第1章檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)主編主編 宋雪臣宋雪臣 單振清單振清第1章 檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識知識目標(biāo)知識目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解檢測技術(shù)在我們生活、生產(chǎn)、科通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解檢測技術(shù)在我們生活、生產(chǎn)、科研等方面的重要性；了解測量的概念，掌握測量誤差的特點；研等方面的重要性；了解測量的概念，掌握測量誤差的特點；了解傳感器的作用和分類；掌握自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；了解傳感器的作用和分類；掌握自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；了解自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。了解自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。技能目標(biāo)技能目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握誤差的表達方式，能正確選擇儀通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握誤差的表達方式，能正確選擇儀

2、表進行測量，了解測量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器表進行測量，了解測量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器的基本性能指標(biāo)。的基本性能指標(biāo)。1.1 檢測技術(shù)與我們的生活息息相關(guān)檢測技術(shù)幾乎滲透到人類的一切活動領(lǐng)域，在檢測技術(shù)幾乎滲透到人類的一切活動領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。它不僅給人們帶國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。它不僅給人們帶來巨大的經(jīng)濟效益，改善人們的生活質(zhì)量，還不斷來巨大的經(jīng)濟效益，改善人們的生活質(zhì)量，還不斷推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，成為一些發(fā)達國家最推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，成為一些發(fā)達國家最重要的熱門技術(shù)之一。重要的熱門技術(shù)之一。在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中方面，為了保證在工

3、業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中方面，為了保證生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟地運行，必須對生產(chǎn)生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟地運行，必須對生產(chǎn)過程的某些重要工藝參數(shù)過程的某些重要工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量等如溫度、壓力、流量等)進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如陶瓷隧道窯溫度、進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)如圖壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)如圖1-1所示；超聲波探傷如圖所示；超聲波探傷如圖1-2所示；對容器液位的檢測如圖所示；對容器液位的檢測如圖1-3所示等等。所示等等。圖1-1陶瓷隧道窯溫度、壓力 圖1-2超聲波探傷 圖1-3容器液位的檢測監(jiān)測控制系統(tǒng) v在交通運輸方面，需要對車輛的速度、加速度、

4、在交通運輸方面，需要對車輛的速度、加速度、油料、發(fā)動機溫度等基本參數(shù)進行檢測，為了保油料、發(fā)動機溫度等基本參數(shù)進行檢測，為了保證行駛安全還要裝設(shè)安全氣囊、防滑控制系統(tǒng)、證行駛安全還要裝設(shè)安全氣囊、防滑控制系統(tǒng)、防盜、防抱死系統(tǒng)等等。如圖防盜、防抱死系統(tǒng)等等。如圖1-4和和1-5所示。所示。1-4 安全氣囊 1-5防側(cè)滑系統(tǒng)涉及到的傳感器v在醫(yī)療衛(wèi)生方面，為了提高對病人病情的診斷水在醫(yī)療衛(wèi)生方面，為了提高對病人病情的診斷水平，廣泛采用了先進的檢測設(shè)備，對人體溫度、平，廣泛采用了先進的檢測設(shè)備，對人體溫度、血壓、心腦電波、內(nèi)臟器官等精確檢測。大大提血壓、心腦電波、內(nèi)臟器官等精確檢測。大大提高對疾病

5、的檢查、診斷速度和準(zhǔn)確性，有利于爭高對疾病的檢查、診斷速度和準(zhǔn)確性，有利于爭取時間、對癥治療，增加患者戰(zhàn)勝疾病的機會。取時間、對癥治療，增加患者戰(zhàn)勝疾病的機會。如圖如圖1-6、1-7所示。所示。 圖圖1-6 超聲波檢測超聲波檢測 圖圖1-7 大型醫(yī)療設(shè)備大型醫(yī)療設(shè)備-C型臂型臂v 傳感器和檢測技術(shù)在日常生活中也有著廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)傳感器和檢測技術(shù)在日常生活中也有著廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代家庭中空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、煤氣報警器、電飯煲、代家庭中空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、煤氣報警器、電飯煲、電磁爐等都離不開傳感器。利用傳感器實現(xiàn)對水溫、空氣電磁爐等都離不開傳感器。利用傳感器實現(xiàn)對水溫、空氣溫度、食物加熱

6、溫度的控制，或通過對手的感測來實現(xiàn)對溫度、食物加熱溫度的控制，或通過對手的感測來實現(xiàn)對水龍頭的出水控制等等。如圖水龍頭的出水控制等等。如圖1-8所示。所示。 圖圖1-8 常見家用電器常見家用電器（a）感應(yīng)水龍頭）感應(yīng)水龍頭 （b）電飯煲）電飯煲 （c）電熱水器）電熱水器 （d）電冰箱）電冰箱在航天航空、遙感技術(shù)和軍事方面，需要傳感器對飛機、火在航天航空、遙感技術(shù)和軍事方面，需要傳感器對飛機、火箭等飛行器的飛行速度、加速度、方向和姿態(tài)等參數(shù)進行箭等飛行器的飛行速度、加速度、方向和姿態(tài)等參數(shù)進行檢測；利用紅外光電傳感器、微波傳感器探測氣象、地質(zhì)；檢測；利用紅外光電傳感器、微波傳感器探測氣象、地質(zhì)；

