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1、会计学1传感器与检测传感器与检测(jin c)技术第一讲技术第一讲1第一页，共36页。概述概述(i sh)测量方法测量方法误差的基本概念误差的基本概念第1页/共36页第二页，共36页。一、概述一、概述(i sh)n n检测技术检测技术(jsh)(jsh)的含义、作用和的含义、作用和地位地位n n检测系统的组成检测系统的组成n n检测技术检测技术(jsh)(jsh)的发展方向的发展方向第2页/共36页第三页，共36页。（一）检测技术的含义（一）检测技术的含义（一）检测技术的含义（一）检测技术的含义(hny)(hny)、作用和地、作用和地、作用和地、作用和地位位位位qq检测技术的概念：检测技术的概
2、念：qq 检测技术又称为测试技术；检测技术又称为测试技术；qq 是人们为了对被测对象所包是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性含的信息进行定性(dng xng)的的分析和定量的掌握所采取的一系分析和定量的掌握所采取的一系列技术措施。列技术措施。检测和控制(kngzh)是密不可分，检测是控制(kngzh)的前提条件，而控制(kngzh)又是检测的目的。第3页/共36页第四页，共36页。qq检测系统检测系统检测系统检测系统(xt(xt ng)ng)的作用：的作用：的作用：的作用：A）检测技术是产品检验和质量控制的重要手段）检测技术是产品检验和质量控制的重要手段(shudun)。B）检测技术在大型
3、设备安全经济运行监测中得到广泛应）检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用。用。C）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。第4页/共36页第五页，共36页。（二）检测系统（二）检测系统(xtng)的组成的组成n n一个完整一个完整的检测系的检测系统或检测统或检测装置通常装置通常(tngchng)由传感由传感器、测量器、测量电路和显电路和显示记录装示记录装置等部分置等部分组成，分组成，分别完成信别完成信息获取、息获取、转换、显转换、
4、显示和处理示和处理等到功能。等到功能。第5页/共36页第六页，共36页。n n传感器：把被测量变换成为另传感器：把被测量变换成为另一种与之有确定对应关系，并一种与之有确定对应关系，并且便于测量的电量的装置。且便于测量的电量的装置。n n测量电路：将传感器的输出信测量电路：将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电号转换成易于测量的电压或电流流(dinli)信号。信号。n n显示记录装置：是检测人员和显示记录装置：是检测人员和检测系统联系的主要环节，其检测系统联系的主要环节，其作用是使人们了解检测数值的作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。常用的有大小或变化的过程。常用的有模拟显示、数字显
5、示和图象显模拟显示、数字显示和图象显示三种。示三种。n n数据处理装置与执行机构：是数据处理装置与执行机构：是利用微机技术，对被测结果进利用微机技术，对被测结果进行处理、运算、分析，对动态行处理、运算、分析，对动态测试结果进行频谱、幅值和能测试结果进行频谱、幅值和能量谱分析等。把它显示出来或量谱分析等。把它显示出来或驱动某些执行机构动作，实现驱动某些执行机构动作，实现自动控制目的。自动控制目的。第6页/共36页第七页，共36页。（三）检测（三）检测(jin c)技技术的发展方向术的发展方向n n新原理、新材料和新工艺所取得的成果产生了更多品质优良的新型传感器。n n检测系统或检测装置由模拟式、
