教學(xué)第1章-檢測技術(shù)基本知識課件

第1章檢測技術(shù)基本知識1.1測量與測量誤差1.2傳感器的組成和特性11/26/20221第1章檢測技術(shù)基本知識1.1測量與測量誤差1.21.1測量與測量誤差1.1.1測量方法實現(xiàn)被測量與標準量比較得出比值的方法，稱為測量方法。針對不同測量任務(wù)進行具體分析以找出切實可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。對于測量方法，從不同角度，有不同的分類方法。根據(jù)獲得測量值的方法可分為直接測量、間接測量和組合測量；根據(jù)測量的精度因素情況可分為等精度測量與非等精度測量；根據(jù)測量方式可分為偏差式測量、零位法測量與微差法測量；根據(jù)被測量變化快慢可分為靜態(tài)測量與動態(tài)測量；根據(jù)測量敏感元件是否與被測介質(zhì)接觸可分為接觸測量與非接觸測量；根據(jù)測量系統(tǒng)是否向被測對象施加能量可分為主動式測量與被動式測量等。11/26/202221.1測量與測量誤差1.1.1測量方法11/22/2021.按測量手續(xù)分類（1）直接測量直接測量就是用預(yù)先標定好的測量儀表直接讀取被測量的測量結(jié)果。例如用萬用表測量電壓、電流、電阻等。這種測量方法的優(yōu)點是簡單而迅速，缺點是精度一般不高。但這種測量方法在工程上廣泛采用。（2）間接測量間接測量就是利用被測量與某中間量的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，然后通過相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系計算出被測量的數(shù)值。例如導(dǎo)線電阻率的測量就是間接測量，由于，其中R、l、d分別表示導(dǎo)線的電阻值、長度和直徑。這時，只有先經(jīng)過直接測量，得到導(dǎo)線的R、l、d以后，再代人ρ的表達式，經(jīng)計算得到最后所需要的結(jié)果ρ值。在這種測量過程中，手續(xù)較多，花費時間較長，有時可以得到較高的測最精值。間接測量多用于科學(xué)實驗中的實驗室測量。11/26/202231.按測量手續(xù)分類（1）直接測量直接測量就是用預(yù)先標定好（3）聯(lián)立測量聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而且被測量又與某些可以通過直接或間接測量得到結(jié)果的其他量存在一定的函數(shù)關(guān)系，則可先測量這幾個量，再求解函數(shù)關(guān)系組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個被測量的數(shù)值。顯然，它是一種兼用直接測量和間接測量的方式。例如：在研究熱電阻Rt隨溫度ｔ變化的規(guī)律時在一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式11/26/20224（3）聯(lián)立測量聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而且Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）2

式中，R20、α、β是三個待測的量，R20是電阻在20℃時的數(shù)值，α、β是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測出在t1、t2、t3三個不同的測試溫度時導(dǎo)體的電阻Rt1、Rt2、Rt3，得到聯(lián)立方程組。求解方程組可得到R20、α、β。11/26/20225Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）211/222.按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量傳感器直接與被測對象接觸，承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為接觸測量法。例如用體溫計測體溫等。（2）非接觸式測量傳感器不與被測對象直接接觸，而是間接承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為非接觸測量法。例如用輻射式溫度計測量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速等。非接觸測量法不干擾被測對象，既可對局部點檢測，又可對整體掃描。特別是對于運動對象、腐蝕性介質(zhì)及危險場合的參數(shù)檢測，它更方便、安全和準確。11/26/202262.按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量傳感器3.按被測信號的變化情況分類（1）靜態(tài)測量靜態(tài)測量是測量那些不隨時間變化或變化很緩慢的物理量。如超市中物品的稱重屬于靜態(tài)測量，溫度計測氣溫也屬于靜態(tài)測量。（2）動態(tài)測量動態(tài)測量是測量那些隨時間而變化的物理量。如地震儀測量振動波形則屬于動態(tài)測量。11/26/202273.按被測信號的變化情況分類（1）靜態(tài)測量靜態(tài)測量是測量4.按輸出信號的性質(zhì)分類（1）模擬式測量模擬式測量是指測量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標尺上的定位進行連續(xù)讀取的方法，如模擬式電壓表測電壓。（2）數(shù)字式測量數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形式直接給出測量結(jié)果的方法，如光電脈沖編碼器的測量。