教學(xué)第1章-檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)課件

第1章檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.2傳感器的組成和特性11/26/20221第1章檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.21.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.1.1測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測(cè)量方法。針對(duì)不同測(cè)量任務(wù)進(jìn)行具體分析以找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量工作是十分重要的。對(duì)于測(cè)量方法，從不同角度，有不同的分類方法。根據(jù)獲得測(cè)量值的方法可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量；根據(jù)測(cè)量的精度因素情況可分為等精度測(cè)量與非等精度測(cè)量；根據(jù)測(cè)量方式可分為偏差式測(cè)量、零位法測(cè)量與微差法測(cè)量；根據(jù)被測(cè)量變化快慢可分為靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)測(cè)量敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸可分為接觸測(cè)量與非接觸測(cè)量；根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)是否向被測(cè)對(duì)象施加能量可分為主動(dòng)式測(cè)量與被動(dòng)式測(cè)量等。11/26/202221.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.1.1測(cè)量方法11/22/2021.按測(cè)量手續(xù)分類（1）直接測(cè)量直接測(cè)量就是用預(yù)先標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x表直接讀取被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。例如用萬(wàn)用表測(cè)量電壓、電流、電阻等。這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單而迅速，缺點(diǎn)是精度一般不高。但這種測(cè)量方法在工程上廣泛采用。（2）間接測(cè)量間接測(cè)量就是利用被測(cè)量與某中間量的函數(shù)關(guān)系，先測(cè)出中間量，然后通過(guò)相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值。例如導(dǎo)線電阻率的測(cè)量就是間接測(cè)量，由于，其中R、l、d分別表示導(dǎo)線的電阻值、長(zhǎng)度和直徑。這時(shí)，只有先經(jīng)過(guò)直接測(cè)量，得到導(dǎo)線的R、l、d以后，再代人ρ的表達(dá)式，經(jīng)計(jì)算得到最后所需要的結(jié)果ρ值。在這種測(cè)量過(guò)程中，手續(xù)較多，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)可以得到較高的測(cè)最精值。間接測(cè)量多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。11/26/202231.按測(cè)量手續(xù)分類（1）直接測(cè)量直接測(cè)量就是用預(yù)先標(biāo)定好（3）聯(lián)立測(cè)量聯(lián)立測(cè)量又叫組合測(cè)量。如果被測(cè)量有多個(gè)，而且被測(cè)量又與某些可以通過(guò)直接或間接測(cè)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(cè)量這幾個(gè)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(gè)被測(cè)量的數(shù)值。顯然，它是一種兼用直接測(cè)量和間接測(cè)量的方式。例如：在研究熱電阻Rt隨溫度ｔ變化的規(guī)律時(shí)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(cè)量聯(lián)立測(cè)量又叫組合測(cè)量。如果被測(cè)量有多個(gè)，而且Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）2

式中，R20、α、β是三個(gè)待測(cè)的量，R20是電阻在20℃時(shí)的數(shù)值，α、β是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測(cè)出在t1、t2、t3三個(gè)不同的測(cè)試溫度時(shí)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(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類（1）接觸式測(cè)量傳感器直接與被測(cè)對(duì)象接觸，承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱為接觸測(cè)量法。例如用體溫計(jì)測(cè)體溫等。（2）非接觸式測(cè)量傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是間接承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱為非接觸測(cè)量法。例如用輻射式溫度計(jì)測(cè)量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速等。非接觸測(cè)量法不干擾被測(cè)對(duì)象，既可對(duì)局部點(diǎn)檢測(cè)，又可對(duì)整體掃描。特別是對(duì)于運(yùn)動(dòng)對(duì)象、腐蝕性介質(zhì)及危險(xiǎn)場(chǎng)合的參數(shù)檢測(cè)，它更方便、安全和準(zhǔn)確。11/26/202262.按測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類（1）接觸式測(cè)量傳感器3.按被測(cè)信號(hào)的變化情況分類（1）靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些不隨時(shí)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(cè)量，溫度計(jì)測(cè)氣溫也屬于靜態(tài)測(cè)量。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些隨時(shí)間而變化的物理量。如地震儀測(cè)量振動(dòng)波形則屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量。11/26/202273.按被測(cè)信號(hào)的變化情況分類（1）靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量4.按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量是指測(cè)量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進(jìn)行連續(xù)讀取的方法，如模擬式電壓表測(cè)電壓。（2）數(shù)字式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量是指以數(shù)字的形式直接給出測(cè)量結(jié)果的方法，如光電脈沖編碼器的測(cè)量。11/26/202284.按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量是指測(cè)5.按測(cè)量方式分類（1）偏差式測(cè)量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的量值，這種測(cè)量方法稱為偏差式測(cè)量。