6、数字式转换(zhunhun)为智能化、远程监控方向发展。第7页/共36页第八页，共36页。二、测量方法二、测量方法n n测量测量测量测量(cling)(cling)的基本概念的基本概念的基本概念的基本概念n n测量测量测量测量(cling)(cling)方法方法方法方法第8页/共36页第九页，共36页。（一）测量（一）测量(cling)的的基本概念基本概念n n用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质将被测量与同性质(xngzh)的单位标准量的单位标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，进行比较，确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测量
7、的定量信息。从而获得关于被测量的定量信息。n n测量结果包括数值大小和测量单位两部分测量结果包括数值大小和测量单位两部分第9页/共36页第十页，共36页。（二）测量方法（二）测量方法n n实现测量过程所采用的具体方实现测量过程所采用的具体方法，可分为：法，可分为：n n按实测几何量与被测几何量的按实测几何量与被测几何量的关系分：关系分：n n 直接测量、间接测量、组直接测量、间接测量、组合测量合测量 n n根据测量的精度情况分类：根据测量的精度情况分类：n n 等精度测量、不等精度测量等精度测量、不等精度测量n n按获得测量值的方式可以按获得测量值的方式可以(ky)分为：分为：偏差式测偏差式测
8、量、零位式测量和微差式测量量、零位式测量和微差式测量第10页/共36页第十一页，共36页。零位零位(ln wi)式测量式测量n用已知的标准量去平衡或抵消被用已知的标准量去平衡或抵消被测量测量(cling)的作用，并用指的作用，并用指零仪表来检测测量零仪表来检测测量(cling)系系统的平衡状态，从而判定被测量统的平衡状态，从而判定被测量(cling)值等于已知标准量的值等于已知标准量的方法称做零位式测量方法称做零位式测量(cling)。n用电位差计测量用电位差计测量(cling)未知未知电压。电压。n调节调节RP1，校准工作电流使其达，校准工作电流使其达到标准值，接入被测电压到标准值，接入被测
9、电压UX后，后，调整调整RP的活动触点，使检流计的活动触点，使检流计P回零，回零，A，D等势。等势。第11页/共36页第十二页，共36页。三、误差三、误差(wch)的基本的基本概念概念n n测量误差的概念测量误差的概念n n测量误差的分类测量误差的分类(fn li)n n误差的处理及消除方法误差的处理及消除方法第12页/共36页第十三页，共36页。测量误差概念测量误差概念(ginin)n n在测量过程中，由于测量仪器(yq)、测量方法、测量条件及环境、人为的因素的影响，总是不可避免的存在测量误差。n n测量结果与被测量的真值间的差值，称为测量误差。第13页/共36页第十四页，共36页。测量误差
10、的分类测量误差的分类(fn li)n n按误差表示方法分：按误差表示方法分：按误差表示方法分：按误差表示方法分：绝对误差、相对误差、引用误差绝对误差、相对误差、引用误差绝对误差、相对误差、引用误差绝对误差、相对误差、引用误差n n按误差出现的规律分按误差出现的规律分按误差出现的规律分按误差出现的规律分:系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大(cd)(cd)误误误误差差差差n n按误差与时间关系分：按误差与时间关系分：按误差与时间关系分：按误差与时间关系分：动态误差和静态误差动态误差和静态误差动态误差和静态误差动态误差和静态误差第14页/
11、共36页第十五页，共36页。n n绝绝对对误误差差：是是指指测测量量值值Ax与与被被测测量量真真值值A0之之间间的的差差值值，用用 表示，即：表示，即：n n n n n n 绝绝对对误误差差不不能能作作为为衡衡量量(hng ling)测测量量精精确确度度的的标标准。准。1 1、绝对误差、绝对误差、绝对误差、绝对误差(ju du w ch)(ju du w ch)(一）按误差表示一）按误差表示(biosh)方法分：方法分：第15页/共36页第十六页，共36页。绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差(ju du w ch)(ju du w ch)不能作为衡量测量不能作为衡量测量不能作为衡量测量不能作为
