传感器与检测技术1ppt课件

Page 1,2019/5/12,传感器与检测技术,电子工程系 王海波,Page 2,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,教材：传感器与自动检测常慧玲主编 参考教材：自动检测与转换技术梁森等、传感器技术基础与应用实训徐军等 计划学时：56学时（4学时/周，14周，实验16学时） 学分：3分 专业必修课,Page 3,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,教学中的考核： （1）学习态度考查： 出勤（迟到、早退、请假、旷课等） 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） （2）期中 （3）期末考试,Page 4,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,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 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 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 科学技术的基础，是自动化技术的支柱之一。,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,检测的定义 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 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,Page 6,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,例：曹冲称象 方法：比较法 装置：船、石头、小称 检查、测量、从而得到： 定性、定量的结果,Page 7,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,检测技术在卫星 中的应用,红外线扫描的区域,检测森林火灾和气象等,Page 8,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,检测技术在 核电站中的 应用DCS,Page 9,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,传感器 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,玻璃温度计不属于本教材所讲授的传感器范畴,Page 10,2019/5/12,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热电偶,传感器是实现现代检测技术的最基本器件,开动脑筋想一想： 传感器与检测技术 在生活中的应用实例？,Page 11,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,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。 基本要求： 了解传感器的基础概念（定义、组成、分类、特点） 了解传感器的基础论（数理模型、基础特性） 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,Page 12,2019/5/12,传感器与检测技术课程介绍,学习方法： 把握重点，重视实验,Page 13,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,任务1 检测结果的数据整理 技能目标： 能对测量数据进行分析整理 知识目标： 掌握测量误差的分类及一般计算方法,Page 14,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,1.1.1 测量与测量方法 测量： 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，以确定被测量是标准量的多少倍的过程。 测量值： 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。,Page 15,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,检测 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 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 种参量的大小和变化等情况。,Page 16,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,检测实例：电炉控制系统,Page 17,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,电测法 和非电 测法,Page 18,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,电测法 和非电 测法,Page 19,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,直接测量和间接测量,Page 20,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,直接测量和间接测量,Page 21,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,静态测量和动态测量,Page 22,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,静态测量和动态测量,Page 23,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,接触性测量和非接触性测量,Page 24,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,接触性测量和非接触性测量,Page 25,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,模拟式测量和数字式测量,Page 26,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析,测量方法：,模拟式测量和数字式测量,Page 27,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,1.1.2 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,Page 28,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,绝对误差,理想真值,实际真值,修正值c,将测量值和修正值相加可得到实际真值,Page 29,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,相 对 误 差,采购风波 某人在三家商店分别购买了100kg大米、10kg苹果和1kg巧克力，回家发现均少了0.3kg，该人会对哪家商店意见最大？为什么？,实际相对误差,示值（标称）相对误差,Page 30,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,引用误差,仪器量程,最大引用误差（满度相对误差、仪表的基本误差）,基本误差 去掉百分号 （%）后的数值 定义为仪表的精度等级,-2.55.0,问：用其测量直流、交流电 压时，可能产生的满度 相对误差分别为多少？,Page 31,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,例：某温度计的量程范围为0-500C，校验时该表的最大绝对误差为6C，试确定其精度等级？,解：,查表1.1，精度等级应定为1.5级,Page 32,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,任务1： 现有0.5级的0300C和1.0级0100C的两个温度计，欲测量80C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？ 实施： 0.5级的0300C的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：,用其测量80C可能出现的最大示值相对误差为：,Page 33,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,任务1： 现有0.5级的0300C和1.0级0100C的两个温度计，欲测量80C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？ 实施： 1.0级的0100C的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：,用其测量80C可能出现的最大示值相对误差为：,结论：选用1.0级的0100C的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精 度，而是要兼顾精度和量程,Page 34,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,任务2： 被测温度为400C，现有量程0500C 、精度1.5级和量程01000C 、精 度1.0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： 量程0500C 、精度1.5级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：,用其测量400C可能出现的最大示值相对误差为：,Page 35,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,任务2： 被测温度为400C，现有量程0500C 、精度1.5级和量程01000C 、精 度1.0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： 量程01000C 、精度1.0级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：,用其测量400C可能出现的最大示值相对误差为：,结论：选用1.5级的0500C的测温仪器较好。因其示值相对误差较1.0级01000C 的测温仪器小,Page 36,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,1.1.3 测量误差的分类及来源,测量误差,按误差表现的规律,分类,1.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、各种环境因素波动以及测量者个体差异等原因造成的,Page 37,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,系统误差,按所表现出来的规律,分类,1.系统误差,变值系统误差,系统误差的发现,用多台同类或相近的仪表对同一被测量进行测量，通过分析测量结果的差异来判断,马利科夫准则、阿贝-赫梅特准则,一般可通过实验或分析的方法可预测可消除,Page 38,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,1.系统误差,系统误差的减小和消除方法,2.随机误差,随机误差的统计特性,单次测量无规律，大小方向不可预知，试验方法不能消除，亦不能修正,对称性：绝对值相等的正负误差概率相等,单峰性：只有一个峰值，为概率密度的极大值，出现在纵轴上，说明绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小,互抵性：测量次数无限增多时，各次测量的随机误差的代数和等于零,有界性：绝对值很大的误差出现的概率趋近于0，即误差的绝对值实际上不会超过某个限值,Page 39,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,2.随机误差,随机误差的估计,各次测量误差平方和的平均值的平方根,标准误差（均方根误差）,实际真值,均方根误差的近似计算式（贝塞尔公式）,置信度,测量值在真值附近某一范围的概率的大小,由正态分布的概率积分可得：当一组测量值的标准误差取的k倍时，其置信概率对应值见上图，k称置信系数；k称为置信区间,称3 为极限误差,算数平均值的标准误差,测量结果表示为：,Page 40,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,3.粗大误差（疏忽误差、过失误差),明显偏离实际值所对应的误差 含有粗大误差的测量值称为坏值,拉依达准则：凡是随机误差大于3的测量值都认为是坏值,4.缓变误差,其他的分类方法,数值随时间而缓慢变化的误差,按被测量与时间的关系,按测量仪表的使用条件,Page 41,2019/5/12,项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理,任务1： 用温度传感器对某温度进行12次等精度测量，测量数据（C）如下： 20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、 20.49、20.51、20.51 ，要求对该组数据进行分析整理，并列写出最后 的测量结果,实施方案：,1、填表