應(yīng)用這種方法測(cè)量時(shí)，儀表刻度事先用標(biāo)準(zhǔn)器具標(biāo)定。在測(cè)量時(shí)，輸入被測(cè)量，按照儀表指針在標(biāo)尺上的示值，決定被測(cè)量的數(shù)值。如指針式電壓表測(cè)電壓，指針式電流表測(cè)電流。這種方法測(cè)量過(guò)程比較簡(jiǎn)單、迅速，但測(cè)量結(jié)果精度較低。（2）零位式測(cè)量用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí)，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值，這種測(cè)量方法稱為零位式測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，已知標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量相比較，已知量應(yīng)連續(xù)可調(diào)，指零儀表指零時(shí)，被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相等。例如天平、電位差計(jì)等。零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比較高的測(cè)量精度，但測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，不適用于測(cè)量迅速變化的信號(hào)。11/26/202295.按測(cè)量方式分類（1）偏差式測(cè)量用儀表指針的位移（即偏（3）微差式測(cè)量微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。它將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差法測(cè)得此差值。應(yīng)用這種方法測(cè)量時(shí)，不需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量，而只需測(cè)量?jī)烧叩牟钪怠＠纾涸O(shè)N為標(biāo)準(zhǔn)量，x為被測(cè)量，Δ為二者之差，則x=N+Δ。由于N是標(biāo)準(zhǔn)量，其誤差很小，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表測(cè)量Δ，即使測(cè)量Δ的精度較低，但因Δx值較小，它對(duì)總測(cè)量值的影響較小，故總的測(cè)量精度仍很高。微差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，而且測(cè)量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測(cè)量。11/26/202210（3）微差式測(cè)量微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的1.1.2測(cè)量誤差及表達(dá)方式測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差表示，也可用相對(duì)誤差表示。1.絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與真值之間的差值，它反映了測(cè)量值偏離真值的多少，即（1—1）

式（1—1）中L0為被測(cè)量真值，x為被測(cè)量實(shí)際值。由于真值的不可知性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用實(shí)際真值L代替，即用被測(cè)量多次測(cè)量的平均值或上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)得的示值作為實(shí)際真值，故有（1—2）11/26/2022111.1.2測(cè)量誤差及表達(dá)方式測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差表示，也2.相對(duì)誤差相對(duì)誤差反映了測(cè)量值偏離真值的程度。（1）實(shí)際相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)真值的百分比，用表示，即﹪（1—3）（2）示值（標(biāo)稱）相對(duì)誤差示值相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量值的百分比，用表示，即﹪（1—4）11/26/2022122.相對(duì)誤差11/22/202212（3）引用（滿度）相對(duì)誤差引用相對(duì)誤差是指絕對(duì)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(duì)誤差引用相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與儀表【實(shí)例1】某溫度計(jì)的量程范圍為0～500℃，校驗(yàn)時(shí)該表的最大絕對(duì)誤差為6℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。解：根據(jù)題意知6℃，500℃，代入式中該溫度計(jì)的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.5級(jí)。11/26/202214【實(shí)例1】某溫度計(jì)的量程范圍為0～500℃，校驗(yàn)時(shí)該表的最大【實(shí)例2】現(xiàn)有0.5級(jí)的0～300℃和1.0級(jí)的0～100℃的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測(cè)量80℃的溫度，試問(wèn)選用哪一個(gè)溫度計(jì)好？為什么？解：0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為1.0級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80℃時(shí)可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為1.0﹪（100－0）=1計(jì)算結(jié)果，顯然用1.0級(jí)溫度計(jì)比0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，示值相對(duì)誤差反而小。因此在選用儀表時(shí)，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程。11/26/202215【實(shí)例2】現(xiàn)有0.5級(jí)的0～300℃和1.0級(jí)的0～100℃1.1.3測(cè)量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分根據(jù)測(cè)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(jī)誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測(cè)量數(shù)據(jù)處理。（1）系統(tǒng)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，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(diǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(cè)的，也是可以消除的。例如，標(biāo)準(zhǔn)量值的不準(zhǔn)確及儀表刻度的不準(zhǔn)確而引起的誤差。11/26/2022161.1.3測(cè)量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分11/2（2）隨機(jī)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大小隨機(jī)變化、不可預(yù)知，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。