傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)

傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

測(cè)量概論

二、測(cè)量方法2、偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量與微差式測(cè)量.用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài),在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí),用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值,這種測(cè)量方法稱為零位式測(cè)量。第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

二、測(cè)量方法2、偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量與微差式測(cè)量電位差計(jì)式測(cè)量：UX：傳感器信號(hào)

（未知量）UK：標(biāo)準(zhǔn)量信號(hào)

（已知量）D：檢零計(jì)

（電壓表）平衡：UK=UX第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

二、測(cè)量方法2、偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量與微差式測(cè)量微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量與零位式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。它將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較,取得值后,再用偏差法測(cè)得此差值。X：被測(cè)量N：標(biāo)準(zhǔn)量Δ：微差第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

二、測(cè)量方法3、等精度測(cè)量與不等精度測(cè)量

用相同儀表與測(cè)量方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量,稱為等精度測(cè)量。用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法,或在環(huán)境條件相差很大時(shí)對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量稱為非等精度測(cè)量。4、靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量被測(cè)量在測(cè)量過程中認(rèn)為是固定不變的。被測(cè)量在測(cè)量過程中是隨時(shí)間不斷變化的。第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章

傳感與檢測(cè)技術(shù)的理念基礎(chǔ)

測(cè)量概論三、測(cè)量系統(tǒng)1.測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)被測(cè)對(duì)象的特征量進(jìn)行檢測(cè)、傳輸、處理及顯示等功能。一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)是傳感器變送器和其它變換裝置的有機(jī)組合。如下圖表示測(cè)量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

三、測(cè)量系統(tǒng)2.開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)與閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)

開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)的全部信息變換只沿著一個(gè)方向進(jìn)行,如圖所示。

第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

三、測(cè)量系統(tǒng)2.開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)與閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)—閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)有兩個(gè)通道，一為正向通道、二為反饋通道，如圖所示：第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差測(cè)量的目的是希望通過測(cè)量獲取被測(cè)量的真實(shí)值。但由于種種原因,兩者不一致程度用測(cè)量誤差表示。測(cè)量誤差就是測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值。它反映了測(cè)量質(zhì)量的好壞。測(cè)量的可靠性至關(guān)重要,不同場(chǎng)合對(duì)測(cè)量結(jié)果可靠性的要求也不同。例如,在量值傳遞、經(jīng)濟(jì)核算、產(chǎn)品檢驗(yàn)等場(chǎng)合應(yīng)保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)確度。當(dāng)測(cè)量值用作控制信號(hào)時(shí),則要注意測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差1.測(cè)量誤差的表示方法絕對(duì)誤差：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之差。

Δ=x-L

式中:Δ—絕對(duì)誤差;x—測(cè)量值;L—真實(shí)值；例如：真值為30.2的電流，測(cè)得值為30.4，則微安表的顯示值30.4的絕對(duì)誤差為：第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差1.測(cè)量誤差的表示方法例如：測(cè)量?jī)蓚€(gè)電阻其中：

R1=10Ω絕對(duì)誤差ΔR1=0.1ΩR2=1000Ω絕對(duì)誤差ΔR2=1Ω

盡管ΔR1＜ΔR2但不能由此得出測(cè)量電阻R1比測(cè)量電阻R2的準(zhǔn)確度要高的結(jié)論，因此需要引出相對(duì)誤差的概念。第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差1.測(cè)量誤差的表示方法實(shí)際相對(duì)誤差的定義由下式給出:式中:δ—相對(duì)誤差,Δ—絕對(duì)誤差;L—真實(shí)值

由于被測(cè)量的真實(shí)值L無法知道,實(shí)際測(cè)量時(shí)用測(cè)量值X代替真實(shí)值L進(jìn)行計(jì)算,這個(gè)相對(duì)誤差稱為標(biāo)稱相對(duì)誤差,即：第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差1.測(cè)量誤差的表示方法引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對(duì)儀表滿量程的一種誤差,一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即：

式中:γ—引用誤差Δ—絕對(duì)誤差第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差一般用γ表示儀表的精度等級(jí)。我國電工儀表共分七級(jí)：0.10.20.51.01.52.55.00.5級(jí)儀表，表示γ=0.5%；1級(jí)儀表：表示γ=1%.根據(jù)精度等級(jí)和量程范圍，可以求出該儀表可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差Δ。溫度計(jì)：1級(jí)儀表，儀表量程0-100℃Δ=100*1%=1℃1級(jí)儀表，儀表量程0-1000℃Δ=1000*1%=10℃第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：已知待測(cè)電壓約為70V左右，現(xiàn)有兩只電壓表，一只為0.5級(jí)，測(cè)量范圍為0—500V，另一只為1.0級(jí)，測(cè)量范圍為0—100V，選用哪一只電壓表較好？為什么？解：1）0.5級(jí)

0-500V電壓表，允許的最大絕對(duì)誤差Δ=500*0.5%=2.5V。70V處的最大相對(duì)誤差：

2）1.0級(jí)

