传感器与检测技术第一章.ppt
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1、2019年9月2日星期一,第1章 检测技术基本知识,2019年9月2日星期一,2019年9月2日星期一,知识目标: (1)了解测量的基本概念和方法。 (2)掌握各种测量误差的使用。 (3)熟悉传感器的结构、组成及基本特性。,教学目标,技能目标: (1)能够根据检测要求选择合适的传感器。 (2)能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检测电路。 (3)能够正确维护常用电子检测设备。,2019年9月2日星期一,情感目标: (1)养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨的工作作风。 (2)培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。,教学重难点,教学重点: 检测和传感器的含义及其基本内容。,教学难点
2、: 传感器的特性。,2019年9月2日星期一,2019年9月2日星期一,例:曹冲称象,方法:比较法;,装置:船、石头、小秤;,测量,从而得到:,定量的结果。,2019年9月2日星期一,传感器技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,也是当代科学技术发展的一个重要标志,它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸,当集成电路、计算机技术飞速发展时,人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。,2019年9月2日星期一,传感器处于研究对象与测控系统的接口位置,是感知、获取
3、与检测信息的窗口。在一切科学实验和生产过程中,特别是在自动检测和自动控制系统中获取的信息,都要通过传感器转换为易于传输与处理的电信号。,2019年9月2日星期一,测量系统: 在工程中,需要将传感器与多台仪表组合在一起,才能完成信号的检测,这样便形成了测量系统。,信息采集的主要含义: 测量以及取得结果,2019年9月2日星期一,测量:将被测量与同种性质的标准量进行比较,从而确定被测量相对于标准量的倍数的过程。,(1-1) 式中, x为被测量;A为测量值;x0为标准量。,测量是检测技术的重要组成部分,是以确定被测量值为目的的一系列操作。,2019年9月2日星期一,测量方法:指实现被测量与标准量比较
4、得出比值的方法。,按 测 量 过 程 的 特 点,直接测量法,间接测量法,组合测量法,按 测 量 仪 表 的 特 点,接触测量法,非接触测量法,按 测 量 对 象 的 特 点,静态测量,动态测量,2019年9月2日星期一,1.直接测量法,电子卡尺,2019年9月2日星期一,2.间接测量法,用直接测量法测得与被测量有确定函数关系的一些物理量,经过计算求得被测量(阿基米德测量皇冠的比重)。,2019年9月2日星期一,3.接触测量法,2019年9月2日星期一,4.非接触测量法 例:雷达测速,车载电子警察,2019年9月2日星期一,5.静态测量法,2019年9月2日星期一,2019/9/2,17,温度
5、计,对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。,2019年9月2日星期一,6.动态测量法,地震测量 振动波形,2019年9月2日星期一,示波器,2019年9月2日星期一,测量误差: 测量值与被测量的真值之间的差异。,真值: 是指在一定的时间及空间(位置或状态)条件下,被测量所体现的真实数值。,真 值,理论真值,约定真值,相对真值,2019年9月2日星期一,1)理论真值 理论真值又称为绝对真值,是指在严格的条件下,根据一定的理论按定义确定的数值。如三角形的内角和恒为180。,2)约定真值 约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值,它被认为充分接近于真值,因而可以代替真值来使用。如基准“米”的定义为
6、光在真空中1/299 792 458 s的时间间隔内的行程。,3)相对真值 相对真值又称为实际值,是指将测量仪表按精度不同分为若干等级,高等级的测量仪表的测量值即为相对真值。,2019年9月2日星期一,按 表 示 方 法,(1)绝对误差,(2)相对误差,(1)绝对误差 绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值,即,式中,为绝对误差;Ax为测量值;A0为被测量的真值,可为约定真值或相对真值。,2019年9月2日星期一,某采购员分别在三家商店购买100 kg大米、10 kg苹果、1 kg巧克力,发现均缺少约0.5 kg,但该采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因?,采用绝对误差表示测量
7、误差, 不能很好说明测量质量的好坏。采用绝对误差表示测量误差, 不能很好说明测量质量的好坏。 例如, 在温度测量时, 绝对误差=1 , 对体温测量来说是不允许的, 而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果。 在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表示测量结果,这样可以更客观地反映测量的准确性。,在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表示测量结果,这样可以更客观地反映测量的准确性。,2019年9月2日星期一,(2)相对误差 相对误差是绝对误差与被测量的真值之比。相对误差有以下表现形式:,2019年9月2日星期一,几个重要公式:,Ax:被测量 Am:仪器满度(量程),实际相对误差,标
