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1、工作任务6-2传感器信号的检测电子课件 中职 传感器技术及应用（高教版）之二之二 传感器信号的检测传感器信号的检测 任务描述任务描述 使用传感器作检测系统的一部分，传感器的接口电路是一个重要的连接环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度及灵敏度。在实际应用中，传感器接口电路位于检测系统的前端电路，起着信号预处理的连接作用。任务条件任务条件 传感器接口电路的选择应根据传感器的输出信号的特点及用途确定。不同的传感器具有不同形式的输出信号因此，传感器的接口电路可能是一个放大器，也可能是一个信号转换电路及其它电路。如何有效地利用传感器实现各种各样参数的自动检测和测量，则量自动控制系统的基础。为了更好地
2、掌握传感器的相关知识，应对检测技术的基本概念、基本测量方法、测量衰减、数据处理等方面的知识和工作任务完成进行学习和研究，只有了解和掌握了这些基本知识，才能更有效地完成检测任务。检测技术主要研究被测物理量的测量原理、测量方法、检测电路和数据处理等方面的内容。不同性质的被测物理量应采用不同的原理去测量，测量同一性质的被测物理量也可采用不同的测量原理。测量原理决定后，就要考虑用什么方法去测量，这就是我们要学习的测量方法。确定了被测量物理量的测量原理和测量方法后，就要设计和选用装置组成一个自动检测电路。有了已经标定过的检测电路，就可以进行实际的检测工作。在实际检测中得到的数据必须进行衰减分析和处理，才
3、能得到正确可信的检测结果。1.检测技术检测技术 （1）测量 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测对象量值为目的的一系列操作。测量能够帮助人们获得客观事物的定性认识和定量信息，寻找并发现客观事物发展的规律。测量的目的是利用测量的所得的信息来控制某一执行过程，通常这种控制过程与检测电路紧密相关的。2.测量方法测量方法 测量过程实质也是一个比较过程，是一种把物理参数变换为具有意义的数字的过程，也就是说，测量是将被测物理量与同一种性质的标准量进行比较，从而确定被测物理量对标准量的参数。由测量所获得的被测物理量的量值称为测量结果。测量结果可用一定的数值表示，也可以用一条曲线或某种图形表示，但无益表
4、现形式如何，测量结果应包括数值和测量单位两部分。实际上还应该包括衰减部分。（2）测量方法 测量方法对检测电路是十分重要的，它直接关系一任务是否能够完成。因此，就针对不同的检测目的和具体情况进行分析，然后找出切实可靠的测量方法，再根据测量方法选择合适的检测器件，组成一个完整的检测电路，进行实际测量。对于测量方法可有不同的分类方法。1）根据测量手段分类 直接测量。使用仪表进行测量时，就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。例如，用磁电式电流表测量电路的电流就是直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速，缺点是测量精度不容易做到很高，但这种测量方法被广泛应用。间接测量。有的被测物理量无法或不便
5、于直接测量，这就要求在使用仪表进行测量时，首先对与被测物理量有确定的函数关系的几个量进行测量，然后将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需的结果，这种方法称为间接测量。间接测量比直接测量所需要测量的量要多，而且计算过程复杂，引起的衰减的因数也较多，但如果对衰减进行分析并选择和确定优化的测量方法，在比较理想的条件下进行间接测量，测量的结果不一定低，有时还可得到较高的测量精度。间接测量一般用于不方便直接测量或者缺乏直接测量手段的场合。组合测量。在应用仪表进行测量时，若被测物理量要经过多次计算才能得到最后的结果，则称这样的测量为组合测量。在进行组合测量时，一般需要改变测试条件才能获得一组计算所需要的
6、数据。组合测量是一种特殊的精密测量结果。操作比较复杂，所耗时间较长。2）根据测量显示方式分类 偏差式测量。测量时由仪表指针的偏差决定被测物理量的量值。应用这种方式测量时，仪表刻度事先用标准器具标定。在测量时，输入被测物理量，按照仪表指针标识在标尺上的示值，决定被测物理量的数值。这种测量方法比较简单、迅速，但测量结果精度较低。零位式测量。用指零仪表指示检测测量电路的平衡状态。在测量时，用已知的标准量直接与被测物理量比较，指零仪表指零时，被测物理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获得高的测量精度，但测量过程比较复杂，测量时要进行平衡调整，耗时较长。微差式测量。微差式测
