《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程綜述..

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程學(xué)習(xí)綜述目錄第一章摘要.1第二章傳感器基本特性.3一、傳感器的靜態(tài)特性 .3二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性 .4第三章傳感器.5一、電阻式傳感器.5二、電感式傳感器.5第七章課程總結(jié)25三、電容式傳感器.6四、壓電式傳感器.7五、磁敏感式傳感器 .8六、熱電式傳感器.9七、光電式傳感器.10八、輻射與波式.10九、化學(xué)傳感器.11十、新型傳感器.12第四章檢測(cè)技術(shù).14一、參數(shù)檢測(cè)基本概念 .14二、參數(shù)檢測(cè)的一般方法 .16三、基本參數(shù)測(cè)量 .17第五章 測(cè)量不確定度與回歸分析 .19一、測(cè)量誤差.19二、測(cè)量不確定度.20第六章自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng).21一、組成.21二、設(shè)計(jì)萬(wàn)案221第

2、一章摘要傳感器與檢測(cè)技術(shù)顧名思義圍繞著傳感器和檢測(cè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行 的講解，對(duì)于傳感器和檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)對(duì)于自動(dòng)化與電氣工程類的我 而言十分重要。傳感器位于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)之間的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口同時(shí)傳感器也是實(shí)現(xiàn)對(duì)物理環(huán)境或人類 社會(huì)信息獲取的基本工具，是檢測(cè)系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，是信息技術(shù)的源 頭。作為自動(dòng)化與電氣工程類的學(xué)生，即使專業(yè)分流之后我們還是會(huì) 用到大量的傳感器知識(shí)，掌握傳感器方面的知識(shí)對(duì)我們以后的發(fā)展尤 為重要。本課程先從傳感器的概述談起，先讓我們知道什么叫做傳感器以 及傳感器的特點(diǎn)和傳感器技術(shù)的發(fā)展再到傳感器的基本特性的講解。 在了解了傳感器的基本概述和基本特性之后就

3、需要實(shí)例來(lái)深入對(duì)傳 感器與檢測(cè)技術(shù)的了解。本書列舉了許多經(jīng)典的傳感器類型，由易到 難，從電阻式傳感器到電感、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式 傳感器、熱電式傳感器與光電式傳感器等， 同時(shí)也涵蓋了參數(shù)檢測(cè)自 動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等來(lái)進(jìn)行了全面詳細(xì)的講解。從原理到測(cè)量電路再到應(yīng) 用，環(huán)環(huán)相扣使人了解原理。在學(xué)習(xí)傳感器之前我對(duì)傳感器的理解就是一個(gè)很簡(jiǎn)單的工具，根據(jù)物理學(xué)原理而實(shí)現(xiàn)的各種測(cè)量。學(xué)習(xí)了之后才明白傳感器并非那么 簡(jiǎn)單，不同的參數(shù)需要我們用不同的傳感器去進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)有的傳感器能測(cè)量多種參數(shù)而有的參數(shù)也可通過(guò)多鐘傳感器來(lái)測(cè)量。傳感器作為我們專業(yè)應(yīng)用的感知，如果沒(méi)有傳感器的相關(guān)知識(shí)， 我們就無(wú)法獲取信

4、息，那我們所學(xué)的一些知識(shí)也無(wú)從下手。 積累了傳 感器的知識(shí)之2后，我們能夠更好的優(yōu)化系統(tǒng)，相應(yīng)的參量我們能用自 己所學(xué)的知識(shí)找到最合適的傳感器， 以及會(huì)安裝會(huì)調(diào)試，我覺(jué)得這就 是本課程的目標(biāo)。3第二章傳感器基本特性傳感器定義為能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可 用輸出信號(hào)的器件和裝置，通常由敏感原件和轉(zhuǎn)換原件組成。傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?輸出關(guān)系特性，是傳感器 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。 傳感器所測(cè)量的物理量基 本上有兩種形式：穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種特性。一、傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系。衡 量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏

