检测技术及仪表

1、检测技术及仪表知识点第一章 测量误差与数据处理基础1、 真值：即真实值，是指在一定客观条件下被测量客观存在的实际值。通常真值是个未知量且不可能被测量到2、 真值的分类：理论真值（绝对真值）；规定真值；约定真值Xo（实际测量中，以无系统误差情况下足够多次测量所获一列测量结果的算术平均值作为约定真值）3、 误差： 绝对误差：测量值与真值之间的代数差。=x Ao或者=x Xo一般用于仪表的校准，不能评定同类仪表不同量程或不同仪表之间的精度高低 相对误差：用于不同大小的被测量量1 实际相对误差：指绝对误差与被测量的约定真值Xo的比值。2. 公称相对误差（示值相对误差）：指绝对误差与仪表公式值X的比值。

2、3. 引用误差（相对百分误差）：指绝对误差与仪表量程B的百分比值。注：精度等级与最大相对百分误差相关4、 误差的分类： 系统误差：指对被测量进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差 随机误差（偶然误差）：指对被测量进行多次重复测量时，误差的大小和符号以不可预计的方式变化 粗差（坏值或异常值）：明显歪曲测量结果的误差。由于测量方法不当或实验条件不符合要求等5、 准确度（正确度）：测量结果中的系统误差大小程度精密度：测量结果中的随机误差大小程度。测量值的分散程度。精密度越高，说明测量结果就越密集精确度：反映被测量的测量结果与（约定）真值间的一致程度。是准确度与精密度的结合。与综合误差相对应。表示精

3、度6、 修正值：指与绝对误差相等而符号相反的值7、 随机误差的分布规律：符合正态分布概率密度函数8、 标准偏差：使用贝塞尔公式 9、测量的算术平均值：lim10、算术平均值的标准偏差：11、误差的综合： 基本关系式： 系统误差的综合公式：已定系统误差的综合：对各xi，以i表示各已定系统误差。Y表示函数Y已定误差：函数的系统不确定度：1、算术综合法（m较少时）： 其中 Y间接测量值（函数）的系统不确定度xi直接测量值（自变量xi）的系统不确定度 2、方和根法（m较多时）：随机误差的综合公式：12、测量结果的数据处理： 有效数字、舍入规则（4舍6入5看左右）13、异常测量值的判断与舍弃： 应用拉依

4、达准则：对某参数重复n次测量得测量值x1，x2，xn，相应的残差为v1，v2，vn。若其中某观测值xd的残差vd（1dn）为： 则认为是含有粗差的坏值应该舍弃14、置信区间与置信概率：置信区间：（Mx - ，Mx + ）为 在规定概率下的可能变化范围 置信概率： 落入某一置信区间的概率Pc，表明测量结果的可靠性，即“置信度”为在一定概率下随机误差m的极限值，称“极限误差”，或随机不确定度，通常表示为： 第二章 电阻应变式传感器1、电阻应变式传感器是基于应变而产生的电阻变化的传感器，对于给定材料的导体2、应变灵敏度：把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。物理意义是单位应变所引起的电阻

5、相对变化量 其表达式为 ：3、对于半导体材料的电阻应变式传感器其应变灵敏度为：4、金属电阻应变片由引线、覆盖层、敏感栅及基片构成；根据敏感栅形态分为：丝式、箔式、薄膜式应变片5、电阻应变片的特性：灵敏系数：表示安装在被测试件上的应变片，在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化(R/R)与由此应力引起的试件表面轴向应变()之比，表示为：横向效应：敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小最大工作电流：指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax零点漂移：对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移；产生的

6、原因是：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等蠕变：如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变；产生原因是：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少6、应变式传感器的测量：等臂电桥的形式7、应变片的误差及补偿：零点补偿：可以在一对桥臂电阻乘积较小的任一桥臂中串联一个小电阻进行补偿输出温度补偿：线路补偿法及应变片自补法8、应变式力传感器：由弹性敏感元件及应变片组成；分为柱力式传感器和梁力式传感器第三章 电容式传感器1、电容式传感器分为：变间隙型、 变面积型和变介电常数型三种。2、变间隙型电容传感器：相对非线性误

7、差为：由此可以看出增大增大d或减小do都会增大非线性误差灵敏度：K=（CCo）d=1do3、差动式电容传感器非线性误差：灵敏度：K=（CCo）d=2do；由此可见灵敏度提高一倍，非线性误差减小一个数量级 4、变面积式电容传感器：输出特性是线性的，其灵敏度为5、变压器电桥：结论：变间隙式差动电容传感器采用变压器电桥测量电路，输出电压与位移呈线性关系6、运算放大器式电路（书P55）：结论：运算放大器测量电路输出电压与动极片间距d成线性关系特点：非线性误差小（增益和输入阻抗足够大）；需克服分布电容影响方法：将电容引出线屏蔽并接地7、电容式传感器的应用：电容式压力传感器、电容式霜传感器；电容式传感器可

8、以测量的参数有差压、物位、加速度、厚度第四章 电磁式传感器1、电磁式传感器主要测量的参数有：位移、振动、加速度、压力2、电感式传感器分为：变气隙型、变面积型、螺管型三种变气隙型输出特性：变面积型输出特性：螺管型输出特性（单线圈）：3、变压器式交流电桥：Uo=Uab=Ua-Ub=Ui(L2-L1)/2(L1+L2)4、差动变压器分为：变气隙型和螺管型两种5、参与电压：零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称等因素所造成的；为了消除零点残余电压，实际测量时采用差动整流电路和相敏检波电路6、电涡流式传感器测量参数：位移、厚度、转速、振幅等;应用：电磁灶、电磁炉电涡流效应：一个线圈置于金属导体

