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1、郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 第1章 传感器与检测技术的理论基础 本章学习要求 1.了解测量的基础知识； 3.掌握测量误差分析及处理 2.掌握测量的相应方法及相关参数的测量 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 超 声 波 流 量 计 测 量 流 量 1.1 测量概论 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 郑州大学西亚斯
2、国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 一、 测量 将被测量与同种性质的标准量进行比较, 确定被测量对标准量的倍数 测量是以确定被测量值为目的的一系列操 作。 1、测量的定义 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 2、测量结果的表示 （1）测量结果的内容 ： 估计值 测量单位 测量不确定度 （2）测量结果的表示形式 数值值 曲线线 图图形 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传
3、感器原理 SENSOR SIAS 1 、 按 手 续 分 类 直接测量 间接测量 二、测量方法 实现被测量与标准量比较得出比值的方法。 组合测量被测量必须经过求解联立方程组求得 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 例1 已知一电阻 求： 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 2 、 按 测 量 方 式 分 类 偏差式测量 零位式测量 微差式测量 上述二者结合构成 优点是反应快, 而且测量精度高 用仪表指针的位移决定
4、被测量 的量值 优点：速度快 缺点：精度低 用指零仪表的零位指示检测测量 系统的平衡状态 优点：精度高 缺点：速度慢 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 3、按测量条件的变化与否： 4、按被测量变化快慢： 等精度测量 不等精度测量 静态测量 动态测量 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 三、 测量系统 被测量 传 感 器 变 送 器 传 输 通 道 显 示 装 置 信 号 处 理 环 节 被测 对象 郑州大学西亚
5、斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 四、 测量误差 测量误差就是测量值与真实值之间的差值 1、测量误差的定义 真 值 实际真值 约定真值 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 2、测量误差的表示方法 （1）绝对误差 （2）相对误差 （3）引用误差 测量值 真实值 实际相对误差 标称相对误差 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 例2：一精
6、度等级为0.5级、量程范围600 1200oC的温度传感器，试问： （1）它最大允许绝对误差是多少？ （2）检验时某点最大绝对误差是4oC,问 此表是否合格？ 我国工业仪表的精度等级分为 0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS （4）基本误差 是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差。 （5）附加误差 是指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的 误差。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原
7、理 SENSOR SIAS 被测量相同时，绝对误差大小的能表明测量的质 量。 被测量不同时绝对误差是有符号有大小的量但不 能说明测量质量，相对误差反映测量的准确性。 引用误差能表征仪表的精确等级。 结论 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 3、测量误差分类 （1） 系统误差 （2） 随机误差 （3） 粗大误差 对同一被测量进行多次重复测 量时, 误差按照一定的规律出现 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 明显偏离测量结果的误差称为粗大 误差 郑州大学西亚斯国际学院 SE
8、IEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 1.2 测量数据的估计和处理 一、 随机误差的统计处理 （1）对称性 （2）有界性 （3）单峰性 （4）抵偿性 1、随机误差的性质 随机误差的绝对值不会超出一定界限 正、负误差出现的次数大致相等 绝对值小的误差出现的机会多 误差的算术平均值趋于零 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 2、随机误差的数字特征 （1）算术平均值 最可信赖的值 （2）残余误差 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS
