传感器原理及应用传感器与检测技术概述 ppt课件

第1章传感与检测技术概述 传感器原理及应用 （自动检测技术/非电量测量技术） 一、本课程的专业地位：专业必修课。 二、本课程的主要内容 1、传感器、测量及误差的基本知识； 2、常用传感器的原理、结构、测量电路及应用； 3、传感器在工程检测中的应用。 三、课程要求 1、掌握传感器、测量及误差的基本理论； 2、掌握常用传感器的基本原理、结构、特点、基本测量 电路及应用； 第1章传感与检测技术概述 3、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工 程检测中的应用方法； 4、学会分析和设计传感器的应用电路。 四、课程特点 综合性：传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微 电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生 学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技 术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科 相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术； 零散性：各章内容之间没有前后因果关系； 应用性：重点掌握各种传感器的应用方法。 第1章传感与检测技术概述 五、参考资料 传感器与检测技术 朱自勤 机械工业出版社 传感器原理及工程应用 郁有文 西安电子科技大学出版社 传感器原理及应用 王化祥 天津大学出版社 传感器原理及应用 王雪文 北京航空航天大学出版社 传感器原理及其应用手册 孙宝元 机械工业出版社 非电量检测技术 严钟豪 机械工业出版社 现代传感技术 魏文广 东北大学出版社 传感器技术 信息产业部电子第四十九研究主办 光电子技术与信息 中国科学院安徽光学精密机械研究所 、中国光学学会光电技术专业委员会主办 激光与红外 华北光电技术研究所主办 仪表技术与传感器 沈阳仪器仪表研究所主办 第1章传感与检测技术概述 仪器仪表网 （http:/www.china_） 仪器商城网 （） 传感器网 （http:/www.S） 传感器技术 （） 中国传感器（ ） 中国工控网（ ） 中国机器人网（ .) 电子设计应用（ http:/www. ） 电子产品世界（ http:/www. ） 第1章传感与检测技术概述 第1章 传感器与检测技术概述 1.1 传感器的概念、组成和分类 1.2 传感器的基本特性 返回主目录 第1章传感与检测技术概述 第1章 传感器与检测技术的理论 基础 1.1 传感器的概念、组成和分类 一、传感器的概念、组成与应用 1、 现代信息技术的三大要素：信息获取传感器技 术 信息传输通信技术 信息处理计算机技 术 在工程实践和科学试验中，信息采集的主要含义是测量 取得测量数据。 第1章传感与检测技术概述 2、测量的概念 测量是人类对自然界客观事物获得数量观念的一种认识过 程，即借助于专门设备，求出被测量的数值大小。 3、测量的分类 电子测量电子测量仪器； 非电量测量传感器； 4、自动测量系统的组成 图11 自动测量系统组成 第1章传感与检测技术概述 5、自动测量技术的作用 以电子技术、传感器技术、计算机技术为基础的自动测 量技术，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。 而传感器是测量系统的第一个环节，它能否获得信息和 获取信息的正确与否，关系到整个测量系统的精确度，传感 器的性能在很大程度上决定着整个信息技术的性能，因此世 界各国都将传感器技术列为重点发展的新技术。 6、传感器的定义（GB7665-87) 能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 第1章传感与检测技术概述 7、传感器的组成 通常传感器由敏感元件和转换（传感）元件组成。 传感 器组成框图如图 1 - 2 所示。 图 1- 2 传感器组成框图 第1章传感与检测技术概述 * 敏感元件：敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与 被测量有确定关系的其它量的元件。 传感元件：传感元件：又称转换元件/转换器。能将敏感元件感受到 的非电量直接转换成电量的器件。 信号调节与转换电路信号调节与转换电路/ /测量电路：测量电路：能把传感元件输出的电信 号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电 路。 