0-100V電壓表,允許的最大絕對(duì)誤差Δ=100*1.0%=1V。70V處的最大相對(duì)誤差：第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差測(cè)量誤差的性質(zhì)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律,將誤差分為三種,即系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測(cè)量數(shù)據(jù)處理。隨機(jī)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí),絕對(duì)值和符號(hào)不可預(yù)知地隨機(jī)變化。但就誤差的總體而言,具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的誤差稱為隨機(jī)誤差。第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1測(cè)量概論

四、測(cè)量誤差

系統(tǒng)誤差對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí),如果誤差按照一定的規(guī)律出現(xiàn),則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。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。

粗大誤差明顯偏離測(cè)量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差,又稱疏忽誤差。這類誤差是由于測(cè)量者疏忽大意或環(huán)境條件的突然變化而引起的。對(duì)于粗大誤差,首先應(yīng)設(shè)法判斷是否存在,然后將其消除。測(cè)量誤差的性質(zhì)第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章

傳感與檢測(cè)技術(shù)的理念基礎(chǔ)

1.2測(cè)量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理在測(cè)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(shí),如果測(cè)量數(shù)據(jù)仍有不穩(wěn)定的現(xiàn)象,說明存在隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差具有以下性質(zhì)：對(duì)稱性：絕對(duì)值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等有界性：在一定測(cè)量條件下的有限測(cè)量值，其隨機(jī)誤差的 絕對(duì)值不會(huì)超過一定的界限。第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章

傳感與檢測(cè)技術(shù)的理念基礎(chǔ)

1.2測(cè)量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理單峰性：絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多。抵償性：對(duì)同一量值進(jìn)行多次測(cè)量，其誤差的算術(shù)平均值，隨著測(cè)量次數(shù)的增加趨于零。1．隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線隨機(jī)誤差是以不可預(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，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

δ—隨機(jī)誤差

σ—均方根偏差第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章

傳感與檢測(cè)技術(shù)的理念基礎(chǔ)

1.2測(cè)量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理均方根偏差不同的正態(tài)分布曲線第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理

2．隨機(jī)誤差的數(shù)字特征算術(shù)平均值

在實(shí)際測(cè)量時(shí),真值L不可能得到。但如果隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布,則算術(shù)平均值處隨機(jī)誤差的概率密度最大。對(duì)被測(cè)量進(jìn)行等精度的n次測(cè)量,得n個(gè)測(cè)量值x1x2…xn,它們的算術(shù)平均值為算術(shù)平均值是測(cè)量值中最可信賴的,它可以作為等精度多次測(cè)量的結(jié)果。第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2．隨機(jī)誤差的數(shù)字特征

算術(shù)平均值當(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。因此，以算術(shù)平均值作為真值是既可靠又合理的。1、2、3、…n隨機(jī)誤差：殘余誤差：第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2．隨機(jī)誤差的數(shù)字特征

標(biāo)準(zhǔn)偏差σ

在等精度測(cè)量列中，單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差

n—測(cè)量次數(shù)；δi—每次測(cè)量中相應(yīng)各測(cè)量值的隨機(jī)誤差實(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)值貝塞爾（Bessel）公式第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2．隨機(jī)誤差的數(shù)字特征

標(biāo)準(zhǔn)偏差σ測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差

—算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差σs

—測(cè)量列中單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差n—測(cè)量次數(shù)當(dāng)測(cè)量次數(shù)n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。第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理

3．正態(tài)分布隨機(jī)誤差的概率計(jì)算第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理

3．正態(tài)分布隨機(jī)誤差的概率計(jì)算1）（-σ，+σ）之間隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率：2）（-2σ，+2σ）之間隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率：3）（-3σ，+3σ）之間隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率：第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)處理

3．正態(tài)分布隨機(jī)誤差的概率計(jì)算所以在一組測(cè)量數(shù)據(jù)中，測(cè)量數(shù)據(jù)習(xí)慣上用下式表示：其中：算術(shù)平均值k-置信系數(shù)（1、2、3）-算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、系統(tǒng)誤差的通用處理方法

從誤差根源上消除系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是在一定的測(cè)量條件下,測(cè)量值中含有固定不變或按一定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差不具有抵償性,重復(fù)測(cè)量也難以發(fā)現(xiàn),在工程測(cè)量中應(yīng)特別注意該項(xiàng)誤差。由于系統(tǒng)誤差的特殊性,在處理方法上與隨機(jī)誤差完全不同。有效地找出系統(tǒng)誤差的根源并減小或消除的關(guān)鍵是如何查找誤差根源,這就需要對(duì)測(cè)量設(shè)備、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量系統(tǒng)作全面分析,明確其中有無產(chǎn)生明顯系統(tǒng)誤差的因素,并采取相應(yīng)措施予以修正或消除。

第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

①所用傳感器、測(cè)量?jī)x表或組成元件是否準(zhǔn)確可靠。②測(cè)量方法是否完善。如用電壓表測(cè)量電壓,電壓表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。③傳感器或儀表安裝、調(diào)整或