12、衡量测量精确度的标准精确度的标准精确度的标准精确度的标准n n例如用一个电压表测量例如用一个电压表测量200V电电压，绝对误差为压，绝对误差为+1V，而用另，而用另一个电压表测量一个电压表测量10V电压，绝对电压，绝对误差为误差为+0.5V，前者的绝对误差，前者的绝对误差虽然大于后者，但误差值相对虽然大于后者，但误差值相对(xingdu)于被测量值却是后于被测量值却是后者大于前者，即两者的测量精者大于前者，即两者的测量精确度相差较大，为此人们引入确度相差较大，为此人们引入了相对了相对(xingdu)误差。误差。按误差按误差(wch)表示方法分表示方法分第16页/共36页第十七页，共36页。n相
13、对误差：是指绝对误差相对误差：是指绝对误差 与被测量与被测量(cling)(cling)真值真值X0X0的百分比的百分比 ，即：，即：n n 相对误差比绝对误差能更好地说明相对误差比绝对误差能更好地说明测量测量(cling)(cling)的精确程度的精确程度 2 2、相对误差、相对误差、相对误差、相对误差(xin du w ch)(xin du w ch)按误差表示按误差表示(biosh)方法分方法分第17页/共36页第十八页，共36页。n n在上面在上面(shng min)的例子中：的例子中：按误差表示按误差表示(biosh)方法分方法分第18页/共36页第十九页，共36页。例题：用两种方法
14、来测量例题：用两种方法来测量例题：用两种方法来测量例题：用两种方法来测量L1=100mmL1=100mm的尺寸，其测量误的尺寸，其测量误的尺寸，其测量误的尺寸，其测量误差分别为差分别为差分别为差分别为1=10m1=10m，2=8m 2=8m；再用第三种方法测量；再用第三种方法测量；再用第三种方法测量；再用第三种方法测量L2=80mmL2=80mm的尺寸，它的测量误差为的尺寸，它的测量误差为的尺寸，它的测量误差为的尺寸，它的测量误差为3=7m3=7m。试比较。试比较。试比较。试比较(b(b jio)jio)其误差。其误差。其误差。其误差。按误差按误差(wch)表示方法分表示方法分第19页/共36
15、页第二十页，共36页。结论结论结论结论(jiln)(jiln)：n n对于(duy)相同的被测量，绝对误差可以评定其测量精度的高低；n n对于(duy)不同的被测量，以及不同的物理量，绝对误差难以评定其测量精度的高低，而采用相对误差来评定。相对误差比绝对误差能更好地说明测相对误差比绝对误差能更好地说明测相对误差比绝对误差能更好地说明测相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确量的精确量的精确量的精确(jngqu)(jngqu)(jngqu)(jngqu)程度程度程度程度按误差表示方法分按误差表示方法分第20页/共36页第二十一页，共36页。3、引用、引用(ynyng)误差误差n n引用误差是以仪
16、器仪表某一刻度点的绝对误差引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差 与仪表量程与仪表量程与仪表量程与仪表量程L L L L的比值，通常以百分数表示，即：的比值，通常以百分数表示，即：的比值，通常以百分数表示，即：的比值，通常以百分数表示，即：n n如果如果如果如果(rgu)(rgu)(rgu)(rgu)以测量仪表整个量程中，可能出现以测量仪表整个量程中，可能出现以测量仪表整个量程中，可能出现以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误差最大值的绝对误差最大值的绝对误差最大值的绝对误差最大值 m m m m代替代替代替代替
17、 ，则可得到最大引，则可得到最大引，则可得到最大引，则可得到最大引用误差用误差用误差用误差 0m 0m 0m 0m，即：，即：，即：，即：n n一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级 按误差按误差(wch)表示方法分表示方法分第21页/共36页第二十二页，共36页。n n工业仪表常见的精度等级有工业仪表常见的精度等级有工业仪表常见的精度等级有工业仪表常见的精度等级有0.10.10.10.1级、级、级、级、0.20.20.20.2级、级、级、级、0.50.50.50.