7、利用壓電陶瓷制成導(dǎo)彈引爆裝置等。如圖利用壓電陶瓷制成導(dǎo)彈引爆裝置等。如圖1-9所示。所示。 圖圖1-9 常見航天器、導(dǎo)彈常見航天器、導(dǎo)彈（a）月球車（）月球車（b）火箭）火箭 （c）自引爆炸彈）自引爆炸彈v1.2 測量與測量誤差測量與測量誤差1.2.1測量的概念測量的概念測量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實驗的測量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實驗的方法，把被測量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，以確定方法，把被測量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，以確定出被測量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍出被測量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測量值。測量過程的核心就是比較。數(shù)就是測量值。測量過程的核心就是比較。

8、1.2.2 測量方法測量方法實現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為實現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)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出切實可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。的。下面介紹幾種常用的分類方法。下面介紹幾種常用的分類方法。1. 按測量手續(xù)分類按測量手續(xù)分類按測量手續(xù)不同可分為直接測量、間接測量和聯(lián)立測量。按測量手續(xù)不同可分為直接測量、間接測量和聯(lián)立測量。（1）直接測量）直接測量 直接測量就是用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀表直直接測量就是用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀表直接讀取被測量的測量結(jié)果。

9、優(yōu)點是簡單而迅速，缺點是精接讀取被測量的測量結(jié)果。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。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 間接測量就是利用被測量與某中間量的函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，在被測量的數(shù)值。例如導(dǎo)線電阻率的測量就是間接測量，在這種測量過程中，手續(xù)較多，花費時間較長，有時可以得這種測量過程中，手續(xù)較多，花費時間較長，有時可以得到較高的測量精度。間接測量多用于科學(xué)實

10、驗中的實驗室到較高的測量精度。間接測量多用于科學(xué)實驗中的實驗室測量。測量。v（3）聯(lián)立測量）聯(lián)立測量 聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而被測量又與其他量存在一定的函測量有多個，而被測量又與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。組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個被測量的數(shù)值。例如：在研究熱電阻例如：在研究熱電阻Rt隨溫度變化的規(guī)律時在隨溫度變化的規(guī)律時在一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式Rt=R20+（20）（20）2 式中，式中，R2

11、0、是三個待測的量，是三個待測的量，R20是電是電阻在阻在20時的數(shù)值，時的數(shù)值，、是電阻的溫度系數(shù)。是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測出在依據(jù)此關(guān)系式，測出在t1、t2、t3三個不同測試三個不同測試溫度時導(dǎo)體的電阻溫度時導(dǎo)體的電阻Rt1、Rt2、Rt3，得到聯(lián)立，得到聯(lián)立方程組，通過求解聯(lián)立方程組便可得到方程組，通過求解聯(lián)立方程組便可得到R20、的數(shù)值。的數(shù)值。v 2. 按測量時是否與被測對象接觸分類按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量）接觸式測量 傳感器直接與被測對象接觸，承受被測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，并測量其信號參數(shù)的作用，感受

12、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。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）非接觸式測量 傳感器不與被測對象直接接觸，而是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，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，又可對整體測量法不干擾被測對

13、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(zhǔn)確。數(shù)檢測，它更方便、安全和準(zhǔn)確。v3. 按被測信號的變化情況分類按被測信號的變化情況分類根據(jù)被測信號的變化情況不同分為靜態(tài)測量和動根據(jù)被測信號的變化情況不同分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。態(tài)測量。（1）靜態(tài)測量）靜態(tài)測量 靜態(tài)測量是測量那些不隨時間變靜態(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。屬于靜態(tài)測量，溫度計測氣溫也屬于靜態(tài)測量。（

14、2）動態(tài)測量）動態(tài)測量 動態(tài)測量是測量那些隨時間而變動態(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)化的物理量。如地震儀測量振動波形則屬于動態(tài)測量。測量。v4. 按輸出信號的性質(zhì)分類按輸出信號的性質(zhì)分類根據(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為模擬式測量和數(shù)字根據(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為模擬式測量和數(shù)字式測量。式測量。（1）模擬式測量）模擬式測量 模擬式測量是指測量結(jié)果可根模擬式測量是指測量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進行連續(xù)讀取的測量據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進行連續(xù)讀取的測量方式，如指針式電壓表測電壓。方式，如指針式電壓表測電壓。（2）數(shù)字式測量）數(shù)字式測量 數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形

15、式數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形式直接給出測量結(jié)果的測量方式，如數(shù)字式萬用表直接給出測量結(jié)果的測量方式，如數(shù)字式萬用表的測量。的測量。v 5. 按測量方式分類按測量方式分類按測量方式不同可分為偏差式測量、零位式測量與微差式按測量方式不同可分為偏差式測量、零位式測量與微差式測量。測量。（1）偏差式測量）偏差式測量 用儀表指針的位移（即偏差）決定被測用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的量值，這種測量方法稱為偏差式測量量的量值，這種測量方法稱為偏差式測量.如指針式電壓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

