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1、第第1章章 检测技术基本知识检测技术基本知识2022/9/281本讲稿第一页，共四十五页1.1 测量与测量误差测量与测量误差n1.1.1 测量方法测量方法n实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的测量方法，对对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的测量方法，对测量工作是十分重要的。测量工作是十分重要的。n对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。根据获得测对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。根据获得测量值的方法可分为直接测量、间接测量和组合测量；根据测量量值的方法可分为直接
2、测量、间接测量和组合测量；根据测量的精度因素情况可分为等精度测量与非等精度测量；根据测量的精度因素情况可分为等精度测量与非等精度测量；根据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量与微差法测量；根据被测方式可分为偏差式测量、零位法测量与微差法测量；根据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量；根据测量敏感元件是量变化快慢可分为静态测量与动态测量；根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触测量与非接触测量；根据测量系否与被测介质接触可分为接触测量与非接触测量；根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为主动式测量与被动式测量等。统是否向被测对象施加能量可分为主动式测量与被动式测量等。2022/9/282本
3、讲稿第二页，共四十五页1.按测量手续分类按测量手续分类n（1）直接测量）直接测量 直接测量就是用预先标定好的测量仪表直接读直接测量就是用预先标定好的测量仪表直接读取被测量的测量结果。例如用万用表测量电压、电流、电阻等。取被测量的测量结果。例如用万用表测量电压、电流、电阻等。这种测量方法的优点是简单而迅速，缺点是精度一般不高。但这种测量方法的优点是简单而迅速，缺点是精度一般不高。但这种测量方法在工程上广泛采用。这种测量方法在工程上广泛采用。n（2）间接测量）间接测量 间接测量就是利用被测量与某中间量的函数关系，间接测量就是利用被测量与某中间量的函数关系，先测出中间量，然后通过相应的函数关系计算出
4、被测量的数值。先测出中间量，然后通过相应的函数关系计算出被测量的数值。例如导线电阻率的测量就是间接测量，由于，其中例如导线电阻率的测量就是间接测量，由于，其中R、l、d分别分别表示导线的电阻值、长度和直径。这时，只有先经过直表示导线的电阻值、长度和直径。这时，只有先经过直接测量，得到导线的接测量，得到导线的R、l、d以后，再代人以后，再代人的表达式，经计的表达式，经计算得到最后所需要的结果算得到最后所需要的结果值。在这种测量过程中，手续较值。在这种测量过程中，手续较多，花费时间较长，有时可以得到较高的测最精值。间多，花费时间较长，有时可以得到较高的测最精值。间接测量多用于科学实验中的实验室测量
5、。接测量多用于科学实验中的实验室测量。2022/9/283本讲稿第三页，共四十五页n（3）联立测量）联立测量 联立测量又叫组合测量。联立测量又叫组合测量。如果被测量有多个，而且被测量又与某如果被测量有多个，而且被测量又与某些可以通过直接或间接测量得到结果的些可以通过直接或间接测量得到结果的其他量存在一定的函数关系，则可先测其他量存在一定的函数关系，则可先测量这几个量，再求解函数关系组成的联量这几个量，再求解函数关系组成的联立方程组，从而得到多个被测量的数值。立方程组，从而得到多个被测量的数值。显然，它是一种兼用直接测量和间接测显然，它是一种兼用直接测量和间接测量的方式。例如：在研究热电阻量的方
6、式。例如：在研究热电阻Rt随温随温度度变化的规律时在一定的温度范围内变化的规律时在一定的温度范围内有下列关系式有下列关系式2022/9/284本讲稿第四页，共四十五页nRt=R20+（20）（20）2 n式中，式中，R20、是三个待测的量，是三个待测的量，R20是电阻在是电阻在20时的数值，时的数值，、是电是电阻的温度系数。依据此关系式，测出在阻的温度系数。依据此关系式，测出在t1、t2、t3三个不同的测试温度时导体三个不同的测试温度时导体的电阻的电阻Rt1、Rt2、Rt3，得到联立方程，得到联立方程组。求解方程组可得到组。求解方程组可得到R20、。2022/9/285本讲稿第五页，共四十五页
