传感器原理与检测技术

传感器原理与检测技术第一页，共三十一页，2022年，8月28日

测量概论

二、测量方法2、偏差式测量、零位式测量与微差式测量.用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态,在测量系统平衡时,用已知的标准量决定被测量的量值,这种测量方法称为零位式测量。第二页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

二、测量方法2、偏差式测量、零位式测量与微差式测量电位差计式测量：UX：传感器信号

（未知量）UK：标准量信号

（已知量）D：检零计

（电压表）平衡：UK=UX第三页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

二、测量方法2、偏差式测量、零位式测量与微差式测量微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较,取得值后,再用偏差法测得此差值。X：被测量N：标准量Δ：微差第四页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

二、测量方法3、等精度测量与不等精度测量

用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量,称为等精度测量。用不同精度的仪表或不同的测量方法,或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。4、静态测量与动态测量被测量在测量过程中认为是固定不变的。被测量在测量过程中是随时间不断变化的。第五页，共三十一页，2022年，8月28日第1章

传感与检测技术的理念基础

测量概论三、测量系统1.测量系统构成测量系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能。一个测量系统是传感器变送器和其它变换装置的有机组合。如下图表示测量系统原理结构框图。第六页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

三、测量系统2.开环测量系统与闭环测量系统

开环测量系统的全部信息变换只沿着一个方向进行,如图所示。

第七页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

三、测量系统2.开环测量系统与闭环测量系统闭环测量系统—闭环测量系统有两个通道，一为正向通道、二为反馈通道，如图所示：第八页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。但由于种种原因,两者不一致程度用测量误差表示。测量误差就是测量值与真实值之间的差值。它反映了测量质量的好坏。测量的可靠性至关重要,不同场合对测量结果可靠性的要求也不同。例如,在量值传递、经济核算、产品检验等场合应保证测量结果有足够的准确度。当测量值用作控制信号时,则要注意测量的稳定性和可靠性。第九页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差1.测量误差的表示方法绝对误差：测量结果与被测量的真值之差。

Δ=x-L

式中:Δ—绝对误差;x—测量值;L—真实值；例如：真值为30.2的电流，测得值为30.4，则微安表的显示值30.4的绝对误差为：第十页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差1.测量误差的表示方法例如：测量两个电阻其中：

R1=10Ω绝对误差ΔR1=0.1ΩR2=1000Ω绝对误差ΔR2=1Ω

尽管ΔR1＜ΔR2但不能由此得出测量电阻R1比测量电阻R2的准确度要高的结论，因此需要引出相对误差的概念。第十一页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差1.测量误差的表示方法实际相对误差的定义由下式给出:式中:δ—相对误差,Δ—绝对误差;L—真实值

由于被测量的真实值L无法知道,实际测量时用测量值X代替真实值L进行计算,这个相对误差称为标称相对误差,即：第十二页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差1.测量误差的表示方法引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差,一般也用百分数表示，即：

式中:γ—引用误差Δ—绝对误差第十三页，共三十一页，2022年，8月28日测量概论

四、测量误差一般用γ表示仪表的精度等级。我国电工仪表共分七级：0.10.20.51.01.52.55.00.5级仪表，表示γ=0.5%；1级仪表：表示γ=1%.根据精度等级和量程范围，可以求出该仪表可能出现的最大绝对误差Δ。温度计：1级仪表，仪表量程0-100℃Δ=100*1%=1℃1级仪表，仪表量程0-1000℃Δ=1000*1%=10℃第十四页，共三十一页，2022年，8月28日例1：已知待测电压约为70V左右，现有两只电压表，一只为0.5级，测量范围为0—500V，另一只为1.0级，测量范围为0—100V，选用哪一只电压表较好？为什么？解：1）0.5级

0-500V电压表，允许的最大绝对误差Δ=500*0.5%=2.5V。70V处的最大相对误差：

2）1.0级

0-100V电压表,允许的最大绝对误差Δ=100*1.0%=1V。70V处的最大相对误差：第十五页，共三十一页，2022年，8月28日1.1测量概论

四、测量误差测量误差的性质

根据测量数据中的误差所呈现的规律,将误差分为三种,即系统误差、随机误差和粗大误差。这种分类方法便于测量数据处理。随机误差对同一被测量进行多次重复测量时,绝对值和符号不可预知地随机变化。但就误差的总体而言,具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。第十六页，共三十一页，2022年，8月28日1.1测量概论

