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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除1、 测量仪器分为：感受件、中间件、效用件。感受件应满足：必须随被测参数而发生相应的内部变化 只能随被测参数的变化而发出信号，不受其他任何参数的影响 一个确定的信号只能与参数的一个值相对应2、 测量仪器的主要性能指标：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间恒定度：仪器多次重复测量时，其指示值的稳定程度，称为恒定度。灵敏度阻滞：又称感量，此量是足引起仪器指针从静止到做极微小移动被测量的变化值。指示滞后时间：从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间。3、精确度 y=jAa-Ab100% ：y为仪器的精度或允许误差；j为允许的最大绝对
2、误差；Aa、Ab为刻度的上下限4、灵敏度 S=A ：为指针的线位移或角位移；A 为被测量的变化值5、传递函数是用输出量与输入量之比来表示信号的传递关系 串联环节：n个环节串联系统总的传递函数为各个环节传递函数之积并联环节：n个环节并联系统的总传递函数为各个环节传递函数之和反馈联接：测量系统中采用负反馈可使整个系统误差大大减小6、评价测量系统的方法：对测量系统事假某些已知的典型输入信号，这些典型信号包括阶跃信号、正弦信号、脉冲信号、斜升信号等，而通常是采用阶跃信号和正弦信号来作为输入量来研究系统对典型信号的响应。7、测量系统的动态特性一般可以从时域和频域两方面进行分析 测量误差分析及处理1、 误
3、差测量值与真值之差。绝对误差=测量值-真值；相对误差=绝对误差真值绝对误差测量值2、 测量误差的分类：系统误差（可以消除）、随机误差（不可避免）、过失误差（可以避免）3、 系统误差的分类：仪器误差、安装误差、环境误差、方法误差、操作误差、动态误差4、 消除误差的方法：消除产生系统误差的根源：测量前对产生误差的环节进行分析，选 择和调整仪器，严格按照仪器要求的使用环境安装仪器。测量前后均应作零位检查，长 期未使用的仪器应经标定后使用，测量环境急剧变化时应停止测量用修正方法消除系统误差常用消除误差的具体办法：交换抵销法替代消除法预检法5、 系统误差综合系统误差的特征：在同一条件下，多次测量同一量时
4、，误差的绝对值和符号保持不变，为恒值系统误差；当误差的大小和符号按一定规律变化时，称为变值系统误差。6、 随机误差的特性：单峰性：概率密度的峰值只出现在零误差附近对称性：符号相反、绝对值相等的随机误差出现的概率相等有限性 抵偿性高斯方程：7、 有限测量次数时的标准误差：8、 过失误差（粗大误差）由于过失或疏忽所引起的误差9、 莱依特准则：10、格拉布斯准则：适用于n较小时坏值的判别11、t检验准则有效数字： 在记载一数值时，只因保留一位估计数字，其余数字均为准确数字，这时，所记载的数字均为有效数字，但最末位数字称欠准数字。有效数字的计算准则：1. 记录测量值时，只保留一位欠准数字；2. 欠准数
5、字表示末位有1个单位的误差;3. 4舍6入,5看奇偶.前一位奇数则进1,偶数则舍去.4. 第一位有效数字8时,有效数字位数可多一位.5. 加减法时,小数点后面所保留的位数应与小数点后位数最少者相同.6. 乘除时,保留位数应与相对误差最大或有效数字位数最小者为标准.7. 在对数计算中,所取对数尾数应与其真数的有效数字位数相等. 传感器1、 与机械测量法相比，电测法的优点： 易于实现集中检测、控制和远距离测量响应速度快，可以测量瞬时值及动态过程使热动测试的连续测量、自动记录和自动控制成为可能测量的准确度和灵敏度高，可以测量微弱信号并将其放大与长距离传输易于和计算机等进行连接，记录和处理数据方便2、
