徐科軍主編傳感器與檢測(cè)技術(shù)第一章緒論

1、2基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)定義、分類定義、分類發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)選用原則選用原則一般特性一般特性傳感器原理檢測(cè)技術(shù)變電抗式傳感器變電抗式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器光電式傳感器光電式傳感器電動(dòng)勢(shì)式傳感器電動(dòng)勢(shì)式傳感器溫度傳感器溫度傳感器流量傳感器流量傳感器成分檢測(cè)傳感器成分檢測(cè)傳感器課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、檢測(cè)電路及其典型應(yīng)用參數(shù)、檢測(cè)電路及其典型應(yīng)用3實(shí)踐性強(qiáng)實(shí)踐性強(qiáng)課程特點(diǎn)：課程特點(diǎn)： 期望逐步解決側(cè)重課本教學(xué)中存在的一些問題：期望逐步解決側(cè)重課本教學(xué)中存在的一些問題：1.1.傳感器部分沒有實(shí)物對(duì)象、枯燥無味；傳感器部分沒有實(shí)物對(duì)象、枯

2、燥無味；2.2.信號(hào)分析理論部分深?yuàn)W、難懂。信號(hào)分析理論部分深?yuàn)W、難懂。教學(xué)方法：教學(xué)方法： 理論教學(xué)理論教學(xué)案例教學(xué)案例教學(xué) 三者結(jié)合三者結(jié)合實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)4本章教學(xué)本章教學(xué): :p掌握傳感器常用特性的定義和計(jì)算方法；掌握傳感器常用特性的定義和計(jì)算方法；5 第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)概述技術(shù)概述 第二第二節(jié)節(jié) 傳感器傳感器概述概述 第三第三節(jié)節(jié) 測(cè)量誤差測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)處理 第四第四節(jié)節(jié) 傳感器傳感器的一般特性的一般特性 第五第五節(jié)節(jié) 傳感器傳感器的標(biāo)定和的標(biāo)定和校準(zhǔn)校準(zhǔn) 本章本章重點(diǎn)：傳感器精度分類、靈敏度、非線性誤差分析；重點(diǎn)：傳感器精度分類、靈敏度、非線性誤差分析；本

3、章難點(diǎn)本章難點(diǎn)：傳感器精度分類、靈敏度、非線性誤差分析。：傳感器精度分類、靈敏度、非線性誤差分析。本章教學(xué)本章教學(xué): :6測(cè)試手段就是儀器儀表測(cè)試手段就是儀器儀表 在工程上所要測(cè)量的參數(shù)大多數(shù)為非電量，促使人們用電在工程上所要測(cè)量的參數(shù)大多數(shù)為非電量，促使人們用電測(cè)的方法來研究非電量，即研究用電測(cè)的方法測(cè)量非電量測(cè)的方法來研究非電量，即研究用電測(cè)的方法測(cè)量非電量的儀器儀表，研究如何能正確和快速地測(cè)得非電量的技術(shù)。的儀器儀表，研究如何能正確和快速地測(cè)得非電量的技術(shù)。非電量電測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：非電量電測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、能自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量、可以測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、能自動(dòng)連續(xù)地

4、進(jìn)行測(cè)量、可以進(jìn)行遙測(cè)、便于自動(dòng)記錄、可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)處進(jìn)行遙測(cè)、便于自動(dòng)記錄、可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、可采用微處理器做成智能儀表、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)理、可采用微處理器做成智能儀表、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換等。換等。7傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。 傳感器是邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器是邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)?？梢姡瑐鞲衅骷夹g(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面起著重要可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步

5、等方面起著重要作用。作用。傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。傳感器的作用傳感器的作用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的部電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的部件有方向盤、轉(zhuǎn)向柱、件有方向盤、轉(zhuǎn)向柱、

6、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感器、轉(zhuǎn)向齒向力矩傳感器、轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)及輪、轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向助力控制單元組成轉(zhuǎn)向助力控制單元組成 9 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器為光電式傳感方向盤轉(zhuǎn)角傳感器為光電式傳感器，安裝于轉(zhuǎn)向柱上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤器，安裝于轉(zhuǎn)向柱上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向柱帶動(dòng)傳感器的轉(zhuǎn)子隨方向時(shí)，轉(zhuǎn)向柱帶動(dòng)傳感器的轉(zhuǎn)子隨方向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光源就會(huì)通過轉(zhuǎn)子縫隙盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光源就會(huì)通過轉(zhuǎn)子縫隙照在傳感器的感光元件上產(chǎn)生信號(hào)電照在傳感器的感光元件上產(chǎn)生信號(hào)電壓。由于轉(zhuǎn)子縫隙間隔大小不同，故壓。由于轉(zhuǎn)子縫隙間隔大小不同，故產(chǎn)生的信號(hào)電壓變化也不同產(chǎn)生的信號(hào)電壓變化也不同 轉(zhuǎn)向力矩