四、测量误差

系统误差对同一被测量进行多次重复测量时,如果误差按照一定的规律出现,则把这种误差称为系统误差。例如,标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的误差。

粗大误差明显偏离测量结果的误差称为粗大误差,又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差,首先应设法判断是否存在,然后将其消除。测量误差的性质第十七页，共三十一页，2022年，8月28日第1章

传感与检测技术的理念基础

1.2测量数据的估计和处理一、随机误差的统计处理在测量中,当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时,如果测量数据仍有不稳定的现象,说明存在随机误差。随机误差具有以下性质：对称性：绝对值相等的正负误差出现的次数相等有界性：在一定测量条件下的有限测量值，其随机误差的 绝对值不会超过一定的界限。第十八页，共三十一页，2022年，8月28日第1章

传感与检测技术的理念基础

1.2测量数据的估计和处理一、随机误差的统计处理单峰性：绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多。抵偿性：对同一量值进行多次测量，其误差的算术平均值，随着测量次数的增加趋于零。1．随机误差的正态分布曲线随机误差是以不可预定的方式变化着的误差，但在一定条件下服从统计规律，其数学表达式为：

δ—随机误差

σ—均方根偏差第十九页，共三十一页，2022年，8月28日第1章

传感与检测技术的理念基础

1.2测量数据的估计和处理均方根偏差不同的正态分布曲线第二十页，共三十一页，2022年，8月28日一、随机误差的统计处理

2．随机误差的数字特征算术平均值

在实际测量时,真值L不可能得到。但如果随机误差服从正态分布,则算术平均值处随机误差的概率密度最大。对被测量进行等精度的n次测量,得n个测量值x1x2…xn,它们的算术平均值为算术平均值是测量值中最可信赖的,它可以作为等精度多次测量的结果。第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日2．随机误差的数字特征

算术平均值当测量次数为无限次时，所有测量值的算术平均值即等于真值，事实上是不可能无限次测量即真值难以达到。但是，随着测量次数的增加算术平均值也就越接近真值。因此，以算术平均值作为真值是既可靠又合理的。1、2、3、…n随机误差：残余误差：第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日2．随机误差的数字特征

标准偏差σ

在等精度测量列中，单次测量的标准差

n—测量次数；δi—每次测量中相应各测量值的随机误差实际工作中用残差来近似代替随机误差求标准差的估计值贝塞尔（Bessel）公式第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日2．随机误差的数字特征

标准偏差σ测量列算术平均值的标准差

—算术平均值标准差σs

—测量列中单次测量的标准差n—测量次数当测量次数n愈大时，算术平均值愈接近被测量的真值，测量精度也越高。第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日一、随机误差的统计处理

3．正态分布随机误差的概率计算第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日一、随机误差的统计处理

3．正态分布随机误差的概率计算1）（-σ，+σ）之间随机误差出现的概率：2）（-2σ，+2σ）之间随机误差出现的概率：3）（-3σ，+3σ）之间随机误差出现的概率：第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日一、随机误差的统计处理

3．正态分布随机误差的概率计算所以在一组测量数据中，测量数据习惯上用下式表示：其中：算术平均值k-置信系数（1、2、3）-算术平均值的标准差第二十七页，共三十一页，2022年，8月28日

二、系统误差的通用处理方法

从误差根源上消除系统误差系统误差是在一定的测量条件下,测量值中含有固定不变或按一定规律变化的误差。系统误差不具有抵偿性,重复测量也难以发现,在工程测量中应特别注意该项误差。由于系统误差的特殊性,在处理方法上与随机误差完全不同。有效地找出系统误差的根源并减小或消除的关键是如何查找误差根源,这就需要对测量设备、测量对象和测量系统作全面分析,明确其中有无产生明显系统误差的因素,并采取相应措施予以修正或消除。

第二十八页，共三十一页，2022年，8月28日

①所用传感器、测量仪表或组成元件是否准确可靠。②测量方法是否完善。如用电压表测量电压,电压表的内阻对测量结果有影响。③传感器或仪表安装、调整或放置