传感器技术及应用PPT电子教案-第1讲测量技术概述.ppt

课程介绍,课程名：传感器技术及应用 学 时：48小时（共16课） 学 分：2.5,课程目的：了解常用传感器的基本原理及结构，掌握传感器的应用技能，达到能正确选择传感器的目的。,课程介绍,课程内容： 1、检测与控制技术概述 2、常用传感器的基本原理与应用 3、传感器特性实验 4、自动控制原理,课程介绍,教材： 现代传感器技术及应用 主编:秦志强 电子工业出版社 出版时间:2010.5,课程介绍,实训设备： 1.现代传感器综合实训装置 制造商:深圳市鸥鹏科技有限公司 生产日期:2010.5,2.传感器实验仪 制造商:浙江大学仪器仪表系 生产日期:2000.10,课程介绍,学习评价方式与方法 1.评价方式:形成性评价 课程总成绩=平时成绩30% +实训成绩30% + 实训考核成绩40% 2.具体内容及评分标准 (1)平时成绩=考勤 + 课堂表现 + 作业 (2)实训成绩=实训时，教师全方位观察每一个学生的每次实训全过程，注重学生的实训操作能力，实训通过，老师签名确认，学生每完成一个实训，就要完成一份实训报告，教师根据学生实训完成情况，课后实训报告的完成情况，给学生的每次实训记分，不交报告者不得分。 (3) 实训考核成绩=本课程最后一周组织学生进行实训考核，学生在已做过的实训中随机抽取一个实训，在规定时间内完成操作及简单报告，获得实训考核成绩。,第一课 测量技术概述,一、目的 了解测量与误差的基本概念，掌握传感器的一般分类及特性。,二、内容 1、测量的一般知识 2、误差理论基础 3、传感器概述 4、传感器特性,第一节 测量的一般知识,一、测量的基本概念 所谓测量就是将被测量与测量单位进行比较，得到被测量是单位的多少倍，并用数字和单位表示出来。,鸟 的 身 高 h,测量的结果就表示为 h = 8 cm,第一节 测量的一般知识,二、测量方法,直接测量和间接测量2种,(一)直接测量,所谓直接测量就是能直接得到被测量的数值的测量方法,如:直尺量身高、两个人比高、天平称金子。,第一节 测量的一般知识,二、测量方法,直接测量和间接测量2种,(一)直接测量,所谓直接测量就是能直接得到被测量的数值的测量方法,如:直尺量身高、两个人比高、天平称金子。,第一节 测量的一般知识,二、测量方法,直接测量和间接测量2种,(一)直接测量,所谓直接测量就是能直接得到被测量的数值的测量方法,如:直尺量身高、两个人比高、天平称金子。,第二节 误差理论基础,二、测量方法,直接测量和间接测量2种,(二)间接测量,无法直接进行测量，但可以直接测出边长a、b、c 和质量m，然后利用公式,如：测量铝块的密度 单位为kg/m3,第二节 误差理论基础,二、测量方法,直接测量和间接测量2种,提问: 1、采用水银体温计测量人体温度时，他属于哪种测量方法？,2、利用超声波传感器测量距离时，他属于哪种测量方法？,答：直接测量法,答：间接测量法,第一节 测量的一般知识,一、误差的基本概念,要取得任何一个量值，都必需通过测量来完成。而任何方法测量的数值都不可能绝对准确。即总是有 误差,理论值=真值,约定真值代替真值,所谓约定真值就是与真值的差可以忽略不计的值。,第一节 测量的一般知识,一、误差的基本概念,误差分类,（一）、按表示方法分类 1、绝对误差 2、相对误差,-x = x - x0,式中： x绝对误差 x测量结果 x0 约定真值,第一节 测量的一般知识,一、误差的基本概念,误差分类,（二）、按按性质分类 1、随机误差 2、粗大误差 3、系统误差,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,误什么叫随机误差？ 在相同的条件下，对同一被测量进行多次等精度测量时，由于各种随机因素的影响，各次测量值之间存在一定差异，这种差异就是随机误差。,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（1）随机变量及概率密度函数 测量中出现的随机误差是大量相互独立的随机因素造成的，在测量时无法准确预测每一次测量结果，而只能估计每一次测量值落入某一区间的概率有多大。如果将测量值看做一个随机变量x，那么它落入某一区间（x1,x2）的概率可表示为： px1 x x2=p x x2 - p x x1,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（1）随机变量及概率密度函数 如果pxx（- x +)存在非负数的函数 f(x) ,使对于任意的实数 x 有:,则 f(x) 称为随机变量x的概率密度函数,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（2）正态分布随机误差的性质,测量中出现的随机误差一般符合正态分布,并具有以下性质:,1、对称性 2、单峰性 3、有界性 4、抵偿性,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（3）正态分布随机变量的数字特征,1、算术平均值,算术平均值是被测量真值的最佳估计值。,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（3）正态分布随机变量的数字特征,2、标准偏差,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（3）正态分布随机变量的数字特征,2、标准偏差,标准偏差最佳估计值,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,标准偏差最佳估计值是如何计算呢？