分辨力线性度

2024/1/171第一章检测技术的基本概念

本章学习测量的基本概念、测量方法、误差分类、测量结果的数据统计处理，以及传感器的基本特性等，他们是检测与转换技术的理论基础。

2024/1/1721.掌握测量的基本概念和测量方法。2．熟悉测量误差的分类和基本概念。3．了解测量结果的数据统计处理。4．掌握传感器的组成。5．熟悉传感器分类。6．掌握传感器基本特性教学要求

2024/1/173第一节检测技术的基本概念及方法

静态测量2024/1/174

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。最高、最低温度计2024/1/175检测系统静态响应特性

如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。2024/1/176

静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。a)灵敏度

当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△xyx△x△y2024/1/177b)非线性度

标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。

非线性度=B/A×100%yxB2024/1/178c)回程误差

测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为:(hmax/A)×100%yxhmaxA2024/1/179d)静态响应特性的其他描述精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标

灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。

分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。2024/1/1710测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。

可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。

稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。2024/1/1711案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量

灵敏度=△y/△x非线性度=B/A×100%回程误差=(hmax/A)×100%测量范围：2024/1/1712

动态测量

地震测量振动波形2024/1/1713便携式仪表

可以显示波形的便携式仪表2024/1/1714直接测量

电子卡尺2024/1/1715间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

2024/1/1716接触式测量

2024/1/1717非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察2024/1/1718离线测量

产品质量检验2024/1/1719在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。2024/1/1720第二节测量误差及分类

绝对误差：（AbsoluteError）

Δ=Ax－Ａ0

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？AX：测量值AO：真值2024/1/1721相对误差及精度等级（RelativeError）

几个重要公式：相对误差：引用(满度）误差:精度Am:仪器满度值2024/1/1722仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5%。2024/1/1723例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？2024/1/1724例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？2024/1/1725

用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？2024/1/1726误差产生的因素：1.粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

2024/1/1727产生粗大误差的一个例子

2024/1/17282.系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？

系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。

2024/1/17293.随机误差

在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。2024/1/1730随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2024/1/1731随机事例的几个例子

彩票摇奖2024/1/1732

思考：下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图a、b、c各是什么原因造成的，应如何克服？

偏差特别大弹着点接近正态分布弹着点均偏向右上侧2024/1/17334.动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

2024/1/1734第三节传感器及基本特性

1.传感器定义

传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。

物理量电量

目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。2024/1/17352.传感器的构成

传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。dV2024/1/1736

举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管（敏感元件）2-电位器（传感元件、测量转换电路）3-电刷4-传动机构（齿轮、齿条）2024/1/1737弹性敏感元件（弹簧管）

敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。2024/1/1738弹性敏感元件（弹簧管）

在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α2024/1/17392024/1/1740弹簧管放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。2024/1/1741其他各种弹性敏感元件

在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。2024/1/1742压力传感器的外形及内部结构2024/1/1743被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量

在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-----电阻的变化（ΔR）2024/1/1744

360度圆盘形电位器

右图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。

接地2024/1/1745

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo

。

2024/1/1746分压比电路的计算公式如下：

直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：

对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：2024/1/17471、按被测物理量分类常见的被测物理量机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,

旋转角,转数,质量,重量,力,

压力,真空度,力矩,风速,流速,

流量;声:声压,噪声.磁:磁通,磁场.温度:温度,热量,比热.光：亮度，色彩二、传感器分类2024/1/1748机械式,电气式,光学式,流体式等.2、按工作的物理基础分类:2024/1/1749能量转换型和能量控制型.3、按信号变换特征:能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.

例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.2024/1/17504、按敏感元件与被测对象之间的能量关系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.

例如:电容式和电感式传感器.2024/1/1751三、传感器基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。

2024/1/1752灵敏度：

灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

2024/1/1753作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax2024/1/1754分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。

2024/1/1755线性度：

线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好。线性度的计算公式如下：2024/1/1756作图法求线性度演示（1—拟合曲线2—实际特性曲线）2024/1/1757

可靠性：可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。

浴盆曲线2024/1/1758

“老化”试验：在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境

低温环境

高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。老化试验台2024/1/17592、振动/噪声传感器丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）:8080/gccs/lesson/corp/bk/main.htm1、工业自动化类传感器美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）/china五、主要传感器和测试仪器生产厂商2024/1/17603、测量分析仪器美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商):8080/gccs/lesson/corp/labview/main.htm美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商):8080/gccs/lesson/corp/agilent/agilent.htm2024/1/1761自动检测控制的例子:水池液面控制系统2024/1/1762水位测量与变送执行器控制器给定眼手脑人在参与控制中起了以下三方面的作用：1)测量实际液面高度h1——用眼睛。

2)将测得实际液面h1与希望液面的高度h0相比较—用脑。

3)根据比较的结果，即按照偏差的正负去决定的动作－用手。自动检测控制的例子:水池液面控制系统2024/1/1763控制器减速器电动机电位器浮子用水开关Q2Q1h0ifSM液位(自动)反馈控制系统2024/1/1764水位控制工作原理人工检测控制：眼、脑、手、水箱+阀门自动检测控制：传感器、控制器、执行器、水箱+阀门人脑手水箱系统眼h控制器执行器水箱系