11/26/202284.按輸出信號的性質(zhì)分類（1）模擬式測量模擬式測量是指測5.按測量方式分類（1）偏差式測量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的量值，這種測量方法稱為偏差式測量。應(yīng)用這種方法測量時，儀表刻度事先用標準器具標定。在測量時，輸入被測量，按照儀表指針在標尺上的示值，決定被測量的數(shù)值。如指針式電壓表測電壓，指針式電流表測電流。這種方法測量過程比較簡單、迅速，但測量結(jié)果精度較低。（2）零位式測量用指零儀表的零位指示檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)平衡時，用已知的標準量決定被測量的量值，這種測量方法稱為零位式測量。在測量時，已知標準量直接與被測量相比較，已知量應(yīng)連續(xù)可調(diào)，指零儀表指零時，被測量與已知標準量相等。例如天平、電位差計等。零位式測量的優(yōu)點是可以獲得比較高的測量精度，但測量過程比較復(fù)雜，費時較長，不適用于測量迅速變化的信號。11/26/202295.按測量方式分類（1）偏差式測量用儀表指針的位移（即偏（3）微差式測量微差式測量是綜合了偏差式測量與零位式測量的優(yōu)點而提出的一種測量方法。它將被測量與已知的標準量相比較，取得差值后，再用偏差法測得此差值。應(yīng)用這種方法測量時，不需要調(diào)整標準量，而只需測量兩者的差值。例如：設(shè)N為標準量，x為被測量，Δ為二者之差，則x=N+Δ。由于N是標準量，其誤差很小，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表測量Δ，即使測量Δ的精度較低，但因Δx值較小，它對總測量值的影響較小，故總的測量精度仍很高。微差式測量的優(yōu)點是反應(yīng)快，而且測量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測量。11/26/202210（3）微差式測量微差式測量是綜合了偏差式測量與零位式測量的1.1.2測量誤差及表達方式測量誤差可用絕對誤差表示，也可用相對誤差表示。1.絕對誤差絕對誤差是指測量值與真值之間的差值，它反映了測量值偏離真值的多少，即（1—1）

式（1—1）中L0為被測量真值，x為被測量實際值。由于真值的不可知性，在實際應(yīng)用時，常用實際真值L代替，即用被測量多次測量的平均值或上一級標準儀器測得的示值作為實際真值，故有（1—2）11/26/2022111.1.2測量誤差及表達方式測量誤差可用絕對誤差表示，也2.相對誤差相對誤差反映了測量值偏離真值的程度。（1）實際相對誤差實際相對誤差是指絕對誤差與被測真值的百分比，用表示，即﹪（1—3）（2）示值（標稱）相對誤差示值相對誤差是指絕對誤差與被測量值的百分比，用表示，即﹪（1—4）11/26/2022122.相對誤差11/22/202212（3）引用（滿度）相對誤差引用相對誤差是指絕對誤差與儀表滿度值A(chǔ)m的百分比，用表示，即﹪1—5）11/26/202213（3）引用（滿度）相對誤差引用相對誤差是指絕對誤差與儀表【實例1】某溫度計的量程范圍為0～500℃，校驗時該表的最大絕對誤差為6℃，試確定該儀表的精度等級。解：根據(jù)題意知6℃，500℃，代入式中該溫度計的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精度等級應(yīng)定為1.5級。11/26/202214【實例1】某溫度計的量程范圍為0～500℃，校驗時該表的最大【實例2】現(xiàn)有0.5級的0～300℃和1.0級的0～100℃的兩個溫度計，欲測量80℃的溫度，試問選用哪一個溫度計好？為什么？解：0.5級溫度計測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為1.0級溫度計測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量80℃時可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為1.0﹪（100－0）=1計算結(jié)果，顯然用1.0級溫度計比0.5級溫度計測量時，示值相對誤差反而小。因此在選用儀表時，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級和量程。11/26/202215【實例2】現(xiàn)有0.5級的0～300℃和1.0級的0～100℃1.1.3測量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分根據(jù)測量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律，將誤差分為三種，即系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測量數(shù)據(jù)處理。（1）系統(tǒng)誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差固定不變或者按照一定規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的。按其表現(xiàn)的特點可分為固定不變的恒值系差和遵循一定規(guī)律變化的變值系差。系統(tǒng)誤差一般可通過實驗或分析的方法，查明其變化的規(guī)律及產(chǎn)生的原因，因此它是可以預(yù)測的，也是可以消除的。例如，標準量值的不準確及儀表刻度的不準確而引起的誤差。