第1章传感与检测技术概述 敏感元件传感元件 压力传感器示例 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 8、传感器的应用领域 （1）机械制造业：智能机械 ：数控机床、加工中心、机器人等 （2）工业过程检测与控制：石油、化工、电力、冶金等行业中 热工工艺参数检测和控制； （3）汽车：车速、里程、燃油、排气、车灯、关门、防盗、防 撞等； （4）环保：有毒、有害、易燃、易爆气体检测，重金属、污水 检测，防酒后驾车等； （5）医疗卫生：血压、心音、脉搏检测，心脏监护仪、彩超、 核磁共振等； （6）航空航天：卫星、火箭、飞船、外星探测器等； （7）国防工业：飞机、导弹、雷达、智能化电子武器等； （8) 家用电器：空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、电 熨斗、安全报警器等。 第1章传感与检测技术概述 传感器的主要应用传感器的主要应用 信信 息息 处处 理理 电电 信信 电电 话话 科科 技技 测测 试试 设设 备备 控控 制制 交交 通通 控控 制制 输输 电电 系系 统统 机机 床床 机机 器器 人人 家家 用用 电电 器器 照照 相相 机机 汽汽 车车 飞飞 机机 船船 舶舶 气气 象象 海海 洋洋 环环 境境 污污 染染 医医 疗疗 防防 火火 光光 能能 利利 用用 热热 能能 利利 用用 土土 木木 建建 筑筑 农农 林林 机机 械械 能能 利利 用用 货货 币币 金金 融融 食食 品品 111111 5555 110110 103103 4747 3636 5959 8181 6161 2727 7878 3434 31 31 3131 4747 111111 7070 7676 9393 6161 2626 2121 2424 2020 1414 需要量需要量 第1章传感与检测技术概述 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线 上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时 在线监测系统。 石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。 自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质 量检测。 图示为汽车出厂检验原理框图， 测量参数包括润滑油温度、冷却水温 度、燃油压力及发动机转速等。通过 对抽样汽车的测试，工程师可以了解 产品质量。 汽车扭距测量 机床加工精度测量 第1章传感与检测技术概述 汽车与传感器汽车与传感器 高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、 加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般 需要301 00种传感器。 第1章传感与检测技术概述 传感器与家用电器传感器与家用电器 自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电 熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机 、录像机、家庭影院 第1章传感与检测技术概述 全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器， 水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器 ，电阻传感器(衣物烘干检测)。 第1章传感与检测技术概述 指纹传感器 透光率传感器 第1章传感与检测技术概述 鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器 PCPC机中的测试技术应用机中的测试技术应用 第1章传感与检测技术概述 软驱:速度,位置伺服 麦克风:电容传声器 第1章传感与检测技术概述 楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环 境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应 用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯 运行状况。 第1章传感与检测技术概述 图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电 梯监控。 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 烟雾传感器 亮度传感器 人体探测器 第1章传感与检测技术概述 机械手、机器人中的传 感器: 转动/移动位置传感 器、力传感器、视觉传感 器、听觉传感器、接近距 离传感器、触觉传感器、 热觉传感器、嗅觉传感器 。 传感在机器人上的应用 第1章传感与检测技术概述 密歇根大学的机械手装配模型 第1章传感与检测技术概述 广州中鸣数码的机器狗 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 机器人服务员 第1章传感与检测技术概述 沙漠机器人 第1章传感与检测技术概述 超声波测距传感器、判 断建筑物内人和物所在位 置；红外线色彩传感器运 动轨迹和AGV小车位置识 别；条形码传感器，货品 识别。 