9、Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS （3）标准差 方差 标准差估计值s 标准差 （正态总体的平均值，理论标准差） 算术平均值的标准差 （评定 的可靠性） （总体标准差的估计值 ） 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 3、正态分布随机误差的概率计算 在任意误差区间（a, b）出现的概率为 P(avZc,则剔除此数据 3. 格拉布斯准则 |v
10、i|G |vi|3时, 应剔除 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 【例1-3】对某一电压进行12次等精度测量 ，测量值如表1-5所示，若这些测量值已消除系 统误差，试判断有无粗大误差， 并写出测量结 果。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS （1）消除系统误差 （2）测量数据列表，算出算术平均值和标准差估值 （3）利用准则法判别是否存在粗大误差，若有粗大误差剔除 （4） 对剩下的数据求算出算术平均值和标准差估值
11、，在验 证有无粗大误差，若无则计算算术平均值的标准差 结论 对误差的如何处理 ？ （5）写出测量结果 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 四、测量数据处理中的几个问题 （1）如果知道了R1、R2、RN的误差如何计算 RX的误差误差合成 （2）如果对RX的误差提出要求，如何决定R1、 R2、RN可允许的分项误差误差分配。 RX与R1、R2、RN的误差都有关系 例：以电桥法测电阻为例 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIA
12、S 1.3 电子测量相关内容的补充 一、电子测量涉及到的内容 电量测量 磁量测量 非电量测量 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 二、基本电参量的测量 电压 时间和频率 阻抗参数 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 电压是基本电能量参数（电压、电流、功率等）之一 电压可派生其它量，如幅频特性、调幅特性、失真度，灵 敏度等； 自控系统中的反馈量和控制量大都是用电压量； 1、电压测量 （ 1 ）电压测量的重要性 非电
13、量检测通常将非电量转换成电压量来测量； 电气设备和电子仪器，大多以电压来指示。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS （2）电压的分类及特点 直流 交流 工频 电子电路电压 按应 用上 分 按性 质分 强电，电压范围大，波形、频率等规则。 频率范围宽 、电压范围广 、波 形多种多样 、电子电路的等效 阻抗一般都高，有的达兆欧级。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS （3）对电压测量的基本要求 针对电压特点，主要有以
14、下几方面要求： （1）有足够宽的频率范围。 （2）有足够宽的电压测量范围。 （3）有足够高的测量准确度。 （4）有足够高的输入阻抗。 （5）应具有高的抗干扰能力。测微小电压需 高灵敏度，则干扰影响大。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS a、交流电压的峰值VP 周期性的交流电压u(t)，在 一个周期内所出现的最大瞬时值 ，称为该交流电压的峰值，以VP表 示。 峰值有正峰值（VP+）和负峰 值（VP-）之分， 正峰值与负峰值之差称为峰- 峰值Vp-p。 （4 4）交流电压测量）交流电压测量 郑州大学西亚斯
15、国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS b、平均值 根据以上定义若包含直流成分，则平均值等于直流分量； 若仅含有交流成分，则平均值等于零。这样对纯粹的交 流电压来说，其平均值为零，将无法用平均值来表征它 的大小。将交流电压通过整流器变换成单一方向的脉动 电压后(相当于数学上的求平均值),再求平均,则不为零 ,且该平均值反映了原交流信号的大小.故交流电压的平 均值通常是指检波或整流后的平均值。 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS C
16、、交流电压的有效值U 一个交流电压和一个直流电压分别加在同一纯电阻上， 若它们在相同的时间内产生的热量相等，则交流电压 的有效值等于该直流电压值 = T dttu T U 0 2 )( 1 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE OF SIAS Principle of Sensor 传感器原理 SENSOR SIAS 要根据被测电压的不同和测量的具体要求及客观条件的限制， 合理选择测量方法。归结起来有以下几种： 1.电工仪表测量 电工仪表主要是指针式仪表，如磁电系、电动系、电磁系 等，其中磁电系仪表只能测直流量。工程应用普遍。 2.电子电压表测量法 电子电压表由电子技术制成的，属电子仪器类，是模拟 式电压表。电子电路交流电压测量中广为应用。 据交流转换成直流原理的不同分： （1）公式法：按正弦交流电压有效值公式制成有效值电压表 。主要是频带窄、准确度低。 （2）热电转换法：利用热电偶转换制成有效值电压表。优点 是没有波形误差，但有热惯性、频带不宽、维修不便等缺点。 电压测量方法 郑州大学西亚斯国际学院 SEIEE
