传感器与检测技术1 ppt课件

传感器与检测技术传感器与检测技术 电子工程系电子工程系 王海波王海波 Date1 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 教材：教材：传感器与自动检测传感器与自动检测常慧玲主编常慧玲主编 参考教材：参考教材：自动检测与转换技术自动检测与转换技术梁森等、梁森等、传感传感 器技术基础与应用实训器技术基础与应用实训徐军等徐军等 计划学时：计划学时：5656学时（学时（4 4学时学时/ /周，周，1414周，实验周，实验1616学时）学时） 学分：学分：3 3分分 专业必修课专业必修课 Date2 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 教学中的考核：教学中的考核： （1 1）学习态度考查：）学习态度考查： 出勤（迟到、早退、请假、旷课等）出勤（迟到、早退、请假、旷课等） 课堂听课（状态、纪律、发言等）课堂听课（状态、纪律、发言等） 作业（每个项目完成一次，要求内容全面、准确作业（每个项目完成一次，要求内容全面、准确 ） （2 2）期中）期中 （3 3）期末考试）期末考试 Date3 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 检测技术的应用检测技术的应用 信息社会的一切活动领域中，检测是科学地认识各信息社会的一切活动领域中，检测是科学地认识各 种现象的基础性方法和手段。现代化的检测手段在很大种现象的基础性方法和手段。现代化的检测手段在很大 程度上决定了生产、科学技术的发展水平，而科学技术程度上决定了生产、科学技术的发展水平，而科学技术 的发展又为检测技术提供了新的理论基础和制造工艺，的发展又为检测技术提供了新的理论基础和制造工艺， 同时又对检测技术提出了更高的要求。检测技术是所有同时又对检测技术提出了更高的要求。检测技术是所有 科学技术的基础，是自动化技术的支柱之一。科学技术的基础，是自动化技术的支柱之一。 Date4 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 检测的定义检测的定义 利用各种物理、化学效应，选择合适利用各种物理、化学效应，选择合适 的方法与装置，将生产、科研生活等各方的方法与装置，将生产、科研生活等各方 面的有关信息通过检查与测量的方法，赋面的有关信息通过检查与测量的方法，赋 予定性或定量结果的过程称为检测技术予定性或定量结果的过程称为检测技术 Date5 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 例：曹冲称象例：曹冲称象 方法：比较法方法：比较法 装置：船、石头、小称装置：船、石头、小称 检查、测量、从而得到：检查、测量、从而得到： 定性、定量的结果定性、定量的结果 Date6 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 检测技术在卫星检测技术在卫星 中的应用中的应用 红外线扫描的区域红外线扫描的区域 检测森林火灾和气象等检测森林火灾和气象等 Date7 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 检测技术在检测技术在 核电站中的核电站中的 应用应用DCSDCS Date8 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 传感器传感器 在本教材中是指一个能将被测的非电量变在本教材中是指一个能将被测的非电量变 换成电量的器件换成电量的器件 玻璃温玻璃温 度计不度计不 属于本属于本 教材所教材所 讲授的讲授的 传感器传感器 范畴范畴 Date9 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 能够将温度转换成电压的传感器能够将温度转换成电压的传感器热电偶热电偶 传感器传感器 是实现是实现 现代检现代检 测技术测技术 的最基的最基 本器件本器件 开动脑筋想一想：开动脑筋想一想： 传感器与检测技术传感器与检测技术 在生活中的应用实例在生活中的应用实例 ？ Date10 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 本课程的内容：本课程的内容： 各种常见传感器的基础理论及构成原理；典型应用。各种常见传感器的基础理论及构成原理；典型应用。 基本要求：基本要求： 了解传感器的基础概念（定义、组成、分类、特点）了解传感器的基础概念（定义、组成、分类、特点） 了解传感器的基础论（数理模型、基础特性）了解传感器的基础论（数理模型、基础特性） 理解常用传感器的结构和物理原理理解常用传感器的结构和物理原理 掌握传感器的应用掌握传感器的应用 掌握简单的自动控制系统的设计掌握简单的自动控制系统的设计 掌握传感器进行自动控制的简单制作掌握传感器进行自动控制的简单制作 Date11 传感器与检测技术课程介绍传感器与检测技术课程介绍 学习方法：学习方法： 把握重点，重视实验把握重点，重视实验 Date12 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 技能目标：技能目标： 能对测量数据进行分析整理能对测量数据进行分析整理 知识目标：知识目标： 掌握测量误差的分类及一般计算方法掌握测量误差的分类及一般计算方法 Date13 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 1.1.1 1.1.1 测量与测量方法测量与测量方法 测量：测量： 借助专门的技术和设备，通过实验的方法，借助专门的技术和设备，通过实验的方法， 把被测量与作为单位的标准量进行比较，以确把被测量与作为单位的标准量进行比较，以确 定被测量是标准量的多少倍的过程。定被测量是标准量的多少倍的过程。 测量值：测量值： 所得的倍数，大小可用数字、曲线或图形表所得的倍数，大小可用数字、曲线或图形表 示，测量结果包括数值大小和测量单位两部分示，测量结果包括数值大小和测量单位两部分 。 Date14 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 检测检测 更为广泛的测量。