7、傳感器為磁阻式傳感轉(zhuǎn)向力矩傳感器為磁阻式傳感器，其磁阻傳感元件和轉(zhuǎn)向小齒輪連器，其磁阻傳感元件和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊為一體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向接塊為一體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向柱連接塊和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊反向運(yùn)柱連接塊和轉(zhuǎn)向小齒輪連接塊反向運(yùn)動(dòng)，即磁性轉(zhuǎn)子和磁阻傳感元件反向動(dòng)，即磁性轉(zhuǎn)子和磁阻傳感元件反向運(yùn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)向力矩的大小可以被測(cè)運(yùn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)向力矩的大小可以被測(cè)量出來并傳遞給控制單元量出來并傳遞給控制單元 10典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷示意圖典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷示意圖11測(cè)控技術(shù)在交通領(lǐng)域監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用測(cè)控技術(shù)在交通領(lǐng)域監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用12智能家居中應(yīng)用智能家居中應(yīng)用13網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

8、絡(luò)在在智智能能建建筑筑應(yīng)應(yīng)用用14網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化環(huán)環(huán)境境動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖15水源水源安全安全遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)圖圖16滑坡位移監(jiān)測(cè)儀及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滑坡位移監(jiān)測(cè)儀及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 植物生理監(jiān)控系統(tǒng)植物生理監(jiān)控系統(tǒng) 1718密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)/ /移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。 19 生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè) 切削

9、力傳感器，加工切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波噪聲傳感器，超聲波測(cè)距傳感器、紅外接測(cè)距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等。近開關(guān)傳感器等。20在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立流程。通常建立2424小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油管道、儲(chǔ)油罐等壓力油罐等壓力容器的破損容器的破損和泄漏檢測(cè)和泄漏檢測(cè)揚(yáng)子石化揚(yáng)子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)熱電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)陽邏電廠陽邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)汽輪機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)荊門電廠荊門電廠200M

10、W機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)寶鋼寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼精軋寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動(dòng)紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動(dòng)紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)21 在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。 汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻

11、水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位.22鼠標(biāo)鼠標(biāo):光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風(fēng)麥克風(fēng):電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:A/D卡卡 + D/A卡卡軟驅(qū)軟驅(qū):速度速度,位置伺服位置伺服PCPC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用232424 未來的戰(zhàn)爭(zhēng)一定程度上

12、可以稱之為傳感器戰(zhàn)爭(zhēng)。未來戰(zhàn)場(chǎng)將布滿各未來的戰(zhàn)爭(zhēng)一定程度上可以稱之為傳感器戰(zhàn)爭(zhēng)。未來戰(zhàn)場(chǎng)將布滿各種傳感器，它們既包括電視攝像機(jī)、激光雷達(dá)、成像雷達(dá)、微光夜視種傳感器，它們既包括電視攝像機(jī)、激光雷達(dá)、成像雷達(dá)、微光夜視儀、制冷和非制冷熱像儀等可視設(shè)備，也包括聲傳感器、震動(dòng)傳感器、儀、制冷和非制冷熱像儀等可視設(shè)備，也包括聲傳感器、震動(dòng)傳感器、磁傳感器、氣象傳感器和探測(cè)生化戰(zhàn)劑的傳感器，當(dāng)然也可能出現(xiàn)目磁傳感器、氣象傳感器和探測(cè)生化戰(zhàn)劑的傳感器，當(dāng)然也可能出現(xiàn)目前尚未問世或成熟的其它傳感器。這些傳感器將為指揮人員和士兵收前尚未問世或成熟的其它傳感器。這些傳感器將為指揮人員和士兵收集大量的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息

13、，使他們擁有全面的信息優(yōu)勢(shì)，從而最大限度集大量的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，使他們擁有全面的信息優(yōu)勢(shì)，從而最大限度地增強(qiáng)他們的攻擊威力。地增強(qiáng)他們的攻擊威力。在軍事和航天領(lǐng)域的應(yīng)用在軍事和航天領(lǐng)域的應(yīng)用2526美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器-OICW 夜視瞄準(zhǔn)夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20mm20mm高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設(shè)定引爆時(shí)間。目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設(shè)定引爆時(shí)間。27

14、美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD1.1.地基攔截器地基攔截器2.2.早期預(yù)警系統(tǒng)早期預(yù)警系統(tǒng)3.3.前沿部署前沿部署( (如雷達(dá)）如雷達(dá)）4.4.管理與控制系統(tǒng)管理與控制系統(tǒng)5. 5. 衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng): 探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；彈的飛行軌道；攔截器：能識(shí)別真假?gòu)棓r截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方頭，敵友方28飛行器測(cè)控飛行器測(cè)控 - 檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱 火箭測(cè)控火箭測(cè)控 - 檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡 29“阿波

15、羅阿波羅10”：火箭部分火箭部分-2077個(gè)傳感器個(gè)傳感器飛船部分飛船部分-1218個(gè)傳感器個(gè)傳感器檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)參數(shù)-加速度、溫度、壓力、加速度、溫度、壓力、 振動(dòng)、流量、應(yīng)變、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、 聲學(xué)等聲學(xué)等神州飛船：神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置臺(tái)（套）儀器裝置軍事戰(zhàn)斗力軍事戰(zhàn)斗力30 綜上所述，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與我們的生產(chǎn)、生活密切相綜上所述，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與我們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。它是自動(dòng)化領(lǐng)域的重要組成部分，尤其在自動(dòng)控制中，關(guān)。它是自動(dòng)化領(lǐng)域的重要組成部分，尤其在自動(dòng)控制中，如果對(duì)控制參數(shù)不能有效準(zhǔn)確的檢測(cè)，控制就成為如果對(duì)控制參數(shù)不能有效準(zhǔn)確的檢測(cè)，控制就成為無源之無源之水，無本之

