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1、检测技术及传感器 Measurement Technology and Sensors CISTBUCT 2008-2014 第部分 课程复习 葵花子宝典 “葵花在手、高分我有” 难说 “欲练神功、必须用功” 正途 TMT&AI 复习 l三种难度 l填空、选择 基本概念、概念辨析 l简答、计算 概念辨析、基本公式 l分析、设计 知识运用 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l检测与测量：pg11.1par3 l检测装置：pg21.2.1par5 l敏感元件/检测元件：pg21.2.1par8 l传感器：pg21.2.1par9 l变送器：pg31.2.1par1 l直接
2、测量：pg31.2.1par4 l间接测量：pg31.2.1par5 软测量：pg2554.1.1par3 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l按仪表结构分类： 开环结构：pg41.2.2par8&fig1.5 闭环结构：pg51.2.2par6&fig1.6 平衡（反馈）式变换结构： pg923.1.2.4par2&fig3.9 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l仪表基本性能： 测量范围和量程：pg61.2.3par2 灵敏度：pg61.2.3par7 死区/不灵敏区：pg61.2.3par10 线性度/非线性误差：pg61.2.3par
3、12 回差/变差/滞环：pg61.2.3par13 稳定性：pg81.2.3par11 重复性与再现性：pg81.2.3par18 可靠性：pg9 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l仪表基本性能： 绝对误差/仪表基本误差：pg71.2.3par4&par9 相对误差：pg71.2.3par6 引用误差/最大引用误差/仪表满刻度相对误差： pg71.2.3par8&par10 允许误差：pg71.2.3par11 准确度与准确度等级：pg71.2.3par13 动态特性：pg81.2.3par9 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l误差理论基
4、础： 按误差的出现规律分类：pg101.3.1par5 按使用的工作条件分类：pg111.3.1par4 随机误差的特征：pg121.3.2.1 粗大误差的判定：pg141.3.2.2 系统误差的判定：pg151.3.2.3 消除和减少误差的一般方法：pg191.3.3 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.1 基本概念 l仪表的防爆等级：L04.ppt 防爆标志 常见防爆类型：隔爆型(d)、本安型(ia/ib) 爆炸性危险场所分区 类场所：0 区、1 区、2 区 类场所：20 区、21 区、22 区 l仪表的防护等级：L04.ppt 防护标志 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础
5、l1.1 基本概念 l数据处理的误差：L04.ppt 有效数字、科学记数法 l提高测量精确度的途径：L04.ppt 控制测量误差因素（减少不确定因素） 选择有利的测量方案（限制各不确定因素的值） 满足误差分量的均衡条件（控制最大误差分量） 充分利用测量误差的抵偿性 l仪表的分析设计原则：L04.ppt TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.2 基本公式 l开环结构传递系数与相对误差： pg51.2.2exp1.1exp1.2 l闭环结构传递系数与相对误差： pg51.2.2exp1.3exp1.5 l非线性误差：pg61.2.3exp1.7 l回差：pg71.2.3exp1.8 l相对
6、误差：pg71.2.3exp1.10 l引用误差：pg71.2.3exp1.11 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.2 基本公式 l随机误差的估计与统计处理： 标准差：pg121.3.2.1exp1.14 样本标准差(Bessel公式)：pg121.3.2.1exp1.15 算术平均值的样本标准差：pg131.3.2.1exp1.17 l粗大误差的估计与统计处理： 拉依达法：pg141.3.2.2exp1.18 l系统误差的估计与判定： 标准差判据：pg161.3.2.3exp1.20exp1.23 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.2 基本公式 l误差合成： 系统误差
7、合成： pg171.3.2.4exp1.25&exp1.27 随机误差合成：pg181.3.2.4exp1.31 误差的总合成：pg191.3.2.4exp1.32&exp1.33 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.3 辨析应用 l敏感元件/检测元件、传感器和变送器的相互比较 l回差、非线性误差、相对误差、引用误差、准确度和准 确度等级之间的关系 参阅 L02.ppt l回差、重复性、再现性之间的关系： pg91.2.3par4 l准确度等级： l注意量程的计算和最大引用误差的计算。 流量检测仪表中的“量程比” TMT&AI 复习 l概念辨析 l测量的误差：随机误差、粗大误差、系统