5、度、分辨率、遲滯、重 復(fù)性和漂移。（一）線性度線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入間成線性關(guān)系的程度。（二）靈敏度靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值。（三）分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量。（四）遲滯遲滯也叫回程誤差，是指在相同的測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小 的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸入信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象。（五）重復(fù)性4重復(fù)性表示傳感器再輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)所 得輸入按同一方向作全量程多次測(cè)量所得的輸入輸出特性曲線一致 的程度。（六）漂移漂移是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r下， 輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn) 象；漂移將英雄傳感器的穩(wěn)定性或可靠性。二、傳感

6、器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)的相應(yīng)特性，即其輸出 對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用瞬時(shí)響 應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來(lái)分析。線性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)重要的性質(zhì)：疊加性和頻率保持特性。5第三章傳感器一、電阻式傳感器電阻式傳感器的基本工作原理是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為傳感器電阻值的變化，再經(jīng)一定的測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的輸出。電阻式傳感器應(yīng)用廣泛、種類繁多，如電位器式、應(yīng)變式、熱電阻和熱敏電 阻等；電位器電阻式傳感器是一種把機(jī)械線位移或角位移輸入量通過(guò) 傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電阻或電壓的輸出的傳感器；應(yīng)變電阻式傳感器是通過(guò)彈性元件的傳遞將被測(cè)量引

7、起的新編轉(zhuǎn)換為傳感器敏 感元件的電阻值變化。（一）工作原理應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。 應(yīng)變電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。（二）測(cè)量電路應(yīng)變電阻式傳感器用于測(cè)量微小的機(jī)械變化量，要把微小應(yīng)變引 起的微小電阻變化精確地測(cè)量出來(lái)，需要采用特別設(shè)計(jì)的測(cè)量電路。 通常采用直流電橋或交流電橋。（三）典型應(yīng)用電阻式傳感器的典型應(yīng)用有柱式力傳感器、環(huán)式力傳感器、懸臂梁式力傳感器等。.電感式傳感器6電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的， 電感式傳感器可以把 輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，并通過(guò) 測(cè)量電路將L或M的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化

8、， 從而將非電量轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量的測(cè)量。電感式傳感器具有工作可靠、 壽命長(zhǎng)、靈活度高，分辨力高、精度高、線性好、性能穩(wěn)定、重復(fù)性 好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)工作原理不同，電感式傳感器可分為變磁阻式傳感器、 變壓器式和電渦流式等種類。（一）變磁阻式傳感器由鐵心、線圈、銜鐵三部分組成。變磁阻式傳感器可通過(guò)氣隙厚 度和氣隙面積來(lái)改變傳感器的值。因此變磁阻式傳感器可分為變氣隙 厚度和變氣隙面積兩種情形。變磁阻式傳感器測(cè)量電路分為交流電橋、 變壓器式交流電橋、諧 振式測(cè)量電路。（二）差動(dòng)變壓器電感式傳感器把被測(cè)量的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感兩變化的傳感器成為互 感式傳感器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式有變隙式、

9、變面積式和螺線管式等。三、電容式傳感器電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量。電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、分辨率高、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、溫度穩(wěn)定性好、電容小、負(fù)載能力差、易受外界干擾產(chǎn) 生不穩(wěn)定現(xiàn)象等特點(diǎn)。電容式傳感器廣泛用于位移、振動(dòng)、角度、加 速度、壓力、差壓、液面、成分含量等的測(cè)量。7（一）工作原理平板電容式傳感器電容量與極板間距、極板間相對(duì)面積、和介質(zhì) 有關(guān)，因此只要將待測(cè)量與其中之一相關(guān)聯(lián)就能得出對(duì)應(yīng)關(guān)系而測(cè)量 出待測(cè)量。因此平板電容式傳感器可分為三種： 變極板間距覆蓋面積 的變面積型、變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型和變極板間距的變極距型。圓筒電容式傳感器可