不仅仅是对产品和半更为广泛的测量。不仅仅是对产品和半 成品的检验和测量，而且为检查、监督和成品的检验和测量，而且为检查、监督和 控制某个生产过程或运动对象并使之处于控制某个生产过程或运动对象并使之处于 给定的最佳状态，需要随时检查和测量各给定的最佳状态，需要随时检查和测量各 种参量的大小和变化等情况。种参量的大小和变化等情况。 Date15 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 检测实例：电炉控制系统检测实例：电炉控制系统 Date16 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 电测法电测法 和非电和非电 测法测法 Date17 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 电测法电测法 和非电和非电 测法测法 Date18 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 直接测量和间接测量直接测量和间接测量 Date19 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 直接测量直接测量 和间接测和间接测 量量 Date20 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 静态测静态测 量和动量和动 态测量态测量 Date21 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 静态测量和静态测量和 动态测量动态测量 Date22 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 接触性测量接触性测量 和非接触性和非接触性 测量测量 Date23 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 接触性测量接触性测量 和非接触性和非接触性 测量测量 Date24 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 模拟式测量模拟式测量 和数字式测和数字式测 量量 Date25 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 测量方法：测量方法： 模拟式测量模拟式测量 和数字式测和数字式测 量量 Date26 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 1.1.2 1.1.2 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值测量误差：测量值与其真值之间的差值 Date27 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 绝对误差绝对误差 理想真值理想真值 实际真值实际真值 修正值修正值c c 将测量值和修正值相加可得到实际真值将测量值和修正值相加可得到实际真值 Date28 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 相相 对对 误误 差差 采购风波采购风波 某人在三家商店分别购买了某人在三家商店分别购买了100kg100kg大米、大米、10kg10kg苹果苹果 和和1kg1kg巧克力，回家发现均少了巧克力，回家发现均少了0.3kg0.3kg，该人会对，该人会对 哪家商店意见最大？为什么？哪家商店意见最大？为什么？ 实际相对误差实际相对误差 示值（标称）相对误差示值（标称）相对误差 Date29 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 引用误差引用误差 仪器量程仪器量程 最大引用误差（满度相对误差、仪表的基本误差）最大引用误差（满度相对误差、仪表的基本误差） 基本误差基本误差 去掉百分号去掉百分号 （% %）后的数值）后的数值 定义为仪表的定义为仪表的精度等级精度等级 -2.55.0-2.55.0 问：用其测量直流、交流电问：用其测量直流、交流电 压时，可能产生的满度压时，可能产生的满度 相对误差分别为多少？相对误差分别为多少？ Date30 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 例：某温度计的量程范围为例：某温度计的量程范围为0-5000-500CC，校，校 验时该验时该验时该验时该 表的最大表的最大绝对误绝对误绝对误绝对误 差差为为为为6 6CC，试确，试确 定其精度等级？定其精度等级？ 解：解： 查表查表1.11.1，精度等级应定为，精度等级应定为1.51.5级级 Date31 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 任务任务1 1： 现有现有0.50.5级的级的0300C0300C和和1.01.0级级0100C0100C的两个温度计，欲测量的两个温度计，欲测量80C80C的温度，的温度， 试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施：实施： 0.50.5级的级的0300C0300C的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量用其测量80C80C可能出现的最大示值相对误差为：可能出现的最大示值相对误差为： Date32 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 任务任务1 1： 现有现有0.50.5级的级的0300C0300C和和1.01.0级级0100C0100C的两个温度计，欲测量的两个温度计，欲测量80C80C的温度，的温度， 试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施：实施： 1.01.0级的级的0100C0100C的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量用其测量80C80C可能出现的最大示值相对误差为：可能出现的最大示值相对误差为： 结论：结论：选用选用1.01.0级的级的0100C0100C的温度计较好。