香港理工AGV模型 AGV自动送货车 自动导引运输车（Automated Guided Vehicle） 第1章传感与检测技术概述 AG V 自 动 送 货 车 第1章传感与检测技术概述 20032003年年9 9月，全球现场直播埃及金字塔世界最古老月，全球现场直播埃及金字塔世界最古老 石棺的考古挖掘进程，可能揭开古埃及金字塔内部结石棺的考古挖掘进程，可能揭开古埃及金字塔内部结 构之谜。构之谜。一个小机器人通过了埃及最大的金字塔内一一个小机器人通过了埃及最大的金字塔内一 条狭窄的通道，试图揭开条狭窄的通道，试图揭开46004600年前的秘密。它的探年前的秘密。它的探 秘之行以发现了又一道封闭的石门而告终。秘之行以发现了又一道封闭的石门而告终。 图坦卡蒙的诅咒图坦卡蒙的诅咒 “ “不论是谁骚扰了法老的安宁不论是谁骚扰了法老的安宁 ，死神之翼将在它的头上降，死神之翼将在它的头上降 临。临。” ” 第1章传感与检测技术概述 小机器人挑战法老咒语，代替科学小机器人挑战法老咒语，代替科学 家勇探胡夫金字塔内部秘道。家勇探胡夫金字塔内部秘道。 “金字塔漫游者金字塔漫游者”， 511511，地面探测，地面探测 雷达、超声波传感器雷达、超声波传感器 （测石头厚度）。（测石头厚度）。 第1章传感与检测技术概述 传感器在生物医学上的应用 医学 第1章传感与检测技术概述 对人体的健康状况进行诊断需要进行多对人体的健康状况进行诊断需要进行多 种生理参数的测量。种生理参数的测量。 国内已经成功地开发出了用于测量近红国内已经成功地开发出了用于测量近红 外组织血氧参数的检测仪器。人类基因组计外组织血氧参数的检测仪器。人类基因组计 划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物 、细胞、细胞、NANA、RNARNA、蛋白质、嗅觉、味觉蛋白质、嗅觉、味觉 和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏 等传感器的研究。等传感器的研究。 第1章传感与检测技术概述 第1章传感与检测技术概述 光纤流速传感器 荧光材 料制作 的电子 鼻传感 器 生物酶血样分析传感器 热/光电量 第1章传感与检测技术概述 传感器与航空及航天 第1章传感与检测技术概述 飞行器：控制在预定轨道上飞行器：控制在预定轨道上 速度、加速度、飞行距离测量、速度、加速度、飞行距离测量、周围环境、内周围环境、内 部设备监控、本身状态参数的测量。部设备监控、本身状态参数的测量。 陀螺仪、阳光传陀螺仪、阳光传 感器、星光传感感器、星光传感 器、地磁传感器器、地磁传感器 第1章传感与检测技术概述 传感器与环境保护 保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必 须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量 用于用于污水流量、污水流量、PHPH值、电导、浊度、值、电导、浊度、CODCOD、 BODBOD、TPTP、TNTN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮矿物油、氰化物、氨氮、总氮 、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以 及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、 烟气、烟气、SO2SO2、NONO、O3O3、COCO等参数测量等参数测量的传感的传感 器，这些传感器中大多数亟待开发。器，这些传感器中大多数亟待开发。 第1章传感与检测技术概述 NOX NO + NO2 dust soot H2S H2O HC C- total CO2 CO O2 HCN HCl HF NH3 SO2 烟尘浊度测量 第1章传感与检测技术概述 红外线分布差异红外线分布差异 矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区 传感器与遥感技术 微波微波 红外接收传感器红外接收传感器 第1章传感与检测技术概述 传感器在军事技术领域的应用 先进的科学技术总是最先被应用于战争先进的科学技术总是最先被应用于战争 。 以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台 是传统的主战兵器，各类传感器不过是配是传统的主战兵器，各类传感器不过是配 属的保障设施。属的保障设施。 第1章传感与检测技术概述 海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署 了了42804280辆坦克，多国部队只有辆坦克，多国部队只有38003800辆坦辆坦 克。克。 但结果是伊拉克的坦克但结果是伊拉克的坦克8989被毁，而被毁，而 多国部队的坦克仅损失多国部队的坦克仅损失2020辆。辆。 这种悬殊的损毁比，正是由于双方信息优这种悬殊的损毁比，正是由于双方信息优 势及精确制导武器方面的明显差距造成的势及精确制导武器方面的明显差距造成的 。 