16、木水，無本之木。3132n不斷提高儀器的性能、可靠性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。不斷提高儀器的性能、可靠性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。n開發(fā)新型傳感器。開發(fā)新型傳感器。n開發(fā)傳感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工藝。開發(fā)傳感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工藝。n微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與儀器儀表微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與儀器儀表和傳感器的結(jié)合，構(gòu)成新一代智能化測(cè)試系統(tǒng)，使測(cè)量精和傳感器的結(jié)合，構(gòu)成新一代智能化測(cè)試系統(tǒng)，使測(cè)量精度、自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。度、自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。n研究集成化、多功能和智能化傳感器或測(cè)試系統(tǒng)。研究集成化、多功能和智能化傳感器或測(cè)試系統(tǒng)。33n根據(jù)中華

17、人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87GB7665-87）n傳感器（傳感器（Transducer/SensorTransducer/Sensor）：能感受規(guī)定的被）：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置。件和裝置。34 傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)； 它的輸出量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是它的輸出量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是 化化學(xué)量、生物量等；學(xué)量、生物量等； 它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、它的輸出量是某種物理量，這

18、種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量； 輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。包含的概念：35n敏感元件敏感元件 直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量n轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 敏感元件的輸出就是它的輸入，摶換成電路參量敏感元件的輸出就是它的輸入，摶換成電路參量n轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出36物理型、化學(xué)型、生物型物理型、

19、化學(xué)型、生物型構(gòu)成原理構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :物理學(xué)中場(chǎng)的定律物理學(xué)中場(chǎng)的定律物性型物性型: :物質(zhì)定律物質(zhì)定律能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換能量控制型能量控制型能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型物理原理：物理原理：用用 途：途： 位移、壓力、振動(dòng)、溫度位移、壓力、振動(dòng)、溫度電參量式傳感器、磁電傳感器、壓電式傳感器等電參量式傳感器、磁電傳感器、壓電式傳感器等工作機(jī)理：工作機(jī)理：37（1 1）等精度測(cè)量）等精度測(cè)量（2 2）非等精度測(cè)量）非等精度測(cè)量（3 3）真值）真值（4 4）實(shí)際值）實(shí)際值有關(guān)測(cè)量技術(shù)中的部分名詞有關(guān)測(cè)量技術(shù)中的部分名詞（5 5）標(biāo)稱值）標(biāo)稱值（6 6）示值）示值（7 7）測(cè)量誤差）測(cè)量誤差（1 1）

20、系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差誤差的分類誤差的分類（2 2）隨機(jī)誤差）隨機(jī)誤差（3 3）粗大誤差）粗大誤差38n反映測(cè)量結(jié)果與真值接近程度的量反映測(cè)量結(jié)果與真值接近程度的量 (1)(1)準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度 (2)(2)精密度精密度 (3)(3)精確度精確度 n對(duì)于具體的測(cè)量，精密度高的而準(zhǔn)確度不一定高，對(duì)于具體的測(cè)量，精密度高的而準(zhǔn)確度不一定高，準(zhǔn)確度高的精密度不一定高，但精確度高，則精準(zhǔn)確度高的精密度不一定高，但精確度高，則精密度和準(zhǔn)確度都高。密度和準(zhǔn)確度都高。39(1) (1) 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差(2) (2) 相對(duì)誤差相對(duì)誤差40(1) (1) 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差n絕對(duì)誤差是示值與被測(cè)量真值之間的差值。設(shè)被測(cè)

21、量的真值絕對(duì)誤差是示值與被測(cè)量真值之間的差值。設(shè)被測(cè)量的真值為為A A0 0，器具的標(biāo)稱值或示值為，器具的標(biāo)稱值或示值為x x，則絕對(duì)誤差為，則絕對(duì)誤差為 n由于一般無法求得真值由于一般無法求得真值A(chǔ) A0 0，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常用精度高一級(jí)的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常用精度高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)器具的示值，即實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)器具的示值，即實(shí)際值A(chǔ) A代替真值代替真值A(chǔ) A0 0。x x與與A A之差稱為測(cè)之差稱為測(cè)量器具的示值誤差，記為量器具的示值誤差，記為 通常以此值來代表絕對(duì)誤差。通常以此值來代表絕對(duì)誤差。0 xxA xxA 41(1) (1) 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差- -修正值修正值n為了消除系統(tǒng)誤差用代數(shù)法加到測(cè)量結(jié)果

22、上的值稱為修為了消除系統(tǒng)誤差用代數(shù)法加到測(cè)量結(jié)果上的值稱為修正值，常用正值，常用C C表示。將測(cè)得示值加上修正值后可得到真表示。將測(cè)得示值加上修正值后可得到真值的近似值，即值的近似值，即 A A0 0= x+C = x+C （1.3.31.3.3）由此得由此得C =AC =A0 0-x -x （1.3.41.3.4）n在實(shí)際工作中，可以用實(shí)際值在實(shí)際工作中，可以用實(shí)際值A(chǔ) A近似真值近似真值A(chǔ) A0 0，則（，則（1.3.41.3.4）式變?yōu)槭阶優(yōu)镃 =A-x=- x C =A-x=- x （1.3.51.3.5）n修正值與誤差值大小相等、符號(hào)相反，測(cè)得值加修正值修正值與誤差值大小相等、符號(hào)相