的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精选用仪器时，不能单纯追求精 度，而是要兼顾精度和量程度，而是要兼顾精度和量程 Date33 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 任务任务2 2： 被测温度为被测温度为400C400C，现有量程，现有量程0500C 0500C 、精度、精度1.51.5级和量程级和量程01000C 01000C 、精、精 度度1.01.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？ 实施：实施： 量程量程0500C 0500C 、精度、精度1.51.5级级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量用其测量400C400C可能出现的最大示值相对误差为：可能出现的最大示值相对误差为： Date34 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 任务任务2 2： 被测温度为被测温度为400C400C，现有量程，现有量程0500C 0500C 、精度、精度1.51.5级和量程级和量程01000C 01000C 、精、精 度度1.01.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？ 实施：实施： 量程量程01000C 01000C 、精度、精度1.01.0级级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量用其测量400C400C可能出现的最大示值相对误差为：可能出现的最大示值相对误差为： 结论：结论：选用选用1.51.5级的级的0500C0500C的测温仪器较好。因其示值相对误差较的测温仪器较好。因其示值相对误差较1.01.0级级01000C 01000C 的测温仪器小的测温仪器小 Date35 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 1.1.3 1.1.3 测量误差的分类及来源测量误差的分类及来源 测量误差测量误差 按误差表现的规律按误差表现的规律 分类分类 1.1.系统误差系统误差 对同一被测量进行多次重复测量时，若误差固定不变或者按照一定对同一被测量进行多次重复测量时，若误差固定不变或者按照一定 规律变化，这种误差称为系统误差。规律变化，这种误差称为系统误差。 主要是由于所使用仪器仪表误差、测量方法不完善、各种环境因主要是由于所使用仪器仪表误差、测量方法不完善、各种环境因 素波动以及测量者个体差异等原因造成的素波动以及测量者个体差异等原因造成的 Date36 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 系统误差系统误差 按所表现出来的规律按所表现出来的规律 分类分类 1.1.系统误差系统误差 变值系统误差变值系统误差 系统误差的发现系统误差的发现 用多台同类或相近的仪用多台同类或相近的仪 表对同一被测量进行测表对同一被测量进行测 量，通过分析测量结果量，通过分析测量结果 的差异来判断的差异来判断 马利科夫准则、阿贝马利科夫准则、阿贝- -赫梅特准则赫梅特准则 一般可通过实验一般可通过实验 或分析的方法可或分析的方法可 预测可消除预测可消除 Date37 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 1.1.系统误差系统误差 系统误差的减小和消除方法系统误差的减小和消除方法 2.2.随机误差随机误差 随机误差的统计特性随机误差的统计特性 单次测量无规律单次测量无规律 ，大小方向不可，大小方向不可 预知，试验方法预知，试验方法 不能消除，亦不不能消除，亦不 能修正能修正 对称性：绝对值相等的正对称性：绝对值相等的正 负误差概率相等负误差概率相等 单峰性：只有一个峰值单峰性：只有一个峰值 ，为概率密度的极大值，为概率密度的极大值 ，出现在纵轴上，说明，出现在纵轴上，说明 绝对值小的误差出现的绝对值小的误差出现的 概率大，绝对值大的误概率大，绝对值大的误 差出现的概率小差出现的概率小 互抵性：测量次数无互抵性：测量次数无 限增多时，各次测量限增多时，各次测量 的随机误差的代数和的随机误差的代数和 等于零等于零 有界性：绝对值很大的误差出现有界性：绝对值很大的误差出现 的概率趋近于的概率趋近于0 0，即误差的绝对值，即误差的绝对值 实际上不会超过某个限值实际上不会超过某个限值 Date38 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 2.2.随机误差随机误差 随机误差的估计随机误差的估计 各次测量误各次测量误 差平方和的差平方和的 平均值的平平均值的平 方根方根 标准误差（均方根误差标准误差（均方根误差 ） 实际真值实际真值 均方根误差的近似计算式（贝塞尔公式）均方根误差的近似计算式（贝塞尔公式） 置信度置信度 测量值在真值测量值在真值 附近某一范围附近某一范围 的概率的大小的概率的大小 由正态分布的概率积分可得：当一组测量值的标准由正态分布的概率积分可得：当一组测量值的标准 误差取误差取 的的k k倍倍时时时时，其置信概率，其置信概率对应值见对应值见对应值见对应值见 上上图图图图，k k 称置信系数；称置信系数；kk 称为置信区间称为置信区间 称称3 3 为极限误差为极限误差 算数平均值的标准误差算数平均值的标准误差 测量结果测量结果 表示为：表示为： Date39 项目项目1 1 传感器误差与特性分析传感器误差与特性分析 任务任务1 1 检测结果的数据整理检测结果的数据整理 3.3.粗大误差（疏忽误差、过失误差粗大误差（疏忽误差、过失误差) ) 明显偏离实际值明显偏离实际值 所对应的误差所对应的误差 含有粗大误差的含有粗大误差的 测量值称为测量值称为坏值坏值 拉依达准则：凡是随机误差大于拉依达准则：凡是随机误差大于3 3 的的测测测测量量值值值值都都认为认为认为认为 是是坏坏值值值值 4.4.缓变误差缓变误差 其