9、附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。这种现象称为电涡流效应电涡流：金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流的流线在金属导体内自行闭合，称之为电涡流或涡流。等效电感： 第五章 压电式传感器1、压电效应：压电效应有正压电效应和逆压电效应两种。当沿着一定方向对某些电介质施力而使它变形，其内部产生极化现象，同时它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后又恢复不带电状态，这种将机械能转换成电能的效应称为“正压电

10、效应”；当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电能转换成机械能的现象称“逆压电效应”2、压电材料：压电晶体和压电陶瓷两种。石英晶体具有压电效应，是由其内部结构决定的而压电陶瓷所以具有压电效应，是由于陶瓷内部存在自发极化3、压电材料的性能要求：转换性能、机械性能、电性能、时间稳定性、环境适应性强4、等效电路：将压电晶体作为一个电容（静电发生器）Q=Ca×Ua，考虑电缆的Cc5、前置放大器的作用：把压电式传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出放大压电式传感器输出的弱信号；形式有：电压放大器和电荷放大器两种6、电压放大器：不适合电缆太长或者经常变

11、化的线路；Ui=d33*Fm/(Ca+Cc+Ci),d33为压电常数，Fm为作用力幅值7、电荷放大器：对频率要求不大且对电缆影响不大；8、压电式传感器的应用：测力、加速度、切削力、流量第六章 热电式传感器1、热电效应：两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在；回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势2、接触电势：3、热电偶回路的性质：均匀导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流中间导体定律：一个由几种不同导体材料

12、连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零标准电极定律：Eab（T,To）=Eac（T，To）+Ecb（T，To）中间温度定律：Eab（T1,T3）=Eac（T1，T2）+Ecb（T2，T3）4、热电偶线性度较差，多数情况下采用查表法；直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0°C5、热电阻：金属材料的电阻体，目前采用的热电阻有两大类，即铜电阻（-50150）和铂电阻（-200850）6、热敏电阻：利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的7、热敏电阻分为：正温度系数热敏电阻、负温度系数

13、热敏电阻、临界温度系数热敏电阻第七章 光电式传感器1、光电效应是物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应；在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应（光电管、光电倍增管）；在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应（光敏电阻、电池）2、光纤的类型：阶跃型、缓变型两种3、光纤传感器的应用：光纤温度传感器、光纤液位传感器、光纤气体分析传感器1. 通常传感器由（敏感元件）（转换元件）（测量电路）三部分组成，是能把外界（非电量）转换成（电量）的器件装置。2. 金属丝在外力作用下发生机械形变时，它的电阻值将发生变化，这种现象称（

14、应变）效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称（压阻）效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同。圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为（横向）效应。3. 差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动电压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为（残余）电压。4. 把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称（霍尔）效应，这个电动势称（霍尔）电势。5. 某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在他的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后有回复不带电的状

15、态，这种现象称为（正压电）效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称（逆压电）效应。6. 在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称为（外光电）效应；入射光强改变物质导电率的现象称（光电导）效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称（光生伏特）效应。7. 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称（涡流式）传感器；这种传感器只能测量（金属）物体。8. 不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势。这种现象称（热电）效应；若两金属类型相同两端温度不同。加热一端时电路中

16、电动势E=(0)9. 测量系统的静态特性指标主要有（线性度）（灵敏度）（重复性误差）（迟滞性误差）。10. 仪表的精度等级是仪表的（最大引用误差）来表示的。11. 电阻应变片式传感器按制造材料可分为（金属）和（半导体）。他们在受到外力作用时电阻繁盛变化，其中金属材料的电阻变化主要是由（应变效应）形成的，而半导体材料的电阻变化主要是由（电阻率的变化）造成的。12. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为（系统误差）（随机误差）（粗差）三类，其中（随机误差）可以通过对多次测量的结果的方法来减小它对测量结果的影响。13. 热电偶所产生的热电势是由（温差）电势和（接触）电势组成。在热电偶温度补偿中，

17、补偿的导线法（即冷端延长线法）是把（补偿）导线与热电偶配接，作用是（减少冷端温度受环境的影响）14. 一个完整的检测系统通常是由（传感器）（信号变换）（显示记录仪表）等部分组成。15. 电容式传感器可分为（变面积）（变介电常数）（变间隙）三种。16. 热敏电阻可分为（正温度系数）（负温度系数）（临界温度系数）三大类。17. 测量温度的传感器主要分为热电阻、（热敏电阻）（热电偶）三大类。18. 热电偶产生热电势必须具备的基本条件是（两种不同导体）（两端接触温度不同）。19. 通常把光电效应分为三类（外光电效应）、光电导效应、（光生伏特效应）。20. 电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可

18、以消除（温度对电阻的影响）同时还起到（提高灵敏度）的作用。21. 工业上和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是（铂电阻）（铜电阻）22. 电容式传感器中，变介电常数式多用于（固液位）的测量。23. 测量仪表的精确度是（准确度）（精密度）两者的总和。24. 传感器是检测中首先感受（被测量），并将它转化成与（被测量）有确定对应关系的（电量）的器件。25. 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，（输出）变化量与（输入）变化量的比值。26. 用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（消除引线电阻受温度的影响）。27. 采用热电阻作为测量元件是将（温度）的测量转换为（电阻）的测量。28. 电阻应变片由（敏感栅）、基片、覆盖层和引线等部分组成。29. 应变式传感器中的测量电路是将应变片（电阻）转换成（电压）的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。30. 光敏二极管的结构与普通（二极管）类似。它是