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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思SSllRR一、 1.1 测量方法的分类：方法：直接测量 （在仪表上直接读出被测量的大小而无须经过任何运算。优点：简单、迅速缺点：精度差）、间接测量（ 首先测出与被测量有确定函数关系的物理量，再经过函数运算求出被测量的大小。和组合测量（又称“联立测量”，即被测物理量必须经过求解联立方程才能导出结果。）条件：等精度测量（在测量过程中影响测量误差的各种因素不改变。）不等精度测量（改变测量条件的测量）接触测量和非接触测量，静态测量和动态测量。1.2测量的目的在于寻求被测量的真值。1. 算术平均值（常用来表示测量真值）nxnxxxniinx121 2. 几何平均值
2、：nnGxxxx21 3. 均方根平均值nxxxxnu22221 1.3衡量检测装置性能的指标主要有精度，稳定性。1. 精度（精密度，在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度（离散程度）。准确度，它表示测量仪器指示值对真值的偏离程度。精确度，它是精密度和准确度的综合反映反映系统综合误差的大小） 2. 稳定性（测值随时间的变化程度。零点漂移，在一定条件下，保持输入信号不变，输出信号随时间而变化。灵敏度变化 时间 t延长灵敏度下降）1.4对任何一个测量系统，在一定条件下，输出输入存在着一定的函数关系，即静态特性。 ( 灵敏度， 传感器或检测仪表在稳态下输出量的变化量y
3、与输入量的变化量 x 之比，用 K表示xyK线性xyK非线性 K a1 2. 分辨率 灵敏度阈值，引起输出量产生微小变化所需的最小输入量的变化量. 1。对数字显示的测量系统，分辨率是数字显示的最后一位所代表的量度2。对指针式测量仪表，分辨率与人们的观察能力和仪表的灵敏度有关) 。3. 线性度检测输入输出特性对理想线性输入输出特性的近似程度。用实测输入输出特性与理想输入输出特性的最大偏差对量程之比的百分数表示。线性度=%100Amax 4.迟滞（滞环）说明测量系统正向（输入量增大）和反向（输入量减小）特性不一致的程度。最大滞环误差%100AmmE5. 重复性在同样的工作条件下，输入按同一方向作全
4、量程多次（三次以上）往复变化时，测量系统刻度特性曲线的一致性%100Amm二、 1.1 绝对误差0xxx特征具有量纲，与被测量相同其大小与所取单位有关能反映误差的大小和方向不能反映测量的精细程度1.2 相对误差%1000xx相对误差的特征：大小与被测量单位无关能反映误差的大小和方向能反映测量工作的精细程度 1.3 引用误差%100Amx测量误差的分类2.1 系统误差恒值系统误差变值系统误差（累进性系统误差、 周期性系统误差按复杂规律变化的系统误差）产生系统误差的原因主要是：仪器不良，如零点未校准刻度不准测试环境的变化，如外界湿度、温度、压力变化等安装不当测试人员的习惯偏向，如读数偏高；测量方法
5、不当2.2 随机误差（不能在测量过程中设法把它去除。随机误差愈小，精密度愈高。而系统误差则用准确度表示。）2.3. 疏失误差（“过程误差”或“粗大误差” ，简称“粗差” 。误差分析与处理方法1.系统误差的判别1) 恒值系统误差的判断a) 实验对比法 b) 改变测量条件法c) 理论计算与分析法 (2) 变值系统误差的判断a) 残余误差观察法b) 残余误差之和相减法( 马利科夫判据 ) 2. 系统误差的消除与削弱(1) 固定不变的系统误差消除法:代替法（图）交换法(2) 线性系统误差消除法：对称测量法（图） 。 (3) 周期性变化的系统误差消除法：半周期读数法。3.2 随机误差分析方法1. 随机误
6、差的统计特性2. 随机误差的估计1-n)(n12iixx2)算术平均值的均方根误差nx测量结果的表示方法：xxx3或xxx 3.3 疏失误差或粗大误差的处理1. 粗大误差产生的原因1) 测量人员主观的原因 2) 客观外界条件的原因2. 判断粗大误差的准则莱依特准则若3xxUii则认为该测值xi 是粗大误差， 应予剔除。 例：对容器中一溶液的浓度共测量 15 次。 。 。解：40.2015151iixx033.011512nxxii因为099.0310. 040.2030.20所以剔除 20.30 ，对剩下的14 个数据继续继续判断：重复以上步骤14141iixx1141412iixx048.