23、反，測(cè)得值加修正值可以消除該誤差的影響可以消除該誤差的影響 42(2) (2) 相對(duì)誤差相對(duì)誤差相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與被測(cè)量的約定值之比。相對(duì)誤差相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與被測(cè)量的約定值之比。相對(duì)誤差有以下表現(xiàn)形式：有以下表現(xiàn)形式： 實(shí)際相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差: : 示值相對(duì)誤差。示值相對(duì)誤差。 滿度（引用）相對(duì)誤差滿度（引用）相對(duì)誤差 100%AxA100%xxx100%nnxrx43(2) (2) 相對(duì)誤差相對(duì)誤差- -最大允許誤差指示儀表的最大滿度誤差不許超過該儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)，指示儀表的最大滿度誤差不許超過該儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)，即即 （1.3.9） 當(dāng)示值為當(dāng)示值為x x時(shí)可能產(chǎn)生的最

24、大相對(duì)誤差為時(shí)可能產(chǎn)生的最大相對(duì)誤差為 （1.3.11）用儀表測(cè)量示值為用儀表測(cè)量示值為x x的被測(cè)量時(shí)，比值越大，測(cè)量結(jié)果的相的被測(cè)量時(shí)，比值越大，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差越大。選用儀表時(shí)要考慮被測(cè)量的大小越接近儀表上對(duì)誤差越大。選用儀表時(shí)要考慮被測(cè)量的大小越接近儀表上限越好。被測(cè)量的值應(yīng)大于其測(cè)量上限的限越好。被測(cè)量的值應(yīng)大于其測(cè)量上限的2/32/3。100%mnmnxax%mnmxxraxx44（1 1）正態(tài)分布）正態(tài)分布（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)（3 3）測(cè)量的極限誤差）測(cè)量的極限誤差45（1 1）正態(tài)分布）正態(tài)分布 隨機(jī)誤差是以不可預(yù)定的方式變化著的誤差，但在隨機(jī)誤差

25、是以不可預(yù)定的方式變化著的誤差，但在一定條件下服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律一定條件下服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 22212yfe 22212Fed 0Efd 22fd46（1 1）正態(tài)分布）正態(tài)分布- -分布規(guī)律（1 1）對(duì)稱性。）對(duì)稱性。絕對(duì)值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等。絕對(duì)值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等。（2 2）單峰性。）單峰性。絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多。絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多。（3 3）有界性。）有界性。一定的測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定界限。一定的測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定界限。（4 4）抵償性。）抵償性。隨測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算

26、術(shù)平均值趨向于零。隨測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨向于零。47（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo) 由于隨機(jī)誤差大部分按正態(tài)分布規(guī)律出現(xiàn)的，由于隨機(jī)誤差大部分按正態(tài)分布規(guī)律出現(xiàn)的，具有統(tǒng)計(jì)意義，通常以正態(tài)分布曲線的兩個(gè)參數(shù)具有統(tǒng)計(jì)意義，通常以正態(tài)分布曲線的兩個(gè)參數(shù)算術(shù)平均值和均方根誤差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。算術(shù)平均值和均方根誤差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。 （1 1）算術(shù)平均值）算術(shù)平均值 （2 2）標(biāo)準(zhǔn)差）標(biāo)準(zhǔn)差48（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-算術(shù)平均值121nniixxxxxnn10niixAxn當(dāng)測(cè)量次數(shù)為無限次時(shí)，所有測(cè)量值的算術(shù)平均值即等于真值，當(dāng)測(cè)量次數(shù)為無限次時(shí)，所有測(cè)量值的算術(shù)平均值即等于真值，事

27、實(shí)上是不可能無限次測(cè)量，即真值難以達(dá)到。但是，隨著測(cè)量事實(shí)上是不可能無限次測(cè)量，即真值難以達(dá)到。但是，隨著測(cè)量次數(shù)的增加，算術(shù)平均值也就越接近真值。次數(shù)的增加，算術(shù)平均值也就越接近真值。因此，以算術(shù)平均值作為真值是既可靠又合理的。因此，以算術(shù)平均值作為真值是既可靠又合理的。 49（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)差 測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差 測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差50（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)差 測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差在等精度測(cè)量列中，單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差在等精度測(cè)量列中，單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差 （1.3.18）式中，式

28、中，n n測(cè)量次數(shù)；測(cè)量次數(shù)； 每次測(cè)量中相應(yīng)各測(cè)量值的隨機(jī)誤差。每次測(cè)量中相應(yīng)各測(cè)量值的隨機(jī)誤差。2222112nininni51（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)差 測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)際工作中用殘差來近似代替隨機(jī)誤差求標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值實(shí)際工作中用殘差來近似代替隨機(jī)誤差求標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值 貝塞爾（貝塞爾（BesselBessel）公式）公式 111222221nvnvvvniin52（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)差 測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差xn式中，式中， 算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差（均方根誤差）；算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差（均方根誤差）； 測(cè)量列中單次測(cè)