8、误差 l仪表的指标：静态特性、动态特性 l输入输出特性与误差的关系 l绝对误差：有单位；真值的获取；仪表基本误差 l相对误差：与真值有关，不反映仪表的好坏 l最大引用误差：仪表量程；仪表满刻度相对误差 l非线性误差： l回差：上行程(正行程)，下行程(反/逆行程） TMT&AI 复习 l概念辨析 l输入输出特性与误差的关系 l例：下列判断不正确的是 l最大引用误误差 非线线性误误差 l满满刻度相对误对误 差 相对误对误 差 l回差 2最大引用误误差 l非线性误差 2回差 TMT&AI 复习 l1 检测技术基础 l1.3 辨析应用 l误差的估计： 真值是否已知：当声明标定某一量值、或给定了测量
9、标准量时，认为真值已知。 已知用标准差：pg121.3.2.1exp1.14 未知用样本标准差：pg121.3.2.1exp1.15 如果没有特殊声明，置信概率都取99%（即置信系数 取 k = 3）。 TMT&AI 复习 l2 仪表构成与设计 l2.1 基本概念 l参数检测的一般方法：pg232.1.1 l传感器：L02.ppt/L03.ppt 电阻式检测元件： 电位器、热电阻、应变片 电容型检测元件： 平板形、圆柱形、 球形、并行直导线 电感型检测元件： 自感型、互感型、涡流式 TMT&AI 复习 l2 仪表构成与设计 l2.1 基本概念 l信号变换的结构形式：pg883.1.2par2
10、简单变换：pg883.1.2.1fig3.3 仪表特点：pg883.1.2.1par3 L06.ppt 差动变换：pg893.1.2.2fig3.4 仪表特点：pg893.1.2.2par5 TMT&AI 复习 l2 仪表构成与设计 l2.1 基本概念 l信号变换的结构形式：pg883.1.2par2 参比变换：pg903.1.2.3fig3.6 仪表特点：pg913.1.2.3par8 平衡式/反馈式变换：pg923.1.2.4fig3.9 仪表特点：pg943.1.2.4par5 l电桥转换电路的特点：pg1013.1.3.2par2 TMT&AI 复习 l2 仪表构成与设计 l2.2 基
11、本公式 l不平衡电桥： 等效电路： pg1023.1.3.2fig3.27&exp3.31exp3.32 电压输出/电流输出： pg1033.1.3.2tab3.2 电桥的电源电压和功率： pg1033.1.3.2exp3.34exp3.38 TMT&AI 复习 l2 仪表构成与设计 l2.3 辨析应用 l不平衡电桥的设计为基础方法，实际问题中如果对电桥 输出电压与被测量（非电阻阻值本身）时，还需要考虑 检测元件的非线性特性。 l例如，当检测元件为 Pt100 时，其电阻值随温度的变化 为 。要求电桥对温度 t 的输出特性 非线性误差小于某个值时， 在设计电桥时需要将 Rt 代 入电桥的计算公
12、式，得到 ，与其线性化的特性 进行比较，计算非线性误差。 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l单单臂工作第二对对称不平衡电桥设计电桥设计 l桥桥臂电电阻 l供电电压电电压 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 确定电阻型检测元件的电阻相对变化率，一般 是被测变量的非线性函数。 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 已知 ，定义 ， 有 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 当 m = 1 时，对应于等臂电桥和第一对称；
13、当 m 1 时，对应于第二对称和一般电桥。 输出值与 和 E 成正比； 电压输出值与电阻的大小无关。 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 非线线性误误差 当 很小时时，线线性化输输出电压电压 特性 由非线线性误误差的定义义 若给给定非线线性误误差上界 则则 。 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 非线线性误误差 若要消除第二对对称单单臂工作的不平衡电桥电桥 的非线线 性误误差，要求 m ； 意味着，E 。 电电流源代替电电阻 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变
14、化率 输出电压 非线线性误误差/最大化输出 此时，非线性误差为 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 非线线性误误差/最大化输出 供电电压 构成电桥的各个元件都消耗能量，供电电压对元件 的耗散功率有要求。 考虑最不利情况 TMT&AI 复习 l不平衡电桥设计 l电压输出（电压灵敏度） 相对变化率 输出电压 非线线性误误差/最大化输出 供电电压 给定元件最大耗散功率 同理，对 R2 一般情况下，m 1，P20 P10。 TMT&AI 复习 l3 温度检测仪表 l3.1 基本概念 l温度与温标： pg1163.2.1par1&3.2.1.1par1
15、l热电偶/热电极/工作端（测量端/热端）/自由端（参考端 /冷端）：pg1183.2.2par1/参考pg502.5.1 热电偶自由端处理（自由端的影响）： pg1203.2.2.2 补偿导线的作用：pg1213.2.2.2par11 冷端补偿的方法：自由端恒温法、计算修正法、自 动补偿法 TMT&AI 复习 l3 温度检测仪表 l3.1 基本概念 l金属热电阻的三线制接法： pg1263.2.3.3par4&fig3.55 l集成温度传感器的工作原理和特点： pg1293.2.4.4par1 参考pg542.5.2 l3.2 基本公式 l热电势：pg1213.2.2.2exp3.77 TMT&AI 复习 l3 温度检测仪表 l3.3 辨析应用 l在热电偶测温系统的分析和设计中，需要注意热