11/26/2022161.1.3測量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分11/2（2）隨機誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差的大小隨機變化、不可預(yù)知，這種誤差稱為隨機誤差。對隨機誤差的某個單值來說，是沒有規(guī)律、不可預(yù)料的，但從多次測量的總體上看，隨機誤差又服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，大多數(shù)服從正態(tài)分布規(guī)律。因此可以用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法，從理論上估計其對測量結(jié)果的影響。（3）粗大誤差：測量結(jié)果明顯地偏離其實際值所對應(yīng)的誤差，稱為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過失誤差。這類誤差是由于測量者疏忽大意或環(huán)境條件的突然變化而引起的。含有粗大誤差的測量值稱為壞值。11/26/202217（2）隨機誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差的大2.按被測量與時間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測量穩(wěn)定不變時所產(chǎn)生的測量誤差稱為靜態(tài)誤差。（2）動態(tài)誤差被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上卻跟不上輸入的變化，這時所產(chǎn)生的誤差稱為動態(tài)誤差。此外，按測量儀表的使用條件分類，可將誤差分為基本誤差和附加誤差；按測量技能和手段分類，誤差又可分為工具誤差和方法誤差等。11/26/2022182.按被測量與時間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測量穩(wěn)定不變1.1.4測量誤差的分析與處理1.隨機誤差的分析與處理在測量中，當(dāng)系統(tǒng)誤差已設(shè)法消除或減小到可以忽略的程度時，如果測量數(shù)據(jù)仍有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說明存在隨機誤差。在等精度測量情況下，得n個測量值x1，x2，……，xn，設(shè)只含有隨機誤差δ1＼δ2＼……δn。這組測量值或隨機誤差都是隨機事件，可以用概率數(shù)理統(tǒng)計的方法來研究。隨機誤差的處理任務(wù)是從隨機數(shù)據(jù)中求出最接近真值的值（或稱真值的最佳估計值），對數(shù)據(jù)精密度的高低（或稱可信賴的程度）進行評定并給出測量結(jié)果。具有正態(tài)分布的隨機誤差如圖1—1所示具有以下四個特征：（1）對稱性絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會大致相等。（2）單峰性絕對值越小的誤差在測量中出現(xiàn)的概率越大。（3）有界性在一定的測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的界限。（4）抵償性在相同的測量條件下，當(dāng)測量次數(shù)增加時，隨機誤差的算術(shù)平均值趨向于零。11/26/2022191.1.4測量誤差的分析與處理1.隨機誤差的分析與處理1圖1—1隨機誤差的正態(tài)分布曲線11/26/202220圖1—1隨機誤差的正態(tài)分布曲線11/22/202220算術(shù)平均值在實際測量時，真值L不可能得到。但如果隨機誤差服從正態(tài)分布，則算術(shù)平均值處隨機誤差的概率密度最大。對被測量進行等精度的n次測量，得n個測量值x1，x2，…，xn，它們的算術(shù)平均值為11/26/202221算術(shù)平均值在實際測量時，真值L不可能得到。但如果隨機誤差服從方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機誤差的分布中心，而方均根偏差σ則反映隨機誤差的分布范圍。方均根偏差愈大，測量數(shù)據(jù)的分散范圍也愈大，所以方均根偏差σ可以描述測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果的精度。方均根誤差σ可由下式求取11/26/202222方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機誤差的分布中心，而方均根偏由于得不到真值L０，可用n次測量值的算術(shù)均值代替，則方均根誤差為11/26/202223由于得不到真值L０，可用n次測量值的算術(shù)均值代替，則方均根誤算術(shù)平均值的方均根誤差（標準誤差）為測量結(jié)果通常表示為

11/26/202224算術(shù)平均值的方均根誤差（標準誤差）為11/22/20222.系統(tǒng)誤差的分析與處理由于系統(tǒng)誤差的特殊性，在處理方法上與隨機誤差完全不同。有效地找出系統(tǒng)誤差的根源并減小或消除的關(guān)鍵是如何查找誤差根源，這就需要對測量設(shè)備、測量對象和測量系統(tǒng)作全面分析，明確其中有無產(chǎn)生明顯系統(tǒng)誤差的因素，并采取相應(yīng)措施予以修正或消除。由于具體條件不同，在分析查找誤差根源時并無一成不變的方法，這與測量者的經(jīng)驗、水平以及測量技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。11/26/2022252.系統(tǒng)誤差的分析與處理由于系統(tǒng)誤差的特殊性，在處理方法上3.