10、分為兩種：變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型和變 極板覆蓋高度的變面積型。（二）測(cè)量電路電容式傳感器的電容值及電容變化值都十分微小，必須借助信號(hào)調(diào)節(jié)電路才能將其微小的電容變化值轉(zhuǎn)換成預(yù)期成正比的電壓電流 或頻率，從而實(shí)現(xiàn)顯示、記錄和傳輸。相應(yīng)的測(cè)量電路有調(diào)頻電路、 運(yùn)算放大器、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。（三）典型應(yīng)用電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動(dòng)態(tài) 響應(yīng)特性好等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動(dòng)、液位 等測(cè)量中。它的典型應(yīng)用有：電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器、 電容式加速度傳感器、電容式厚度傳感器等。四、壓電式傳感器（一）工作原理壓電式傳感器是以某些介

11、質(zhì)的壓電效應(yīng)作為工作基礎(chǔ)。所謂的壓電效應(yīng)，就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部8將產(chǎn)生極化而使其表面出現(xiàn)電荷聚集的現(xiàn)象也成為正壓電效應(yīng)。（二）測(cè)量電路由于壓電式傳感器本身內(nèi)阻搞，輸出能量較小，因此它的測(cè)量電 路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器。 測(cè)量電路主要有：電 荷放大器、電壓放大器。（三）典型應(yīng)用壓電式傳感器的典型應(yīng)用有：壓電式力傳感器、壓電式加速度傳 感器、壓電式交通檢測(cè)。五、磁敏感式傳感器對(duì)磁場(chǎng)參量敏感、通過(guò)磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的期間或 裝置稱為磁敏感式傳感器。磁電作用主要分為電磁感應(yīng)和霍爾效應(yīng)兩 種情況。（一）磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和

12、磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩 端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原理進(jìn)行工作的。磁電感應(yīng)式傳感器以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)。 在恒磁通傳感器中由 于它們的運(yùn)動(dòng)不見(jiàn)可以是線圈，也可以是磁鐵，因此又分成動(dòng)圈式和 動(dòng)鐵式兩種結(jié)構(gòu)類型。磁電感應(yīng)式傳感器典型應(yīng)用有磁電感應(yīng)式振動(dòng)速度傳感器、 磁電 感應(yīng)式扭矩傳感器、電磁流量計(jì)等。（二）霍爾式傳感器霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的傳感器。 所謂的霍爾效 應(yīng)是9指當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為 霍爾電動(dòng)勢(shì)。六、熱電式傳感器熱電式傳感器是一種能將溫度變換轉(zhuǎn)換為電量變化的元件。在各種熱電式傳感器中，

13、以將溫度轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)或電阻的方法最為普遍， 對(duì)應(yīng)的原件分別稱為熱電偶、熱電阻和熱敏電阻。（一）熱電偶熱電偶測(cè)溫原理為熱點(diǎn)效應(yīng)， 兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密連接 在一起，組成一個(gè)閉環(huán)回路。當(dāng)量接點(diǎn)溫度不等式，回路中就會(huì)產(chǎn)生 大小和方向與導(dǎo)體材料及接點(diǎn)溫度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流。熱電偶有三大基本定律，分別為中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、 標(biāo)準(zhǔn)電極定律。（二）熱電阻熱電阻作為一種感溫原件，它是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而 變化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。（三）熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成 的一種熱敏元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。 熱敏電阻可分為三類，即負(fù)溫度

14、系數(shù)、正溫度系數(shù)、和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。10七、光電式傳感器光電式傳感器是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。（一）類別按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為四類：光電效應(yīng)傳 感器、紅外熱釋電探測(cè)器、固體圖像傳感器、光纖傳感器。（二）基本形式四種基本形式分為：透射式光電傳感器、反射式光電傳感器、輻 射式光電傳感器、開關(guān)式光電傳感器。八、輻射與波式（一）紅外傳感器紅外傳感技術(shù)正向各個(gè)領(lǐng)域滲透，特別是在測(cè)量、家用電器、安 全保衛(wèi)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。紅外輻射是一種人眼不可見(jiàn)的光纖， 俗稱紅外線，因?yàn)樗墙Y(jié)余 可見(jiàn)光中紅色光和微波之間的光纖。紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。 任何物體的溫度只要