16、較低。簡單、迅速，但測量結(jié)果精度較低。（2）零位式測量）零位式測量 用指零儀表的零位指示檢測測量系統(tǒng)的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(biāo)準(zhǔn)量決定被測平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)平衡時，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測量的量值，這種測量方法稱為零位式測量。例如物理天平、量的量值，這種測量方法稱為零位式測量。例如物理天平、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。速變化的信號。v（3）微差式測量）微差式測量

17、微差式測量是綜合了偏差式測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。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(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，它將被測量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差法測得此差值。例如：設(shè)再用偏差法測得此差值。例如：設(shè)N為標(biāo)準(zhǔn)量，為標(biāo)準(zhǔn)量，x為被測量，為被測量，為二者之差，則為二者之差，則x = N + 。由于。由于N是標(biāo)準(zhǔn)量，其誤差很小，因此可選用高靈敏度是標(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量的偏差式儀表測量，即使測量，即使測量的精度較低，的精度較低，但因但因x值較小，它對總測量值的影響較小，故總值較小，它對

18、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，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)的測而且測量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測量。量。v1.2.3 測量誤差及表達方式測量誤差及表達方式在一定條件下被測物理量客觀存在的實際值，稱在一定條件下被測物理量客觀存在的實際值，稱為真值，真值是一個理想的概念。在實際測量時，為真值，真值是一個理想的概念。在實際測量時，由于實驗方法和實驗設(shè)備的不完善、周圍環(huán)境的由于實驗方法和實驗設(shè)備的不完善、周圍環(huán)境的影響以及人們認(rèn)識能力所限等因素，使得測量值影響以及人們認(rèn)識能力所限等因素，使得測量值與其真

19、值之間不可避免地存在著差異。測量值與與其真值之間不可避免地存在著差異。測量值與真值之間的差值稱為測量誤差。真值之間的差值稱為測量誤差。v測量誤差可用絕對誤差表示，也可用相對誤差表測量誤差可用絕對誤差表示，也可用相對誤差表示。示。絕對誤差v絕對誤差是指測量值與真值之間的差值，它反映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，即了測量值偏離真值的多少，即 v式（式（1-1）中）中A0為被測量真值，為被測量真值， 為被測量實際為被測量實際值。由于真值的不可知性，在實際應(yīng)用時，常用值。由于真值的不可知性，在實際應(yīng)用時，常用實際真值實際真值A(chǔ)代替，即用被測量多次測量的平均值代替，即

20、用被測量多次測量的平均值或上一級標(biāo)準(zhǔn)儀器測得的示值作為實際真值，故或上一級標(biāo)準(zhǔn)儀器測得的示值作為實際真值，故有有 v2. 相對誤差相對誤差相對誤差能夠反映測量值偏離真值的程度，它有相對誤差能夠反映測量值偏離真值的程度，它有以下三種常用形式：以下三種常用形式：（1）實際相對誤差）實際相對誤差 實際相對誤差是指絕對誤差實際相對誤差是指絕對誤差 與被測真值與被測真值 的百分比，用的百分比，用 表示，即表示，即 （1-3）v（2）示值（標(biāo)稱）相對誤差）示值（標(biāo)稱）相對誤差 示值相對誤差是指示值相對誤差是指絕對誤差絕對誤差 與被測量值與被測量值 的百分比，用的百分比，用 表示，即表示，即 （1-4）10

21、00AxA100 xxAxv（3）引用（滿度）相對誤差）引用（滿度）相對誤差 引用相對誤差是指引用相對誤差是指絕對誤差絕對誤差 與儀表滿度值與儀表滿度值A(chǔ)m的百分比的百分比 ， 用用 表示，表示，即即 （1-5）實際上給出的是絕對誤差。當(dāng)實際上給出的是絕對誤差。當(dāng) 取最大值時，其取最大值時，其滿度相對誤差常用來確定儀表的精度等級滿度相對誤差常用來確定儀表的精度等級S，精，精度等級數(shù)值就是取度等級數(shù)值就是取 絕對值并省略百分號得到的。絕對值并省略百分號得到的。例如，若例如，若 =1.5,則精度等級則精度等級S=1.5級。測量級。測量指示儀表的精度等級指示儀表的精度等級S分為分為0.1、0.2、0

22、.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七個等級，這也是工業(yè)檢七個等級，這也是工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常用的精度等級。例如測儀器（系統(tǒng)）常用的精度等級。例如5.0級的級的儀表其滿度相對誤差的正值不會超過儀表量程的儀表其滿度相對誤差的正值不會超過儀表量程的+5，負(fù)值不會低于儀表量程的，負(fù)值不會低于儀表量程的-5。100mmAxxv【例【例1-1】某溫度計的量程范圍為】某溫度計的量程范圍為0500，校驗時該表的最大絕對誤差為校驗時該表的最大絕對誤差為6，試確定該儀，試確定該儀表的精度等級。表的精度等級。解：根據(jù)題意知解：根據(jù)題意知 6， 500，代入，代入1-5式式中可得中可得 該溫度計的基本誤差介于該