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對重復(fù)測量所得一組測量值進行數(shù)據(jù)處理之前，首先應(yīng)將具有粗大誤差的可疑數(shù)據(jù)找出來加以剔除。人們絕對不能憑主觀意愿對數(shù)據(jù)任意進行取舍，而是要有一定的根據(jù)。原則就是要看這個可疑值的誤差是否仍處于隨機誤差的范圍之內(nèi)，是則留，不是則棄。因此要對測量數(shù)據(jù)進行必要的檢驗。11/26/2022263.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對重復(fù)測量所得一組測量為了獲得比較準確的測量結(jié)果，通常要對一個量的多次測量數(shù)據(jù)進行分析處理。其處理步驟如下：①列出測量數(shù)據(jù)x1，x2，x3，……，xn。②求算術(shù)平均值（測量值）。③求剩余誤差（殘差）pi=xi–。④用貝塞爾公式計算標準偏差估計值σ。⑤利用萊特準則（3σ準則）判別是否存在粗差。若，則該次測量值xi為壞值，剔除xi后再按上述步驟重新計算，直到不存在壞值并且剔除壞值后的測量次數(shù)不少于10次為止，如果不滿10次應(yīng)重新測量。11/26/202227為了獲得比較準確的測量結(jié)果，通常要對一個量的多次測量數(shù)據(jù)進行【實例3】用溫度傳感器對某溫度進行12次等精度測量，測量數(shù)據(jù)（℃）如下20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51要求對該組數(shù)據(jù)進行分析整理，并寫出最后結(jié)果。解:數(shù)據(jù)處理步驟如下（1）記錄填表將測量數(shù)據(jù)xi(i=1、2、3、……12)按測量序號依次列在表格中。11/26/202228【實例3】用溫度傳感器對某溫度進行12次等精度測量，測量數(shù)據(jù)11/26/20222911/22/202229（2）計算①求出測量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值。②計算各測量值的殘余誤差。當(dāng)計算無誤時，理論上有，但實際上，由于計算過程中四舍五入所引入的誤差，此關(guān)系式往往不能滿足。本例中。③計算標準誤差。由于，于是11/26/202230（2）計算11/22/202230（3）判別壞值本例采用拉依達準則檢查壞值，因為，而所有測量值的剩余誤差均滿足，顯然數(shù)據(jù)中無壞值。（4）寫出測量結(jié)果11/26/20223111/22/202231=0.006所以，測量結(jié)果可表示為=x=20.490.018（℃）11/26/202232=0.006所以，測量結(jié)果可表示為=x=20.490.01.2傳感器的組成與特性1.2.1傳感器的定義、組成和分類1.傳感器的定義傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。在有些學(xué)科領(lǐng)域，傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉(zhuǎn)換器等。這些不同提法，反映了在不同的技術(shù)領(lǐng)域中，只是根據(jù)器件用途對同一類型的器件使用著不同的技術(shù)術(shù)語而已。11/26/2022331.2傳感器的組成與特性1.2.1傳感器的定義、組成和分傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路組成。如圖1—3示。傳感器組成框圖11/26/202234傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)2．傳感器分類（1）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。這種方法明確表明了傳感器的用途，便于使用者選用。如圖1—4所示為壓力傳感器，用于測量壓力信號。（2）按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。這種方法表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設(shè)計和應(yīng)用。如圖1—4所示為電阻式壓力傳感器。（3）按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類：分為能量變換型（發(fā)電型）和能量控制型（參量型）兩種。11/26/2022352．傳感器分類（1）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速（4）按傳感器工作機理分類：分為結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器。結(jié)構(gòu)型電容式差壓變送器物性型光電管11/26/202236（4）按傳感器工作機理分類：分為結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器。3.傳感器代號（1）主稱——傳感器代號C（2）被測量—用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。（3）轉(zhuǎn)換原理——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記（4）序號——用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。例：CWY—YB—20傳感器C：傳感器主稱，WY：被測量是位移，YB：轉(zhuǎn)換原理是應(yīng)變式，20，傳感器序號。11/26/2022373.傳感器代號（1）主稱——傳感器代號C11/22/2021.2.2傳感器的基本特性1.