分辨力線性度

2024/1/171第一章檢測技術(shù)的基本概念

本章學習測量的基本概念、測量方法、誤差分類、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，以及傳感器的基本特性等，他們是檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

2024/1/1721.掌握測量的基本概念和測量方法。2．熟悉測量誤差的分類和基本概念。3．了解測量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。4．掌握傳感器的組成。5．熟悉傳感器分類。6．掌握傳感器基本特性教學要求

2024/1/173第一節(jié)檢測技術(shù)的基本概念及方法

靜態(tài)測量2024/1/174

對緩慢變化的對象進行測量亦屬于靜態(tài)測量。最高、最低溫度計2024/1/175檢測系統(tǒng)靜態(tài)響應特性

如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化，則稱為靜態(tài)測量。2024/1/176

靜態(tài)測量時，測試裝置表現(xiàn)出的響應特性稱為靜態(tài)響應特性。a)靈敏度

當測試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應變化△y時,定義:S=△y/△xyx△x△y2024/1/177b)非線性度

標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。

非線性度=B/A×100%yxB2024/1/178c)回程誤差

測試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測試過程中，對于同一個輸入量所得到的兩個數(shù)值不同的輸出量之間差值最大者為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxA2024/1/179d)靜態(tài)響應特性的其他描述精度：是與評價測試裝置產(chǎn)生的測量誤差大小有關(guān)的指標

靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測量起始點不靈敏的程度。

分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量，表明測試裝置分辨輸入量微小變化的能力。2024/1/1710測量范圍：是指測試裝置能正常測量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。

可靠性：是與測試裝置無故障工作時間長短有關(guān)的一種描述。

穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當輸入量不變時，輸出量隨時間變化的程度。2024/1/1711案例：物料配重自動測量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測量范圍：2024/1/1712

動態(tài)測量

地震測量振動波形2024/1/1713便攜式儀表

可以顯示波形的便攜式儀表2024/1/1714直接測量

電子卡尺2024/1/1715間接測量

對多個被測量進行測量，經(jīng)過計算求得被測量（阿基米德測量皇冠的比重）。

2024/1/1716接觸式測量

2024/1/1717非接觸式測量

例：雷達測速車載電子警察2024/1/1718離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗2024/1/1719在線測量

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。2024/1/1720第二節(jié)測量誤差及分類

絕對誤差：（AbsoluteError）

Δ=Ax－Ａ0

某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？AX：測量值A(chǔ)O：真值2024/1/1721相對誤差及精度等級（RelativeError）

幾個重要公式：相對誤差：引用(滿度）誤差:精度Am:儀器滿度值2024/1/1722儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為2.5%。2024/1/1723例：某指針式萬用表的面板如圖所示，問：用它來測量直流、交流（~）電壓時，可能產(chǎn)生的滿度相對誤差分別為多少？2024/1/1724例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問：選擇該量程合理嗎？2024/1/1725

用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？2024/1/1726誤差產(chǎn)生的因素：1.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應予以剔除。

2024/1/1727產(chǎn)生粗大誤差的一個例子

2024/1/17282.系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？

系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

2024/1/17293.隨機誤差

在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。2024/1/1730隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計2024/1/1731隨機事例的幾個例子

彩票搖獎2024/1/1732

思考：下圖是射擊彈著點示意圖，請你分別說出圖a、b、c各是什么原因造成的，應如何克服？

偏差特別大彈著點接近正態(tài)分布彈著點均偏向右上側(cè)2024/1/17334.動態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態(tài)誤差

當被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。

2024/1/1734第三節(jié)傳感器及基本特性

1.傳感器定義

傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。2024/1/17352.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV2024/1/1736

舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管（敏感元件）2-電位器（傳感元件、測量轉(zhuǎn)換電路）3-電刷4-傳動機構(gòu)（齒輪、齒條）2024/1/1737彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。2024/1/1738彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α2024/1/17392024/1/1740彈簧管放大圖

當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。2024/1/1741其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。2024/1/1742壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2024/1/1743被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化（ΔR）2024/1/1744

360度圓盤形電位器

右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地2024/1/1745

測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo

。

2024/1/1746分壓比電路的計算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比：

對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：2024/1/17471、按被測物理量分類常見的被測物理量機械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,

旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,

壓力,真空度,力矩,風速,流速,

流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場.溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩二、傳感器分類2024/1/1748機械式,電氣式,光學式,流體式等.2、按工作的物理基礎(chǔ)分類:2024/1/1749能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3、按信號變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應變片.2024/1/17504、按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換.如:水銀溫度計.結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變.

例如:電容式和電感式傳感器.2024/1/1751三、傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

2024/1/1752靈敏度：

靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

2024/1/1753作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax2024/1/1754分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當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。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對誤差。

2024/1/1755線性度：

線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計算公式如下：2024/1/1756作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實際特性曲線）2024/1/1757

可靠性：可靠性是反映檢測系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標。

浴盆曲線2024/1/1758

“老化”試驗：在檢測設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場使用時，故障率大為降低。老化試驗臺2024/1/17592、振動/噪聲傳感器丹麥B&K（振動測量、聲學測量領(lǐng)域最富盛名）:8080/gccs/lesson/corp/bk/main.htm1、工業(yè)自動化類傳感器美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心）/china五、主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商2024/1/17603、測量分析儀器美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產(chǎn)商):8080/gccs/lesson/corp/labview/main.htm美國Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測試儀器商):8080/gccs/lesson/corp/agilent/agilent.htm2024/1/1761自動檢測控制的例子:水池液面控制系統(tǒng)2024/1/1762水位測量與變送執(zhí)行器控制器給定眼手腦人在參與控制中起了以下三方面的作用：1)測量實際液面高度h1——用眼睛。

2)將測得實際液面h1與希望液面的高度h0相比較—用腦。

3)根據(jù)比較的結(jié)果，即按照偏差的正負去決定的動作－用手。自動檢測控制的例子:水池液面控制系統(tǒng)2024/1/1763控制器減速器電動機電位器浮子用水開關(guān)Q2Q1h0ifSM液位(自動)反饋控制系統(tǒng)2024/1/1764水位控制工作原理人工檢測控制：眼、腦、手、水箱+閥門自動檢測控制：傳感器、控制器、執(zhí)行器、水箱+閥門人腦手水箱系統(tǒng)眼h控制器執(zhí)行器水箱系