8、称相对误差,满度相对误差,最大满度相对误差,2019年9月2日星期一,仪表的精度等级和最大满度相对误差,2019/9/2,26,满度相对误差 最大绝对误差,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% 。,2019年9月2日星期一,2019/9/2,27,例:用指针式万用表的10 V量程测量一只1.5 V干电池的电压,示值如图所示,问:选择该量程合理吗?,2019年9月2日星期一,用2.5 V量程测量同一只1.5 V干电池的电压,与上图比较,问示值相对误差哪一个大?,2019年9月2日星期一,解:用精度等级为0.5 级的温度计测量时,最大标称相对误差为,
9、用精度等级为1.0 级的温度计测量时,最大标称相对误差为,由此可得 ,显然用精度等级为1.0 级的仪表测量比 用精度等级为0.5 级的温度计测量更合适。,例1-1 现有精度等级为0.5 级,量程为0300 和精度等级为1.0 级,量程为0100 的两个温度计,要测80 的温度,试问采用哪一个温度计好?,2019年9月2日星期一,例1-2 某压力表精度等级为5.0 级,量程为01.5 MPa,测量结果显示为0.70 MPa,试求: (1)可能出现的最大满度相对误差m。 (2)可能出现的最大绝对误差m? (3)可能出现的最大标称相对误差x。,2019年9月2日星期一,解: (1)可能出现的最大满度
10、相对误差可以从精度等级直接得到,即m 5.0。 (2)m ( 5.0%1.5)= 0.075 Mpa (3),解: (1)可能出现的最大满度相对误差可以从精度等级直接得到,即m 5.0。 (2)m ( 5.0%1.5)= 0.075 Mpa (3),2019年9月2日星期一,按 误 差 出 现 的 规 律,1)系统误差,2)随机误差,3)粗大误差,2019年9月2日星期一,1)系统误差:,夏天摆钟变慢的原因是什么?,在相同条件下,多次重复测量同一被测量时,其测量误差的大小和符号保持不变,或在条件改变时,误差按某一确定的规律变化,这种测量误差称为系统误差。,系统误差的特征包括测量误差出现的有规律
11、性以及其产生原因的可预知性。系统 误差产生的原因和变化规律一般可通过实验和分析查处。因此系统误差可被设法确定并消除。,2019年9月2日星期一,系统误差产生的原因大体上可分为以下几种:,(1)测量所用的工具(仪器、量具等)本身性能不完善或安装、 布置、调整不当而产生的误差。 (2)在测量过程中,因温度、湿度、气压、电磁干扰等环境条 件发生变化而产生的误差。 (3)因测量方法不完善,或者测量所依据的理论本身不完善等 原因而产生的误差。 (4)因操作人员读数方式不当而造成的读数误差等。,2019年9月2日星期一,2)随机误差,当多次重复测量同一被测量时,若测量误差的大小和符号均以不可预知的方式变化
12、,则该误差称为随机误差。随机误差产生的原因比较复杂,虽然测量是在相同条件下进行的,但测量环境中某些因素总会发生微小变化,因此,随机误差是对测量值影响微小且又互不相关的大量因素所引起的综合结果。随机误差就个体而言并无规律可循,但其总体却服从统计规律。,2019年9月2日星期一,随机误差的正态分布规律,2019年9月2日星期一,随机事例的几个例子,彩票摇奖,2019年9月2日星期一,3)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
13、显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时,应予以剔除。,2019年9月2日星期一,产生粗大误差的一个例子,2019年9月2日星期一,系统误差决定了测量的精密度,表明了测量值偏离实际值的程度。系统误差越小,测量值的准确度越高。所以仪表的准确度即精度常常用来表示系统误差的大小。,随机误差决定了测量的精密度。随机误差越小,测量值的精密度越高。,如果一个测量值的精密度和准确度都很高,就称此测量的精确度很高。,2019年9月2日星期一,测量的准确度与精密度的区别,由图1.1可知,若靶心为真实值,图中黑点为测量值,则图1.1(a)表示准确却不精密的测量,图1.1(b)表示精密却不准确的测量,图1.1(c)
14、表示既准确又精密的测量。一切测量都应同时兼顾准确度和精密度,力求既准确又精密,才能成为精确的测量。一般来说,工程测量中,占主要地位的是系统误差,应力求准确度高,所以人们习惯上又把精度称为准确度。而在精密测量中由于已经采取一定的措施(如改进测量方法,改善测量条件)减小或消除了系统误差,因而随机误差是主要的。,2019年9月2日星期一,按 使 用 条 件,1)基本误差,2)附加误差,2019年9月2日星期一,1)基本误差 基本误差是指检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差。所谓规定的标准条件是指一般传感器在实验室、制造厂或计量部门标定刻度时所保持的工作条件,如电源电压(2205) V、温度(
15、205) 、湿度小于80、电源频率(501) Hz等。基本误差是检测仪表在额定条件下工作所具有的误差,检测仪表的精确度是由基本误差决定的。,2)附加误差 当使用条件偏离规定的标准条件时,除产生基本误差外,还会产生附加误差。如由于温度超过规定的标准而引起的温度附加误差、电源附加误差以及频率附加误差等。这些附加误差在使用时应叠加到基本误差上去。,2019年9月2日星期一,按 被 测 量 随 时 间 变 化 的 速 度,1)静态误差,2)动态误差,2019年9月2日星期一,1)静态误差 当被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。,2)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
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- 传感器 检测 技术 第一章
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