29、量的標(biāo)準(zhǔn)差；測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差； n n 測(cè)量次數(shù)測(cè)量次數(shù)x當(dāng)測(cè)量次數(shù)當(dāng)測(cè)量次數(shù)n n愈大時(shí)，算術(shù)平均值愈接近被測(cè)量的真值，愈大時(shí)，算術(shù)平均值愈接近被測(cè)量的真值，測(cè)量精度也越高。測(cè)量精度也越高。53（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-測(cè)量的極限誤差（1 1）單次測(cè)量的極限誤差）單次測(cè)量的極限誤差 （2 2）算術(shù)平均值的極限誤差）算術(shù)平均值的極限誤差54（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差隨機(jī)誤差在隨機(jī)誤差在至至范圍內(nèi)概率為：范圍內(nèi)概率為： 經(jīng)變換，經(jīng)變換，(1.3.22(1.3.22）式為）式為2202()2( )2ttPedtt 若某隨機(jī)誤差在若某

30、隨機(jī)誤差在t t 范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率為范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率為2(2(),),則超出該誤差范圍的概率為則超出該誤差范圍的概率為1 2 ( ) t t121222dededeP02222222221)(55（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差t t|=t|=t不超出不超出|的概的概率率22（）（）超出超出 |的概的概率率1-21-2（）（）0.670.670.670.670.49720.49720.50280.50281 1110.68260.68260.31740.31742 2220.95440.95440.04560.04563 3330.99730.9

31、9730.00270.00274 4440.99990.99990.00010.0001幾個(gè)幾個(gè)典型典型 t t值的值的概率概率情況情況分析分析56（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差單次測(cè)量的極限誤差當(dāng)當(dāng)t=3t=3時(shí)，即時(shí)，即|=3 |=3 時(shí)時(shí), ,誤差不超過誤差不超過|的概率為的概率為99.73%,99.73%,通常把這個(gè)誤差稱為單次測(cè)量的極限誤差通常把這個(gè)誤差稱為單次測(cè)量的極限誤差limlimx,x,即即limlimx x = =3 3 57（2 2）隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)-測(cè)量的極限誤差算術(shù)平均值的極限誤差測(cè)量列的算術(shù)平均值與被測(cè)量的真值之差測(cè)量列的算術(shù)平均值

32、與被測(cè)量的真值之差 當(dāng)多個(gè)測(cè)量列算術(shù)平均值誤差為正態(tài)分布時(shí)，得到測(cè)量列算當(dāng)多個(gè)測(cè)量列算術(shù)平均值誤差為正態(tài)分布時(shí)，得到測(cè)量列算術(shù)平均值的極限誤差表達(dá)式為術(shù)平均值的極限誤差表達(dá)式為 式中的式中的t t為置信系數(shù)，為算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差。為置信系數(shù)，為算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差。0 xxAlimxxtlim3xx581. 1. 系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)2. 2. 系統(tǒng)誤差的削弱和消除系統(tǒng)誤差的削弱和消除59（1 1）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)60（1 1）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)因測(cè)量原理或使用方法不當(dāng)引入系統(tǒng)誤差時(shí)，可以通過理論分析和計(jì)因測(cè)量原理或使用方法不當(dāng)引入系統(tǒng)誤差時(shí)，可以通過理論分析和計(jì)算

33、的方法加以修正。算的方法加以修正。實(shí)驗(yàn)對(duì)比法是改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件進(jìn)行不同條件的測(cè)量，以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比法是改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件進(jìn)行不同條件的測(cè)量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，這種方法適用于發(fā)現(xiàn)恒定系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差，這種方法適用于發(fā)現(xiàn)恒定系統(tǒng)誤差。根據(jù)測(cè)量列的各個(gè)殘余誤差的大小和符號(hào)變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)根據(jù)測(cè)量列的各個(gè)殘余誤差的大小和符號(hào)變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形來判斷有無系統(tǒng)誤差，這種方法主要適用于發(fā)現(xiàn)有規(guī)或誤差曲線圖形來判斷有無系統(tǒng)誤差，這種方法主要適用于發(fā)現(xiàn)有規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。律變化的系統(tǒng)誤差。61（1 1）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn) 用于發(fā)現(xiàn)累進(jìn)性系統(tǒng)誤差用于發(fā)現(xiàn)累進(jìn)性系統(tǒng)誤

34、差馬利科夫準(zhǔn)則：設(shè)對(duì)某一被測(cè)量進(jìn)行馬利科夫準(zhǔn)則：設(shè)對(duì)某一被測(cè)量進(jìn)行n n次等精度測(cè)量，按測(cè)量先后順序次等精度測(cè)量，按測(cè)量先后順序得到測(cè)量值得到測(cè)量值x x1 1，x x2 2，x xn n，相應(yīng)的殘差為，相應(yīng)的殘差為v v1 1，v v2 2，v vn n。把前面一半。把前面一半和后面一半數(shù)據(jù)的殘差分別求和，然后取其差值和后面一半數(shù)據(jù)的殘差分別求和，然后取其差值 用于發(fā)現(xiàn)周期性系統(tǒng)誤差用于發(fā)現(xiàn)周期性系統(tǒng)誤差阿卑阿卑- -赫梅特準(zhǔn)則：赫梅特準(zhǔn)則： 11kniiii kMvv 111ni iiAvv21An則認(rèn)為測(cè)量列中含有周期性系統(tǒng)誤差。則認(rèn)為測(cè)量列中含有周期性系統(tǒng)誤差。 當(dāng)存在 設(shè) 62（1

