傳感器原理與檢測技術

傳感器原理與檢測技術第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日

測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量.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。第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與微差式測量電位差計式測量：UX：傳感器信號

（未知量）UK：標準量信號

（已知量）D：檢零計

（電壓表）平衡：UK=UX第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

二、測量方法2、偏差式測量、零位式測量與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,取得值后,再用偏差法測得此差值。X：被測量N：標準量Δ：微差第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

二、測量方法3、等精度測量與不等精度測量

用相同儀表與測量方法對同一被測量進行多次重復測量,稱為等精度測量。用不同精度的儀表或不同的測量方法,或在環(huán)境條件相差很大時對同一被測量進行多次重復測量稱為非等精度測量。4、靜態(tài)測量與動態(tài)測量被測量在測量過程中認為是固定不變的。被測量在測量過程中是隨時間不斷變化的。第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第1章

傳感與檢測技術的理念基礎

測量概論三、測量系統(tǒng)1.測量系統(tǒng)構(gòu)成測量系統(tǒng)應具有對被測對象的特征量進行檢測、傳輸、處理及顯示等功能。一個測量系統(tǒng)是傳感器變送器和其它變換裝置的有機組合。如下圖表示測量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

三、測量系統(tǒng)2.開環(huán)測量系統(tǒng)與閉環(huán)測量系統(tǒng)

開環(huán)測量系統(tǒng)的全部信息變換只沿著一個方向進行,如圖所示。

第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

三、測量系統(tǒng)2.開環(huán)測量系統(tǒng)與閉環(huán)測量系統(tǒng)閉環(huán)測量系統(tǒng)—閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個通道，一為正向通道、二為反饋通道，如圖所示：第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差測量的目的是希望通過測量獲取被測量的真實值。但由于種種原因,兩者不一致程度用測量誤差表示。測量誤差就是測量值與真實值之間的差值。它反映了測量質(zhì)量的好壞。測量的可靠性至關重要,不同場合對測量結(jié)果可靠性的要求也不同。例如,在量值傳遞、經(jīng)濟核算、產(chǎn)品檢驗等場合應保證測量結(jié)果有足夠的準確度。當測量值用作控制信號時,則要注意測量的穩(wěn)定性和可靠性。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法絕對誤差：測量結(jié)果與被測量的真值之差。

Δ=x-L

式中:Δ—絕對誤差;x—測量值;L—真實值；例如：真值為30.2的電流，測得值為30.4，則微安表的顯示值30.4的絕對誤差為：第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法例如：測量兩個電阻其中：

R1=10Ω絕對誤差ΔR1=0.1ΩR2=1000Ω絕對誤差ΔR2=1Ω

盡管ΔR1＜ΔR2但不能由此得出測量電阻R1比測量電阻R2的準確度要高的結(jié)論，因此需要引出相對誤差的概念。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法實際相對誤差的定義由下式給出:式中:δ—相對誤差,Δ—絕對誤差;L—真實值

由于被測量的真實值L無法知道,實際測量時用測量值X代替真實值L進行計算,這個相對誤差稱為標稱相對誤差,即：第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差1.測量誤差的表示方法引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對儀表滿量程的一種誤差,一般也用百分數(shù)表示，即：

式中:γ—引用誤差Δ—絕對誤差第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日測量概論

四、測量誤差一般用γ表示儀表的精度等級。我國電工儀表共分七級：0.10.20.51.01.52.55.00.5級儀表，表示γ=0.5%；1級儀表：表示γ=1%.根據(jù)精度等級和量程范圍，可以求出該儀表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差Δ。溫度計：1級儀表，儀表量程0-100℃Δ=100*1%=1℃1級儀表，儀表量程0-1000℃Δ=1000*1%=10℃第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日例1：已知待測電壓約為70V左右，現(xiàn)有兩只電壓表，一只為0.5級，測量范圍為0—500V，另一只為1.0級，測量范圍為0—100V，選用哪一只電壓表較好？為什么？解：1）0.5級

0-500V電壓表，允許的最大絕對誤差Δ=500*0.5%=2.5V。70V處的最大相對誤差：

2）1.0級

0-100V電壓表,允許的最大絕對誤差Δ=100*1.0%=1V。70V處的最大相對誤差：第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1測量概論

四、測量誤差測量誤差的性質(zhì)