第1章传感与检测技术概述 智能武器智能武器“ “把巨大的杀伤力和极高的精确性把巨大的杀伤力和极高的精确性 相结合，将会使军事机构思考未来战争的相结合，将会使军事机构思考未来战争的 方式发生革命方式发生革命“ “。 高技术常规武器成为比核高技术常规武器成为比核 武器更可靠的手段，武器更可靠的手段，“ “打了不用管打了不用管“ “的制导炮的制导炮 弹能像导弹那样捕捉和跟踪目标，射程远弹能像导弹那样捕捉和跟踪目标，射程远 ，威力大，价格低，命中率高，具有子母，威力大，价格低，命中率高，具有子母 弹的打击能力，以及破甲弹、动能弹的攻弹的打击能力，以及破甲弹、动能弹的攻 击方式。击方式。 第1章传感与检测技术概述 农业将是知识密集、技术密农业将是知识密集、技术密 集的产业，设施农业可以有集的产业，设施农业可以有 效提高农业生产效益和增强效提高农业生产效益和增强 抗灾能力，借助温室及其配抗灾能力，借助温室及其配 套装置来调节和控制作物生套装置来调节和控制作物生 产环境条件，摆脱自然制约，产环境条件，摆脱自然制约， 以达到高产、高效、优质。以达到高产、高效、优质。 信息获取手段是实现高水平设施农业的关键技术之信息获取手段是实现高水平设施农业的关键技术之 一，设施农业用传感器的品种较多，主要用于一，设施农业用传感器的品种较多，主要用于温度、湿温度、湿 度、土壤干燥度、度、土壤干燥度、CO2CO2、光照度、土壤养分等参数光照度、土壤养分等参数的测的测 量。信息获取技术还在农田和果园生产、农业生物学研量。信息获取技术还在农田和果园生产、农业生物学研 究、农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。究、农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。 传感器与农业传感器与农业 农业 第1章传感与检测技术概述 二、传感器的分类 1、按被测量分类（相应的传感器一般以被测量命名）： （1）热工量传感器：温度、热量、比热；压力、差压、真空 度；流速、流量；物位（液位、料位）。 （2）机械量传感器：位移、尺寸（长度、厚度、宽度、角度 ）；力、力矩；重量、质量；速度、加速度、转速。 （3）物性和成分量：成分量（化学成分、浓度、酸碱度、盐 度等）；物性（密度、比重、粘度等）。 （4）状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、表面粗 糙度等）。 第1章传感与检测技术概述 2、按传感器的工作原理分类 （1）物理型传感器：利用某些敏感元件的物理性质以及某些 功能材料的特殊物理性能制成。如：应变式、电容式、磁电、 光电、压电传感器等。 （2）化学型：利用电化学反应原理制成。如：气敏传感器、 湿度传感器、离子传感器等。 （3）生物传感器：利用酶、微生物、抗体、细胞及组织等作 为敏感材料与适当的换能器结合而成，利用特有的化学反应和 电化学技术对生物化学物质进行测定。如：酶传感器、免疫传 感器等。 第1章传感与检测技术概述 3、按输出信号的性质分类 （1）模拟传感器：输出模拟信号； （2）数字传感器：输出数字信号（脉冲、频率、二进制 数码），抗干扰能力强。 三、传感器的发展趋势 1、 三新：新材料、新工艺、新效应（原理）； 2、四化：集成化、多维化、多功能化、智能化。 第1章传感与检测技术概述 1.2 传感器的基本特性 即输出输入之间对应关系，又称为输出输入特性 ，可用静态特性和动态特性来描述。 一、 传感器的静态特性 （一）静态特性：是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入 关系；即输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡 量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度, 迟滞和重复性等。 （二）传感器的静态特性表达式 1、理想传感器： y=a1x 2、实际传感器： y=a0+a1x+a2x2+anxn 式中: a0输入量x为零时的输出量; a1, a2, , an非线性项系数； x输入量；y输出量。 1、传感器的零偏（零点）：输入信号为零时传感器的输出值 。 第1章传感与检测技术概述 2 、传感器的测量范围与量程 （1）测量范围：指正常工作条件下，传感器能够测量的被测量 的总范围，通常用测量范围的下限值和上限值来表示。 （2）量程：测量范围的上限值（或对应的输出值 ）与下限值 （或对应的输出值）的代数差。 a0 零点； xF.S满量程输入； XF.S输入量程； XF.S=xmax-xmin yF.S满量程输出； YF.S输出量程。 YF.S=ymax-ymin 注：仅知道量程时，无法确定测量范围。 传感器的静态特性曲线 第1章传感与检测技术概述 (三）主要静态特性指标 1. 线性度（直线性/非线性误差） 2. （1）拟合直线：传感器的静态特性曲线往往为非线性，在 实际使用中, 为了标定和数据处理的方便,可用一条直线（切 线或割线）近似地代表实际曲线的一段,使传感器输出输 入特性线性化。所采用的直线称为拟合直线。 