英才学院传感器与检测技术实验课件01检测技术的基本知识与传感器的基本概念

1、任务一：检测技术的基本知识与传感器的基本概念 1.1 检测方法及检测系统的组成1.1 .1 测量的基本概念一、物理量：用数值表示的物质状态和物质运动状态特性的量。如：电流、温度二、测量：以确定被测量的数值为目的，通过实验方法，将被测量与标准单位相比较的过程。2、在某些测量中，结果也可以表示为曲线、图形等3、测量结果必须含有（明示或隐含）结果，可信程度的表示。4、广义测量：完成对被测量进行检查，变换分析、处理、存储、控制、显示等功能的综合过程。1.1.2 测量方法：对测量的分类一、按测量数据的处理方式分为： 直接测量、间接测量和组合测量。 1、直接测量：有对被测量量的专用测量仪器，通过测量可直接

2、获取被测量值的方法。如：电流表测电流，温度计测温度 3、组合测量：若干被测量测量，通过一组直接测量量按一定的函数关系列出联立方程组，解联立方程组得到最终结果的测量方法称作组合测量。二、按测量精度可以分为 1、等精度测量：用相同测量仪器和测量方法，对同一被测量的多次重复测量。 2非等量测量：使用不同的测量仪器，或使用不同的测量方法，或测量环境有变化时对同一被测量的多次重复测量三按测量仪表数据显示方式 1、偏差式测量：利用测量仪表的指针位移量显示测量值。例如：普通的电流表，电压表等。 2、零位式测量：利用已知标准量，用平衡、补偿或抵消被测量的作用，用指零式仪表测量系统的平衡状态，从而判定被测量等于

3、已知标准量的测量方法称作零位式测量。 四根据需要测量分类还有： 1.按照被测量工作状态：静态测量与动态测量； 静态测量：被测量工作状态稳定，测量的被测量值是被测量的确定值。 动态测量：被测量工作状态随时间变化，测量的被测量值是被测量的瞬时值。 2.按照测量模式：接触测量，非接触测量。例如：测温度：用铂一铑热电偶插入测量是直接测量，而用光谱温度计测被测量发出的光谱就可以测到被测量温度，就是非接触测量。 1、传感器：将被测量量转换成与之对应的易测量量； 2、信号处理：将传感器输出的弱信号加以放大，调制、解调、滤波或数字化处理后转变具有一定功率信号，推动后期装置。 3、显示装置：将测量信号的数值大小

4、或变化过程展示的装置；通常有模拟显示、数字显示和图象显示。 4、数理处理和执行机构：数理处理是对被测量结果进行分析、运算等，在自动测控系统中，处理后的数据用以驱动控制系统，形成测控系统的输出，这就是执行机构。 5、自动测控系统中的计算机技术的应用：（略）1.2 误差理论1.2.1 测量误差一、误差来源 1、来源：仪器误差、环境误差、方法误差、人员误差、随机因素误差等等。2、误差存在的必然性。 3、误差分类：（1）按误差表示方法分为：绝对误差、相对误差；（2）按误差处理方式分为：系统误差、随机误差、粗大误差；（3）按被测量状态分为：静态误差、动态误差，等等。 注：“误差”一词的含义有错误的意思，

5、这一点在测量误差学术用语中是不存在的！为避免误解，1980年国际计量局提出实验不确定度建议书INC1 ，1986年ISO制定了测量不确定度指南，用“不确定度”代替“误差”一词正在世界各国逐步推广和使用。 三、系统误差、随机误差、粗大误差 1、系统误差 （1）特征：在相对条件下，多次重复测量，误差保持恒定，或遵循一定规律变化。 例如：流量计因长期使用，出口口径变大，产生恒系差。 （2）产生原因：测量装置性能不完善； 测量方法不当； 测量仪器使用不当； 环境条件变化； 测试操作人员素质因素，等等 （3）消除或减少方法,具体问题具体分析,查明原因采取对策,采取预防、修正等方法，对症下药，减少或消除系

6、统误差。 例：仪器性能原因：天平不等臂，可采用补偿法交换测量； 测量方法不当：用单摆测重力加速度，忽略空气阻力，可采用周期增加0、6%加以修正； 仪器使用不当：良导体导热系数测定，要求仪器处于一定恒温条件。若环境温度不达标，就要对结果修正。等等 2、随机误差： （1）特征：在相同条件下对同一量的多次重复测量，其误差的大小和方向以不可预见的方式随机变化，其变化服从统计规律。 （2）产生原因：随机因素和复杂环境的微小变化总和。 （3）处理方法：根据统计理论估计出其对结果的影响。 3、粗大误差，也称过失误差， 简称粗差 （1）特点：明显歪曲测量结果，使测量结果异常； （2）产生原因：工作人员失误，测

7、量方法严重不当，环境条件突变等等； （3）处理方法：根据一定法则判定，将含粗差的测量数据扬弃。 4、静态误差与动态误差（略） 例1 . 等精度测量某电阻10次，得到的测量值为167.95 、167.60 、167.87 、168.00 、167.82 、167.45 、167.60 、167.88 、167.85 、167.60 ，求测量结果。 解：将测量值列于表1.1。 （2）单次测量的标准差：对某一量只进行一次测量时，测量结果中也含有随机误差。测量值为x，估计其极限误差，例如可以取仪器刻度的最小分格值，则单次测量的标准差为： 认为标准差正态分布时： 认为标准差服从均匀分布时: 二、粗大误差

8、的处理： 粗大误差的处理，基本原则是判定某一个测量数据中含有粗差时，该数据扬弃。因此根据一定的准则作出科学判定是粗大误差处理的关键。判定的准则很多，这些准则都有不同领域的应用，这里只介绍应用较多的拉依达法则，亦称3 法则。处理过程如下： 三 、系统误差处理 系统误差的处理没有普通适用的方法，而是针对具体情况采用不同的措施进行处理，但也有一些行之有效的成功经验供借鉴、参考。介绍如下： 1、从产生误差的根源上消除系统误差，对测量的各个环节作出仔细分析，对有可能产生系统误差的因素在测量前作出校正、培训，检查，维修等等。 2、因测量方法引起的系统误差应采用修正测量方法的办法消除或减少。 3、对恒系差可

9、采用：标准量替代法，抵消法，交换法等方法消除或减小。 4、对周期性系差，可采用半周期法发现与消除或减少。 1.3 传感器的基本概念1.3.1 传感器的定义与组成传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件.传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称.组成 : 一般由敏感元件、转换元件和信号调理电路组成.1.3.2 传感器的分类按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量控制型传感器和能量转换型传感器.1.3.

10、3.传感器的基本特性一、传感器的静态特性1 、线性度 是指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度,又叫非线性误差.2 、灵敏度 灵敏度 S是指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值. 对于线性传感器,它的灵敏度就是它的静态特性的斜率. 对于非线性传感器,它的灵敏度为一个变量用S=dy/dx来表示.3、迟滞 迟滞 是指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的现象. 4、重复性 重复性 是指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时,所得特性曲线不一致性的程度.5、分辨率 分辨率 是指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量.6、稳定性 稳定性 是指传感器在室温条件下,经过相当长的时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异.7、漂移 漂移是指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化,包括零点漂移和灵敏度漂移等.1.4 传感器的应用领域及其发展1.4.1 、传感器的应用领域1 、生产过程的测量与控制2 、安全报警与环境保护3 、自动化设备和机器人4 、交通运输和资源探测5 、医疗卫生和家用电器 工业生产 机器人视觉: 平面、立体非视觉:触觉、滑觉、 热觉、力觉、 接