15、高于絕對(duì)零度，就會(huì)向外部空間以紅外線的方式 輻射能量。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射的能量越 強(qiáng)。另一方面，紅外線被物體吸收后將轉(zhuǎn)化為熱能。（二）微波傳感器微波是介于紅外線與無(wú)線電波之間的一種電磁波， 其波長(zhǎng)范圍是ii1m1mm通常還按照波長(zhǎng)特性將其細(xì)分為分米波、 厘米波和毫米波三 個(gè)波段。微波傳感器具有以下特征：需要定向輻射裝置、遇到障礙物 容易反射、繞射能力差、傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、灰塵等的 影響較小、介質(zhì)對(duì)微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比。（三）超聲波傳感器超聲波傳感器是一種以超聲波作為檢測(cè)手段的新型傳感器。利用超聲波的各種特性，可做成各種超聲波傳感器，再配上不同的

16、探測(cè)電 路，制成各種超聲波儀器及裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、船舶、機(jī)械等各 個(gè)工業(yè)部門的超聲探測(cè)、超聲清洗、超聲焊接，醫(yī)院的超聲醫(yī)療和汽 車的倒車?yán)走_(dá)等方面。九、化學(xué)傳感器化學(xué)傳感器能將化學(xué)物資的特性的變化定性或定量地轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)的傳感器成為化學(xué)傳感器。（一）氣敏傳感器氣敏傳感器是指能夠感知環(huán)境中氣體成分及其濃度的一種敏感 器件，它將氣體種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 根據(jù)這些電 信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在情況有光的信息。氣敏傳感器主要參數(shù)有：靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、選擇性、穩(wěn)定性、溫度特性、濕度特性、電源電壓特性、時(shí)效性與互換性（二）濕敏傳感器絕對(duì)濕度：絕對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力

17、條件下， 單位體積空12氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量相對(duì)濕度：相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體的絕對(duì)濕度與統(tǒng)一溫度下達(dá)到 飽和狀態(tài)的絕對(duì)濕度之比，或待測(cè)空氣中實(shí)際含水蒸氣分壓與相同溫 度下飽和水蒸氣分壓比值的百分?jǐn)?shù)。露點(diǎn)：在一定的大氣壓下，將含有水蒸氣的空氣冷卻，當(dāng)溫度下 降到某一特定值時(shí)，空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始從氣態(tài)變成 液態(tài)而凝結(jié)成露珠，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露，這一特定溫度稱為露點(diǎn)。濕敏傳感器的主要參數(shù)有：感濕特性、濕度量程、靈敏度、濕滯 特性、響應(yīng)時(shí)間、感濕溫度系數(shù)、老化特性。十、新型傳感器新型傳感器是相對(duì)于創(chuàng)痛的傳感器而言的， 隨著技術(shù)的發(fā)展和時(shí) 間的推移，于近年新出現(xiàn)的一類傳感器。新型傳感器在智能化

18、、多功 能化、綜合性、集成化、網(wǎng)絡(luò)化等方面具有別與傳統(tǒng)傳感器的明顯特 征。（一）智能傳感器智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具有分析、判 斷、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、漂移、非線性和頻率響應(yīng)自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)環(huán)境影響 量的自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)以及超限報(bào)警、故障診斷等功能的傳感器。智能傳感器具有精度高、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高分 辨率、自適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高這幾大特點(diǎn)。（二）模糊傳感器模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)字測(cè)量的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)模糊推理與 只是集成，以自然語(yǔ)言符號(hào)的描述心事輸出的傳感器。13模糊傳感器具有學(xué)習(xí)功能、推理聯(lián)想功能、感知功能、通信功能。（三）微處理器微處理器的誕生依賴于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