線性度傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間關(guān)系的線性程度。輸出與輸入關(guān)系可分為線性特性和非線性特性。從傳感器的性能看，希望具有線性關(guān)系，即具有理想的輸出輸入關(guān)系。但實際遇到的傳感器大多為非線性，如果不考慮遲滯和蠕變等因素，傳感器的輸出與輸入關(guān)系可用一個多項式表示11/26/2022381.2.2傳感器的基本特性1.線性度11/22/20幾種直線擬合方法11/26/202239幾種直線擬合方法11/22/2022392.靈敏度11/26/2022402.靈敏度11/22/2022403.遲滯11/26/2022413.遲滯11/22/2022414.重復(fù)性11/26/2022424.重復(fù)性11/22/2022425．分辨力與閥值分辨力是指傳感器能檢測到被測量的最小增量。分辨力可用絕對值表示，也可用與滿量程的百分數(shù)表示。當(dāng)被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應(yīng)。在傳感器輸入零點附近的分辨力稱為閾值。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明的，一般可認為該儀表的最末位的數(shù)值就是該儀表的分辨力。11/26/2022435．分辨力與閥值分辨力是指傳感器能檢測到被測量的最小增量。分6．穩(wěn)定性穩(wěn)定性包括穩(wěn)定度和環(huán)境影響量兩方面。穩(wěn)定度是指傳感器在所有條件均不變情況下，能在規(guī)定的時間內(nèi)維持其示值不變的能力。穩(wěn)定度是以示值的變化量與時間長短的比值來表示。例如，某傳感器中儀表輸出電壓在4h內(nèi)的最大變化量為1.2mV，則用1.2mV/(4h)表示為穩(wěn)定度。環(huán)境影響量是指由于外界環(huán)境變化而引起的示值的變化量。示值變化由兩個因素組成：零點漂移和靈敏度漂移。零點漂移是指在受外界環(huán)境影響后，已調(diào)零的儀表的輸出不再為零。一定漂移的現(xiàn)象，在測量前是可以發(fā)現(xiàn)的，應(yīng)重新調(diào)零，但在不間斷測量過程中，零點漂移是在附加在讀數(shù)上的，因而很難發(fā)現(xiàn)。11/26/2022446．穩(wěn)定性穩(wěn)定性包括穩(wěn)定度和環(huán)境影響量兩方面。11/22/2休息一下11/26/202245休息一下11/22/202245第1章檢測技術(shù)基本知識1.1測量與測量誤差1.2傳感器的組成和特性11/26/202246第1章檢測技術(shù)基本知識1.1測量與測量誤差1.21.1測量與測量誤差1.1.1測量方法實現(xiàn)被測量與標準量比較得出比值的方法，稱為測量方法。針對不同測量任務(wù)進行具體分析以找出切實可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。對于測量方法，從不同角度，有不同的分類方法。根據(jù)獲得測量值的方法可分為直接測量、間接測量和組合測量；根據(jù)測量的精度因素情況可分為等精度測量與非等精度測量；根據(jù)測量方式可分為偏差式測量、零位法測量與微差法測量；根據(jù)被測量變化快慢可分為靜態(tài)測量與動態(tài)測量；根據(jù)測量敏感元件是否與被測介質(zhì)接觸可分為接觸測量與非接觸測量；根據(jù)測量系統(tǒng)是否向被測對象施加能量可分為主動式測量與被動式測量等。11/26/2022471.1測量與測量誤差1.1.1測量方法11/22/2021.按測量手續(xù)分類（1）直接測量直接測量就是用預(yù)先標定好的測量儀表直接讀取被測量的測量結(jié)果。例如用萬用表測量電壓、電流、電阻等。這種測量方法的優(yōu)點是簡單而迅速，缺點是精度一般不高。但這種測量方法在工程上廣泛采用。（2）間接測量間接測量就是利用被測量與某中間量的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，然后通過相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系計算出被測量的數(shù)值。例如導(dǎo)線電阻率的測量就是間接測量，由于，其中R、l、d分別表示導(dǎo)線的電阻值、長度和直徑。這時，只有先經(jīng)過直接測量，得到導(dǎo)線的R、l、d以后，再代人ρ的表達式，經(jīng)計算得到最后所需要的結(jié)果ρ值。在這種測量過程中，手續(xù)較多，花費時間較長，有時可以得到較高的測最精值。間接測量多用于科學(xué)實驗中的實驗室測量。11/26/2022481.按測量手續(xù)分類（1）直接測量直接測量就是用預(yù)先標定好（3）聯(lián)立測量聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而且被測量又與某些可以通過直接或間接測量得到結(jié)果的其他量存在一定的函數(shù)關(guān)系，則可先測量這幾個量，再求解函數(shù)關(guān)系組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個被測量的數(shù)值。顯然，它是一種兼用直接測量和間接測量的方式。例如：在研究熱電阻Rt隨溫度ｔ變化的規(guī)律時在一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式11/26/202249（3）聯(lián)立測量聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而且Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）2