,例题：,第一节 测量的一般知识,1、随机误差,（4）置信区间与置信概率,随机误差=x-也是一个随机变量，通常要确定落入某一区间（a,b的概率多大。 的取值范围（a,b称置信区间。,而随机变量在置信区间内取值的概率pa b则称置信概率,第一节 测量的一般知识,2、系统误差,在相同条件下，对同一被测量进行多次等精度测量时，由于测量仪表不准确、测量方法不完善、或环境因素的影响等，造成各次测量值之间存在一定差异，但各次测量误差保持为常数或按一定规律变化。这种测量误差就称为系统误差。,第一节 测量的一般知识,3、粗大误差（意外误差）,在相同条件下，对同一被测量进行多次等精度测量时，有个别测量结果的误差远远大于规定条件下的预计值。这类误差一般由于测量者粗心大意或测量仪器突然出现故障等造成。称之为粗大误差（或寄生误差）,第一节 测量的一般知识,五、测量数据的误差,自 学 直接测量数据的误差分析,第三节 传感器概述,一、传感器的定义和作用,广义地说： 传感器是指能感知某一物理量、化学量或生物量等信息，并能将之转化为可以利用的信息的装置。,狭义地说： 感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。,第三节 传感器概述,二、传感器的分类,（一）按被测量分类 温度、压力、流量、位移、速度等传感器,（二）按工作原理分类 电阻式、电感式、电容式、谐振式、阻抗式、磁电式、热电式、光电式、霍尔式等传感器。,（三）按输出信号的性质分类 开关式、模拟式（脉冲、连续）、数字式等传感器,第三节 传感器概述,三、传感器的组成,敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)与捡出被测对象的待测信息(非电量)的部分。,转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受(或响应)出的信息直接转换成电信号的部分。,第三节 传感器概述,三、传感器的组成,传感器一般由敏感元件、传感（转换）元件、测量电路和辅助电源等四部分组成,第三节 传感器概述,四、传感器的发展超势,（一）新材料的开发、应用 （二）新工艺、新技术的应用 （三）利用新的效应开发新型传感器 （四）传感器的多功能化 （五）传感器的集成化 （六）传感器的智能化,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性 2、传感器的动态特性,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,当输入信号不随时间变化时输出信号与输入信号的关系称为传感器的静态特性,在理想的情况下，传感器的输出量y与输入量x之间应为线性关系，其静态特性可表示为： y = a1 x,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,常用的传感器静态性指标包括： （1）灵敏度 （2）精确度 （3）测量范围与量程 （4）线性度误差 （5）滞后量 （6）重复性,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,（1）灵敏度 （有单位的量） 传感器的灵敏度k是指达到稳定工作状态时，输出变化y与引起此变化的输入量的变化量x之比，即：,灵敏度越大越好,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,（2）精确度 传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量约定值的一致程度，它反映了传感器测量结果的可靠程度。,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,（3）测量范围与量程 指按其标定的精确度可进行测量的被测量的变化范围，而测量范围的上限值ymax与下限值ymin之差就是传感器的量程ym， 即： ym= ymax -ymax,测量范围： -2080,量程：100,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,（4）线性度误差 实际的静态特性曲线与规定直线之间，在垂直方向上的最大偏差与最大输出的百分比,第四节 传感器的特性,1、传感器的静态特性,（5）滞后量：正反行程中输出 /输入不重合的程度当输入信号逐渐增大，而后又逐渐减小时对应同一信号值会出现不同的输出信号，在全量程范围内对应于同一输入信号的前后两个输出信号的最大差值为h，滞后量可用h对满量程输出为yn百分比表示。,h-越小越好,第四节 传感器的特性,五、传感器的特性,1、传感器的静态特性,（6）重复性： 表示输入量按同一方向(增加或减小)变化时，在全量程范围内，重复进行测试时，所得到的各特性曲线的重复程度，一般用输出最大不重复误差与满量程的百分比表示。,第四节 传感器的特性,2、传感器的动态特性,当输入信号随时间变化时，输出信号与输入信号的关系称为传感器的动态特性,如果以阶跃信号作为激励（输入），来研究动态特性，而此时的输出称为阶跃响应。,第四节 传感器的特性,2、传感器的动态特性,从数学模型的角度看，也可将传感器分为零阶、一阶、二阶、三阶等传感器。,第四节 传感器的特性,2、传感器的动态特性,（1）零阶传感器,如线