對(duì)隨機(jī)誤差的某個(gè)單值來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有規(guī)律、不可預(yù)料的，但從多次測(cè)量的總體上看，隨機(jī)誤差又服從一定的統(tǒng)計(jì)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(jì)的方法，從理論上估計(jì)其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（3）粗大誤差：測(cè)量結(jié)果明顯地偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差，稱為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過(guò)失誤差。這類誤差是由于測(cè)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(cè)量值稱為壞值。11/26/202217（2）隨機(jī)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大2.按被測(cè)量與時(shí)間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測(cè)量穩(wěn)定不變時(shí)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差稱為靜態(tài)誤差。（2）動(dòng)態(tài)誤差被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上卻跟不上輸入的變化，這時(shí)所產(chǎn)生的誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。此外，按測(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)量與時(shí)間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測(cè)量穩(wěn)定不變1.1.4測(cè)量誤差的分析與處理1.隨機(jī)誤差的分析與處理在測(cè)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(shí)，如果測(cè)量數(shù)據(jù)仍有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說(shuō)明存在隨機(jī)誤差。在等精度測(cè)量情況下，得n個(gè)測(cè)量值x1，x2，……，xn，設(shè)只含有隨機(jī)誤差δ1＼δ2＼……δn。這組測(cè)量值或隨機(jī)誤差都是隨機(jī)事件，可以用概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究。隨機(jī)誤差的處理任務(wù)是從隨機(jī)數(shù)據(jù)中求出最接近真值的值（或稱真值的最佳估計(jì)值），對(duì)數(shù)據(jù)精密度的高低（或稱可信賴的程度）進(jìn)行評(píng)定并給出測(cè)量結(jié)果。具有正態(tài)分布的隨機(jī)誤差如圖1—1所示具有以下四個(gè)特征：（1）對(duì)稱性絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大致相等。（2）單峰性絕對(duì)值越小的誤差在測(cè)量中出現(xiàn)的概率越大。（3）有界性在一定的測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過(guò)一定的界限。（4）抵償性在相同的測(cè)量條件下，當(dāng)測(cè)量次數(shù)增加時(shí)，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨向于零。11/26/2022191.1.4測(cè)量誤差的分析與處理1.隨機(jī)誤差的分析與處理1圖1—1隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線11/26/202220圖1—1隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線11/22/202220算術(shù)平均值在實(shí)際測(cè)量時(shí)，真值L不可能得到。但如果隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布，則算術(shù)平均值處隨機(jī)誤差的概率密度最大。對(duì)被測(cè)量進(jìn)行等精度的n次測(cè)量，得n個(gè)測(cè)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(shí)際測(cè)量時(shí)，真值L不可能得到。但如果隨機(jī)誤差服從方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機(jī)誤差的分布中心，而方均根偏差σ則反映隨機(jī)誤差的分布范圍。方均根偏差愈大，測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)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(jī)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(cè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)誤差）為測(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(duì)測(cè)量設(shè)備、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量系統(tǒng)作全面分析，明確其中有無(wú)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(shí)并無(wú)一成不變的方法，這與測(cè)量者的經(jīng)驗(yàn)、水平以及測(cè)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(duì)重復(fù)測(cè)量所得一組測(cè)量值進(jìn)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(lái)加以剔除。人們絕對(duì)不能憑主觀意愿對(duì)數(shù)據(jù)任意進(jìn)行取舍，而是要有一定的根據(jù)。原則就是要看這個(gè)可疑值的誤差是否仍處于隨機(jī)誤差的范圍之內(nèi)，是則留，不是則棄。因此要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)。11/26/2022263.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對(duì)重復(fù)測(cè)量所得一組測(cè)量為了獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，通常要對(duì)一個(gè)量的多次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。其處理步驟如下：①列出測(cè)量數(shù)據(jù)x1，x2，x3，……，xn。②求算術(shù)平均值（測(cè)量值）。③求剩余誤差（殘差）pi=xi–。④用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值σ。⑤利用萊特準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）判別是否存在粗差。若，則該次測(cè)量值xi為壞值，剔除xi后再按上述步驟重新計(jì)算，直到不存在壞值并且剔除壞值后的測(cè)量次數(shù)不少于10次為止，如果不滿10次應(yīng)重新測(cè)量。11/26/202227為了獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，通常要對(duì)一個(gè)量的多次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行【實(shí)例3】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)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(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并寫(xiě)出最后結(jié)果。