35、1）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn) 對(duì)同一量進(jìn)行多組測(cè)量，得到很多數(shù)據(jù)，通過多組計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)同一量進(jìn)行多組測(cè)量，得到很多數(shù)據(jù)，通過多組計(jì)算數(shù)據(jù)比較，若不存在系統(tǒng)誤差，其比較結(jié)果應(yīng)滿足隨機(jī)誤差條件，否比較，若不存在系統(tǒng)誤差，其比較結(jié)果應(yīng)滿足隨機(jī)誤差條件，否則可認(rèn)為存在系統(tǒng)誤差。則可認(rèn)為存在系統(tǒng)誤差。任意兩組結(jié)果之間不存在系統(tǒng)誤差的標(biāo)志是任意兩組結(jié)果之間不存在系統(tǒng)誤差的標(biāo)志是222ijijxx63（2 2）系統(tǒng)誤差的削弱和消除n從產(chǎn)生誤差源上消除系統(tǒng)誤差從產(chǎn)生誤差源上消除系統(tǒng)誤差n引入修正值法引入修正值法n零位式測(cè)量法零位式測(cè)量法n補(bǔ)償法補(bǔ)償法n對(duì)照法對(duì)照法64（2 2）系統(tǒng)誤差的削弱和消除1）從產(chǎn)生

36、誤差源上消除系統(tǒng)誤差）從產(chǎn)生誤差源上消除系統(tǒng)誤差 從生產(chǎn)誤差源上消除誤差是最根本的方法，它要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段從硬件從生產(chǎn)誤差源上消除誤差是最根本的方法，它要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段從硬件和軟件方面采取必要的補(bǔ)償措施和修正措施，或者采取合適的使用方法將誤差和軟件方面采取必要的補(bǔ)償措施和修正措施，或者采取合適的使用方法將誤差從產(chǎn)生根源上加以消除。從產(chǎn)生根源上加以消除。2）引入修正值法）引入修正值法 知道修正值后，將測(cè)量結(jié)果的指示值加上修正值，就可得到被測(cè)量的實(shí)際知道修正值后，將測(cè)量結(jié)果的指示值加上修正值，就可得到被測(cè)量的實(shí)際值。智能傳感器更容易采用該方法。值。智能傳感器更容易采用該方法。6565（2 2）

37、系統(tǒng)誤差的削弱和消除3）零位式測(cè)量法）零位式測(cè)量法 這種方法是標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量相比較的測(cè)量方法，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量誤差主要取這種方法是標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量相比較的測(cè)量方法，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量誤差主要取決于參加比較的標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差，而標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差可以做的很小。這種方法決于參加比較的標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差，而標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差可以做的很小。這種方法要求檢測(cè)系統(tǒng)有足夠的靈敏度，如自動(dòng)平衡顯示儀表。要求檢測(cè)系統(tǒng)有足夠的靈敏度，如自動(dòng)平衡顯示儀表。4）補(bǔ)償法）補(bǔ)償法66（2 2）系統(tǒng)誤差的削弱和消除5）對(duì)照法）對(duì)照法67：如果對(duì)被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)等精度測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)為如果對(duì)被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)等精度測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)為x x1 1，x x

38、2 2，x xd d, ,，x xn n 其標(biāo)準(zhǔn)差為其標(biāo)準(zhǔn)差為，如果其中某一項(xiàng)殘差，如果其中某一項(xiàng)殘差v vd d大于三倍標(biāo)大于三倍標(biāo)準(zhǔn)差，即準(zhǔn)差，即 則認(rèn)為則認(rèn)為v vd d為粗大誤差，與其對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)為粗大誤差，與其對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)x xd d是壞是壞值，應(yīng)從測(cè)量列測(cè)量數(shù)據(jù)中刪除。值，應(yīng)從測(cè)量列測(cè)量數(shù)據(jù)中刪除。3dV68: :從獲得數(shù)據(jù)起到得出結(jié)論為止的整個(gè)數(shù)據(jù)加從獲得數(shù)據(jù)起到得出結(jié)論為止的整個(gè)數(shù)據(jù)加工過程。工過程。 常用方法常用方法: : 列表法、作圖法和最小二乘法擬合。列表法、作圖法和最小二乘法擬合。是指測(cè)量結(jié)果的最可信賴值應(yīng)在殘余是指測(cè)量結(jié)果的最可信賴值應(yīng)在殘余誤差平方和為最小的條件