7、2.按测量时是否与被测对象接触分类按测量时是否与被测对象接触分类n（1）接触式测量）接触式测量 传感器直接与被测对象接触，承受被测参数传感器直接与被测对象接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为接触测量法。例如用体温计测体温等。法，称为接触测量法。例如用体温计测体温等。n（2）非接触式测量）非接触式测量 传感器不与被测对象直接接触，而是传感器不与被测对象直接接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为非接触测
8、量法。例如用辐并测量其信号大小的方法，称为非接触测量法。例如用辐射式温度计测量温度，用光电转速表测量转速等。非接触射式温度计测量温度，用光电转速表测量转速等。非接触测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。数检测，它更方便、安全和准确。2022/9/286本讲稿第六页，共四十五页3.按被测信号的变化情况分类按被测信号的变化情况分类n（1）静态测量）静态测量 静态测量是测量那些不静态测量是测量那些不随时间变化或
9、变化很缓慢的物理量。如随时间变化或变化很缓慢的物理量。如超市中物品的称重属于静态测量，温度超市中物品的称重属于静态测量，温度计测气温也属于静态测量。计测气温也属于静态测量。n（2）动态测量）动态测量 动态测量是测量那些随动态测量是测量那些随时间而变化的物理量。如地震仪测量振时间而变化的物理量。如地震仪测量振动波形则属于动态测量。动波形则属于动态测量。2022/9/287本讲稿第七页，共四十五页4.按输出信号的性质分类按输出信号的性质分类n（1）模拟式测量）模拟式测量 模拟式测量是指测量模拟式测量是指测量结果可根据仪表指针在标尺上的定位进结果可根据仪表指针在标尺上的定位进行连续读取的方法，如模拟
10、式电压表测行连续读取的方法，如模拟式电压表测电压。电压。n（2）数字式测量）数字式测量 数字式测量是指以数数字式测量是指以数字的形式直接给出测量结果的方法，如字的形式直接给出测量结果的方法，如光电脉冲编码器的测量。光电脉冲编码器的测量。2022/9/288本讲稿第八页，共四十五页5.按测量方式分类按测量方式分类n（1）偏差式测量）偏差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。应用这种测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。应用这种方法测量时，仪表刻度事先用标准器具标定。在测量时，方法测量时，仪表刻度事先用标准器具标定。在测量
11、时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值，决定被测输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值，决定被测量的数值。如指针式电压表测电压，指针式电流表测电量的数值。如指针式电压表测电压，指针式电流表测电流。这种方法测量过程比较简单、迅速，但测量结果精流。这种方法测量过程比较简单、迅速，但测量结果精度较低。度较低。n（2）零位式测量）零位式测量 用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状用指零仪表的零位指示检测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，这态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测种测量方法称
12、为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如天平、电位差计等。零位式测量的优点是可以标准量相等。例如天平、电位差计等。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量迅速变化的信号。用于测量迅速变化的信号。2022/9/289本讲稿第九页，共四十五页n（3）微差式测量）微差式测量 微差式测量是综合了偏差式测量微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。