23、溫度計的基本誤差介于1.0%與與1.5%之間，因之間，因此該表的精度等級應(yīng)定為此該表的精度等級應(yīng)定為1.5級。級。mx |%2 . 1%1005006%100|mmmAxv 【例【例1-2】現(xiàn)有】現(xiàn)有0.5級的級的0300和和1.0級的級的0100的兩個溫度計，欲測量的兩個溫度計，欲測量80的溫度，試問選用哪一個溫的溫度，試問選用哪一個溫度計好？為什么？度計好？為什么？解：解：0.5級溫度計測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量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、測量級溫度計

24、測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差、測量80時時可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差分別為 （） 計算結(jié)果，顯然用計算結(jié)果，顯然用1.0級溫度計比級溫度計比0.5級溫度計測量時，示級溫度計測量時，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。精度，而是應(yīng)兼顧精度等級和量程。5.10300%5.0|111mmmxv1.2.4 測量誤差的分類測量誤差的分類1. 按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分按誤差表現(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

25、統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。為三種，即系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。（1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差 對同一被測量進行多次重復(fù)測量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。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)律變化的變值固定不變的恒值系差和遵循一定規(guī)律變化的變值系差。例如，標(biāo)準(zhǔn)量值的不準(zhǔn)確及儀表刻度的不系差。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。準(zhǔn)確而引起的誤差。（2）隨機誤差）隨機誤差 對同一被測量

26、進行多次重復(fù)測量時，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。隨機誤差。隨機誤差是測量過程中，許多獨立的、微小的，偶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。然的因素引起的綜合結(jié)果。對隨機誤差的某個單值來說，是沒有規(guī)律、不可預(yù)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

27、計其可以用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法，從理論上估計其對測量結(jié)果的影響。對測量結(jié)果的影響。v（3）粗大誤差：測量結(jié)果明顯地偏離其實際值）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)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。例如，測量人員工境條件的突然變化而引起的。例如，測量人員工作時疏忽大意，出現(xiàn)了讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、計作時疏忽大意，出現(xiàn)了讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、計算錯誤或操作不當(dāng)?shù)取Ａ硗?，測量方法不恰當(dāng)，算錯誤或操作不當(dāng)?shù)?。另外，測量方法不恰當(dāng)，測量條件意外的

28、突然變化，也可能造成粗大誤差。測量條件意外的突然變化，也可能造成粗大誤差。含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值。壞值含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值。壞值應(yīng)從測量結(jié)果中剔除。應(yīng)從測量結(jié)果中剔除。v2. 按被測量與時間關(guān)系劃分按被測量與時間關(guān)系劃分（1）靜態(tài)誤差）靜態(tài)誤差 被測量穩(wěn)定不變時所產(chǎn)生的測量被測量穩(wěn)定不變時所產(chǎn)生的測量誤差稱為靜態(tài)誤差。誤差稱為靜態(tài)誤差。（2）動態(tài)誤差）動態(tài)誤差 被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)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。產(chǎn)生的誤差稱為動態(tài)誤差。v1.2.5 測量

29、誤差的分析與處理測量誤差的分析與處理1. 隨機誤差的分析與處理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，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，得說明存在隨機誤差。在等精度測量情況下，得n個測量值個測量值x1，x2，xn，設(shè)只含有隨機誤，設(shè)只含有隨機誤差差12n。這組測量值或隨機誤差都。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。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)中求出最接近隨機誤差的處

30、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。出測量結(jié)果。v具有正態(tài)分布的隨機誤差如圖具有正態(tài)分布的隨機誤差如圖1-10所示具有以所示具有以下四個特征：下四個特征：（1）對稱性絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的）對稱性絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機會大致相等。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)）單峰性絕對值越小的誤差在測量中出現(xiàn)的概率越大。的概率越大。（3）有界性在一定的測量條件下，隨機誤差）有界性在一定的測量條件下，

31、隨機誤差的絕對值不會超過一定的界限。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）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。數(shù)增加時，隨機誤差的算術(shù)平均值趨向于零。圖1-10 隨機誤差的正態(tài)分布曲線 v 2. 系統(tǒng)誤差的分析與處理系統(tǒng)誤差的分析與處理我們可以從以下幾個方面進行分析考慮。我們可以從以下幾個方面進行分析考慮。（1）所用傳感器、測量儀表或組成元件是否準(zhǔn)）所用傳感器、測量儀表或組成元件是否準(zhǔn)確可靠。比如傳感器或儀表靈敏度不足，儀表刻確可靠。比如傳感器或儀表靈敏度不足，儀表刻度不準(zhǔn)確，變換器、放大器等性能不太優(yōu)良，由度不準(zhǔn)確，變換器

32、、放大器等性能不太優(yōu)良，由這些引起的誤差是常見的誤差。這些引起的誤差是常見的誤差。（2）測量方法是否完善。如用電壓表測量電壓，）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。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)整或放置是否正確）傳感器或儀表安裝、調(diào)整或放置是否正確合理。例如：沒有調(diào)好儀表水平位置，安裝時儀合理。例如：沒有調(diào)好儀表水平位置，安裝時儀表指針偏心等都會引起誤差。表指針偏心等都會引起誤差。v（4）傳感器或儀表工作場所的環(huán)境條件是否符）傳感器或儀表工作場所的環(huán)境條件是否符合規(guī)定條件。例如環(huán)境、溫度、濕度、氣壓等的合規(guī)定條件。例如環(huán)境、溫度、濕度、