7、03逐一检查ui ，其绝对值无一超过0.048 。所以， 15 个测量数据中只有20.30是异常值。测量误差的综合处理（例题）yxxyyxxyyxxyyynn2211测量系统的误差分配原则：必须兼顾各环节可以达到的误差水平，合理地进行误差分配。分配测量环节的误差应满足系统误差要求。利用正负环节误差可相互抵消的特点，降低系统总误差，或采用质量较低的元器件。三、定义 :能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。组成 :被测量敏感元件转换元件测量电路电量敏感元件 : 能直接感受或响应被测量的部分。转换元件:将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输和
8、测量的电信号部分。测量电路: 把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路. 工作遵循定律 : 1, 守恒定律 2,场的定率 3, 物质定律 传感器分类 :1) 按物理 , 化学 ,生物效应 :物理传感器 ( 热敏电阻传感器 ) 、化学传感器 ( 催化气体传感器 )、生物传感器 ( 生化传感器 ).2) 按能量传递 : 有源和无源3) 按被测对象 : 速度, 力, 流速 ,温度 , 湿度等 4) 按工作原理 : 电阻式 ,电容式 , 电感式, 涡流式 , 光电式等发展趋势 :1) 固态化 2) 集成化和多功能化3) 图象化 4) 智能化四、 1电阻应变片它由电阻应变
9、片和测量线路两部分组成。目前应用最广泛的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片。测量相对误差：srkllRR)21()21(导体产生机械变形时，电阻值发生变化的现象称为“应变电阻效应”。当应变金属丝受环境温度影响时，有：RTRT0 1+T（TT0）温度系数T4.28 10-3/ 1.3 温度补偿措施应变片补偿法见图热敏电阻补偿法见图2. 不平衡单臂电桥电压灵敏度sosusUUK41非线性度：21osoosfUUU3 差动电桥的工作特性灵敏度susUUK210线性度0osoosfUUU.4 双差动电桥的工作特性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
10、- - -第 1 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思灵敏度susUUK0线性度0osoosUUU5.电桥分类按输入电源分：直流电桥、交流电桥、恒压源电桥、恒流源电桥按被测电阻的接入方式分：单臂电桥四个桥臂中只有一个桥臂是敏感元件，差动电桥四个桥臂中有两个敏感元件是相邻桥臂，这两个敏感元件在测量对象中，阻值变化大小相等，方向相反；双差动电桥四个敏感元件，分成大小相等、方向相反的两对。相对臂电桥四个桥臂中两个敏感元件是相对桥臂，变化大小相对，方向相同。按桥臂电阻的配备方式分串联对称电桥 ( 第一类对称电桥 ) R1 R2 ,R3 R4 并联对称电桥 ( 第二类对称电桥 ) R1
11、R3，R2R4 等臂电桥 R1 R2R3 R4 按电桥的工作方式平衡电桥满足 R1R4 R2R3 不平衡电桥五、电容 基本工作原理：平板电容器的电容为：dSC1. 变极距型电容传感器（输出呈非线性关系，典型应用是检测位移变化。）ddSC2传感器灵敏度：2dSdCK可见，灵敏度与d2 成反比，极距越小，灵敏度越高。为减小非线性误差，该类传感器通常只用于微小位移的测量。（0.005 0.01mm) 2、变面积型电容传感器（输出与被测量呈线性关系，典型应用是检测位移变化。）1平行线位移传感器xdbCxxdbCx灵敏度：dbxCK显然随着 b 增加 d 减小，k 增加2角位移型传感器扇型有效面积 :