13、它与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。应用这种方法测量时，再用偏差法测得此差值。应用这种方法测量时，不需要调整标准量，而只需测量两者的差值。例不需要调整标准量，而只需测量两者的差值。例如：设如：设N为标准量，为标准量，x为被测量，为被测量，为二者之差，为二者之差，则则x=N+。由于。由于N是标准量，其误差很小，因是标准量，其误差很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量，即使测，即使测量量的精度较低，但因的精度较低，但因x值较小，它对总测量值值较小，它对
14、总测量值的影响较小，故总的测量精度仍很高。微差式测的影响较小，故总的测量精度仍很高。微差式测量的优点是反应快，而且测量精度高，特别适用量的优点是反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。于在线控制参数的测量。2022/9/2810本讲稿第十页，共四十五页1.1.2 测量误差及表达方式测量误差及表达方式 n测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。n1.绝对误差绝对误差n绝对误差是指测量值与真值之间的差值，它反映了测量绝对误差是指测量值与真值之间的差值，它反映了测量值偏离真值的多少，即值偏离真值的多少，即n （11）n 式（式（11）
15、中）中L0为被测量真值，为被测量真值，x为被测量实际值。由于为被测量实际值。由于真值的不可知性，在实际应用时，常用实际真值真值的不可知性，在实际应用时，常用实际真值L代替，即代替，即用被测量多次测量的平均值或上一级标准仪器测得的示值用被测量多次测量的平均值或上一级标准仪器测得的示值作为实际真值，故有作为实际真值，故有n （12）2022/9/2811本讲稿第十一页，共四十五页2.相对误差相对误差n相对误差反映了测量值偏离真值的程度。相对误差反映了测量值偏离真值的程度。n（1）实际相对误差）实际相对误差 实际相对误差是指绝对误差实际相对误差是指绝对误差与被测真值的百分比，用表示，即与被测真值的百
16、分比，用表示，即n （13）n（2）示值（标称）相对误差）示值（标称）相对误差 示值相对误差是指绝示值相对误差是指绝对误差与被测量值的百分比，用表示，即对误差与被测量值的百分比，用表示，即n （14）2022/9/2812本讲稿第十二页，共四十五页n（3）引用（满度）相对误差）引用（满度）相对误差 引用相对引用相对误差是指绝对误差与仪表满度值误差是指绝对误差与仪表满度值Am的百的百分比分比，用表示，即用表示，即n 15）2022/9/2813本讲稿第十三页，共四十五页n【实例【实例1】某温度计的量程范围为】某温度计的量程范围为0500，校验时该表的最大绝对误差为，校验时该表的最大绝对误差为6，
17、试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。n解：根据题意知解：根据题意知6，500，代入式中，代入式中n该温度计的基本误差介于该温度计的基本误差介于1.0%与与1.5%之间，因此该表的精度等级应定为之间，因此该表的精度等级应定为1.5级。级。2022/9/2814本讲稿第十四页，共四十五页n【实例【实例2】现有】现有0.5级的级的0300和和1.0级的级的0100的两个温度计，欲测量的两个温度计，欲测量80的温度，试问选用哪一个温的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？度计好？为什么？n解：解：0.5级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量量8
18、0可能出现的最大示值相对误差分别为可能出现的最大示值相对误差分别为n1.0级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量80时可能出现的最大示值相对误差分别为时可能出现的最大示值相对误差分别为n 1.0（1000）=1n计算结果，显然用计算结果，显然用1.0级温度计比级温度计比0.5级温度计测量时，级温度计测量时，示值相对误差反而小。因此在选用仪表时，不能单纯追示值相对误差反而小。因此在选用仪表时，不能单纯追求高精度，而是应兼顾精度等级和量程。求高精度，而是应兼顾精度等级和量程。2022/9/2815本讲稿第十五页，共四十五页1.1.3 测量误差的分类测量