3. （2）选取拟合直线的方法：(见图2-1） 4. (a) 理论拟合直线； (b) 过零旋转拟合直线； (c) 端点连线 拟合直线； (d) 端点平移拟合直线； (e)最小二乘法拟合直 线 第1章传感与检测技术概述 图 2 - 1 几种直线拟合方法 (a) 理论拟合； (b) 过零旋转拟合； (c) 端点连线拟合； (d) 端点平移拟合 第1章传感与检测技术概述 （3）线性度（非线性度/非线性误差）：传感器的实际静态 特性曲线与拟合直线（规定直线）之间，在垂直方向上的 最大偏差与输出量程的百分比称为线性度。通常用相对误 差L表示, 即 式中: |(yL)max|最大非线性 绝对误差的绝对值; YFS 输出量程。 第1章传感与检测技术概述 （4）最小二乘法线性度的求法 a. 拟合直线的确定： 设拟合直线方程式为：y=kx+b (1-3) 第j个标定点的标定值为（xj,yj) 则：Lj=yj-(kxj+b) 最小二乘法拟合直线的确定原则是：均方差为最小值。即： - （2- 5、2-62-7、2-8） b. 求每个标定点对应的非线性绝对误差Lj c. Lj=yj-(kxj+b) c.求最大非线性绝对误差|Lmax| 并求L 第1章传感与检测技术概述 2、灵敏度 灵敏度K是指传感器的输出量变化量y 与引起此变化的 输入变化量x的比值, 即 K=y/x 灵敏度反映了传感器对被测参数变化的灵敏程度。对于线性 传感器, 它的灵敏度就是它的静态特性的斜率, 即K=y/x为常 数, 而非线性传感器的灵敏度为一变量, 用K=dy/dx表示。传感器 的灵敏度如图所示。 第1章传感与检测技术概述 多环节串联而成的测量系统的灵敏度为： K=K1K2Kn 例1：某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5mm时， 位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。 若再接一个放大器（放大倍数为10）后驱动笔式记录仪（灵敏 度为0.2cm/V），试求系统的总灵敏度。 解：K1 =y/x=（3.5-2.5）V/(5-4.5)mm = -2V/mm K2=10 K3= 0.2cm/V K=K1K2K3= -2V/mm10 0.2cm/V= - 4cm/mm 第1章传感与检测技术概述 3、迟滞（回差/变差） 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其 输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞, 如图 1 - 4 所示。 也 就是说, 对于同一大小的输入信号, 传感器的正反行程输出信号 大小不相等。 产生迟滞的主要原因是 由于传感器敏感元件材料的 物理性质和机械零部件的缺 陷所造成的, 例如弹性敏感 元件的弹性滞后、运动部件 摩擦、传动机构的间隙、紧 固件松动等。 图1-4 迟滞特性 第1章传感与检测技术概述 迟滞大小通常由实验确定。迟滞误差H可由下式计算： （1-7） 式中: Hmax同一输入值对应的正反行程输出值的平均 值之间的最大差值的绝对值。 4. 重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多 次变化时, 所得特性曲线不一致的程度, 如图 1 - 5 所示。 重复 性误差属于随机误差, 常用标准偏差表示, 也可用正反行程中 的最大偏差表示, 即 第1章传感与检测技术概述 y yF.S 0 xF.S (1-9) 式中 最大标准偏差。 （1-8） 图1-5重复性 第1章传感与检测技术概述 （1-10） 式中：i 第i个标定点的标准偏差； yij 同一方向第i个标定点第j次测得的输出值； /yi 第i个标定点N次测量的平均输出值； 也可用正反行程中的最大偏差表示, 即 （1-11） 式中：Rmax 统一输入值对应的同一行程输出值的绝对值的 最大值。 第1章传感与检测技术概述 5. 分辨率与阈值 （1）分辨率：是指传感器在规定测量范围内所能检测出被 测输入量的最小变化值。有时对该值用相对满量程输入值的 百分数表示，称为分辨率。 （2）阈值：是能使传感器的输出端产生可测变化量的最小 被测输入量值，即零点附近的分辨能力。有的传感器在零位 附近非线性严重，形成所谓“死区”，则将死区的大小作为阈 值；更多情况下阈值主要取决于传感器噪声的大小，因而有 的传感器只给出噪声电平。 第1章传感与检测技术概述 传感器能检测出的被测量的最小变化值一般相当于噪声 电平的若干倍，用公式表示为： 式中：M被测量最小变化值； c系数（一般取15）： N噪声电平： k传感器的灵敏度。 6. 稳定性 稳定性又称长期稳定性，即传感器在相当长时间内保 持其原性能的能力。稳定性一般用在室温条件下经过一规定 时间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来 表示，有时也用标定的有效期来表示。 第1章传感与检测技术概述 7、漂移 （1）定义：漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与 被测输入量无关的、不需要的变化。