18、5级、级、级、级、1.01.01.01.0级、级、级、级、1.51.51.51.5级、级、级、级、2.02.02.02.0级、级、级、级、2.52.52.52.5级、级、级、级、5.05.05.05.0级等级等级等级等 n n其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误差和仪表指示值进行计算。差和仪表指示值进行计算。差和仪表指示值进行计算。差和仪表指示值进行计算。n n例如，例如，例如，例如，2.02.02.02.0级的仪表，量程为级的仪表，量程为级的仪表，量程为级的仪表，量程为1001
19、00100100，在使用时，在使用时，在使用时，在使用时它的最大引用误差不超过它的最大引用误差不超过它的最大引用误差不超过它的最大引用误差不超过(chogu)2.0%(chogu)2.0%(chogu)2.0%(chogu)2.0%，也就是说，在整个量程内，它的绝对误差最也就是说，在整个量程内，它的绝对误差最也就是说，在整个量程内，它的绝对误差最也就是说，在整个量程内，它的绝对误差最大值为大值为大值为大值为2.02.02.02.0。用它测量真值为。用它测量真值为。用它测量真值为。用它测量真值为80808080的测量值时，的测量值时，的测量值时，的测量值时，其相对误差最大为其相对误差最大为其相对
20、误差最大为其相对误差最大为2.0/80100%=2.5%2.0/80100%=2.5%2.0/80100%=2.5%2.0/80100%=2.5%。按误差按误差(wch)表示方法分表示方法分第22页/共36页第二十三页，共36页。系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大系统误差、随机误差和粗大(cd)(cd)(cd)(cd)误误误误差差差差n n系统误差：在相同条件下，多次重复测量系统误差：在相同条件下，多次重复测量系统误差：在相同条件下，多次重复测量系统误差：在相同条件下，多次重复测量(cling)(cling)(cling)(cling)同一量时，其绝对值和
21、符号保持不同一量时，其绝对值和符号保持不同一量时，其绝对值和符号保持不同一量时，其绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，遵循某种规律变化的变，或在条件改变时，遵循某种规律变化的变，或在条件改变时，遵循某种规律变化的变，或在条件改变时，遵循某种规律变化的误差称为系统误差误差称为系统误差误差称为系统误差误差称为系统误差 。(二）按误差出现二）按误差出现(chxin)的规律分的规律分:1 1 1 1、系统误差、系统误差、系统误差、系统误差按对误差掌握程度分：已定系统误差未定系统误差按误差出现规律分：不变系统误差变化系统误差第23页/共36页第二十四页，共36页。n n在在相相同同条条件件下下，多多次
22、次测测量量(cling)同同一一量量时时，其其误误差差的的大大小小和和符符号号以以不不可可预预见见的的方方式式变变化化，这这种种误误差差称称为为随随机机误误差。差。n n随机误差是服从统计规律随机误差是服从统计规律n n随随 机机 误误 差差 体体 现现 了了 测测 量量(cling)结结果果的的分分散散性性，通通常常用用精精密密度度表表征征随随机机误误差差的的大大小。小。2 2 2 2、随机误差、随机误差、随机误差、随机误差第24页/共36页第二十五页，共36页。n明显歪曲测量结果的误差称为粗大明显歪曲测量结果的误差称为粗大(cd)(cd)误差，又称过失误差。误差，又称过失误差。3 3 3
23、3、粗大、粗大、粗大、粗大(cd)(cd)(cd)(cd)误差误差误差误差第25页/共36页第二十六页，共36页。动态动态动态动态(dngti)(dngti)(dngti)(dngti)误差和误差和误差和误差和静态误差静态误差静态误差静态误差 n n静静态态误误差差是是指指在在测测量量过过程程中中，被被测测量量不不随随时时间间变变化化或或随随时时间间变变化化很很缓缓慢慢的的测测量量误误差差。以以上上所所介介绍绍的的测测量量误误差差均均属属于于静静态态误差。误差。n n2、动态误差、动态误差n n在在被被测测量量随随时时间间变变化化过过程程中中进进行行测测量量时时所所产产生生的的附附加加(fji
