传感器原理及应用-第2章-21测量概论

1、 第二章 检测技术基本理论2.1 测量概述测量概述2.2 测量误差测量误差2.3 测量数据的估计和处理测量数据的估计和处理2.1 测量概述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，是一个变换、放大、比较、显示、读数等环节的综合过程。 测量结果仅仅是被测量的最佳估计值，并非真值，所以还应给出测量结果的质量，即测量结果的可信程度。可信程度用测量不确定度表示。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。2.1 测量概述2.1.1 几个术语真值理论真值 一个量严格定义的理论值。约定真值 根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最先进科学技术复现这些

2、实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准。 例如：当今世界主要经济大国都加入了国际米制公约组织，总部设在巴黎。1983年第17届国际计量大会通过国际计量委员会的提议，规定：光在真空中于1/299792458 秒的时间间隔内所经路径的长度为1米；进一步规定三种米的复现方法。2.1 测量概述曾经的米原器曾经的米原器（现已作废，存国际计量局，目前不再用（现已作废，存国际计量局，目前不再用实物形成米原器）实物形成米原器）2.1 测量概述国际千克原器国际千克原器是用以实现质量单位的实物基准器，是至今为止世界上实是用以实现质量单位的实物基准器，是至今为止世界上实现基本单位量值现基本单位量值唯一的实物基准唯

3、一的实物基准。它是高度和直径都是它是高度和直径都是3939毫米的正圆柱体，由毫米的正圆柱体，由90%90%的铂和的铂和10%10%的铱组成，密度为每立方厘米的铱组成，密度为每立方厘米21.521.5克。克。国际计量局共制作了国际计量局共制作了6363个，选择个，选择6 6个作为国际千克原器作个作为国际千克原器作证基准，其余证基准，其余5757个分配给成员国作为其国家基准。个分配给成员国作为其国家基准。分配给中国的编号为分配给中国的编号为NO.60,NO.60,保存在中国计量科学研究院。保存在中国计量科学研究院。2.1 测量概述2.1.1 几个术语真值相对真值 如果高一级检测仪器（计量器具）的误

4、差小于低一级检测仪器误差的1/3，则可认为前者是后者的相对真值。 例如，高精度石英钟的计时误差通常比普通机械闹钟的计时误差小12个数量级以上，因此高精度的石英钟可视为普通机械闹钟的相对真值。2.1 测量概述2.1.1 几个术语标称值：计量或测量器具上标注的量值。 例如：天平的砝码上标注的g、精密电阻器上标注的100等。示值：检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值，也叫测量值或读数。 传感器不可能绝对精确，信号调理、模数转换不可避免地存在误差，加上测量时环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等。2.1 测量概述2.1.2 测量方法 实现被测量与标准量比较得出比值

5、的方法。获得测量值的方法获得测量值的方法：直接测量直接测量、间接测量间接测量和和组合测量组合测量； 测量方式测量方式：偏差式测量偏差式测量、零位式测量零位式测量与与微差式测量微差式测量；测量条件测量条件：等精度测量与不等精度测量；：等精度测量与不等精度测量；被测量变化快慢被测量变化快慢：静态测量与动态：静态测量与动态测量测量nux /nx u或或x被测量值被测量值; u标准量标准量, 即测量单位即测量单位; n比值（纯数）比值（纯数）, 含有测量误差。含有测量误差。2.1 测量概述2.1.2 测量方法（1）直接测量、间接测量与组合测量 直接测量：在使用仪表或传感器进行测量时，测得值在使用仪表或

6、传感器进行测量时，测得值直接直接与标准与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值。例如例如：用弹簧管压力表测量压力等。：用弹簧管压力表测量压力等。优点优点：测量过程简单而又迅速；：测量过程简单而又迅速；缺点缺点：测量精度不容易达到很高。：测量精度不容易达到很高。 2.1 测量概述2.1.2 测量方法（1）直接测量、间接测量与组合测量 间接测量：在在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与被测量有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确定函数关系的几个量进行直接测量，将直

7、接测得值代入函数关系式，经过计算得到所需要的结果。系式，经过计算得到所需要的结果。 2.1 测量概述),(),(),(2121222111mnnmmyyyfxyyyfxyyyfx优缺点优缺点：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：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。间长，多适用于科学实验或特殊场合。 n 偏差式测量：用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值。：用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值。 应用这种方法测量时，仪表刻度事先用标准器具分度。应用这种方法测量时，仪表刻度事先用标准器具分度。 优点优点：测量过程简单

8、、迅速；：测量过程简单、迅速； 缺点缺点：测量结果的精度较低。：测量结果的精度较低。2.1 测量概述2.1.2 测量方法（2）偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 n 零位式测量：用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态，在测量系：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。统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值。 例如：例如：天平测量物体的质量属于零位式测量。天平测量物体的质量属于零位式测量。 优点优点：可以获得比较高的测量精度；：可以获得比较高的测量精度；缺点：缺点：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。测量过程比较复杂，费时

9、较长，不适用于测量变化迅速的信号。n 微差式测量：综合了偏差式测量与零位式测量优点的测量方法综合了偏差式测量与零位式测量优点的测量方法。2.1 测量概述2.1.2 测量方法（2）偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 特点特点：反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。：反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。n 等精度测量：在整个测量过程中，若影响和决定误差大小的全部在整个测量过程中，若影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变。因素（条件）始终保持不变。2.1 测量概述2.1.2 测量方法（3）等精度测量与不等精度测量 例如：例如：由同一个测量者，用同一台仪器

10、，用同样的方法，在同由同一个测量者，用同一台仪器，用同样的方法，在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量。样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量。在实际中，极难做到影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终在实际中，极难做到影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，所以一般情况下只是近似认为是等精度测量。保持不变，所以一般情况下只是近似认为是等精度测量。n 否则称为否则称为不等精度测量不等精度测量。 n 静态测量： 被被测量在测量过程中被认为是固定不变的测量在测量过程中被认为是固定不变的。 静态静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。测量不需要考虑时间因素对测量的影响。n 动态测量：被测量在测量过程中是随时间不断变化的。被测量在测量过程中是随时间不断变化的。 2.1 测量概述2.1.2 测量方法（4）静态测量与动态测量 地震测量地震测量振动波形振动波形误差存在的普遍性： 实验方法、实验设备发展的局限性