传感器与检测技术1课件

传感器与检测技术电子工程系王海波7/27/20231传感器与检测技术课程介绍教材：《传感器与自动检测》常慧玲主编参考教材：《自动检测与转换技术》梁森等、《传感器技术基础与应用实训》徐军等计划学时：56学时（4学时/周，14周，实验16学时）学分：3分专业必修课7/27/20232传感器与检测技术课程介绍教学中的考核：（1）学习态度考查：①出勤（迟到、早退、请假、旷课等）②课堂听课（状态、纪律、发言等）③作业（每个项目完成一次，要求内容全面、准确）（2）期中（3）期末考试7/27/20233传感器与检测技术课程介绍检测技术的应用信息社会的一切活动领域中，检测是科学地认识各种现象的基础性方法和手段。现代化的检测手段在很大程度上决定了生产、科学技术的发展水平，而科学技术的发展又为检测技术提供了新的理论基础和制造工艺，同时又对检测技术提出了更高的要求。检测技术是所有科学技术的基础，是自动化技术的支柱之一。7/27/20234传感器与检测技术课程介绍检测的定义利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术7/27/20235传感器与检测技术课程介绍例：曹冲称象方法：比较法装置：船、石头、小称检查、测量、从而得到：定性、定量的结果7/27/20236传感器与检测技术课程介绍检测技术在卫星中的应用红外线扫描的区域检测森林火灾和气象等7/27/20237传感器与检测技术课程介绍检测技术在核电站中的应用DCS7/27/20238传感器与检测技术课程介绍传感器在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件玻璃温度计不属于本教材所讲授的传感器范畴7/27/20239传感器与检测技术课程介绍能够将温度转换成电压的传感器——热电偶传感器是实现现代检测技术的最基本器件开动脑筋想一想：传感器与检测技术在生活中的应用实例？7/27/202310传感器与检测技术课程介绍本课程的内容：各种常见传感器的基础理论及构成原理；典型应用。基本要求：了解传感器的基础概念（定义、组成、分类、特点）了解传感器的基础论（数理模型、基础特性）理解常用传感器的结构和物理原理掌握传感器的应用掌握简单的自动控制系统的设计掌握传感器进行自动控制的简单制作7/27/202311传感器与检测技术课程介绍学习方法：

把握重点，重视实验7/27/202312项目1传感器误差与特性分析任务1

检测结果的数据整理技能目标：能对测量数据进行分析整理知识目标：掌握测量误差的分类及一般计算方法7/27/202313项目1传感器误差与特性分析1.1.1测量与测量方法

测量：借助专门的技术和设备，通过实验的方法，把被测量与作为单位的标准量进行比较，以确定被测量是标准量的多少倍的过程。测量值：所得的倍数，大小可用数字、曲线或图形表示，测量结果包括数值大小和测量单位两部分。7/27/202314项目1传感器误差与特性分析检测更为广泛的测量。不仅仅是对产品和半成品的检验和测量，而且为检查、监督和控制某个生产过程或运动对象并使之处于给定的最佳状态，需要随时检查和测量各种参量的大小和变化等情况。7/27/202315项目1传感器误差与特性分析检测实例：电炉控制系统7/27/202316项目1传感器误差与特性分析测量方法：电测法和非电测法7/27/202317项目1传感器误差与特性分析测量方法：电测法和非电测法7/27/202318项目1传感器误差与特性分析测量方法：直接测量和间接测量7/27/202319项目1传感器误差与特性分析测量方法：直接测量和间接测量7/27/202320项目1传感器误差与特性分析测量方法：静态测量和动态测量7/27/202321项目1传感器误差与特性分析测量方法：静态测量和动态测量7/27/202322项目1传感器误差与特性分析测量方法：接触性测量和非接触性测量7/27/202323项目1传感器误差与特性分析测量方法：接触性测量和非接触性测量7/27/202324项目1传感器误差与特性分析测量方法：模拟式测量和数字式测量7/27/202325项目1传感器误差与特性分析测量方法：模拟式测量和数字式测量7/27/202326项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理1.1.2测量误差及其表示方法测量误差：测量值与其真值之间的差值7/27/202327项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理绝对误差