19、误差的分类n1.按误差表现的规律划分按误差表现的规律划分n根据测量数据中的误差所呈现的规律，将误差分为三种，即系根据测量数据中的误差所呈现的规律，将误差分为三种，即系统误差、随机误差和粗大误差。这种分类方法便于测量数据处统误差、随机误差和粗大误差。这种分类方法便于测量数据处理。理。n（1）系统误差）系统误差 对同一被测量进行多次重复测量时，若误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固定不变或者按照一定规律变化，这种误差称为系统误差。差。n系统误差是有规律性的。按其表现的特点可分为固定不系统误差是有规律性的。按其表现的特点可分为固定不变的恒值系差
20、和遵循一定规律变化的变值系差。系统误变的恒值系差和遵循一定规律变化的变值系差。系统误差一般可通过实验或分析的方法，查明其变化的规律及差一般可通过实验或分析的方法，查明其变化的规律及产生的原因，因此它是可以预测的，也是可以消除的。产生的原因，因此它是可以预测的，也是可以消除的。例如，标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的例如，标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的误差。误差。2022/9/2816本讲稿第十六页，共四十五页n（2）随机误差）随机误差 对同一被测量进行多次重复测量时，若误差对同一被测量进行多次重复测量时，若误差的大小随机变化、不可预知，这种误差称为随机误差。的大小随机变化、
21、不可预知，这种误差称为随机误差。n对随机误差的某个单值来说，是没有规律、不可预料的，但从对随机误差的某个单值来说，是没有规律、不可预料的，但从多次测量的总体上看，随机误差又服从一定的统计规律，大多多次测量的总体上看，随机误差又服从一定的统计规律，大多数服从正态分布规律。因此可以用概率论和数理统计的方法，数服从正态分布规律。因此可以用概率论和数理统计的方法，从理论上估计其对测量结果的影响。从理论上估计其对测量结果的影响。n（3）粗大误差：测量结果明显地偏离其实际值所对应的误）粗大误差：测量结果明显地偏离其实际值所对应的误差，称为粗大误差或疏忽误差，又叫过失误差。这类误差差，称为粗大误差或疏忽误差
22、，又叫过失误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。含有粗大误差的测量值称为坏值。含有粗大误差的测量值称为坏值。2022/9/2817本讲稿第十七页，共四十五页2.按被测量与时间关系划分按被测量与时间关系划分n（1）静态误差）静态误差 被测量稳定不变时所产生的测量误差被测量稳定不变时所产生的测量误差称为静态误差。称为静态误差。n（2）动态误差）动态误差 被测量随时间迅速变化时，系统被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上却跟不上输入的变化，这时所的输出量在时间上却跟不上输入的变化，这时所产生的误差称为动态误差。产生的误
23、差称为动态误差。n此外，按测量仪表的使用条件分类，可将误差分此外，按测量仪表的使用条件分类，可将误差分为基本误差和附加误差；按测量技能和手段分类，为基本误差和附加误差；按测量技能和手段分类，误差又可分为工具误差和方法误差等。误差又可分为工具误差和方法误差等。2022/9/2818本讲稿第十八页，共四十五页1.1.4 测量误差的分析与处理测量误差的分析与处理n1.随机误差的分析与处理随机误差的分析与处理n在测量中，当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时，如果测量数据仍在测量中，当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时，如果测量数据仍有不稳定的现象，说明存在随机误差。在等精度测量情况下，
24、得有不稳定的现象，说明存在随机误差。在等精度测量情况下，得n个测量值个测量值x1，x2，xn，设只含有随机误差，设只含有随机误差12n。这组测量值或随机误。这组测量值或随机误差都是随机事件，可以用概率数理统计的方法来研究。随机误差的处理任务是从差都是随机事件，可以用概率数理统计的方法来研究。随机误差的处理任务是从随机数据中求出最接近真值的值（或称真值的最佳估计值），对数据精密度的高随机数据中求出最接近真值的值（或称真值的最佳估计值），对数据精密度的高低（或称可信赖的程度）进行评定并给出测量结果。低（或称可信赖的程度）进行评定并给出测量结果。n具有正态分布的随机误差如图具有正态分布的随机误差如图
