電氣測(cè)量技術(shù)1

電氣丈量技術(shù)信號(hào)的檢測(cè)與變換傳感器傳感器的定義定義：可以感受規(guī)定的被丈量并按照一定規(guī)律再轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或安裝,即是一種以一定的精度把被丈量轉(zhuǎn)換為之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于運(yùn)用的某種物理量的丈量安裝。定義包含：傳感器是一種安裝，它能完成檢測(cè)義務(wù)。它的輸出量是與某一被丈量有對(duì)應(yīng)關(guān)系的量，且具有一定的精度。量包括物理量、光、電氣、化學(xué)量、生物量等。煙霧傳感器超聲波傳感器霍爾傳感器壓力傳感器溫度傳感器光電傳感器國(guó)家規(guī)范GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被丈量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或安裝，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成〞。功能：一種檢測(cè)安裝，能感遭到被丈量的信息，并能將檢測(cè)感遭到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需方式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處置、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。重要性：是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的組成敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路敏感元件的分類①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反響的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。通常據(jù)其根本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類物理傳感器物理傳感器是檢測(cè)物理量的傳感器。任務(wù)原理：利用某些物理效應(yīng)，把被丈量的物理量轉(zhuǎn)化成為便于處置的能量方式的信號(hào)的安裝。其輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)有確定的關(guān)系。常見(jiàn)物理傳感器：光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。物理傳感器舉例：光電式傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，它直接檢測(cè)來(lái)自物體的輻射信息，也可以轉(zhuǎn)換其他物理量成為光信號(hào)。光電效應(yīng)：當(dāng)光照射到物質(zhì)上的時(shí)候，物質(zhì)上的電效應(yīng)發(fā)生改動(dòng)，這里的電效應(yīng)包括電子發(fā)射、電導(dǎo)率和電位電流等前往物理傳感器可以容易產(chǎn)生這樣效應(yīng)的器件成為光電式傳感器的主要部件，比如說(shuō)光敏電阻。光電傳感器的主要任務(wù)流程就是接受相應(yīng)的光的照射，經(jīng)過(guò)類似光敏電阻這樣的器件把光能轉(zhuǎn)化成為電能，然后經(jīng)過(guò)放大和去噪聲的處置，就得到了所需求的輸出的電信號(hào)。光電傳感器輸出電信號(hào)和原始的光信號(hào)有一定的關(guān)系，通常是接近線性的關(guān)系，這樣計(jì)算原始的光信號(hào)就不是很復(fù)雜了。其它的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器。化學(xué)傳感器定義：對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)展檢測(cè)的儀器。對(duì)比于人的覺(jué)得器官，化學(xué)傳感器大體對(duì)應(yīng)于人的嗅覺(jué)和味覺(jué)器官。但并不是單純的人器官的模擬，還能感受人的器官不能感受的某些物質(zhì)，如H2、CO。用途：化學(xué)傳感器必需具有對(duì)待測(cè)化學(xué)物質(zhì)的外形或分子構(gòu)造選擇性俘獲的功能〔接受器功能〕和將俘獲的化學(xué)量有效轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能〔轉(zhuǎn)換器功能〕?；瘜W(xué)傳感器氣體傳感器：傳感元件多為氧化物半導(dǎo)體，有時(shí)在其中參與微量貴金屬作增敏劑，添加對(duì)氣體的活化作用。