式中，R20、α、β是三個待測的量，R20是電阻在20℃時的數(shù)值，α、β是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測出在t1、t2、t3三個不同的測試溫度時導(dǎo)體的電阻Rt1、Rt2、Rt3，得到聯(lián)立方程組。求解方程組可得到R20、α、β。11/26/202250Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）211/222.按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量傳感器直接與被測對象接觸，承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為接觸測量法。例如用體溫計測體溫等。（2）非接觸式測量傳感器不與被測對象直接接觸，而是間接承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱為非接觸測量法。例如用輻射式溫度計測量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速等。非接觸測量法不干擾被測對象，既可對局部點檢測，又可對整體掃描。特別是對于運動對象、腐蝕性介質(zhì)及危險場合的參數(shù)檢測，它更方便、安全和準確。11/26/2022512.按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量傳感器3.按被測信號的變化情況分類（1）靜態(tài)測量靜態(tài)測量是測量那些不隨時間變化或變化很緩慢的物理量。如超市中物品的稱重屬于靜態(tài)測量，溫度計測氣溫也屬于靜態(tài)測量。（2）動態(tài)測量動態(tài)測量是測量那些隨時間而變化的物理量。如地震儀測量振動波形則屬于動態(tài)測量。11/26/2022523.按被測信號的變化情況分類（1）靜態(tài)測量靜態(tài)測量是測量4.按輸出信號的性質(zhì)分類（1）模擬式測量模擬式測量是指測量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標尺上的定位進行連續(xù)讀取的方法，如模擬式電壓表測電壓。（2）數(shù)字式測量數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形式直接給出測量結(jié)果的方法，如光電脈沖編碼器的測量。11/26/2022534.按輸出信號的性質(zhì)分類（1）模擬式測量模擬式測量是指測5.按測量方式分類（1）偏差式測量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的量值，這種測量方法稱為偏差式測量。應(yīng)用這種方法測量時，儀表刻度事先用標準器具標定。在測量時，輸入被測量，按照儀表指針在標尺上的示值，決定被測量的數(shù)值。如指針式電壓表測電壓，指針式電流表測電流。這種方法測量過程比較簡單、迅速，但測量結(jié)果精度較低。（2）零位式測量用指零儀表的零位指示檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)平衡時，用已知的標準量決定被測量的量值，這種測量方法稱為零位式測量。在測量時，已知標準量直接與被測量相比較，已知量應(yīng)連續(xù)可調(diào)，指零儀表指零時，被測量與已知標準量相等。例如天平、電位差計等。零位式測量的優(yōu)點是可以獲得比較高的測量精度，但測量過程比較復(fù)雜，費時較長，不適用于測量迅速變化的信號。11/26/2022545.按測量方式分類（1）偏差式測量用儀表指針的位移（即偏（3）微差式測量微差式測量是綜合了偏差式測量與零位式測量的優(yōu)點而提出的一種測量方法。它將被測量與已知的標準量相比較，取得差值后，再用偏差法測得此差值。應(yīng)用這種方法測量時，不需要調(diào)整標準量，而只需測量兩者的差值。例如：設(shè)N為標準量，x為被測量，Δ為二者之差，則x=N+Δ。由于N是標準量，其誤差很小，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表測量Δ，即使測量Δ的精度較低，但因Δx值較小，它對總測量值的影響較小，故總的測量精度仍很高。微差式測量的優(yōu)點是反應(yīng)快，而且測量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測量。11/26/202255（3）微差式測量微差式測量是綜合了偏差式測量與零位式測量的1.1.2測量誤差及表達方式測量誤差可用絕對誤差表示，也可用相對誤差表示。1.絕對誤差絕對誤差是指測量值與真值之間的差值，它反映了測量值偏離真值的多少，即（1—1）

式（1—1）中L0為被測量真值，x為被測量實際值。由于真值的不可知性，在實際應(yīng)用時，常用實際真值L代替，即用被測量多次測量的平均值或上一級標準儀器測得的示值作為實際真值，故有（1—2）11/26/2022561.1.2測量誤差及表達方式測量誤差可用絕對誤差表示，也2.相對誤差相對誤差反映了測量值偏離真值的程度。（1）實際相對誤差實際相對誤差是指絕對誤差與被測真值的百分比，用表示，即﹪（1—3）（2）示值（標稱）相對誤差示值相對誤差是指絕對誤差與被測量值的百分比，用表示，即﹪（1—4）11/26/2022572.相對誤差11/22/202212（3）引用（滿度）相對誤差引用相對誤差是指絕對誤差與儀表滿度值A(chǔ)m的百分比，用表示，即﹪1—5）11/26/202258（3）引用（滿度）相對誤差引用相對誤差是指絕對誤差與儀表【實例1】某溫度計的量程范圍為0～500℃，校驗時該表的最大絕對誤差為6℃，試確定該儀表的精度等級。