6、 传感器能感受被测量并按照一定规律转换成电信号的器件或装备，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件的作用是直接感受非电量，转换元件的作用是将敏感元件感受或作出响应的被测量转换成适合于传输并可供测量的电信号3、 传感器分类：压力、温度等传感器压电式、磁电式等（按测量原理分）模拟式、数字式等（按输出信号的性质分）4、 电阻式传感器原理将物理量的变化转换为敏感元件电阻值的变化，再经相应电路处理后转换为电信号输出。金属应变式传感器原理导体或半导体在歪理作用下产生机械变形时，电阻值也随之产生相应的变化-应变片结构：基底，敏感栅，覆盖层，引出线应变片的温度补偿：1）桥路补偿：方法简单，常温下补偿效果较好；
7、 2）应变片自补偿：选择特定的应变片，采用双金属敏感栅自补偿应变片，热敏电阻补偿。半导体压阻式传感器：压阻效应固体材料在受到应力作用后，电阻率都会发生变化的效应；压阻式传感器优点：灵敏度高，固有频率高，响应快，结构简单，可实现微型化，精度高。缺点：电阻和灵敏度系数的热稳定性差，因此在温度变化大的环境中，需进行温度补偿还有电位计式传感器，气敏传感器，湿敏电阻传感器。5、 电感式传感器在电磁感应基础上，利用线圈自感或互感变化，把被测量转换为线圈电感量变化的传感器。分为自感式和互感式两种 自感式分为：变气隙式电感量L=N20A2 :气隙厚度A:气隙截面积0:真空磁导率。S=-N20A22，越小，S越
8、高； 变截面式S=N202，为常数；螺管式：结构简单、制作容易，但由于磁阻较大因而灵敏度低，主要用于测量大位移的场合互感式（差动变压器）：结构简单、灵敏度高、测量范围宽、测量精度高，在位移传感器方面得到广泛应用6、 电容式传感器功率小、阻抗高、动态性能好、结构简单，可用于非接触式测量 两极板间的电容量C=Ad ，A：面积 ：介电常数 d：极板间距，改变其中任意一个，C都会变化，因此可再分为：变极板间隙型、变面积型、变介电常数型1.变极板间隙型电容传感器变介电常数型电容传感器：输出电容C与液面高度成线性关系。7、 压电式传感器基于某些物质的压电效应，这些物质在外力作用下表面会产生电荷，经过电荷放
9、大器的放大，可实现电测的目的压电效应：某些结晶物质，当沿它的某个结晶轴施力时，内部会出现极化现象，从而在表面形成电荷集结，电荷量大小和作用力大小成正比逆压电效应：在晶体某些表面之间施加电场，在晶体内部会出现极化现象，促使晶体变形压电晶片的组合方式中，并联组合输出电荷大，适用于电荷作为输出的场合，多用于测量缓变信号；串联输出电压大，使用与电压作为输出的场合，测量瞬变信号8、 磁电式传感器转速测量时最常用的传感器之一 f=Nn60 f：感应电动势频率（传感器的输出）n：被测件转速（r/min）N：圆周上槽数9、 热电式将温度变化转为电阻变化的为热电阻式传感器；将温度变化变为电动势的为热电偶式热电阻
10、效应几乎所有物质的热电阻都随本身温度的变化而变化导体的电阻在一定范围内可近似认为与温度成线性关系，半导体热电阻其阻值随温度升高而以指数关系急剧下降。热电现象不同导体A和B组成闭合回路，若两连接点温度T和T0不同，则在回路中就产生热电动势，形成热电流热电偶的基本性质：均质材料定律：一种材料组成的闭合回路不会产生热电动势中间导体定律：插入第三种（多种），只要插入材料的两端温度相同，就不会使热电偶的热电动势发生变化中间温度定律：EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)标准电极定律:EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0)对热电极材料的要求：测量结果不随时间变化足