對(duì)于電子給予性的復(fù)原性氣體如氫、一氧化碳、烴等，用N型半導(dǎo)體，對(duì)接受電子性的氧化性氣體如氧，用P型半導(dǎo)體。將半導(dǎo)體以膜狀固定于絕緣基片或多孔燒結(jié)體上做成傳感元件前往生物傳感器對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)展檢測(cè)的儀器。由固定化的生物敏感資料作識(shí)別元件〔包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)〕與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能構(gòu)造器〔如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等〕及信號(hào)放大安裝構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)展檢測(cè)的儀器。前往傳感器的組成敏感元件：直接感受被丈量；輸出與被丈量有確定的關(guān)系。轉(zhuǎn)換元件：磁芯與電感線圈。傳感器的組成轉(zhuǎn)換電路特例傳感器的分類從運(yùn)用角度出發(fā)任務(wù)原理：物理型、化學(xué)型、生物型構(gòu)成原理：構(gòu)外型〔定理、數(shù)學(xué)公式〕、物性型〔與資料有關(guān)〕按能量轉(zhuǎn)換：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型傳感器的分類按物理形分類電參量磁電式壓電式光電式氣電式熱電式波式射線式半導(dǎo)體式傳感器的分類按用途分類位移壓力溫度振動(dòng)電流電壓功率傳感器的普通特性傳感器的普通特性靜特性動(dòng)特性特性與參數(shù)線性度以及線性化處置遲滯反復(fù)性靈敏度與靈敏度誤差分辨力與閾值穩(wěn)定性靜態(tài)精度動(dòng)態(tài)特性丈量系統(tǒng)丈量系統(tǒng)定義1：指眾多環(huán)節(jié)組成的對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)展檢測(cè)、調(diào)理、變換、顯示或記錄的完好系統(tǒng)。如含有傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集、微處置器或測(cè)試儀器。丈量系統(tǒng)定義2：指組成完好丈量系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié)或單元如：傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、測(cè)試儀器；可以是更簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)，如放大器、電阻分壓器、RC濾波器等。丈量系統(tǒng)的運(yùn)用丈量系統(tǒng)的根本特性是指丈量系統(tǒng)與其輸入、輸出的關(guān)系運(yùn)用1：知丈量的特性，輸出可測(cè)，那么經(jīng)過(guò)該特性和輸出來(lái)推斷導(dǎo)致該輸出的輸入量。運(yùn)用2：知丈量系統(tǒng)特性和輸入，推斷和估計(jì)系統(tǒng)的輸出量。運(yùn)用3：有知或觀測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出，推斷系統(tǒng)的特性。丈量系統(tǒng)的靜態(tài)特性丈量系統(tǒng)的靜態(tài)特性又稱刻度特性、規(guī)范曲線或校準(zhǔn)曲線當(dāng)被測(cè)對(duì)象對(duì)于靜態(tài)時(shí)，也就是丈量系統(tǒng)的輸入為不隨時(shí)間變化的恒定信號(hào)，丈量系統(tǒng)的輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系就是靜態(tài)特性。對(duì)于實(shí)踐的丈量系統(tǒng)，其輸入與輸出往往不是理想直線，可用多項(xiàng)式表示靜態(tài)特性傳感器的普通特性線性度以及線性化處置線性度是表示丈量系統(tǒng)靜態(tài)特性對(duì)選定擬合直線y=b+kx的接近程度.表達(dá)方式:非線性運(yùn)用誤差方式常用方法實(shí)際線性度平均選點(diǎn)線性度端基線線性度最小二乘線性度靜態(tài)特性與選定擬合直線的最大擬合偏向.丈量系統(tǒng)的滿度值擬合直線確定的方法不同,導(dǎo)致用非線性援用誤差表示的線性度數(shù)值也不同.傳感器的普通特性最小二乘法線性度擬合直線方程確實(shí)定。設(shè)擬合直線方程通式為第j個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定值yj與擬合直線上相應(yīng)值的偏向?yàn)樽钚《朔〝M合直線的擬合原那么是使N個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的均方差為最小值，由一偏求導(dǎo)等于零傳感器的普通特性實(shí)際線性度，又稱絕對(duì)線性度。