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。隨機誤差對同一被測量進行多次重復測量時,絕對值和符號不可預知地隨機變化。但就誤差的總體而言,具有一定的統(tǒng)計規(guī)律性的誤差稱為隨機誤差。第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1測量概論

四、測量誤差

系統(tǒng)誤差對同一被測量進行多次重復測量時,如果誤差按照一定的規(guī)律出現(xiàn),則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。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。

粗大誤差明顯偏離測量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差,又稱疏忽誤差。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。對于粗大誤差,首先應設法判斷是否存在,然后將其消除。測量誤差的性質(zhì)第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日第1章

傳感與檢測技術的理念基礎

1.2測量數(shù)據(jù)的估計和處理一、隨機誤差的統(tǒng)計處理在測量中,當系統(tǒng)誤差已設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。隨機誤差具有以下性質(zhì)：對稱性：絕對值相等的正負誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等有界性：在一定測量條件下的有限測量值，其隨機誤差的 絕對值不會超過一定的界限。第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第1章

傳感與檢測技術的理念基礎

1.2測量數(shù)據(jù)的估計和處理一、隨機誤差的統(tǒng)計處理單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多。抵償性：對同一量值進行多次測量，其誤差的算術平均值，隨著測量次數(shù)的增加趨于零。1．隨機誤差的正態(tài)分布曲線隨機誤差是以不可預定的方式變化著的誤差，但在一定條件下服從統(tǒng)計規(guī)律，其數(shù)學表達式為：

δ—隨機誤差

σ—均方根偏差第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第1章

傳感與檢測技術的理念基礎

1.2測量數(shù)據(jù)的估計和處理均方根偏差不同的正態(tài)分布曲線第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、隨機誤差的統(tǒng)計處理

2．隨機誤差的數(shù)字特征算術平均值

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x1x2…xn,它們的算術平均值為算術平均值是測量值中最可信賴的,它可以作為等精度多次測量的結(jié)果。第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．隨機誤差的數(shù)字特征

算術平均值當測量次數(shù)為無限次時，所有測量值的算術平均值即等于真值，事實上是不可能無限次測量即真值難以達到。但是，隨著測量次數(shù)的增加算術平均值也就越接近真值。因此，以算術平均值作為真值是既可靠又合理的。1、2、3、…n隨機誤差：殘余誤差：第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．隨機誤差的數(shù)字特征

標準偏差σ

在等精度測量列中，單次測量的標準差

n—測量次數(shù)；δi—每次測量中相應各測量值的隨機誤差實際工作中用殘差來近似代替隨機誤差求標準差的估計值貝塞爾（Bessel）公式第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．隨機誤差的數(shù)字特征

標準偏差σ測量列算術平均值的標準差

—算術平均值標準差σs

—測量列中單次測量的標準差n—測量次數(shù)當測量次數(shù)n愈大時，算術平均值愈接近被測量的真值，測量精度也越高。第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、隨機誤差的統(tǒng)計處理

3．正態(tài)分布隨機誤差的概率計算第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、隨機誤差的統(tǒng)計處理

3．正態(tài)分布隨機誤差的概率計算1）（-σ，+σ）之間隨機誤差出現(xiàn)的概率：2）（-2σ，+2σ）之間隨機誤差出現(xiàn)的概率：3）（-3σ，+3σ）之間隨機誤差出現(xiàn)的概率：第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、隨機誤差的統(tǒng)計處理

3．正態(tài)分布隨機誤差的概率計算所以在一組測量數(shù)據(jù)中，測量數(shù)據(jù)習慣上用下式表示：其中：算術平均值k-置信系數(shù)（1、2、3）-算術平均值的標準差第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

二、系統(tǒng)誤差的通用處理方法

從誤差根源上消除系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是在一定的測量條件下,測量值中含有固定不變或按一定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差不具有抵償性,重復測量也難以發(fā)現(xiàn),在工程測量中應特別注意該項誤差。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鍵是如何查找誤差根源,這就需要對測量設備、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,并采取相應措施予以修正或消除。

第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日

①所用傳感器、測量儀表或組成元件是否準確可靠。②測量方法是否完善。如用電壓表測量電壓,電壓表的內(nèi)阻對測量結(jié)果有影響。③傳感器或儀表安裝、調(diào)整或放置