33、氣壓等的變化也會引起誤差。變化也會引起誤差。（5）測量者的操作是否正確。例如讀數(shù)時的視）測量者的操作是否正確。例如讀數(shù)時的視差、視力疲勞等都會引起系統(tǒng)誤差。差、視力疲勞等都會引起系統(tǒng)誤差。v發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差一般比較困難，下面只介紹幾種發(fā)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差一般比較困難，下面只介紹幾種發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的一般方法?，F(xiàn)系統(tǒng)誤差的一般方法。（1）實驗對比法）實驗對比法 方法是通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差方法是通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件從而進行不同條件的測量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤的條件從而進行不同條件的測量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。這種方法適用于發(fā)現(xiàn)固定的系統(tǒng)誤差。例如，差。這種方法適用于發(fā)現(xiàn)固定的系統(tǒng)誤差。例如，一臺測量儀表本身存在固定的系

34、統(tǒng)誤差，即使進一臺測量儀表本身存在固定的系統(tǒng)誤差，即使進行多次測量也不能發(fā)現(xiàn)，只有用精度更高一級的行多次測量也不能發(fā)現(xiàn)，只有用精度更高一級的測量儀表測量，才能發(fā)現(xiàn)這臺測量儀表的系統(tǒng)誤測量儀表測量，才能發(fā)現(xiàn)這臺測量儀表的系統(tǒng)誤差差v（2）殘余誤差觀察法）殘余誤差觀察法 這種方法是根據(jù)測量值的這種方法是根據(jù)測量值的殘余誤差的大小和符號的變化規(guī)律，直接由誤差殘余誤差的大小和符號的變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形判斷有無變化的系統(tǒng)誤差。數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形判斷有無變化的系統(tǒng)誤差。圖圖1-11把殘余誤差按測量值先后順序排列，把殘余誤差按測量值先后順序排列， 圖1-11 殘余誤差變化規(guī)律 (a)遞減的

35、變值系統(tǒng)誤差 (b)周期性系統(tǒng)誤差 v（3）準(zhǔn)則檢查法）準(zhǔn)則檢查法 多種準(zhǔn)則供人們檢驗測量數(shù)據(jù)多種準(zhǔn)則供人們檢驗測量數(shù)據(jù)中是否含有系統(tǒng)誤差。不過這些準(zhǔn)則都有一定的中是否含有系統(tǒng)誤差。不過這些準(zhǔn)則都有一定的適用范圍。如馬利科夫判據(jù)是將殘余誤差前后各適用范圍。如馬利科夫判據(jù)是將殘余誤差前后各半分兩組，若半分兩組，若“vi前前”與與“vi后后”之差明顯不之差明顯不為零，則可能含有線性系統(tǒng)誤差。為零，則可能含有線性系統(tǒng)誤差。時進行讀數(shù)等。v系統(tǒng)誤差的消除：系統(tǒng)誤差的消除：（1）在測量結(jié)果中進行修正對于已知的系統(tǒng)誤）在測量結(jié)果中進行修正對于已知的系統(tǒng)誤差，可以用修正值對測量結(jié)果進行修正；對于變差，可以用

36、修正值對測量結(jié)果進行修正；對于變值系統(tǒng)誤差，設(shè)法找出誤差的變化規(guī)律，用修正值系統(tǒng)誤差，設(shè)法找出誤差的變化規(guī)律，用修正公式或修正曲線對測量結(jié)果進行修正；對未知系公式或修正曲線對測量結(jié)果進行修正；對未知系統(tǒng)誤差，則按隨機誤差進行處理。統(tǒng)誤差，則按隨機誤差進行處理。（2）消除系統(tǒng)誤差的根源在測量之前，應(yīng)仔細）消除系統(tǒng)誤差的根源在測量之前，應(yīng)仔細檢查儀表，正確調(diào)整和安裝；防止外界干擾影響；檢查儀表，正確調(diào)整和安裝；防止外界干擾影響；選好觀測位置，消除視差；選擇環(huán)境條件比較穩(wěn)選好觀測位置，消除視差；選擇環(huán)境條件比較穩(wěn)定定v（3）在測量系統(tǒng)中采用補償措施找出系統(tǒng)誤差）在測量系統(tǒng)中采用補償措施找出系統(tǒng)誤差的

37、規(guī)律，在測量過程中自動消除系統(tǒng)誤差。如用的規(guī)律，在測量過程中自動消除系統(tǒng)誤差。如用熱電偶測量溫度時，熱電偶參考端溫度變化會引熱電偶測量溫度時，熱電偶參考端溫度變化會引起系統(tǒng)誤差，消除此誤差的辦法之一是在熱電偶起系統(tǒng)誤差，消除此誤差的辦法之一是在熱電偶回路中加一個冷端補償器，從而進行自動補償。回路中加一個冷端補償器，從而進行自動補償。v（4）實時反饋修正由于自動化測量技術(shù)及微機）實時反饋修正由于自動化測量技術(shù)及微機的應(yīng)用，可用實時反饋修正的辦法來消除復(fù)雜的的應(yīng)用，可用實時反饋修正的辦法來消除復(fù)雜的變化系統(tǒng)誤差。當(dāng)查明某種誤差因素的變化對測變化系統(tǒng)誤差。當(dāng)查明某種誤差因素的變化對測量結(jié)果有明顯的復(fù)