解：根據(jù)題意知6℃，500℃，代入式中該溫度計的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精度等級應(yīng)定為1.5級。11/26/202259【實例1】某溫度計的量程范圍為0～500℃，校驗時該表的最大【實例2】現(xiàn)有0.5級的0～300℃和1.0級的0～100℃的兩個溫度計，欲測量80℃的溫度，試問選用哪一個溫度計好？為什么？解：0.5級溫度計測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為1.0級溫度計測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量80℃時可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為1.0﹪（100－0）=1計算結(jié)果，顯然用1.0級溫度計比0.5級溫度計測量時，示值相對誤差反而小。因此在選用儀表時，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級和量程。11/26/202260【實例2】現(xiàn)有0.5級的0～300℃和1.0級的0～100℃1.1.3測量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分根據(jù)測量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律，將誤差分為三種，即系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測量數(shù)據(jù)處理。（1）系統(tǒng)誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差固定不變或者按照一定規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的。按其表現(xiàn)的特點可分為固定不變的恒值系差和遵循一定規(guī)律變化的變值系差。系統(tǒng)誤差一般可通過實驗或分析的方法，查明其變化的規(guī)律及產(chǎn)生的原因，因此它是可以預(yù)測的，也是可以消除的。例如，標準量值的不準確及儀表刻度的不準確而引起的誤差。11/26/2022611.1.3測量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分11/2（2）隨機誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差的大小隨機變化、不可預(yù)知，這種誤差稱為隨機誤差。對隨機誤差的某個單值來說，是沒有規(guī)律、不可預(yù)料的，但從多次測量的總體上看，隨機誤差又服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，大多數(shù)服從正態(tài)分布規(guī)律。因此可以用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法，從理論上估計其對測量結(jié)果的影響。（3）粗大誤差：測量結(jié)果明顯地偏離其實際值所對應(yīng)的誤差，稱為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過失誤差。這類誤差是由于測量者疏忽大意或環(huán)境條件的突然變化而引起的。含有粗大誤差的測量值稱為壞值。11/26/202262（2）隨機誤差對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，若誤差的大2.按被測量與時間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測量穩(wěn)定不變時所產(chǎn)生的測量誤差稱為靜態(tài)誤差。（2）動態(tài)誤差被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上卻跟不上輸入的變化，這時所產(chǎn)生的誤差稱為動態(tài)誤差。此外，按測量儀表的使用條件分類，可將誤差分為基本誤差和附加誤差；按測量技能和手段分類，誤差又可分為工具誤差和方法誤差等。11/26/2022632.按被測量與時間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測量穩(wěn)定不變1.1.4測量誤差的分析與處理1.隨機誤差的分析與處理在測量中，當(dāng)系統(tǒng)誤差已設(shè)法消除或減小到可以忽略的程度時，如果測量數(shù)據(jù)仍有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說明存在隨機誤差。在等精度測量情況下，得n個測量值x1，x2，……，xn，設(shè)只含有隨機誤差δ1＼δ2＼……δn。這組測量值或隨機誤差都是隨機事件，可以用概率數(shù)理統(tǒng)計的方法來研究。隨機誤差的處理任務(wù)是從隨機數(shù)據(jù)中求出最接近真值的值（或稱真值的最佳估計值），對數(shù)據(jù)精密度的高低（或稱可信賴的程度）進行評定并給出測量結(jié)果。具有正態(tài)分布的隨機誤差如圖1—1所示具有以下四個特征：（1）對稱性絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會大致相等。（2）單峰性絕對值越小的誤差在測量中出現(xiàn)的概率越大。（3）有界性在一定的測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的界限。