39、下求出。在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，誤差平方和為最小的條件下求出。在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，兩個(gè)變量間的線性關(guān)系是一種最簡(jiǎn)單、也是最理想的兩個(gè)變量間的線性關(guān)系是一種最簡(jiǎn)單、也是最理想的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)關(guān)系。 69設(shè)有設(shè)有n n組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（x xi i，y yi i）(i=1(i=1，2 2，n)n)，其最佳擬合方程，其最佳擬合方程 ( (回歸方程回歸方程) )為為 y=A+Bx (1.1.37)y=A+Bx (1.1.37)式中，式中，A A為直線的截距；為直線的截距；B B為直線的斜率。為直線的斜率。 222111()nnniiiiiiiivyyyABx根據(jù)最小二乘法原理，要使根據(jù)最小二乘法原理，要

40、使 為最小，取其對(duì)為最小，取其對(duì)A A、B B求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可得兩個(gè)方程，聯(lián)立兩個(gè)方程可求出可得兩個(gè)方程，聯(lián)立兩個(gè)方程可求出A,BA,B的唯一解。的唯一解。21niiv112020niiiniiiiyABxAx yABxB2111122111112211nnnniiiiiiiiinniiiinnniiiiiiinniiiiyxx yxAnxxnx yxyBnxx 112111nniiiinnniiiiiiiynABxx yAxBx70輸出與輸入間關(guān)系輸出與輸入間關(guān)系 靜特性：輸入量為常量，或變化極慢靜特性：輸入量為常量，或變化極慢動(dòng)特性：輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)動(dòng)

41、特性：輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)微分方程中的一階及以上的微分項(xiàng)取為零時(shí)，微分方程中的一階及以上的微分項(xiàng)取為零時(shí)，可得到可得到（動(dòng)特性的特例）（動(dòng)特性的特例）表示傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系表示傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系希望輸出與輸入具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且呈線性關(guān)系。希望輸出與輸入具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且呈線性關(guān)系。71 線性度線性度 靈敏度靈敏度 遲滯遲滯 重復(fù)性重復(fù)性 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 溫度漂移溫度漂移72（1 1）線性度靜特性靜特性230123nnyaa xa xa xa x輸輸 出出 量量輸輸 入入 量量零點(diǎn)輸出零點(diǎn)輸出理論靈敏度理論靈敏度非線性項(xiàng)系數(shù)非線性項(xiàng)系

42、數(shù)直線擬合線性化直線擬合線性化 非線性誤差或線性度非線性誤差或線性度M() 100%LLaxFSy 最大非線性誤差最大非線性誤差 滿量程輸出滿量程輸出73（1 1）線性度直線擬合線性化出發(fā)點(diǎn)出發(fā)點(diǎn) 獲得最小的非線性誤差獲得最小的非線性誤差： 理論擬合；理論擬合； 過零旋轉(zhuǎn)擬合；過零旋轉(zhuǎn)擬合； 端點(diǎn)連線擬合；端點(diǎn)連線擬合； 端點(diǎn)連線平移擬合；端點(diǎn)連線平移擬合； 最小二乘擬合；最小二乘擬合； 最小包容擬合最小包容擬合74（1 1）線性度-理論擬合擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測(cè)試值無關(guān)。擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測(cè)試值無關(guān)。方法十分簡(jiǎn)單，但一般說方法十分簡(jiǎn)單，但一般說 較大較大MaxL

43、xyLmax75（1 1）線性度-過零旋轉(zhuǎn)擬合曲線過零的傳感器。擬合時(shí)，使曲線過零的傳感器。擬合時(shí)，使12MaxLLL xyL2L176（1 1）線性度-端點(diǎn)連線擬合把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線xyLmax77（1 1）線性度-端點(diǎn)連線平移擬合在端點(diǎn)連線擬合在端點(diǎn)連線擬合基礎(chǔ)上使直線平移，移動(dòng)距離為原先的基礎(chǔ)上使直線平移，移動(dòng)距離為原先的一半一半213MaxLLLL yxLmaxL178（1 1）線性度-最小二乘擬合ykxb()iiiykxb 2211()minnniiiiiykxb 22()()0iiiiykxbxk 22()( 1)0iiiykxbb

44、 22()iiiiiinx yxyknxx 222()iiiiiiixyxx ybnxx xy=kx+by79（2 2）靈敏度傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比即為其靜傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比即為其靜態(tài)靈敏度態(tài)靈敏度kyx 表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力80（2 2）靈敏度表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力表征傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力 (a) (a) 線性傳感器線性傳感器 (b) (b) 非線性傳感器非線性傳感器81（3 3）遲滯 正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭ㄝ斎肓吭龃螅┓矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐讨休敵?/p>

45、輸入曲線不重合稱為遲滯線不重合稱為遲滯(1 2)() 100%HHMAXFSy 正反行程間輸出的最大差值。正反行程間輸出的最大差值。HMAX 遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差，常用絕對(duì)誤差表示遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差，常用絕對(duì)誤差表示檢測(cè)回程誤差時(shí)，可選擇幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一輸入信號(hào)，檢測(cè)回程誤差時(shí)，可選擇幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一輸入信號(hào)，傳感器正行程及反行程中輸出信號(hào)差值的最大者即為回程誤差。傳感器正行程及反行程中輸出信號(hào)差值的最大者即為回程誤差。82（3 3）遲滯83（4 4）重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度性曲線