25、11所示具有以下四个特征：所示具有以下四个特征：n（1）对称性绝对值相等的正、负误差出现的机会大致相等。）对称性绝对值相等的正、负误差出现的机会大致相等。n（2）单峰性绝对值越小的误差在测量中出现的概率越大。）单峰性绝对值越小的误差在测量中出现的概率越大。n（3）有界性在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的）有界性在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限。界限。n（4）抵偿性在相同的测量条件下，当测量次数增加时，随机误差的算术）抵偿性在相同的测量条件下，当测量次数增加时，随机误差的算术平均值趋向于零。平均值趋向于零。2022/9/2819本讲稿第十九页，共四十五页图1
26、1 随机误差的正态分布曲线2022/9/2820本讲稿第二十页，共四十五页算术平均值算术平均值在实际测量时，真值在实际测量时，真值L不可能得到。但如果随不可能得到。但如果随机误差服从正态分布，则算术平均值处随机机误差服从正态分布，则算术平均值处随机误差的概率密度最大。对被测量进行等精度误差的概率密度最大。对被测量进行等精度的的n次测量，得次测量，得n个测量值个测量值x1，x2，xn，它们的算术平均值为，它们的算术平均值为2022/9/2821本讲稿第二十一页，共四十五页方均根方均根 n上述的算术平均值是反映随机误差的分上述的算术平均值是反映随机误差的分布中心，而方均根偏差布中心，而方均根偏差则
27、反映随机误差则反映随机误差的分布范围。方均根偏差愈大，测量数的分布范围。方均根偏差愈大，测量数据的分散范围也愈大，所以方均根偏差据的分散范围也愈大，所以方均根偏差可以描述测量数据和测量结果的精度。可以描述测量数据和测量结果的精度。方均根误差方均根误差可由下式求取可由下式求取2022/9/2822本讲稿第二十二页，共四十五页n由于得不到真值由于得不到真值L，可用，可用n次测量值的次测量值的算术均值代替，则方均根误差为算术均值代替，则方均根误差为2022/9/2823本讲稿第二十三页，共四十五页n算术平均值的方均根误差（标准误差）算术平均值的方均根误差（标准误差）为为n测量结果通常表示为测量结果通
28、常表示为 n 2022/9/2824本讲稿第二十四页，共四十五页2.系统误差的分析与处理系统误差的分析与处理n由于系统误差的特殊性，在处理方法上由于系统误差的特殊性，在处理方法上与随机误差完全不同。有效地找出系统与随机误差完全不同。有效地找出系统误差的根源并减小或消除的关键是如何误差的根源并减小或消除的关键是如何查找误差根源，这就需要对测量设备、查找误差根源，这就需要对测量设备、测量对象和测量系统作全面分析，明确测量对象和测量系统作全面分析，明确其中有无产生明显系统误差的因素，并其中有无产生明显系统误差的因素，并采取相应措施予以修正或消除。由于具采取相应措施予以修正或消除。由于具体条件不同，在
29、分析查找误差根源时并体条件不同，在分析查找误差根源时并无一成不变的方法，这与测量者的经验、无一成不变的方法，这与测量者的经验、水平以及测量技术的发展密切相关。水平以及测量技术的发展密切相关。2022/9/2825本讲稿第二十五页，共四十五页3.粗大误差的分析与处理粗大误差的分析与处理n如前所述，在对重复测量所得一组测量如前所述，在对重复测量所得一组测量值进行数据处理之前，首先应将具有粗值进行数据处理之前，首先应将具有粗大误差的可疑数据找出来加以剔除。人大误差的可疑数据找出来加以剔除。人们绝对不能凭主观意愿对数据任意进行们绝对不能凭主观意愿对数据任意进行取舍，而是要有一定的根据。原则就是取舍，而
30、是要有一定的根据。原则就是要看这个可疑值的误差是否仍处于随机要看这个可疑值的误差是否仍处于随机误差的范围之内，是则留，不是则弃。误差的范围之内，是则留，不是则弃。因此要对测量数据进行必要的检验。因此要对测量数据进行必要的检验。2022/9/2826本讲稿第二十六页，共四十五页n为了获得比较准确的测量结果，通常要对一个量的多次为了获得比较准确的测量结果，通常要对一个量的多次测量数据进行分析处理。其处理步骤如下：测量数据进行分析处理。其处理步骤如下：n列出测量数据列出测量数据x1，x2，x3，xn。n求算术平均值（测量值）。求算术平均值（测量值）。n求剩余误差（残差）求剩余误差（残差）pi=xi。
31、n用贝塞尔公式计算标准偏差估计值用贝塞尔公式计算标准偏差估计值。n利用莱特准则（利用莱特准则（3准则）判别是否存在粗差。若准则）判别是否存在粗差。若 ，则该次测量值则该次测量值xi为坏值，剔除为坏值，剔除xi后再按上述步骤重新后再按上述步骤重新计算，直到不存在坏值并且剔除坏值后的测量次数不计算，直到不存在坏值并且剔除坏值后的测量次数不少于少于10次为止，如果不满次为止，如果不满10次应重新测量。次应重新测量。2022/9/2827本讲稿第二十七页，共四十五页n【实例【实例3】用温度传感器对某温度进行】用温度传感器对某温度进行12次等精度测量，测量数据（次等精度测量，测量数据（）如下）如下n20