19、完整的MEM是由微處理器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通信接口和電源等部 件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。（四）網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器就是能與網(wǎng)絡(luò)連接或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使其與微處理器、計(jì)算機(jī)或儀表系統(tǒng)連接的傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器研究的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)接口 技術(shù)。目前，主要有基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)傳感器和基于以太網(wǎng)協(xié)議的 網(wǎng)絡(luò)傳感器兩大類。14第四章檢測(cè)技術(shù)一、參數(shù)檢測(cè)基本概念（一）測(cè)量測(cè)量就是以確定的被檢測(cè)值為目的一系列操作， 即利用物質(zhì)的物理量、化學(xué)的或生物的特性，對(duì)被測(cè)對(duì)象的信息進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換以及 處理，獲得定性或定量結(jié)果的過(guò)程。測(cè)量通常包括兩個(gè)過(guò)程：意思能 量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換過(guò)程；二是將被測(cè)量與其相應(yīng)的

20、標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行 比較，從而確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。（二）測(cè)量方法測(cè)量方法就是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而得出比值的方法。（1） 根據(jù)測(cè)量方式的不同可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量 直接測(cè)量：按已知標(biāo)準(zhǔn)定好的測(cè)量?jī)x器對(duì)某一未知量進(jìn)行測(cè)量，不需要經(jīng)過(guò)任何運(yùn)算就能直接得出測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方法。間接測(cè)量：首先對(duì)與被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測(cè)量，然后通過(guò)已知的函數(shù)關(guān)系，求出該未知量，即需要將被測(cè)量值經(jīng) 過(guò)某種函數(shù)關(guān)系變換才能確定被測(cè)量方法。組合測(cè)量：在測(cè)量中，使各個(gè)待求未知量和被測(cè)量經(jīng)不同的組合 形式出現(xiàn)，根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所得到的被測(cè)數(shù)據(jù)， 通過(guò)解一組 聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)據(jù)的測(cè)量方

21、法。（2） 根據(jù)測(cè)量方法的不同可分為偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式15測(cè)量偏差式測(cè)量：用儀表指針的偏差表示被測(cè)量量值的測(cè)量方法零位式測(cè)量：用指零儀表的零位反映測(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。微差式測(cè)量：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。零位式測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)量不可能是連續(xù)可調(diào)的， 因而難以 與被測(cè)量完全平衡，實(shí)際測(cè)量時(shí)必定存在差值。（3） 根據(jù)測(cè)量精度要求的不同可分為等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量等精度測(cè)量：在同一測(cè)量環(huán)境下，用相同的儀表與測(cè)量方法對(duì)同 一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。非等精度測(cè)量：用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法， 由不同的

22、測(cè)量人員或在環(huán)境條件不同時(shí)，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。 此 時(shí)各個(gè)測(cè)量結(jié)果的可靠程度不一樣，可用一個(gè)稱為“權(quán)”的數(shù)值來(lái)表 示對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果的可靠程度。（4） 根據(jù)被測(cè)量變化的快慢可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量如果被測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中是固定不變的，或隨時(shí)間變化非常緩 慢，對(duì)這種被測(cè)量稱為靜態(tài)測(cè)量。如果被測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中是隨時(shí)間不斷變化的， 對(duì)這種被測(cè)量稱 為動(dòng)態(tài)測(cè)量。（5） 根據(jù)測(cè)量敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸可分為接觸式測(cè)量和非 接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量是指測(cè)量量敏感元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸的測(cè)量； 否 則為16非接觸式測(cè)量。（三）測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示 環(huán)節(jié)等組

23、合在一起，為了完成信號(hào)測(cè)量目標(biāo)所形成的一個(gè)有機(jī)整體。二、參數(shù)檢測(cè)的一般方法（一） 力學(xué)法：也稱機(jī)械法。一般是利用敏感元件把被 測(cè)變量轉(zhuǎn)換為機(jī)械量，如位移形變等。如應(yīng)變傳感器利用彈 性元件把壓力或力轉(zhuǎn)換為彈性元件的位移。（二） 熱學(xué)法：根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的熱物理量的差異以及熱 平衡原理進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量。（三） 電學(xué)法：利用敏感元件把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電壓、電 阻、電容等電學(xué)量。（四） 聲學(xué)法：大多是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播以及 在介質(zhì)間界面處的反射等性質(zhì)進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量。（五） 光學(xué)法：利用光的直線傳播、透射、折射和反射 等性質(zhì)，通過(guò)接收光信號(hào)，用光強(qiáng)度等光學(xué)量參數(shù)來(lái)表示被 測(cè)量的大小。（六） 磁學(xué)法：利用被測(cè)