46、不一致的程度正行程的最大重復(fù)性偏差正行程的最大重復(fù)性偏差反行程的最大重復(fù)性偏差反行程的最大重復(fù)性偏差Max1RMax2RMax() 100%RFSRy 取較大者為取較大者為MaxR84（4 4）重復(fù)性85（5 5）零點(diǎn)漂移傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，長(zhǎng)時(shí)間工傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移0100%FSYY零漂零漂 式中式中YY0 0最大零點(diǎn)偏差；最大零點(diǎn)偏差； Y YFSFS 滿量程輸出。滿量程輸出。86（6 6）溫漂傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)生的變化傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)生的變化max100%FSYT溫漂 式中式中

47、maxmax 輸出最大偏差；輸出最大偏差；T T 溫度變化范圍；溫度變化范圍； Y YFS FS 滿量程輸出。滿量程輸出。 87 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鰧?duì)隨時(shí)間變化的輸入傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鰧?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是從測(cè)量誤差角度分析產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是從測(cè)量誤差角度分析產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差的原因以及改善措施。差的原因以及改善措施。：瞬態(tài)響應(yīng)法：瞬態(tài)響應(yīng)法：頻率響應(yīng)法：頻率響應(yīng)法 88（1 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性 在時(shí)域內(nèi)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，

48、常用的激勵(lì)信在時(shí)域內(nèi)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用的激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等。傳感器對(duì)所加號(hào)有階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等。傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱為瞬態(tài)響應(yīng)。激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱為瞬態(tài)響應(yīng)。 理想情況下，階躍輸入信號(hào)的大小對(duì)過渡過程的曲理想情況下，階躍輸入信號(hào)的大小對(duì)過渡過程的曲線形狀是沒有影響的。但在實(shí)際做過渡過程實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)線形狀是沒有影響的。但在實(shí)際做過渡過程實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保持階躍輸入信號(hào)在傳感器特性曲線的線性范圍內(nèi)。保持階躍輸入信號(hào)在傳感器特性曲線的線性范圍內(nèi)。 89（1 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性1）一階傳感器的單位階躍響應(yīng)設(shè)設(shè)x x ( ( t t ) )、y y ( ( t t

49、 ) ) 分別為傳感器的輸入量和輸出量，均分別為傳感器的輸入量和輸出量，均是時(shí)間的函數(shù)，則一階傳感器的傳遞函數(shù)為是時(shí)間的函數(shù)，則一階傳感器的傳遞函數(shù)為式中式中 時(shí)間常數(shù)；時(shí)間常數(shù)； K K靜態(tài)靈敏度。靜態(tài)靈敏度。 由于在線性傳感器中靈敏度由于在線性傳感器中靈敏度K K為常數(shù)，在動(dòng)態(tài)特性分析中，為常數(shù)，在動(dòng)態(tài)特性分析中，K K只只起著使輸出量增加起著使輸出量增加K K倍的作用。討論時(shí)采用倍的作用。討論時(shí)采用 K=1K=1。1)()()(sKsXsYsH90（1 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性1）一階傳感器的單位階躍響應(yīng)對(duì)于初始狀態(tài)為零的傳感器，當(dāng)輸入為單位階躍信號(hào)時(shí)，對(duì)于初始狀態(tài)為零的傳感器，當(dāng)輸入為單位階躍

50、信號(hào)時(shí)，X(s)=1/s,X(s)=1/s,傳感器輸出的拉氏變換為傳感器輸出的拉氏變換為sssXsHsY111)()()(te)s(YL)t ( y11則一階傳感器的單位階躍響應(yīng)為則一階傳感器的單位階躍響應(yīng)為一階傳感器的時(shí)間常數(shù)一階傳感器的時(shí)間常數(shù)越小越好越小越好91（1 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性2）二階傳感器的單位階躍響應(yīng)二階傳感器的傳遞函數(shù)為二階傳感器的傳遞函數(shù)為 222( )( )( )2nnnY sH sX sss式中式中 n n 傳感器的固有頻率；傳感器的固有頻率； 傳感器的阻尼比。傳感器的阻尼比。在單位階躍信號(hào)作用下，傳感器輸出的拉氏變換為在單位階躍信號(hào)作用下，傳感器輸出的拉氏變換為222

51、( )( )( )(2)nnnY sH s X ss ss92（1 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性2）二階傳感器的單位階躍響應(yīng) 對(duì)對(duì)Y Y（s s）進(jìn)行拉氏反變換，即可得到進(jìn)行拉氏反變換，即可得到單位階躍響應(yīng)。單位階躍響應(yīng)。圖圖1.4.61.4.6為二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線。為二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線。 在實(shí)際使用中，為了兼顧有短的上升時(shí)間和小的超調(diào)量，在實(shí)際使用中，為了兼顧有短的上升時(shí)間和小的超調(diào)量，一般傳感器都設(shè)計(jì)成欠阻尼式的，阻尼比一般傳感器都設(shè)計(jì)成欠阻尼式的，阻尼比一般取在一般取在0.60.80.60.8之間。之間。帶保護(hù)套管的熱電偶是一個(gè)典型的二階傳感器。帶保護(hù)套管的熱電偶是一個(gè)典型的二階傳感器。 傳感器的響應(yīng)在很大程度上傳感器的響應(yīng)在很大程度上取決于阻