32、.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，n20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51n要求对该组数据进行分析整理，并写出最要求对该组数据进行分析整理，并写出最后结果。后结果。n解解:数据处理步骤如下数据处理步骤如下n（1）记录填表将测量数据）记录填表将测量数据xi(i=1、2、3、12)按测量序号依次列在表格中。按测量序号依次列在表格中。2022/9/2828本讲稿第二十八页，共四十五页2022/9/2829本讲稿第二十九页，共四十五页n（2）计算）计算n求出测量数据列的算术平均值。求出测量数据列的算术平均值。n计算各测量值的残余误差计算
33、各测量值的残余误差 。n当计算无误时，理论上有当计算无误时，理论上有 ，但实际，但实际上，由于计算过程中四舍五入所引入的误上，由于计算过程中四舍五入所引入的误差，此关系式往往不能满足。本例中。差，此关系式往往不能满足。本例中。n计算标准误差。计算标准误差。n由于由于 ，于是，于是2022/9/2830本讲稿第三十页，共四十五页n（3）判别坏值）判别坏值n本例采用拉依达准则检查坏值，因为，而本例采用拉依达准则检查坏值，因为，而所有测量值的剩余误差均满足，显然数据所有测量值的剩余误差均满足，显然数据中无坏值。中无坏值。n（4）写出测量结果）写出测量结果2022/9/2831本讲稿第三十一页，共四十
34、五页=0.006所以，测量结果可表示为=x=20.490.018（）2022/9/2832本讲稿第三十二页，共四十五页1.2 传感器的组成与特性传感器的组成与特性n1.2.1 传感器的定义、组成和分类传感器的定义、组成和分类n1.传感器的定义传感器的定义n传感器是能感受规定的被测量并按照一传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法，反映了在不同的技术领域些不同提法，反映了在不同的技术领域中，
35、只是根据器件用途对同一类型的器中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。件使用着不同的技术术语而已。2022/9/2833本讲稿第三十三页，共四十五页n传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的和产生可用信号输出的转换元件以及相应的转换电路组成。如图转换电路组成。如图13示。示。传感器组成框图2022/9/2834本讲稿第三十四页，共四十五页2传感器分类传感器分类n（1）按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加）按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传
36、感器。这种方法明确表明了速度、温度、压力、流量、流速等传感器。这种方法明确表明了传感器的用途，便于使用者选用。如图传感器的用途，便于使用者选用。如图14所示为压力传感器，所示为压力传感器，用于测量压力信号。用于测量压力信号。n（2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。这种方法表电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。这种方法表明了传感器的工作原理，有利于传感器的设计和应用。如图明了传感器的工作原理，有利于传感器的设计和应用。如图14所示为电阻式压力传感器。所示为电阻式压力传感器。n（3
37、）按传感器转换能量供给形式分类：分为能量变换型）按传感器转换能量供给形式分类：分为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种。（发电型）和能量控制型（参量型）两种。2022/9/2835本讲稿第三十五页，共四十五页（4）按传感器工作机理分类：分为结）按传感器工作机理分类：分为结构型传感器和物性型传感器。构型传感器和物性型传感器。n结构型电容式差压变送器结构型电容式差压变送器 物性型光电管2022/9/2836本讲稿第三十六页，共四十五页3.传感器代号传感器代号n（1）主称）主称传感器代号传感器代号Cn（2）被测量）被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标
