传感与检测技术的理论基础.ppt

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1、传感器原理及工程应用回顾传感器定义传感器作用非电量→电量获取被测信息，实现测量！1.1测量误差1.2测量数据的估计和处理第一章　传感器与检测技术的理论基础本章教学目标掌握测量误差的基本概念1理解测量数据处理的基本方法3掌握测量误差的表示方法2在工程实践和科学实验中，检测的任务是正确及时地掌握、获取各种信息,大多数情况下是要获取被测对象信息的大小,即被测量的大小。这样，信息采集的主要含义就是测量、取得测量数据。测量概论1.这就需要将传感器与多台仪器仪表组合使用,才能完成信号的检测——构成测量系统。测量系统组成结构框图。例

2、：空调机测量控制室温被测对象：被测信息：检测器具：操作过程：室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶空气热敏电阻电信号处理显示空调机测量系统原理结构框图一般来说，测量系统是由传感器、中间变换装置和显示记录装置组成,具有获取某种信息之功能的整体。物理量电量电量/数字量信号转换、分析被测对象传感器中间变换装置显示、记录装置信号提取测量系统的组成2．开环测量系统与闭环测量系统（1）开环测量系统开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行,如图1-2所示。其中x为输入量,y为输出量,k1、k2、k3为各个环节的传递系数

3、。输入、输出关系为y=k1k2k3x采用开环方式构成的测量系统,结构较简单,但各环节特性的变化都会造成测量误差。（2）闭环测量系统闭环测量系统有两个通道,一为正向通道,二为反馈通道,其结构如图1-3所示。其中Δx为正向通道的输入量,β为反馈环节的传递系数,正向通道的总传递系数k=k2k3。由图1-3可知:xf=βyy=kΔx=k(x1-xf)=kx1-kβy显然,这时整个系统的输入输出关系由反馈环节的特性决定,放大器等环节特性的变化不会造成测量误差,或者说造成的误差很小。根据以上分析可知,在构成测量系统时,应将开

4、环系统与闭环系统巧妙地组合在一起加以应用,才能达到所期望的目的。当k>>1时，则测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。测量的概念测量步骤：比较→示差→平衡→读数被测量倍数基准量比较可由公式表示:或式中：x——被测量值;u——标准量,即测量单位;n——比值（纯数）,含有测量误差。测量方法直接法间接法组合法按获得测量值的方法分类接触式非接触式按接触关系分类按被测量的变化快慢分类静态检测动态检测偏差式零位式（又称补偿式或平衡式）微差式按测量方式分类根据测量精度条件等精度测量不等精度测量测量方法测量方法：实现被

5、测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。（1）直接法一般指可用各种仪器对被测量直接测量获得结果。例：用万用表测量电阻、电流值等。特点：测量过程简单而迅速,但测量精度不高。（2）间接法指利用对和被测量有确定函数关系的几个物理量进行直接测量后，通过函数关系获得结果。例：电功率的测量，P=UI特点：测量手续多，时间长，用在直接测量不便场合。（3）组合法被测量必须联立方程组，求解后才能得到结果特点：一种特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科学实验或特殊场合。测量方法举例1．直接测量、间接测量与组合测量2．等

6、精度测量与不等精度测量（1）等精度测量指利用用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量,称为等精度测量。（2）非等精度测量用不同精度的仪表或不同的测量方法,或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。3．偏差式测量、零位式测量与微差式测量（1）偏差式利用指针偏移的偏差大小表示被测量结果。例：称重计等。特点：过程比较简单、迅速，但测量结果精度较低。（2）零位式又称天平法，一般用已知标准量去衡量未知的被测量x，求得测量结果。例：天平、电子电位差计特点：较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费

7、时较长，不适用于迅速变化的信号。（3）微差式微差Δ=x-N其中：x—被测量，N—标准量则x=Δ+N通过检测微差获得高精度的测量结果特点：反应快，测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。但由于种种原因,例如传感器本身性能不十分优良,测量方法不十分完善,外界干扰的影响等,都会造成被测参数的测量值与真实值不一致,两者不一致程度用测量误差表示。测量误差就是测量值与真实值之间的差值。它反映了测量质量的好坏。测量误差1．误差的基本概念测量的目的:获得被测量的真实值。真值:在一定的时间和

8、空间环境条件下，被测量本身所具有的真实数值。测量误差：测量值与真实值之间的误差。误差公理：所有测量结果都带有误差。误差来源：仪器误差、理论方法误差、环境影响误差等。测量的目标：减小测量误差，使测量结果尽可能接近真实值。2．误差的表示方法（1）绝对误差式中:Δ——绝对误差;x——测量值;L——真实值。测量结果与被