24、介質(zhì)有關(guān)磁性參數(shù)的差異及被 測(cè)介質(zhì)或敏感元件在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出來(lái)的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量。（七） 射線法：射線穿過(guò)介質(zhì)時(shí)部分能量會(huì)被物資吸收， 吸收程度與射線所穿過(guò)的物資厚度、物資的密度等性質(zhì)有 關(guān)。利17用這些方法可以實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量，或測(cè)量混合物中某 一成分的含量或濃度。（八）生物法：利用生物免疫原理、酶的催化反映原理 等將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的測(cè)量方法。三、基本參數(shù)測(cè)量（一）溫度溫度是表征物體冷熱程度的物理量。 溫度不能直接加以車輛，只 能借助與冷熱不同的物體之間的熱交換以及物體的某些物理性質(zhì)隨 著冷熱程度的不同而變化的特性進(jìn)行間接測(cè)量。溫度的間接測(cè)量方法 可分為接觸式和非接觸式。（二）壓力壓力

25、是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)之一， 許多生產(chǎn)工藝要求在一 定的壓力條件下斤西瓜才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。壓力的測(cè)量方法很多，按照測(cè)量原理可分為四種類型液壓法、 彈 性變形法、負(fù)荷法、壓電法。（三）流量生產(chǎn)過(guò)程中各種流體的性質(zhì)各不相同， 流體的工作狀態(tài)和流體的 黏度、腐蝕性、導(dǎo)電性等也不相同，某些場(chǎng)合還受高溫、高壓或氣液、 液固等混合流體的影響，因此，很難用一種原理或方法車輛不同流體 的流量。目前，測(cè)流量的方法一般有三類：速度式流量檢測(cè)方法、容 積式流量檢測(cè)方法、質(zhì)量式流量檢測(cè)方法。18（四）物位物位是指存在于各種容器內(nèi)的液體便面高度及所在的位置、 或固 體顆粒、物料快料堆積的高度或表面所在的位置， 或兩

26、種不同密度不 相溶的液體間或液體與固體的分界面高度。物位的測(cè)量一般有如下幾種方法：直讀式、浮力式、差壓式、電 學(xué)式、核輻射式、聲學(xué)式等。19第五章測(cè)量不確定度與回歸分析一、測(cè)量誤差任何測(cè)量的目的都是為了獲得被測(cè)量的真實(shí)值。但由于測(cè)量環(huán) 境、測(cè)量方法、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量人員、等因素，測(cè)量結(jié)果總與被測(cè)量 的真實(shí)值不完全一致。（一）量值量是物體可以從數(shù)量上進(jìn)行確定的一種屬性。（1）真值是指在一定的時(shí)間和空間條件下，能夠準(zhǔn)確反映被測(cè) 量真實(shí)狀態(tài)的數(shù)值。真值分為理論真值和約定真值。（2）精度，精度可分為準(zhǔn)確度，精密度和精確度。準(zhǔn)確度反映 測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度，即測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度。精密 度反映測(cè)

27、量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度， 即測(cè)量結(jié)果的分散程度。精 確度反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差綜合的影響程度， 其定量特 征可用測(cè)量的不確定度來(lái)表示。（3）誤差來(lái)源誤差的來(lái)源多種多樣，有測(cè)量環(huán)境不理想、測(cè)量裝置不夠精良、 測(cè)量方法不合理、測(cè)量人員專業(yè)素質(zhì)不達(dá)標(biāo)等。（4）誤差分類誤差分類可格局測(cè)量數(shù)據(jù)中誤差的特征或性質(zhì)將誤差分為是那 種：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。20二、測(cè)量不確定度由于測(cè)量誤差的存在， 被測(cè)量的真值難以確定， 測(cè)量結(jié)果帶有不 確定性。因此有必要對(duì)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量高低程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。 測(cè)量不確 定度就是評(píng)定測(cè)量結(jié)果質(zhì)量高低的一個(gè)重要指標(biāo)。 不確定度越小，測(cè) 量結(jié)果的質(zhì)量越高，使用價(jià)