解:數(shù)據(jù)處理步驟如下（1）記錄填表將測(cè)量數(shù)據(jù)xi(i=1、2、3、……12)按測(cè)量序號(hào)依次列在表格中。11/26/202228【實(shí)例3】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)11/26/20222911/22/202229（2）計(jì)算①求出測(cè)量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值。②計(jì)算各測(cè)量值的殘余誤差。當(dāng)計(jì)算無(wú)誤時(shí)，理論上有，但實(shí)際上，由于計(jì)算過(guò)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差。由于，于是11/26/202230（2）計(jì)算11/22/202230（3）判別壞值本例采用拉依達(dá)準(zhǔn)則檢查壞值，因?yàn)?，而所有測(cè)量值的剩余誤差均滿足，顯然數(shù)據(jù)中無(wú)壞值。（4）寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果11/26/20223111/22/202231=0.006所以，測(cè)量結(jié)果可表示為=x=20.490.018（℃）11/26/202232=0.006所以，測(cè)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(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)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(cè)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(duì)同一類型的器件使用著不同的技術(shù)術(shù)語(yǔ)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(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)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(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)2．傳感器分類（1）按被測(cè)量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、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(cè)量壓力信號(hào)。（2）按測(cè)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(jì)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(cè)量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速（4）按傳感器工作機(jī)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(jī)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(hào)（1）主稱——傳感器代號(hào)C（2）被測(cè)量—用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫(xiě)字母標(biāo)記。（3）轉(zhuǎn)換原理——用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫(xiě)字母標(biāo)記（4）序號(hào)——用一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來(lái)表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(cè)量是位移，YB：轉(zhuǎn)換原理是應(yīng)變式，20，傳感器序號(hào)。11/26/2022373.傳感器代號(hào)（1）主稱——傳感器代號(hào)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?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c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(shí)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(gè)多項(xiàng)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?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到被測(cè)量的最小增量。分辨力可用絕對(duì)值表示，也可用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明的，一般可認(rèn)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?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到被測(cè)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?jī)煞矫?。穩(wěn)定度是指?jìng)鞲衅髟谒袟l件均不變情況下，能在規(guī)定的時(shí)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(shí)間長(zhǎng)短的比值來(lái)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(gè)因素組成：零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)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(cè)量前是可以發(fā)現(xiàn)的，應(yīng)重新調(diào)零，但在不間斷測(cè)量過(guò)程中，零點(diǎn)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?jī)煞矫妗?1/22/2休息一下11/26/202245休息一下11/22/202245第1章檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.2傳感器的組成和特性11/26/202246第1章檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.21.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.1.1測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測(cè)量方法。針對(duì)不同測(cè)量任務(wù)進(jìn)行具體分析以找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量工作是十分重要的。對(duì)于測(cè)量方法，從不同角度，有不同的分類方法。根據(jù)獲得測(cè)量值的方法可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量；根據(jù)測(cè)量的精度因素情況可分為等精度測(cè)量與非等精度測(cè)量；根據(jù)測(cè)量方式可分為偏差式測(cè)量、零位法測(cè)量與微差法測(cè)量；根據(jù)被測(cè)量變化快慢可分為靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)測(cè)量敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸可分為接觸測(cè)量與非接觸測(cè)量；根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)是否向被測(cè)對(duì)象施加能量可分為主動(dòng)式測(cè)量與被動(dòng)式測(cè)量等。