（4）抵償性在相同的測量條件下，當(dāng)測量次數(shù)增加時，隨機誤差的算術(shù)平均值趨向于零。11/26/2022641.1.4測量誤差的分析與處理1.隨機誤差的分析與處理1圖1—1隨機誤差的正態(tài)分布曲線11/26/202265圖1—1隨機誤差的正態(tài)分布曲線11/22/202220算術(shù)平均值在實際測量時，真值L不可能得到。但如果隨機誤差服從正態(tài)分布，則算術(shù)平均值處隨機誤差的概率密度最大。對被測量進行等精度的n次測量，得n個測量值x1，x2，…，xn，它們的算術(shù)平均值為11/26/202266算術(shù)平均值在實際測量時，真值L不可能得到。但如果隨機誤差服從方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機誤差的分布中心，而方均根偏差σ則反映隨機誤差的分布范圍。方均根偏差愈大，測量數(shù)據(jù)的分散范圍也愈大，所以方均根偏差σ可以描述測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果的精度。方均根誤差σ可由下式求取11/26/202267方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機誤差的分布中心，而方均根偏由于得不到真值L０，可用n次測量值的算術(shù)均值代替，則方均根誤差為11/26/202268由于得不到真值L０，可用n次測量值的算術(shù)均值代替，則方均根誤算術(shù)平均值的方均根誤差（標準誤差）為測量結(jié)果通常表示為

11/26/202269算術(shù)平均值的方均根誤差（標準誤差）為11/22/20222.系統(tǒng)誤差的分析與處理由于系統(tǒng)誤差的特殊性，在處理方法上與隨機誤差完全不同。有效地找出系統(tǒng)誤差的根源并減小或消除的關(guān)鍵是如何查找誤差根源，這就需要對測量設(shè)備、測量對象和測量系統(tǒng)作全面分析，明確其中有無產(chǎn)生明顯系統(tǒng)誤差的因素，并采取相應(yīng)措施予以修正或消除。由于具體條件不同，在分析查找誤差根源時并無一成不變的方法，這與測量者的經(jīng)驗、水平以及測量技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。11/26/2022702.系統(tǒng)誤差的分析與處理由于系統(tǒng)誤差的特殊性，在處理方法上3.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對重復(fù)測量所得一組測量值進行數(shù)據(jù)處理之前，首先應(yīng)將具有粗大誤差的可疑數(shù)據(jù)找出來加以剔除。人們絕對不能憑主觀意愿對數(shù)據(jù)任意進行取舍，而是要有一定的根據(jù)。原則就是要看這個可疑值的誤差是否仍處于隨機誤差的范圍之內(nèi)，是則留，不是則棄。因此要對測量數(shù)據(jù)進行必要的檢驗。11/26/2022713.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對重復(fù)測量所得一組測量為了獲得比較準確的測量結(jié)果，通常要對一個量的多次測量數(shù)據(jù)進行分析處理。其處理步驟如下：①列出測量數(shù)據(jù)x1，x2，x3，……，xn。②求算術(shù)平均值（測量值）。③求剩余誤差（殘差）pi=xi–。④用貝塞爾公式計算標準偏差估計值σ。⑤利用萊特準則（3σ準則）判別是否存在粗差。若，則該次測量值xi為壞值，剔除xi后再按上述步驟重新計算，直到不存在壞值并且剔除壞值后的測量次數(shù)不少于10次為止，如果不滿10次應(yīng)重新測量。11/26/202272為了獲得比較準確的測量結(jié)果，通常要對一個量的多次測量數(shù)據(jù)進行【實例3】用溫度傳感器對某溫度進行12次等精度測量，測量數(shù)據(jù)（℃）如下20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51要求對該組數(shù)據(jù)進行分析整理，并寫出最后結(jié)果。解:數(shù)據(jù)處理步驟如下（1）記錄填表將測量數(shù)據(jù)xi(i=1、2、3、……12)按測量序號依次列在表格中。11/26/202273【實例3】用溫度傳感器對某溫度進行12次等精度測量，測量數(shù)據(jù)11/26/20227411/22/202229（2）計算①求出測量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值。②計算各測量值的殘余誤差。當(dāng)計算無誤時，理論上有，但實際上，由于計算過程中四舍五入所引入的誤差，此關(guān)系式往往不能滿足。本例中。③計算標準誤差。由于，于是11/26/202275（2）計算11/22/202230（3）判別壞值本例采用拉依達準則檢查壞值，因為，而所有測量值的剩余誤差均滿足，顯然數(shù)據(jù)中無壞值。（4）寫出測量結(jié)果11/26/20227611/22/202231=0.006所以，測量結(jié)果可表示為=x=20.490.018（℃）11/26/202277=0.006所以，測量結(jié)果可表示為=x=20.490.01.2傳感器的組成與特性1.2.1傳感器的定義、組成和分類1.傳感器的定義傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。在有些學(xué)科領(lǐng)域，傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉(zhuǎn)換器等。這些不同提法，反映了在不同的技術(shù)領(lǐng)域中，只是根