11、够的物理化学稳定性热电动势应尽可能大并与温度成单值线性或近似于线性关系电阻温度系数小，电导率高材料复制性好，制造简单，价格便宜光电效应：1.在光线的作用下能使电子溢出物质表面的称为外光电效应，有光电管，光电倍增管等；2.在光线作用下使物体电阻率改变的称为内光电效应，有光敏电阻和由光敏电阻制成的光导管等；3.在光线作用下使物体产生一定方向电动势的称为光生伏特效应，有光电池和光敏晶体管等。光电管特性主要取决于光电阴极的材料，基本特性：光谱特性，光电特性和伏安特性。光敏电阻特性：光照特性，光谱特性，伏安特性，频率特性和温度特性。光电池特性：光照特性，光谱特性，频率特性和温度特性。光敏晶体管：光照特性
12、，光谱特性，伏安特性和频率特性。10、霍尔传感器 霍尔效应：UH=RHIBd=KHIB RH为霍尔系数；KH为霍尔元件灵敏度在半导体薄片上分别加上磁场和电流，则在与其垂直的方向上会产生电动势，具体方向可用左手定则。霍尔元件较常采用的半导体材料有N型锗，锑化铟，砷化铟等。数字式传感器：特点：使用方便，抗干扰能力强，适用于远距离传输等分类：1.以编码形式产生数字信号的代码型（编码器）；2.将输出的连续信号经处理后输出离散脉冲的计数型。传感器信号处理电路：对传感器的输出信号处理：放大、电平转换、隔离、滤波、调制、阻抗变换等。1） 电桥电路：灵敏度高、测量范围宽、容易实现补偿；2） 放大器：要求线性好
13、，增益高，转换速率快，抗干扰能力强，输入阻抗高，输出阻抗小等。3） 滤波器：滤波器是一种只允许某一频带信号通过或者能阻止某一频带信号通过的电路。 温度测量1、 温标：用来度量温度高低的尺度称为温度标尺，简称温标，它规定了温度的零点和基本测量单位。目前使用较多的有热力学温标、国际实用温标、摄氏温标和华氏温标。摄氏温度tC与华氏温度tF：热力学温标T与摄氏温标t：2、 感温元件安装：感温元件应迎着被测介质的流向插入，安装时要使感温元件处于管道中心（流速最大处），当倾斜安装时，保护管顶端要高出中心线5-10mm3、 时滞现象热惯性的存在必然使传感器感受的温度滞后于介质温度的变化 时滞现象产生原因：感
14、温元件的热惯性；指示仪表的机械惯性 压力测量1、 压力流体对单位面积上的垂直作用力，即压强。绝对压力：作用于单位面积上的全部压力；表压力（相对压力）：在压力仪表上指示的压力，其数值为绝对压力减当地大气压2、 测量方法：重力与被测压力的平衡法；弹性力与被测压力的平衡法；利用物质某些与压力有关的物理性质进行测压 3、 液柱式压力计的测量误差及修正 环境温度偏离规定20时的修正公式g的修正公式封液引起的误差，误差大小取决于封液种类、温度、管径等，实际中，可以加大管径减小毛细现象，封液为酒精时，管内径d3mm；水或水银则8mm水和酒精读数，应与凹面持平；水银与凸面持平4、 弹性压力计误差分析：迟滞误差
15、（主要原因）；温度误差；间隙和摩擦误差5、 气流压力测量 气流总压测量工具：总压管不敏感偏流角不大时，Ma（马赫）数影响不大，随着Ma，总压的测量误差选择总压管时，三方面决定：气流速度、流道条件、对气流的不敏感性L形总压管，缺点较小；圆柱形，可以做成很小尺寸，工艺性能好，偏小且有两个；带导流套形，较大，但随Ma变化较明显，对流场影响较大气流静压测量在固体壁外测量采用壁面静压孔；流场中用静压管静压孔开孔直径以0.5-1.0mm为宜；孔轴线应和管道壁面垂直；孔长l3孔直径dL形静压管，缺点是轴向尺寸较大，为减小的影响，一般在表面沿圆周方向等距离开2-8个孔；圆盘形直径常取15-20mm；导流管形在
16、小尺寸的流道中难以应用6、 容腔效应测压元件前的空腔和导压管的存在，必然导致压力信号幅值衰减和相位滞后7、 示功图采集过程的误差分析 测压通道引起的误差：改变了发动机原有的工作状态；滞后和腔振（脉冲压力波在通道中交替传递与反射，形成通道内气体的自振即腔振 为减小误差，传感器与燃烧室壁面应齐平安装上止点位置引起的误差：上止点位置是根据示功图进行放热率、平均指示压力等计算的依据温度变化引起的误差：压电元件的压电常数因温度的变化而改变 应注意传感器在测试时的冷却条件，也可采用带温度补偿片的压电传感器 流速测量1、 皮托管（动压管）：由总压探头和静压探头组成测速原理:不可压缩流体的伯努利方程校准系数,