11/26/2022471.1測(cè)量與測(cè)量誤差1.1.1測(cè)量方法11/22/2021.按測(cè)量手續(xù)分類（1）直接測(cè)量直接測(cè)量就是用預(yù)先標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x表直接讀取被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。例如用萬(wàn)用表測(cè)量電壓、電流、電阻等。這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單而迅速，缺點(diǎn)是精度一般不高。但這種測(cè)量方法在工程上廣泛采用。（2）間接測(cè)量間接測(cè)量就是利用被測(cè)量與某中間量的函數(shù)關(guān)系，先測(cè)出中間量，然后通過(guò)相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值。例如導(dǎo)線電阻率的測(cè)量就是間接測(cè)量，由于，其中R、l、d分別表示導(dǎo)線的電阻值、長(zhǎng)度和直徑。這時(shí)，只有先經(jīng)過(guò)直接測(cè)量，得到導(dǎo)線的R、l、d以后，再代人ρ的表達(dá)式，經(jīng)計(jì)算得到最后所需要的結(jié)果ρ值。在這種測(cè)量過(guò)程中，手續(xù)較多，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)可以得到較高的測(cè)最精值。間接測(cè)量多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。11/26/2022481.按測(cè)量手續(xù)分類（1）直接測(cè)量直接測(cè)量就是用預(yù)先標(biāo)定好（3）聯(lián)立測(cè)量聯(lián)立測(cè)量又叫組合測(cè)量。如果被測(cè)量有多個(gè)，而且被測(cè)量又與某些可以通過(guò)直接或間接測(cè)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(cè)量這幾個(gè)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(gè)被測(cè)量的數(shù)值。顯然，它是一種兼用直接測(cè)量和間接測(cè)量的方式。例如：在研究熱電阻Rt隨溫度ｔ變化的規(guī)律時(shí)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(cè)量聯(lián)立測(cè)量又叫組合測(cè)量。如果被測(cè)量有多個(gè)，而且Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）2

式中，R20、α、β是三個(gè)待測(cè)的量，R20是電阻在20℃時(shí)的數(shù)值，α、β是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測(cè)出在t1、t2、t3三個(gè)不同的測(cè)試溫度時(shí)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(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類（1）接觸式測(cè)量傳感器直接與被測(cè)對(duì)象接觸，承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱為接觸測(cè)量法。例如用體溫計(jì)測(cè)體溫等。（2）非接觸式測(cè)量傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是間接承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱為非接觸測(cè)量法。例如用輻射式溫度計(jì)測(cè)量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速等。非接觸測(cè)量法不干擾被測(cè)對(duì)象，既可對(duì)局部點(diǎn)檢測(cè)，又可對(duì)整體掃描。特別是對(duì)于運(yùn)動(dòng)對(duì)象、腐蝕性介質(zhì)及危險(xiǎn)場(chǎng)合的參數(shù)檢測(cè)，它更方便、安全和準(zhǔn)確。11/26/2022512.按測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類（1）接觸式測(cè)量傳感器3.按被測(cè)信號(hào)的變化情況分類（1）靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些不隨時(shí)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(cè)量，溫度計(jì)測(cè)氣溫也屬于靜態(tài)測(cè)量。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些隨時(shí)間而變化的物理量。如地震儀測(cè)量振動(dòng)波形則屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量。11/26/2022523.按被測(cè)信號(hào)的變化情況分類（1）靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量4.按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量是指測(cè)量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進(jìn)行連續(xù)讀取的方法，如模擬式電壓表測(cè)電壓。（2）數(shù)字式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量是指以數(shù)字的形式直接給出測(cè)量結(jié)果的方法，如光電脈沖編碼器的測(cè)量。11/26/2022534.按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量是指測(cè)5.按測(cè)量方式分類（1）偏差式測(cè)量用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的量值，這種測(cè)量方法稱為偏差式測(cè)量。應(yīng)用這種方法測(cè)量時(shí)，儀表刻度事先用標(biāo)準(zhǔn)器具標(biāo)定。在測(cè)量時(shí)，輸入被測(cè)量，按照儀表指針在標(biāo)尺上的示值，決定被測(cè)量的數(shù)值。如指針式電壓表測(cè)電壓，指針式電流表測(cè)電流。這種方法測(cè)量過(guò)程比較簡(jiǎn)單、迅速，但測(cè)量結(jié)果精度較低。（2）零位式測(cè)量用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí)，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值，這種測(cè)量方法稱為零位式測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，已知標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量相比較，已知量應(yīng)連續(xù)可調(diào)，指零儀表指零時(shí)，被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相等。例如天平、電位差計(jì)等。零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比較高的測(cè)量精度，但測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，不適用于測(cè)量迅速變化的信號(hào)。11/26/2022545.按測(cè)量方式分類（1）偏差式測(cè)量用儀表指針的位移（即偏（3）微差式測(cè)量微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。