38、记。字母标记。n（3）转换原理）转换原理用一个或两个汉语拼音的第一用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记个大写字母标记n（4）序号）序号用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。n例：例：CWYYB20传感器传感器 nC：传感器主称，：传感器主称，WY：被测量是位移，：被测量是位移，YB：转换：转换原理是应变式，原理是应变式，20，传感器序号。，传感器序号。2022/9/2837本讲稿第三十七页，共四十五页1.2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性 n1.线性度线性度n传感器的线性
39、度是指传感器的输出与输传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间关系的线性程度。输出与输入关入之间关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看，希望具有线性关系，即感器的性能看，希望具有线性关系，即具有理想的输出输入关系。但实际遇到具有理想的输出输入关系。但实际遇到的传感器大多为非线性，如果不考虑迟的传感器大多为非线性，如果不考虑迟滞和蠕变等因素，传感器的输出与输入滞和蠕变等因素，传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示关系可用一个多项式表示2022/9/2838本讲稿第三十八页，共四十五页几种直线拟合方法几种直线拟合方法 2022
40、/9/2839本讲稿第三十九页，共四十五页2.灵敏度灵敏度2022/9/2840本讲稿第四十页，共四十五页3.迟滞迟滞2022/9/2841本讲稿第四十一页，共四十五页4.重复性重复性2022/9/2842本讲稿第四十二页，共四十五页5分辨力与阀值分辨力与阀值n分辨力是指传感器能检测到被测量的最小增量。分分辨力是指传感器能检测到被测量的最小增量。分辨力可用绝对值表示，也可用与满量程的百分数辨力可用绝对值表示，也可用与满量程的百分数表示。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对表示。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。输入量的变化无任何反应。n在传感器输入零点附近的分辨力称为
41、阈值。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。n对数字仪表而言，如果没有其他附加说明的，一般可对数字仪表而言，如果没有其他附加说明的，一般可认为该仪表的最末位的数值就是该仪表的分辨力。认为该仪表的最末位的数值就是该仪表的分辨力。2022/9/2843本讲稿第四十三页，共四十五页6稳定性稳定性n稳定性包括稳定度和环境影响量两方面。稳定性包括稳定度和环境影响量两方面。n稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间内维持其示值不变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长内维持其示值不变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长短的比值来表示。例
42、如，某传感器中仪表输出电压在短的比值来表示。例如，某传感器中仪表输出电压在4h内的内的最大变化量为最大变化量为1.2mV，则用，则用1.2mV/(4h)表示为稳定度。表示为稳定度。n环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。示值变化由两个因素组成：零点漂移和灵敏度漂移。零点示值变化由两个因素组成：零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在受外界环境影响后，已调零的仪表的输出不再漂移是指在受外界环境影响后，已调零的仪表的输出不再为零。一定漂移的现象，在测量前是可以发现的，应重新为零。一定漂移的现象，在测量前是可以发现的，应重新调零，但在不间断测量过程中，零点漂移是在附加在读数调零，但在不间断测量过程中，零点漂移是在附加在读数上的，因而很难发现。上的，因而很难发现。2022/9/2844本讲稿第四十四页，共四十五页休息一下2022/9/2845本讲稿第四十五页，共四十五页