擬合直線的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〔x=0,y=0〕，終止點(diǎn)為滿量程(XFS,YFS)兩點(diǎn)所決議的直線。線性度以及線性化處置最小二乘法線性度與實(shí)際線性度的擬合曲線傳感器的普通特性遲滯定義:遲滯又稱滯后量、滯后或滯環(huán)，表征丈量系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)，輸入量由小到大〔正行程〕或輸入量由大到小〔反行程〕兩者靜態(tài)特性不一致的程度。表示方法：援用誤差方式丈量系統(tǒng)的滿度值同一輸入量對(duì)應(yīng)正、反行程輸出量的最大差值傳感器的普通特性遲滯表示圖傳感器的普通特性反復(fù)性定義：表征丈量系統(tǒng)輸入量按同一方向作全量程延續(xù)多次變動(dòng)時(shí)，靜態(tài)特性不一定的程度。傳感器的普通特性反復(fù)性表示方式：援用誤差相關(guān)參數(shù)的求?。阂?guī)范偏向法ΔR—同一輸入量對(duì)應(yīng)多次循環(huán)的同向輸出量的絕對(duì)誤差S—子樣規(guī)范偏向K—置信因子K=2—置信度95%K=3—置信度99.73%規(guī)范差S的計(jì)算方法規(guī)范法極差法規(guī)范偏向S的計(jì)算方法-規(guī)范法貝塞爾公式計(jì)算規(guī)范偏向S正、反行程各標(biāo)定點(diǎn)輸出量的規(guī)范偏向正、反行程各標(biāo)定點(diǎn)輸出量的平均值標(biāo)定點(diǎn)序號(hào)，j=1，2，3，4，…，m標(biāo)定點(diǎn)的循環(huán)次數(shù)，i=1，2，3，4，…，n正、反行程各標(biāo)定點(diǎn)輸出值，yjiD，yjiI規(guī)范偏向S的計(jì)算方法-極差法取SjD，SjI的平均值為子樣的規(guī)范偏向S，又平均值的規(guī)范偏向?yàn)闃O差法---極差是丈量結(jié)果數(shù)據(jù)最大值與最小值之差。極差法計(jì)算規(guī)范偏向正、反行程標(biāo)定值極差的平均值極差系數(shù)規(guī)范偏向S的計(jì)算方法-極差法式中，ωjD----第j個(gè)標(biāo)定點(diǎn)正行程標(biāo)定值的極差〔j=1,2….n)式中，ωjI----第j個(gè)標(biāo)定點(diǎn)反行程標(biāo)定值的極差〔j=1,2….n)極差系數(shù)dn的大小和標(biāo)定點(diǎn)次數(shù)〔或丈量次數(shù)〕n有關(guān)n2345678910dn1.411.912.242.482.672.882.963.083.18傳感器的普通特性靈敏度與靈敏度誤差定義：描畫丈量系統(tǒng)對(duì)輸入量變化反響的才干。表達(dá)式：S=當(dāng)輸出量與輸入量采用相對(duì)變化量Δy/y，Δx/x方式時(shí)，靈敏度傳感器的普通特性當(dāng)靜態(tài)特性為不斷線時(shí)，直線的斜率即為靈敏度，且為一常數(shù)當(dāng)靜態(tài)特性為非線性時(shí)，靈敏度不是常數(shù)假設(shè)輸入與輸出量綱一樣，那么靈敏度無(wú)量綱。傳感器的普通特性分辨力分辨力又稱靈敏度閾，它表征丈量系統(tǒng)有效區(qū)分輸入量最小變化量的才干。普通為最小分度值的1/2—1/5。具有數(shù)字顯示的丈量系統(tǒng)，其分辨力是當(dāng)最小有效數(shù)字添加一個(gè)字時(shí)相應(yīng)示值的改動(dòng)量，也即相當(dāng)于一個(gè)分度值。傳感器的普通特性--穩(wěn)定性丈量系統(tǒng)或儀器的穩(wěn)定性是指在規(guī)定任務(wù)條件范圍之內(nèi)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)或儀器性能堅(jiān)持不變的才干。普通以反復(fù)性的數(shù)值和觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短表示。時(shí)間間隔的選擇根據(jù)運(yùn)用要求的不同可以有很大的差別舉例1：2.1mV/8h舉例2：一個(gè)月不超越1%滿量程輸出傳感器的普通特性--穩(wěn)定性環(huán)境溫度、大電壓、振動(dòng)等外部形狀變化給予丈量系統(tǒng)或儀器示值的影響，以及電源電壓、頻率等任務(wù)條件給予指示值的影響，統(tǒng)稱環(huán)境影響。影響系數(shù)表示環(huán)境影響的程度。規(guī)范任務(wù)條件：環(huán)境溫度20℃、相對(duì)濕度65%、大氣壓力101.33kPa，電源電壓220V等規(guī)范任務(wù)條件允許變化范圍：環(huán)境溫度〔20±5〕℃、相對(duì)濕度65%±5%、大氣壓力101.33kPa，電源電壓〔220±10〕V等