它將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差法測(cè)得此差值。應(yīng)用這種方法測(cè)量時(shí)，不需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量，而只需測(cè)量?jī)烧叩牟钪?。例如：設(shè)N為標(biāo)準(zhǔn)量，x為被測(cè)量，Δ為二者之差，則x=N+Δ。由于N是標(biāo)準(zhǔn)量，其誤差很小，因此可選用高靈敏度的偏差式儀表測(cè)量Δ，即使測(cè)量Δ的精度較低，但因Δx值較小，它對(duì)總測(cè)量值的影響較小，故總的測(cè)量精度仍很高。微差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，而且測(cè)量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測(cè)量。11/26/202255（3）微差式測(cè)量微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的1.1.2測(cè)量誤差及表達(dá)方式測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差表示，也可用相對(duì)誤差表示。1.絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與真值之間的差值，它反映了測(cè)量值偏離真值的多少，即（1—1）

式（1—1）中L0為被測(cè)量真值，x為被測(cè)量實(shí)際值。由于真值的不可知性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用實(shí)際真值L代替，即用被測(cè)量多次測(cè)量的平均值或上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)得的示值作為實(shí)際真值，故有（1—2）11/26/2022561.1.2測(cè)量誤差及表達(dá)方式測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差表示，也2.相對(duì)誤差相對(duì)誤差反映了測(cè)量值偏離真值的程度。（1）實(shí)際相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)真值的百分比，用表示，即﹪（1—3）（2）示值（標(biāo)稱）相對(duì)誤差示值相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量值的百分比，用表示，即﹪（1—4）11/26/2022572.相對(duì)誤差11/22/202212（3）引用（滿度）相對(duì)誤差引用相對(duì)誤差是指絕對(duì)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(duì)誤差引用相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與儀表【實(shí)例1】某溫度計(jì)的量程范圍為0～500℃，校驗(yàn)時(shí)該表的最大絕對(duì)誤差為6℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。解：根據(jù)題意知6℃，500℃，代入式中該溫度計(jì)的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.5級(jí)。11/26/202259【實(shí)例1】某溫度計(jì)的量程范圍為0～500℃，校驗(yàn)時(shí)該表的最大【實(shí)例2】現(xiàn)有0.5級(jí)的0～300℃和1.0級(jí)的0～100℃的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測(cè)量80℃的溫度，試問(wèn)選用哪一個(gè)溫度計(jì)好？為什么？解：0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為1.0級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80℃時(shí)可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為1.0﹪（100－0）=1計(jì)算結(jié)果，顯然用1.0級(jí)溫度計(jì)比0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，示值相對(duì)誤差反而小。因此在選用儀表時(shí)，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程。11/26/202260【實(shí)例2】現(xiàn)有0.5級(jí)的0～300℃和1.0級(jí)的0～100℃1.1.3測(cè)量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分根據(jù)測(cè)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(jī)誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測(cè)量數(shù)據(jù)處理。（1）系統(tǒng)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，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(diǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(cè)的，也是可以消除的。例如，標(biāo)準(zhǔn)量值的不準(zhǔn)確及儀表刻度的不準(zhǔn)確而引起的誤差。11/26/2022611.1.3測(cè)量誤差的分類1.按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分11/2（2）隨機(jī)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大小隨機(jī)變化、不可預(yù)知，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。對(duì)隨機(jī)誤差的某個(gè)單值來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有規(guī)律、不可預(yù)料的，但從多次測(cè)量的總體上看，隨機(jī)誤差又服從一定的統(tǒng)計(jì)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(jì)的方法，從理論上估計(jì)其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（3）粗大誤差：測(cè)量結(jié)果明顯地偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差，稱為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過(guò)失誤差。這類誤差是由于測(cè)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(cè)量值稱為壞值。11/26/202262（2）隨機(jī)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大2.按被測(cè)量與時(shí)間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測(cè)量穩(wěn)定不變時(shí)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差稱為靜態(tài)誤差。（2）動(dòng)態(tài)誤差被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上卻跟不上輸入的變化，這時(shí)所產(chǎn)生的誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。