17、 p静压, p0总压2、 节流式流量计：由节流装置、导压管、压差计组成。流体通过节流元件所产生的差压信号经导压管传入压差计，压差计根据具体的测量要求把差压信号以不同形式传递给显示仪器，从而实现对被测流体差压或流量的显示、记录和自动控制。节流装置：由节流元件、取压装置、节流元件上下游的局部阻力元件和直管段及连接法兰等组成。常用节流元件有孔板、喷嘴、文丘利管等。 节流装置效果：当流体流经管道中急骤收缩的局部界面时，将产生增速将压的节流现象。安装要求：节流元件前端面必须与管道轴线垂直，允许的最大不垂直度为1度 节流元件的开孔必须与管道同心，允许的最大不同心度为 节流元件在受热时能够自由膨胀，以防止变
18、形 调节流量用的阀门最好安装在节流元件后最小直管段长度以外测量结果的修正：流元件开孔尺寸d因温度变化的修正; 被测流体密度变化的修正; 综合修正系数影响涡轮流量计测量结果的主要因素：体粘度的影响 流体密度的影响 流体压力和温度的影响 流动状态的影响超声波流量计：顺流时间t1,逆流时间t2,管壁厚度内传播时间 流动截面面积A电容式液位计：主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化进行液位测量的。 测量导电液体和非导电液体脉冲信号的频率f为f=n60z ：n为被测转轴的转速（r/min）z为遮光盘上狭缝（或孔）数目功率测量P（KW） P=Tn9550 其中：T为被
19、测动力机械的输出转矩（N*m） n为转速水力测功机的工作范围（图10-22 P207）曲线A为测功机在最大负荷调节位置时的特性曲线曲线B为测功机转子和轴允许的最大转矩下的强度限制线曲线C为测功机出水温度达到最大允许值时的功率限制线，即测功机能吸收和测量最大功率曲线D为受离心力负荷或轴承允许转速所限制的最高转速限制线曲线E为测功机空转时能测量的最小转矩和功率限制线热导检测器：（图11-2 P212）工作原理：通常用热导率较大的H2或He作为载气，工作时，流经参比室的是纯载气，而流经测量室的是从光谱柱流出的气体（载气与被测组分的混合物）。测量室和参比室内分别设置有阻值相等的热敏电阻R1和R3，它们
20、分别接在测量电桥两个相邻的桥臂上。电桥的另外两个桥臂为固定电阻R2和R4，桥路用恒定电源供热加热。在非测量状态下，电桥平衡。测量时，R1的热状态主要取决于色谱柱流出气体的热传导性能，而R3的热状态主要取决于纯载气的热传导性能。当两路气体的热传导性能存在差异时，R1和R3之间因散热程度不一而出现电阻差值，导致电桥失去平衡。显然，这种因被测组分含量改变造成的两路气体性质差异越大，R1与R3的电阻差值就越大，电桥的输出也就越大。因此，通过测量电桥的输出信号可以确定被测组分含量的大小。氢火焰电离检测器：是一种专用的组分含量检测器，对无机组分不灵敏，主要适用于有机组分的测量，特别是用于碳氢化合物（HC）的含量测量，不仅灵敏度高，而且线性范围宽。 工作原理：被测气体由载气推动进入与H2混合，混合后的气体在喷嘴出口处喷出时，在空气助燃下由电热丝点燃。在燃烧火焰中HC产生离子和电子，其数目随HC所含C原子数目的增加而增加。这些离子和电子在周围电场的作用下，按一定的方向运动而形成电流，电流的大小即反映HC的含量。噪声测量中的声级计算总声压级Lpt与各声源声压级Lpi之间的关系可表示为： Lpt=10lg（i=1n100.1Lpi）例：设有两个声源，单独发声时的声压级均为100dB，根据公式可求出它们同时发声时的合成总声压级为103dB,而不是200dB。【精品文档】第 6 页