漂移常包括零点漂移和灵敏 度漂移。 （2）产生原因：一是自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿 度等）。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移， 又称时漂(或零漂)和温漂。时漂是指在规定的条件下，零点或灵 敏度随时间的缓慢变化；温漂是指由周围温度变化所引起的零点 或灵敏度的变化。 （3）零点漂移：传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输 出偏离零值，即为零点漂移。传感器的零漂可表示为： 式中：y为最大零点偏差：YFS为满量程输出。 第1章传感与检测技术概述 （4）温度漂移：传感器的温漂有时称温度稳定性，周围环境温 度变化1而引起的输出变化，通常用传感器工作环境温度偏离 标准环境温度（一般为20 ）时的输出值的变化量与温度变化 量之比来表示，即： ( yt - y20 ) / t (1-12) 式中： t 工作环境温度偏离标准环境温度之差， 即 t t - 20 ； yt 传感器在环境温度为t时的输出； y20传感器在标准环境温度20时的输出。 一般以温度变化1，输出最大偏差与满量程的百分比来表 示，即 式中：ymax为输为输 出最大偏差：YFS为满为满 量程输输出；T为为 温度变变化范围围。 第1章传感与检测技术概述 8、精确度 （1）测量误差 被测参数的测量值与真实值不一致的程度用测量误差表示。测 量误差就是被测量的测量值与真实值之间的差值，它反映了测量 质量的好坏。 绝对误差：可用下式定义: x = x-x0 式中: x绝对误差; x测量值; x0约定真值。 第1章传感与检测技术概述 对测量值进行修正时, 要用到绝对误差。 修正值是与绝对误差 大小相等、符号相反的值,C= -x = x0-x， 实际值等于测量值加上修 正值。即 x0=x+C。 绝对误差不能很好说明测量质量的好坏，只适用于被测量值相 同的场合。 例如, 在温度测量时, 绝对误差=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。 相对误差：定义由下式给出: = x/ x0 100% 式中: 相对误差, 一般用百分数给出; x绝对误差; x0约定真值。 第1章传感与检测技术概述 相对误差比绝对误差能更好地说明测量精确度，但它只能说明 不同测量结果的准确度，无法衡量传感器本身在整个测量范围内的 质量，（如一台温度传感器测100的相对误差为2%，另一台测 1000 的相对误差为1%）为此又采用了引用误差的概念。 引用误差：是仪表中通用的一种误差表示方法。 它是相对仪表满 量程的一种误差, 一般也用百分数表示，即 = x / XF.S 100%= x /(xmax-xmin) 100% 式中: 引用误差； x绝对误差； XF.S 仪表输入量程（测量范围上限 测量范围下限）; xmax 仪表量程的上限值； xmin仪表量程的上限值； 第1章传感与检测技术概述 基本误差：是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差。 例如, 仪表是在电源电压(2205)V、电网频率(502)Hz、环境 温度(205)、 湿度 65%5% 的条件下标定的。如果这 台仪表在这个条件下工作, 则仪表所具有的误差为基本误差 。测量仪表的精度等级就是由基本误差决定的，一般用引用 误差表示。 附加误差：是指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的 误差。例如, 温度附加误差、频率附加误差、电源电压波动 附加误差等。 （2） 精确度 定义：表示传感器测量结果与真值之间的偏离程度。 第1章传感与检测技术概述 精确度等级：是根据最大引用误差来确定的。工程中以一系列标 准数值作为仪表基本误差的最大允许值来分档表示仪表的精确度， 称为精确度等级。常用的精确度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级 、1.5级、2.0级、2.5级、4.0级、 5.0级。 注：精确度等级已知的仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发 挥它的测量精度。因此选用仪表时应根据被测量的大小和测量精度 的要求，合理选择仪表量程和精确度等级。 例3：测800 要求误差4 ，现有以下测温仪表，应选哪一种？ （1）0500 , 1.0级； （2）01000 ，0.5 级； （3）01000 ，0.2级； （4）02000 ，0.2级。 第1章传感与检测技术概述 解： （1）不能测； （2）测800 可能出现的最大绝对误差为1000 （ 0.5%） = 5 ； （3）测800 可能出现的最大绝对误差为1000 （ 0.2%） = 2 ； （4）测800 可能出现的最大绝对误差为2000 （ 0.2%） = 4 ； 应选第（3）种。 例3：测800 要求误差4 ，现有以下测温仪