38、雜影響時，應(yīng)盡可能找出其影量結(jié)果有明顯的復(fù)雜影響時，應(yīng)盡可能找出其影響測量結(jié)果的函數(shù)關(guān)系或近似的函數(shù)關(guān)系。在測響測量結(jié)果的函數(shù)關(guān)系或近似的函數(shù)關(guān)系。在測量過程中，用傳感器將這些誤差因素的變化轉(zhuǎn)換量過程中，用傳感器將這些誤差因素的變化轉(zhuǎn)換成某種物理量形式（一般為電量），及時按照其成某種物理量形式（一般為電量），及時按照其函數(shù)關(guān)系，通過計算機算出影響測量結(jié)果的誤差函數(shù)關(guān)系，通過計算機算出影響測量結(jié)果的誤差值，對測量結(jié)果作實時的自動修正。值，對測量結(jié)果作實時的自動修正。v3. 粗大誤差的分析與處理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)如前所述，在對重復(fù)測量所得一組測量值進行數(shù)

39、據(jù)處理之前，首先應(yīng)將具有粗大誤差的可疑數(shù)據(jù)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)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)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。據(jù)進行必要的檢驗。v為了獲得比較準(zhǔn)確的測量結(jié)果，通常要對一個量為了獲得比較準(zhǔn)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：的多次測量數(shù)據(jù)

40、進行分析處理。其處理步驟如下：列出測量數(shù)據(jù)列出測量數(shù)據(jù)x1，x2，x3，xn。求算術(shù)平均值（測量值）求算術(shù)平均值（測量值） 。求剩余誤差（殘差）求剩余誤差（殘差）pi=xi 。用貝塞爾公式計算標(biāo)準(zhǔn)偏差估計值用貝塞爾公式計算標(biāo)準(zhǔn)偏差估計值。利用萊特準(zhǔn)則（利用萊特準(zhǔn)則（3準(zhǔn)則）判別是否存在粗差。準(zhǔn)則）判別是否存在粗差。若若 ，則該次測量值，則該次測量值xi為壞值，剔除為壞值，剔除xi后再按上后再按上述步驟重新計算，直到不存在壞值并且剔除壞值述步驟重新計算，直到不存在壞值并且剔除壞值后的測量次數(shù)不少于后的測量次數(shù)不少于10次為止，如果不滿次為止，如果不滿10次次應(yīng)重新測量。應(yīng)重新測量。v【例【例1-

41、3】用溫度傳感器對某溫度進行】用溫度傳感器對某溫度進行12次等精次等精度測量，測量數(shù)據(jù)（度測量，測量數(shù)據(jù)（）如下）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。要求對該組數(shù)據(jù)進行分析整理，并寫出最后結(jié)果。解解:數(shù)據(jù)處理步驟如下數(shù)據(jù)處理步驟如下（1）記錄填表）記錄填表將測量數(shù)據(jù)將測量數(shù)據(jù)xi(i =1、2、3、12)按測量序按測量序號依次列在表格中。號依次列在表格中。v（2）計算）計算求出測量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值。求出測量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平

42、均值。 計算各測量值的殘余誤差計算各測量值的殘余誤差 當(dāng)計算無誤時，理論上有當(dāng)計算無誤時，理論上有 ，但實際上，由于計算，但實際上，由于計算過程中四舍五入所引入的誤差，此關(guān)系式往往不過程中四舍五入所引入的誤差，此關(guān)系式往往不能滿足。能滿足。計算標(biāo)準(zhǔn)誤差。計算標(biāo)準(zhǔn)誤差。 49.2092.24512112111211_iiniixxnxxxpii02.0111068.44141212npiiv （3）判別壞值）判別壞值本例采用拉依達準(zhǔn)則檢查壞值，因為本例采用拉依達準(zhǔn)則檢查壞值，因為 ，而所有測量值的，而所有測量值的剩余誤差均滿足剩余誤差均滿足 ，顯然數(shù)據(jù)中無壞值。，顯然數(shù)據(jù)中無壞值。（4）寫出測量

43、結(jié)果）寫出測量結(jié)果 =0.006v 所以，測量結(jié)果可表示為所以，測量結(jié)果可表示為 （）018. 049.203_xxnv1.3 傳感器的基本知識傳感器的基本知識1.3.1 傳感器的定義、組成和分類傳感器的定義、組成和分類1. 傳感器的定義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。因而從將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。一般也稱傳感器為變換器、換成電信號的裝置。一般也稱傳感器為變換器、換能器和探測器，