12、221RSdRCx22dRCx22灵敏度：dRCK22此类传感器适用于较大线位移或角位移的测量。3、变介质型电容传感器（输出与被测量呈线性关系，典型应用是检测液位。）测量液面高度的电容式液位计，1、2为两个同心圆柱状极板)ln(2)ln()(21112dDldDllC1被测液体介电常数2空气的介电常数 D 、d两同心圆柱的直径l 柱体的有效总长度l 1浸入液体的实际高度121)()ln(2ldDC)ln()(2211dDlCK4、检测电路（调幅型测量电路）(1) 运算放大器电路01jwCUIixjwCUI10221II100UCCUx如果传感器为平行板电容器dSCxdUSCU00则dUSCU0
13、0灵敏度USCdUK000解决了非线性问题(2) 变压器桥式电路高频信号源，当系统电桥平衡时，321CCCCx0scU改变 Cx, 0scUxxxCCCCUCCCUUU33233220211125、应用1、膜片电极式压力传感器（由一个固定电极和膜片电极构成电容。）2、电容加速度传感器（一般采用惯性式原理测量绝对加速度。例如差动式电容加速度传感器。有两个固定极板，中间有一个用弹簧片支撑的质量块，质量块两个端面经过磨平抛光后作为可动极板。）3、电容荷重传感器（用一块弹性极限高的钢，在同一高度上并排打圆孔，在孔的内壁以特殊的粘接剂固定两个截面为T 型的绝缘体，保持其平行并留有一定间隙，在相对面粘贴铜
14、箔，从而形成一排平板电容。当园孔受荷重变形时，电容值将改变，在电路上各电容并联，总电容增量将正比于被测平均荷重F。 ）4、电容湿度传感器（右图是利用多孔氧化铝吸湿的电容式湿度传感器示意图。以铝棒和能渗透水的黄金膜为极板，极板间充以氧化铝微孔介质。多孔性氧化铝可从含有水分的气体中吸收水蒸气或从含水液体介质中吸收水分，吸水以后，介电常数发生变化，电容量随之改变。 ）5、新型电容式指纹传感器六、 第六章电感式传感器一、自感式传感器1、闭磁路式自感传感器（器用于检测很小的位移，106 米级，非线性大）传感器的灵敏度为：200202SnLKS2 、螺管型自感传感器（衔铁移动范围大，线性，但灵敏度较低）灵
15、敏度为：)1(2202raSlrnK精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3、空气隙差动式自感传感器（与单一闭磁路式自感传感器比，灵敏度约提高一倍, 非线性减小）灵敏度200112LK4 、差动自感传感器测量电路灵敏度012UUKSC5、其它测量电路(a) 调频检测电路自感线圈作为振荡器谐振回路的一部分，当电感随被测量变化时，振荡频率发生相应的变化，经鉴频器把频率变化转换成电压的变化，得到检测输出信号。（自感线圈 - 调频振荡 - 放大限幅 - 鉴频器- 放大器 - 输出）(b) 调
16、幅检测电路自感 L 为谐振回路的一部分，由稳频限幅的高频振荡器供电，调整电容C，使回路工作在谐振频率附近。检测时L 变化，输出电压幅度在UM附近变化，经放大整流得到信号 . 二、互感传感器（差动变压器）1. 螺管型互感传感器ppoULrMMU2212)()(当差动变压器接入负载RL后，负载电流会影响初级回路。但采用输入电阻较高的放大器，则可以忽略其影响，得到负载上的输出电压为：oLoLLURZRU，ssssssLjrLjLjrrZ21210，PppsLsLLULrMMLRrRU221222)()()()(2、 互感传感器的应用：1) 呼吸测定 2) 流量测量 3) 气压测量三、电涡流式传感器涡
17、流大小与金属板的磁导率，电阻率，厚度以及激磁线圈与金属板的的距离、激磁电流的频率等参数有关，固定其中一些参数，就能根据涡流的大小测出另外的参数。涡流传感器在金属体上生产的涡流，由于涡流的集肤效应，其渗透深度h 与传感器的激磁电流的频率f 有关，它们的关系是：fh3.501、高频反射涡流传感器（测位移）线圈通以高频交流电流I1，线圈周围产生交变磁通1，它通过金属板形成闭路。金属导体便产生涡流i2，由于集肤效应，高频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用于表面的薄层内，电涡流i2除要消耗在金属板发热之外，还将产生交变磁通2。根据楞次定律，2与1方向相反。由于2的反作用，抵销部分1，故两个磁场
