第1章传感与检测技术的理论基础ppt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1.1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。所以,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。由测量所获得的被测量的量值叫测量结果，测量结果可用一定的数值表示，也可以用一条曲线或某种图形表示，但无论其表现形式如何，测量结果应包括比值和测量单位。测量结果仅仅是被测量的最佳估计值，并非真值，所以还应

2、给出测量结果的质量，即测量结果的可信程度。这个可信程度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。因此测量结果的完整表述应包括估计值、测量单位及测量不确定度。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。被测量作用到实际物体上，使其某些参数发生变化，参数承载了信息而成为信号。选择其中适当的参数作为测量信号，例如热电偶温度传感器的工作参数是热电偶的电势，差压流量传感器中的孔板工作参数是差压Δp。测量过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得被测量量值的过程。1.1.2测

3、量方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针对不同测量任务，进行具体分析，找出切实可行的测量方法，对测量工作是十分重要的。对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。根据获得测量值的方法可分为直接测量、间接测量和组合测量；根据测量方式可分为偏差式测量、零位式测量与微差式测量；根据测量条件不同可分为等精度测量与不等精度测量；根据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量；根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触式测量与非接触式测量；根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为主动式测量与被动式测量等。1.直接测量、间接测量与组合测量在使用仪表

4、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，这种测量方法称为直接测量。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。例如，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，都属于直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而又迅速，缺点是测量精度不容易达到很高。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。间接测量与直接测量不同，被测量y是一

5、个测得值x或几个测得值x1，x2，…，xn的函数，即y=f(x)或y=f(x1,x2,…,xn)(1-4)(1-5)被测量y不能直接测量求得，必须有测得值x或xi（i=1，2，…，n）及与被测量y的函数关系确定。如直接测量电压值U和电阻值R，根据式P=U2/R求电功率P即为间接测量的实例。间接测量手续较多，花费时间较长，一般用在直接测量不方便，或者缺乏直接测量手段的场合。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y1，y2，…，ym，直接测得值为x1,x2,…,xn,把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组，即(1-6)方程组中方程的个数n要大

6、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。组合测量是一种特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多适用于科学实验或特殊场合。2.偏差式测量、零位式测量与微差式测量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。应用这种方法测量时，仪表刻度事先用标准器具分度。在测量时，输入被测量按照仪表指针在标尺上的示值，决定被测量的数值。偏差式测量,其测量过程简单、迅速，但测量结果的精度较低。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

7、。在零位测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知标准量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如天平测量物体的质量、电位差计测量电压等都属于零位式测量。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量变化迅速的信号。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方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。应用这种方法测量时，不需要调整标准量，而只需测量两者的差值。设：N为标准量，x为被测量，Δ为二者之差，则x=N+Δ。由于N是标准量，其误差很小，且ΔN，因此可选

8、用高灵敏度的偏差式仪表测量Δ，即使测量Δ的精度不高，