28、值越大，其測(cè)量水平也越高21第六章自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一、組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由硬件、軟件兩大部分組成。硬件主要包括傳感器、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微處理器、輸入輸出接口等。（一）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（1） 組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有前置放大器、采樣/保持器、多路開關(guān)、總 線、接口及邏輯控制電路等部分構(gòu)成。 前置放大器的主要作用是將傳 感器輸出的微弱信號(hào)放大到系統(tǒng)所要求的電平。而采樣/保持器可以 取出輸入信號(hào)某一瞬時(shí)值并在一定時(shí)間內(nèi)保持不變，它有采樣和保持 兩種工作狀態(tài)。墮落開關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要部件之一，其作用是 切換各路輸入信號(hào)，完成由多路輸入到一路輸出的轉(zhuǎn)換。（2） 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)是，首先需要確定其結(jié)構(gòu)形式

29、，這取決于被測(cè) 信號(hào)的特點(diǎn)、對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求。常用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 形式分為：基本型、同步型、并行型。（二）輸入輸出通道自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入通道是指?jìng)鞲衅髋c微分處理器之間的接口 通道。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，各種傳感器輸出的信號(hào)是千差萬(wàn)別的。從儀器 儀表間的匹配考慮，必須將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電壓 或電流信號(hào)輸出，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)就是各種儀器儀表輸入輸出之間采用統(tǒng)一22規(guī)定的信號(hào)模式。（三）自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件除了硬件基礎(chǔ)外，軟件是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，軟件主要包括主 程序、中斷服務(wù)程序、應(yīng)用功能程序這三部分。主程序由初始化模塊、自診斷模塊、時(shí)鐘管理模塊、其他應(yīng)用功能模塊的調(diào)用等幾部分組成。 中

30、斷服務(wù)程序包括A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序和掉 電保護(hù)中斷服務(wù)程序，分別完成相應(yīng)的中斷處理。應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)主要 包括數(shù)據(jù)的輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等。它是自 動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的主要體現(xiàn)。二、設(shè)計(jì)方案自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在其“自動(dòng)性”，體現(xiàn)為系統(tǒng)可根據(jù)被測(cè)參數(shù)級(jí)外部環(huán)境以及應(yīng)用要求等的變化，靈活自動(dòng)的選擇測(cè)試方案并完成測(cè)試工作。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷如下幾個(gè)步奏：系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、采樣速率的確定、標(biāo)度變換、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、 系統(tǒng)集成和系統(tǒng)維護(hù)等。（一）系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析需要確定系統(tǒng)的功能、 技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)任務(wù)。主要 是對(duì)

31、設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)和方法進(jìn)行全面的分析和研究， 以明 確對(duì)本設(shè)計(jì)提出哪些要求和限制，了解被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)、所要求的技 術(shù)指標(biāo)和使用條件等。（二）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)23自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)電氣連接形式、控制方式、系 統(tǒng)總線選擇和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。電氣連接形式取決與檢測(cè)系統(tǒng)的 復(fù)雜程度和對(duì)可靠性等的要求。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮性能穩(wěn)定、精度符合要求、具有足夠的動(dòng)態(tài) 響應(yīng)、具有實(shí)時(shí)與事后數(shù)據(jù)處理能力、具有開放性和兼容性等要求， 一般要遵循如下七大法則：從整體到局部原則、環(huán)節(jié)最小原則、經(jīng)濟(jì) 性原則、可靠性原則、精度匹配原則、抗干擾能力、標(biāo)準(zhǔn)化與通用性 原則。（三）采樣速率的確定香農(nóng)采樣定理指出：只有采樣頻率大于原始信號(hào)頻譜中最高頻率 的兩倍，采樣結(jié)果才能恢復(fù)原始信號(hào)的特征。 因此在選擇采樣頻率時(shí) 必須對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析，確定型號(hào)中