7、量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点提出来的一种测量方法。它将被测量秤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。故这种方法的优点是反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。3）根据测量精度分类 等精度测量。在整个测量过程中，影响和决定测量精度的全部因素始终保持不变，如由同一个测量者，用同一台仪器，用同样的方法，在同样的环境条件下，对同一被测物理量进行多次重复测量，称为等精度测量。在实际中，很难做到这些因素全部此终保持不变，所以，一般情况下只是近似地认为是等精度测量。非等精度测量。用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差很大的情况下对同一被测物理量进行多次
8、测量称为非等精度测量。4）根据被测物理量承受时间是否变化分类。静态测量。被测物理量在测量过程中认为是固定不变的，这种测量称为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。动态测量。被测物理量在测量过程中是随时间不断变化的，这种测量称为动态测量。5）根据敏感元件是否与被测介质接触分类 接触测量 非接触测量 在实际检测中，需要有传感器与多台测量仪表组合起来，构成一个整体电路，才能完成信号的检测，这是我们所说的检测系统。1）检测系统的构成 检测系统是传感器与测量仪表、变换装置等的组合。如图所示为检测系统的构成。3.检测系统检测系统 传感器是感受被测物理量的大小并输出相对应的可用输出信号的器件或装
9、置。数据传输电路用来传输数据信号。当检测的几个功能环节独立地分隔开的时候，数据则必须由一处向另一处传输，数据传输电路就是完成这种传输功能。数据处理电路是将传感器的输出信号进行处理和变换。如对信号进行放大、运算、滤波、线性化、数/模（D/A）转换或模/数（A/D）转换，转换成另一种参数信号或某种标准化的信号等，使其输出信号便于显示、记录，也可以与计算机连接，用于系统的自动控制。数据显示电路是将被测物理量信息转换为人们能够接受的形式，以达到监视、控制划分析的目的。测量结果可以采用模拟显示，也可以采用数字显示，并可以由记录装置进行自动记录或由打印机把数据打印出来。2）开环检测与闭环检测系统 开环检测
10、系统 检测系统内的信号只沿着一个方向传输，称为开环检测系统，如图所示。采用开环测量系统检测，结构简单，但电路各部分出现的变化做成较大的测量误差。闭环检测系统 检测系统内的信号除按开环检测系统方向传输外，信号在输出端输出信号一部分反馈到放大器的输入端，该检测系统称为闭环检测系统。如图所示。所谓的闭环检测系统，就是增加了负反馈电路，所以减小了电路各部分变化做成的测量误差。或者说测量误差很小。（1）测量误差 在测量的过程中，我们需要测量获取被测物理量的真实值。但是，在实际的测量过程中，由于各种原因，如传感器本身性能不理想、测量方法不完善、受外界干扰影响及人为的差错等，都会造成被测参数的测量值与真实值
11、不一致，这就是测量误差。误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。测量误差的表示方法有多种其含义及实际应用各不相同。4.测量误差及数据处理测量误差及数据处理 1）绝对误差和相对误差绝对误差表示测量值与被测物理量真实值之间的差值。绝对误差不能作为测量精度的标准。相对误差是以绝对误差值与被测物理量真实值之比表示。它可以作为测量误差的一个相对参考。2）基本误差和附加误差基本误差是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差，是仪表本身所具有的。而标准条件一般指检测系统在使用时所保持的电源电压（2205）V、电网频率（502）Hz、环境湿度（205）C、湿度（655）%RH。仪表在标定条件下工作，
12、测量时所产生的误差为基本误差。附加误差是指当仪表的使用条件偏离标准条件时出现的误差。实际使用时，产生的各种附加误差必定附加在基本误差上。3）工具误差和方法误差 工具误差是由于测量工具本身不完善引起的误差。而方法误差则是指测量方法不精确、依据不严密被测物理量定义不明确等因素所产生的误差。（2）误差的类别 根据测量数据中的误差的规律，将误差分为：1）系统误差 测量系统在一定的条件下，对同一被测物理量进行多次重复测量，出现的误差是按照一定的规律变化的，这种误差称作为系统误差。所谓的一定的规律变化，是指误差可能是定值（常量），或累进变化（逐渐增加或逐渐减小）或周期性变化。系统误差决定了测量的准确度，系
13、统误差越小测量结果越准确。一般来说系统误差是有规律性的，因此可以通过实验或引入修正值给予修正。2）随机误差 大量偶然因素的影响引起的测量误差称为随机误差。一般对同一物理量进行多次重复测量时，随机误差值将是随机变化的。随机误差决定了测量的精密度，因此必须在控制随机误差。3）特大误差 在一定的测量条件下，测量值明显偏离实际真实值的误差称为特大误差。一般确认测量值为特大误差，便应把它剔除，因为它不能反映被测物理量的真实结果。（3）数据误差的处理 在实践中测量数据中含有系统误差和随机误差，有时还会含有特大误差。这些误差的性质不同，对测量结果的影响及处理方法也不同。在测量中，对数据进行处理时，首先分析数据中是否含有特大误差，如果有，则加以剔除。然后再看数据中是否存在系统误差，对系统误差可设法消除或加以修正，排除了系统误差和特大误差的测量数据后，余下的随机误差则按随机误差的性质进行处理。