18、叠加后，使原来的电感量减小，导致其阻抗的变化，随之线圈电流i1的大小和相位都要发生变化，变化的程度与x 有关，据此可进行测量。2、低频透射涡流传感器（测厚度）根据电路理论，由于集肤效应，金属导体产生的电涡流贯穿深度与传感器线圈激磁电流的频率有关。频率越低，电涡流的贯穿深度越厚。利用此原理，制成低频透射涡流传感器，适合测量金属材料的厚度。图中L1为发射线圈L2为接收线圈， L1通入音频信号后，产生交变磁场。磁力线在金属板上产生涡流I ，涡流 I 产生的磁场抵销L1的部分磁力线，使L2接收的磁力线减少，感应电压U2减小，金属板越厚，涡流损耗越大，U2越小，由此可以检测出金属板的厚度。3 、涡流传感
19、器的应用1）轴向位移 2）轴径向振动3）线膨胀系数4）接近检测开关5）转速 6）零件数 7）表面光洁度七、1. 热电阻式传感器 -利于导电物体的电阻率随温度变化的温度电阻效应。主要用于温度以及与温度有关的参量的测量。按照热电阻的性质可分为两大类： 1. 金属热电阻简称“热电阻” 2.半导体热电阻简称“热敏电阻” 1. 1.1铂热电阻国际上公认的高精度测温标准传感器。铂电阻是用很细的铂丝绕在云母支架上制成。在0630.74 范围内，铂电阻与温度的关系可以精确表示为：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3) 式中 A 3.96847103 B -5.84710-7 C-4.22 10-12 1. 1
20、.2. 铜热电阻 -适用于测量精度要求不高，温度范围在50150的场合。铜热电阻的优点是：1. 价格便宜 2. 铜的电阻与温度几乎是线性关系，即Rt=R0(1+t) 3.电阻温度系数较大，（ 4.25 4.28) 10-3/ 。铜热电阻的缺点是：1. 电阻率较小，体积较大2. 易氧化，使用环境要求高3.测量温度范围小1. 1.3. 其它热电阻 - 随着科学技术的发展，对低温和超低温的测量提出了迫切要求。 1) 铟电阻高精度低温电阻。铟的熔点为150，在 4.2 15K温域内的灵敏度比铂电阻高10 倍。缺点是材料软，复制性很差。2) 锰电阻 - 特点是在 632K 低温范围内，电阻随温度变化很大
21、， 灵敏度高。 缺点是脆性大， 难以控制成丝。 1.2 半导体热敏电阻 - 由金属氧化物（如锰、 镍、铜和铁的氧化物）粉料按一定配方，挤压成型，经过 10001500高温烧结而成。热敏电阻的优点是温度系数大、体积小、热惯性小。热敏电阻是非线性电阻。主要表现在电阻值与温度间呈指数关系；电流随电压的变化不服从欧姆定律。 1.3 半导体热敏电阻的特性 - 按半导体电阻随温度变化的特性分为三种类型：1、负电阻温度系数热敏电阻 Negative Temperature Coefficient。2、正电阻温度系数热敏电阻 Positive Temperature Coefficient。3、临界温度热敏电
22、阻 Critical Temperature Resistor 第二节霍尔传感器 - 是基于半导体材料的霍尔效应原理制成的敏感元件。1.1 霍尔效应 - 将一块通以电流I 的导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势。fL洛伦之力 fE-电势 UH产生的电场力霍尔电势 UHKHIB （ KH是灵敏度系数）1.2 霍尔元件基本检测电路1、元件电路符号2、基本检测电路1.3 霍尔元件不等位电势的补偿由于输出端的不对称和其它原因，霍尔元件在外磁场为零的情况下，仍有电势输出。 1.3 霍尔传感器的应用 1. 位移检测。x0 时，B0 。 x 变化时， B 增大，输出电势。动态范围 5mm ，分辨率 0.001mm 2.转速测量 - 通过输出的脉冲数量计算转速。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第八章也学了，自己看看。图相当重要 ，由于空间限制，自己加。设计题的部分要求也要记自加精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页