此外，按測(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)量與時(shí)間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差被測(cè)量穩(wěn)定不變1.1.4測(cè)量誤差的分析與處理1.隨機(jī)誤差的分析與處理在測(cè)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(shí)，如果測(cè)量數(shù)據(jù)仍有不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說(shuō)明存在隨機(jī)誤差。在等精度測(cè)量情況下，得n個(gè)測(cè)量值x1，x2，……，xn，設(shè)只含有隨機(jī)誤差δ1＼δ2＼……δn。這組測(cè)量值或隨機(jī)誤差都是隨機(jī)事件，可以用概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究。隨機(jī)誤差的處理任務(wù)是從隨機(jī)數(shù)據(jù)中求出最接近真值的值（或稱真值的最佳估計(jì)值），對(duì)數(shù)據(jù)精密度的高低（或稱可信賴的程度）進(jìn)行評(píng)定并給出測(cè)量結(jié)果。具有正態(tài)分布的隨機(jī)誤差如圖1—1所示具有以下四個(gè)特征：（1）對(duì)稱性絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大致相等。（2）單峰性絕對(duì)值越小的誤差在測(cè)量中出現(xiàn)的概率越大。（3）有界性在一定的測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過(guò)一定的界限。（4）抵償性在相同的測(cè)量條件下，當(dāng)測(cè)量次數(shù)增加時(shí)，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨向于零。11/26/2022641.1.4測(cè)量誤差的分析與處理1.隨機(jī)誤差的分析與處理1圖1—1隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線11/26/202265圖1—1隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線11/22/202220算術(shù)平均值在實(shí)際測(cè)量時(shí)，真值L不可能得到。但如果隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布，則算術(shù)平均值處隨機(jī)誤差的概率密度最大。對(duì)被測(cè)量進(jìn)行等精度的n次測(cè)量，得n個(gè)測(cè)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(shí)際測(cè)量時(shí)，真值L不可能得到。但如果隨機(jī)誤差服從方均根上述的算術(shù)平均值是反映隨機(jī)誤差的分布中心，而方均根偏差σ則反映隨機(jī)誤差的分布范圍。方均根偏差愈大，測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)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(jī)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(cè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)誤差）為測(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(duì)測(cè)量設(shè)備、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量系統(tǒng)作全面分析，明確其中有無(wú)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(shí)并無(wú)一成不變的方法，這與測(cè)量者的經(jīng)驗(yàn)、水平以及測(cè)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(duì)重復(fù)測(cè)量所得一組測(cè)量值進(jìn)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(lái)加以剔除。人們絕對(duì)不能憑主觀意愿對(duì)數(shù)據(jù)任意進(jìn)行取舍，而是要有一定的根據(jù)。原則就是要看這個(gè)可疑值的誤差是否仍處于隨機(jī)誤差的范圍之內(nèi)，是則留，不是則棄。因此要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)。11/26/2022713.粗大誤差的分析與處理如前所述，在對(duì)重復(fù)測(cè)量所得一組測(cè)量為了獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，通常要對(duì)一個(gè)量的多次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。其處理步驟如下：①列出測(cè)量數(shù)據(jù)x1，x2，x3，……，xn。②求算術(shù)平均值（測(cè)量值）。③求剩余誤差（殘差）pi=xi–。④用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值σ。⑤利用萊特準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）判別是否存在粗差。若，則該次測(cè)量值xi為壞值，剔除xi后再按上述步驟重新計(jì)算，直到不存在壞值并且剔除壞值后的測(cè)量次數(shù)不少于10次為止，如果不滿10次應(yīng)重新測(cè)量。11/26/202272為了獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，通常要對(duì)一個(gè)量的多次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行【實(shí)例3】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)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(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并寫(xiě)出最后結(jié)果。解:數(shù)據(jù)處理步驟如下（1）記錄填表將測(cè)量數(shù)據(jù)xi(i=1、2、3、……12)按測(cè)量序號(hào)依次列在表格中。11/26/202273【實(shí)例3】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)11/26/20227411/22/202229（2）計(jì)算①求出測(cè)量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值。②計(jì)算各測(cè)量值的殘余誤差。當(dāng)計(jì)算無(wú)誤時(shí)，理論上有，但實(shí)際上，由于計(jì)算過(guò)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差。由于，于是11/26/202275（2）計(jì)算11/22/202230（3）判別壞值本例采用拉依達(dá)準(zhǔn)則檢查壞值，因?yàn)椋袦y(cè)量值的剩余誤差均滿足，顯然數(shù)據(jù)中無(wú)壞值。（4）寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果11/26/20227611/22/202231=0.006所以，測(cè)量結(jié)果可表示為=x=20.490.018（℃）11/26/202277=0.006所以，測(cè)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(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)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(cè)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