24、)误差称为动态误差。误差称为动态误差。（三）按被测量(cling)与时间关系分：1 1 1 1、静态误差、静态误差、静态误差、静态误差第26页/共36页第二十七页，共36页。误差的处理误差的处理(chl)(chl)及消及消除方法除方法 n n随机误差的处理随机误差的处理n n粗大误差的判别粗大误差的判别(pnbi)(pnbi)与坏值的舍弃与坏值的舍弃n n系统误差的消除系统误差的消除 第27页/共36页第二十八页，共36页。随机误差的处理随机误差的处理(chl)(chl)n n在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到n n n n个测量值
25、个测量值个测量值个测量值x1x1x1x1、x2x2x2x2、xnxnxnxn，设只含有随机误差，设只含有随机误差，设只含有随机误差，设只含有随机误差 1 1 1 1、2 2 2 2、n n n n，这组测量值或随机误差都是随机事件，可，这组测量值或随机误差都是随机事件，可，这组测量值或随机误差都是随机事件，可，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处理。以用概率数理统计的方法来处理。以用概率数理统计的方法来处理。以用概率数理统计的方法来处理。n n随机误差具有以下随机误差具有以下随机误差具有以下随机误差具有以下(yxi)(yxi)(yxi)(yxi)特征：特征：特征：特征
26、：n n 对称性对称性对称性对称性n n单峰性单峰性单峰性单峰性n n有界性有界性有界性有界性n n抵偿性抵偿性抵偿性抵偿性第28页/共36页第二十九页，共36页。第29页/共36页第三十页，共36页。n n例题例题1 1：等精度测量某电阻：等精度测量某电阻1010次，得到次，得到(d do)(d do)的测量的测量值为：值为：167.95167.95、167.60 167.60、167.87 167.87、168.00 168.00、167.82167.82、167.45 167.45、167.60 167.60、167.88 167.88、167.85 167.85、167.60167.6
27、0，求测量结果。，求测量结果。第30页/共36页第三十一页，共36页。第31页/共36页第三十二页，共36页。粗大误差粗大误差(wch)的判别的判别与坏值的舍弃与坏值的舍弃n n莱以特准则莱以特准则莱以特准则莱以特准则(zhnz)(zhnz)(zhnz)(zhnz)（3 3 3 3 准则准则准则准则(zhnz)(zhnz)(zhnz)(zhnz)）。）。）。）。n n在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到在等精度测量情况下，得到n n n n个测量值个测量值个测量值个测量值x1x1x1x1、x2x2x2x2、xnxnxnxn，先算出其算术平均值，先算出其算术平
28、均值，先算出其算术平均值，先算出其算术平均值及剩余误差（及剩余误差（及剩余误差（及剩余误差（i=1i=1i=1i=1，2222，n n n n），并按贝塞尔公式算出标准误差），并按贝塞尔公式算出标准误差），并按贝塞尔公式算出标准误差），并按贝塞尔公式算出标准误差 ，若某个测量，若某个测量，若某个测量，若某个测量值值值值xaxaxaxa的剩余误差的剩余误差的剩余误差的剩余误差vavavava满足下式：满足下式：满足下式：满足下式：n n则认为则认为则认为则认为xixixixi是含有粗大误差的坏值，应予剔除。是含有粗大误差的坏值，应予剔除。是含有粗大误差的坏值，应予剔除。是含有粗大误差的坏值，应予
29、剔除。第32页/共36页第三十三页，共36页。n n例题例题例题例题2 2：对某量进行：对某量进行：对某量进行：对某量进行1515次等精度次等精度次等精度次等精度(jn(jn d)d)测量，测得值如表所列，设这些测测量，测得值如表所列，设这些测测量，测得值如表所列，设这些测测量，测得值如表所列，设这些测得值已消除系统误差，试判别该测量得值已消除系统误差，试判别该测量得值已消除系统误差，试判别该测量得值已消除系统误差，试判别该测量列中是否含有粗大误差的测得值。列中是否含有粗大误差的测得值。列中是否含有粗大误差的测得值。列中是否含有粗大误差的测得值。第33页/共36页第三十四页，共36页。第34页/共36页第三十五页，共36页。系统误差的消除系统误差的消除系统误差的消除系统误差的消除(xioch)(xioch)：n n在测量结果(ji gu)中进行修正；n n消除产生系统误差的根源；n n在测量系统中采用补偿措施；n n实时反馈修正。第35页/共36页第三十六页，共36页。