44、其輸出的電信號陸續(xù)輸送給后續(xù)能器和探測器，其輸出的電信號陸續(xù)輸送給后續(xù)配套的測量電路及終端裝置，以便進行電信號的配套的測量電路及終端裝置，以便進行電信號的調(diào)理、分析、記錄或顯示等調(diào)理、分析、記錄或顯示等傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)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)換電路組成組成圖1-12 傳感器組成框圖v敏感元件是傳感器的核心，它在傳感器中直接感敏感元件是傳感器的核心，它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。如圖于轉(zhuǎn)換

45、的非電量。如圖1-13中彈簧管就屬于敏中彈簧管就屬于敏感元件。當(dāng)被測壓力感元件。當(dāng)被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通增大時，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)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。生角位移。圖圖1-13 測量壓力的電位器式壓力傳感器測量壓力的電位器式壓力傳感器1-彈簧管彈簧管 2電位器電位器 3指針指針 4齒輪齒輪v被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電參量，如成電參量，如1-13圖中的電位器，通過機械傳圖中的電位器，通過機械傳動結(jié)構(gòu)將角位移轉(zhuǎn)化成電阻的變化。動結(jié)構(gòu)將角位移轉(zhuǎn)化成電阻的變化。測量

46、轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換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。在圖轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。在圖1-13中，當(dāng)電位器的兩端加上電源后，電位器就組中，當(dāng)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)系成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓的電壓Uo。v2傳感器分類傳感器分類（1）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、）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，等傳感器。這種方法明

47、確表明了傳感器的用途，便于使用者選用。如圖便于使用者選用。如圖1-13所示為壓力傳感器，所示為壓力傳感器，用于測量壓力信號。用于測量壓力信號。（2）按測量原理分類：可分為電阻、電容、電）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)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。如圖理，有利于傳感器的設(shè)計和應(yīng)用。如圖1-13所所示傳感器又稱為電阻式壓力傳感器。示傳感器又稱為電阻式壓力傳感器。v（3）按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類：分為能）按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給

48、形式分類：分為能量變換型（發(fā)電型）和能量控制型（參量型）兩量變換型（發(fā)電型）和能量控制型（參量型）兩種。種。 v（4）按傳感器工作機理分類：分為結(jié)構(gòu)型傳感）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。器和物性型傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是指被測量變化時引起了傳感器結(jié)結(jié)構(gòu)型傳感器是指被測量變化時引起了傳感器結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引起輸出電量變化。構(gòu)發(fā)生改變，從而引起輸出電量變化。v3. 傳感器的命名和代號傳感器的命名和代號（1）傳感器的命名）傳感器的命名傳感器的命名由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。傳感器的命名由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。 主題詞主題詞傳感器；傳感器；第一級修飾語第一級修飾語被測量，包括修

49、飾被測量的定被測量，包括修飾被測量的定語；語；第二級修飾語第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式式”字；字；第三級修飾語第三級修飾語特征描述，指必須強調(diào)的傳感特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以的性能特征，一般可后續(xù)以“型型”字；字；第四級修飾語第四級修飾語主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。靈敏度等）。v（2）傳感器的代號）傳感器的代號傳感器的代號依次為主稱（傳感器）被測量傳感器的代號依次為主稱（傳感器）被測量轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理序號序號主稱主稱

50、傳感器，代號傳感器，代號C；被測量被測量用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。母標(biāo)記。轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。字母標(biāo)記。序號序號用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)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。表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。例：例： CWYYB20傳感器傳感器 C：傳感器主稱，：傳感器主稱，WY：被測量是位移，：被測量是位移，YB：轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換原理是應(yīng)變式，換原理是應(yīng)變式，20，傳感器序號。，傳感器序號。v1.3.2 傳感器的基本特性傳感器

51、的基本特性1. 線性度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)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。但如果傳性關(guān)系，即具有理想的輸出輸入關(guān)系。但如果傳感器非線性的方次不高，輸入量變化范圍較小時，感器非線性的方次不高，輸入量變化范圍較小時，可用一條直線（切線或割線）近似地代表實際曲可用一條直線（切線或割線）近似地代表實際曲線的一段，使傳感器輸出線的一段，使傳感器輸出輸入特性線性化。所輸

52、入特性線性化。所采用的直線稱為擬合直線。圖采用的直線稱為擬合直線。圖1-19所示是常用所示是常用的幾種直線擬合方法。的幾種直線擬合方法。v圖圖1-19 幾種直線擬合方法幾種直線擬合方法(a) 理論擬合理論擬合 (b) 過零旋轉(zhuǎn)擬合過零旋轉(zhuǎn)擬合 (c) 端點連端點連線擬合線擬合 (d) 端點平移擬合端點平移擬合v2. 靈敏度靈敏度 靈敏度靈敏度S是指傳感器的輸出量增量是指傳感器的輸出量增量y與引起輸與引起輸出量增量出量增量y的輸入量增量的輸入量增量x的比值，即的比值，即S=y/x （1-13）v3. 遲滯遲滯傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬袀鞲衅髟谡ㄝ斎肓吭龃螅┓矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐唐?/p>