理想真值实际真值修正值c将测量值和修正值相加可得到实际真值7/27/202328项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理相对误差

采购风波某人在三家商店分别购买了100kg大米、10kg苹果和1kg巧克力，回家发现均少了0.3kg，该人会对哪家商店意见最大？为什么？实际相对误差示值（标称）相对误差7/27/202329项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理引用误差仪器量程最大引用误差（满度相对误差、仪表的基本误差）基本误差去掉百分号（%）后的数值定义为仪表的精度等级-2.5~5.0问：用其测量直流、交流电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？7/27/202330项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理例：某温度计的量程范围为0-500ºC，校验时该表的最大绝对误差为6ºC，试确定其精度等级？解：查表1.1，精度等级应定为1.5级7/27/202331项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理任务1：现有0.5级的0~300ºC和1.0级0~100ºC的两个温度计，欲测量80ºC的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？实施：0.5级的0~300ºC的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC可能出现的最大示值相对误差为：7/27/202332项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理任务1：现有0.5级的0~300ºC和1.0级0~100ºC的两个温度计，欲测量80ºC的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？实施：1.0级的0~100ºC的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC可能出现的最大示值相对误差为：结论：选用1.0级的0~100ºC的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程7/27/202333项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理任务2：被测温度为400ºC，现有量程0~500ºC、精度1.5级和量程0~1000ºC、精度1.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？实施：量程0~500ºC、精度1.5级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量400ºC可能出现的最大示值相对误差为：7/27/202334项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理任务2：被测温度为400ºC，现有量程0~500ºC、精度1.5级和量程0~1000ºC、精度1.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？实施：量程0~1000ºC、精度1.0级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量400ºC可能出现的最大示值相对误差为：结论：选用1.5级的0~500ºC的测温仪器较好。因其示值相对误差较1.0级0~1000ºC

的测温仪器小7/27/202335项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理1.1.3测量误差的分类及来源测量误差按误差表现的规律分类1.系统误差对同一被测量进行多次重复测量时，若误差固定不变或者按照一定规律变化，这种误差称为系统误差。主要是由于所使用仪器仪表误差、测量方法不完善、各种环境因素波动以及测量者个体差异等原因造成的7/27/202336项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理

系统误差按所表现出来的规律分类1.系统误差变值系统误差系统误差的发现用多台同类或相近的仪表对同一被测量进行测量，通过分析测量结果的差异来判断马利科夫准则、阿贝-赫梅特准则一般可通过实验或分析的方法可预测可消除7/27/202337项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理1.系统误差系统误差的减小和消除方法2.随机误差随机误差的统计特性单次测量无规律，大小方向不可预知，试验方法不能消除，亦不能修正对称性：绝对值相等的正负误差概率相等单峰性：只有一个峰值，为概率密度的极大值，出现在纵轴上，说明绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小互抵性：测量次数无限增多时，各次测量的随机误差的代数和等于零有界性：绝对值很大的误差出现的概率趋近于0，即误差的绝对值实际上不会超过某个限值7/27/202338项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理2.随机误差随机误差的估计各次测量误差平方和的平均值的平方根标准误差（均方根误差）实际真值均方根误差的近似计算式（贝塞尔公式）置信度测量值在真值附近某一范围的概率的大小由正态分布的概率积分可得：当一组测量值的标准误差取σ的k倍时，其置信概率对应值见上图，k称置信系数；±kσ称为置信区间称3σ为极限误差算数平均值的标准误差测量结果表示为：7/27/202339项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理3.粗大误差（疏忽误差、过失误差)明显偏离实际值所对应的误差含有粗大误差的测量值称为坏值拉依达准则：凡是随机误差大于3σ的测量值都认为是坏值4.缓变误差其他的分类方法数值随时间而缓慢变化的误差按被测量与时间的关系按测量仪表的使用条件7/27/202340项目1传感器误差与特性分析

任务1检测结果的数据整理任务1：用温度传感器对某温度进行12次等精度测量，测量数据（ºC）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

，要求对该组数据进行分析整理，并列写出最后的测量结果实施方案：1、填表2、计算7/2