感测技术第1讲课件.ppt

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1、第1章传感与检测技术的理论基础1.1测量概论1.2测量数据的估计和处理11.1测量概论1.1.1测量测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。它可由下式表示：(1-1)(1-2)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。7/29/20212测量结果：由测量所获得的被测量的量值。(被测量的最佳估计值)组成：包括比值和测量单位。表示形式：一条曲线或某种图形表示。测量结果的评价(可信程度)：

2、用测量不确定度表示，测量不确定度表征测量值的分散程度。测量结果的完整表述估计值测量单位测量不确定度举例：被测量值和比值等都是测量过程的信息，这些信息依托于物质才能在空间和时间上进行传递。被测量实际物体参数变化信息信号测量7/29/202131.1.2测量方法测量方法：实现被测量与标准量比较得出比值的方法。测量方法分类：12346直接测量间接测量组合测量(1)按获得测量值的方法方法分类5直接测量间接测量组合测量偏差式测量零位式测量微差式测量(2)按测量方式等精度测量不等精度测量(3)按测量条件等精度测量不等精度

3、测量(4)按测量变化快慢(5)按元件与介质接触接触式测量非接触式测量静态测量动态测量(6)是否施加能量主动式测量被动式测量7/29/20214(1)按获得测量值的方法直接测量在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值。被测量与测得值之间关系可用下式表示：y=x(1-3)式中：y——被测量的值；x——直接测得值。举例：用磁电式电流表测量电路的某一支路电流，用弹簧管压力表测量压力等。间接测量在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与被测量有确定函数关系的几个量进

4、行直接测量，将直接测得值代入函数关系式，经过计算得到所需要的结果，这种测量称为间接测量。被测量y是一个测得值x或几个测得值，，…的函数。y=f(x)或y=f(x1,x2,…,xn)(1-4)(1-5)7/29/20215组合测量若被测量必须经过求解联立方程组求得，如有若干个被测量，，…，，直接测得值为,,…,,把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组，即方程组中方程的个数n要大于被测量y的个数m，用最小二乘法求出被测量的数值，这种测量方法称为组合测量。(1-6)测量方法优点缺点适用范围直接测量简单而又迅速精度

5、不高简单测量间接测量应用场合广耗时长缺乏直接测量的手段组合测量精密测量手续复杂科学实验或特殊场合表1-1测量方法对比7/29/20216(2)按测量方式偏差式测量用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。例如：电流计，电压表。零位式测量用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。例如：天平。微差式测量微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，

6、再用偏差法测得此差值。(3)按测量条件等精度测量在整个测量过程中，若影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变。同一个测量者，同一台仪器，同样的方法，同样的环境条件下，对同一被测量多次重复测量。不等精度测量在不同的测量条件下，用不同精度的仪表，不同的测量方法，不同的测量次数以及不同的测量者进行测量和对比7/29/20217(4)按测量变化快慢静态测量被测量在测量过程中是固定不变的，对这种被测量进行的测量称为静态测量。动态测量被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行的测量成为动态测量。7/2

7、9/202181.1.3测量系统1.测量系统构成测量系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能，一个测量系统是传感器、变送器（变换器）和其它变换装置等的有机组合。图1-1测量系统组成框图7/29/202192.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。其中为输入量，为输出量，、、为各个环节的传递系数。输入输出关系表示如下：y=k1k2k3x因为开环测量系统是由多个环节串联而成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和。即(1-7

8、)(1-8)式中，——系统的相对误差;——各环节的相对误差。7/29/202110(2)闭环测量系统闭环测量系统有两个通道，一为正向通道，一为反馈通道，其结构如图1-3所示。其中为正向通道的输入量，为反馈环节的传递系数，正向通道的总传递系数。由图1-3可知：图1-3闭环测量系统框图前向通道反馈通道7/29/202111当k>>1时，则系统的输入输出关系为7/29/2021121.1.4测量误差测量误