53、間其輸出程期間其輸出輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯，如圖遲滯，如圖1-21所示。所示。v4. 重復(fù)性重復(fù)性重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度，連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度，如圖如圖1-22所示。所示。 v5分辨力與閥值分辨力與閥值 圖圖 1-22 傳感器重復(fù)性傳感器重復(fù)性分辨力是指傳感器能檢測到被測量的最小增量。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分辨力可用絕對值表示，也可用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)被測量的變化小于分

54、辨力時，傳感器數(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)。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。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，一對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明的，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。辨力。v6穩(wěn)定性穩(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)定度在規(guī)定的時間內(nèi)維持其示

55、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如，某傳感器中儀表輸出電壓在4h內(nèi)的最大變化內(nèi)的最大變化量為量為1.2mV，則用，則用1.2mV/(4h)表示為穩(wěn)定度。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。一定漂移的后，已調(diào)零的儀表的輸出不再為零。一定漂移

56、的現(xiàn)象，在測量前是可以發(fā)現(xiàn)的，應(yīng)重新調(diào)零，但現(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)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)。上的，因而很難發(fā)現(xiàn)。v1.4檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)1.4.1 檢測的基本概念檢測的基本概念所謂檢測就是人們借助于儀器、設(shè)備，利用各種所謂檢測就是人們借助于儀器、設(shè)備，利用各種物理效應(yīng)，采用一定的方法，將客觀世界的有關(guān)物理效應(yīng)，采用一定的方法，將客觀世界的有關(guān)信息通過檢查與測量獲取定性或定量信息的認(rèn)識信息通過檢查與測量獲取定性或定量信息的認(rèn)識過程。這些儀器和設(shè)備的核心部件就是傳感器，過程。這些儀器和設(shè)備的核心部件就

57、是傳感器，傳感器是感知被測量（多為非電量），并把它轉(zhuǎn)傳感器是感知被測量（多為非電量），并把它轉(zhuǎn)化為電量的一種器件或裝置。檢測包含檢查與測化為電量的一種器件或裝置。檢測包含檢查與測量兩個方面，檢查往往是獲取定性信息，而測量量兩個方面，檢查往往是獲取定性信息，而測量則是獲取定量信息。則是獲取定量信息。v1.4.2 自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)在現(xiàn)代的自動檢測系統(tǒng)中，各個組成部分常常以在現(xiàn)代的自動檢測系統(tǒng)中，各個組成部分常常以信息流的過程來劃分，一般可分為信息的獲得、信息流的過程來劃分，一般可分為信息的獲得、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理和信息的輸出等幾個部信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理和信息的輸出等幾個部分。作為一個

58、完整的自動檢測系統(tǒng)，首先應(yīng)獲得分。作為一個完整的自動檢測系統(tǒng)，首先應(yīng)獲得被測量的信息，并通過信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息被測量的信息，并通過信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息變換為電量，然后進行一系列的處理，再用指示變換為電量，然后進行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀將信息輸出，或有計算機對數(shù)據(jù)進行儀或顯示儀將信息輸出，或有計算機對數(shù)據(jù)進行處理等。處理等。v（1） 傳感器傳感器 傳感器是獲得信息的重要手段。圖傳感器是獲得信息的重要手段。圖01中中a部分部分為電阻應(yīng)變式傳感器，它將汽車的重量轉(zhuǎn)化為相為電阻應(yīng)變式傳感器，它將汽車的重量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。應(yīng)的電信號。（2） 信號處理電路信號處理電路 傳感器輸出的信號

59、常常需要加工和處理，如放大、傳感器輸出的信號常常需要加工和處理，如放大、調(diào)制、解調(diào)、濾波、運算以及數(shù)字化等，通常由調(diào)制、解調(diào)、濾波、運算以及數(shù)字化等，通常由信號處理電路來完成。它的主要作用是把傳感器信號處理電路來完成。它的主要作用是把傳感器輸出的電學(xué)量變成具有一定功率的模擬電壓（電輸出的電學(xué)量變成具有一定功率的模擬電壓（電流）信號或數(shù)字信號，以推動后級的輸出顯示或流）信號或數(shù)字信號，以推動后級的輸出顯示或記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機構(gòu)。如圖記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機構(gòu)。如圖01中中b部分為信號處理電路。部分為信號處理電路。v（3） 顯示裝置顯示裝置 測量的目的是使人們了解被測量的數(shù)值，所

60、以必測量的目的是使人們了解被測量的數(shù)值，所以必須有顯示裝置。目前常用的顯示裝置有四種：模須有顯示裝置。目前常用的顯示裝置有四種：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示和記錄儀。模擬顯擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示和記錄儀。模擬顯示是指利用指針對標(biāo)尺的相對位置來表示讀數(shù)，示是指利用指針對標(biāo)尺的相對位置來表示讀數(shù)，如毫伏表、毫安表等；數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式如毫伏表、毫安表等；數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式來顯示讀數(shù)，目前大多用來顯示讀數(shù)，目前大多用LED或或LCD數(shù)碼管來顯數(shù)碼管來顯示；圖像顯示是指用屏幕顯示（示；圖像顯示是指用屏幕顯示（CRT）讀數(shù)或被）讀數(shù)或被測參數(shù)變化的曲線；記錄儀主要用來記錄被測量測參數(shù)變化的曲