确度很高，而其值又很接近被测量时，用较低精度的测量仪表，也能得到高精度的测量结果。例如：已知甲精确身高为170cm，若乙比甲高出5cm，于是可知乙的

3、身高为175cm3、零位测量法通过调整一个或几个已知数值的量使之与被测量达到平衡，从而确定被测量的测量方法，也称为平衡测量法或补偿测量法。补偿法：用在标准量具上产生的精度很高的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种效应，得到未知量的方法。如：电位差计零位测量法其优点是可获得较高的精确度；缺点是测量中需进行平衡操作，测量过程较复杂。这种测量方法在工程参数测量和实验室测量中应用很普遍，如天平称重、电位差计和平衡电桥测毫伏信号或电阻值、零位式活塞压力计测压等。（二）间接测量通常在采用直接测量很不方便，或误差较大，或

4、缺乏直接测量仪器时，才使用间接测量。方法为：先对一个或几个与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，然后通过代表该函数关系的公式、曲线或表格求得被测量，这类方法就称为间接测量。间接测量法：对无法直接测量的量，转换为对该量所产生的某种效应进行测量。如：测酸、碱、盐溶液的浓度.用压电传感器测驾驶员座椅的受力分布。一般来说，间接测量法需要测量的量较多，因此测量和计算的工作量较大，引起误差的因素也较多。第二节误差理论基础一、误差的基本概念要取得任何一个量的值，都必须通过测量完成。但实际上，任何测量方法测出的数值都不可

5、能是绝对准确的，即总是存在所谓的“误差”。任何一个量的绝对准确值只是一个理论概念，称之为这个量的真值，指严格定义的一个理论值。真值在实际中永远也无法测量出来，因此为了使用的目的，通常用约定真值来代替真值。所谓约定真值，就指的是与真值的差可以忽略而可以代替真值的值。测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。（一）按表示方法对误差的分类1、绝对误差测量值x：通过直接测量或间接测量得到的物理量的值。约定真值x0:一个物理量客观存在的量值，与测量所用的理论方法及仪器无关。绝对误差：测量仪器应定期送计量部门进行

6、检定（即校准），由上一级标准给出该仪器的修正值。所谓修正值，就是与绝对误差大小相等、符号相反的量，用C表示，则C=-Δx=x0-x于是被测量的约定真值x0=x+C2、相对误差相对误差就是绝对误差除以被测量的约定真值，并用百分数表示例1－1右图为采用微差法测量某物体的高度L。现已知标准块的高度l=500mm，测量工具是存在Δ＝0.05mm绝对误差的标尺，测出微差a=5mm。试比较测量a与L的相对误差。解：测量a时的相对误差为3、引用误差所谓的引用误差，它等于绝对误差除以仪表的量程，并用百分数表示。通常以最大引

7、用误差来定义测量仪表的精度等级，即例1－2已知某一被测量电压约10V，现有如下两块电压表：①150V，0.5级；②15V，2.5级。问选择哪一块表测量误差小？解：用①表时，其s=0.5，即γm％＝0.5％，故测量中可能出现的最大绝对误差为ΔUm=Umγm％=150×0.5％＝0.75V用②表时，ΔUm=Umγm％=15×2.5％＝0.375V显然，①表的精度等级高于②表，但其量程较大，可能出现的最大绝对误差反而大于②表，所以用精度等级较低的②表测量10V左右的电压，测量误差反而小。由此可见，选用测量仪表时，

8、不能单纯追求精度等级，还要考虑量程是否合适等因素。（二）按性质对误差的分类根据误差的性质，测量误差分为三类：1、随机误差2、系统误差3、粗大误差1.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