传感器与检测技术的理论基础ppt电子课件教案第1章传感器与检测技术的理论基础

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1、1.1测量概论1.2测量数据的估计和处理如何检测如何处理检测数据主要内容1.1测量概论“测量系统”这一概念是传感器发展到一定阶段的产物。测量系统是测量仪表的有机结合，测量仪表可能包括敏感元件、传感器、变换器、运算器、显示器、数据处理装置等。1、测量测量是以确定被测量的值获取测量结果为目的一系列操作。所以测量也就是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。它可由下式表示:（1-1）（1-2）或式中:x——被测量值;u——标准量,即测量单位;n——比值（纯数）,含有测量误差。测量结果应包括两部分：比值和测量单位。确切地讲,测量结果还应包括误差部分。测量结果仅仅是

2、被测量的最佳值，而非真值，还应该给出测量结果的质量，即测量结果的可信度，可信度可以使用测量不确定度来表示，因此测量结果的完整描述应包括估计值、测量单位及测量的不确定度。2、测量方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法,称为测量方法。对于测量方法,从不同角度,有不同的分类方法。根据获得测量值的方法可分为直接测量、间接测量和组合测量;根据测量的精度因素情况可分为等精度测量与非等精度测量;根据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量与微差法测量;根据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量;根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触测量与非接触测量;根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为主动式

3、测量与被动式测量等。1)．直接测量、间接测量与组合测量在使用仪表或传感器进行测量时,测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算就能直接表示测量所需要的结果的测量方法称为直接测量。被测量与测得值之间的关系如下：y=x直接测量的优点是测量过程简单而又迅速,缺点是测量精度不高。间接测量中被测量与测得值之间的关系如下y=f(x1,x2,….xn)间接测量测量手续较多,花费时间较长,一般用在直接测量不方便或者缺乏直接测量手段的场合。功率测量仪若被测量必须经过求解联立方程组,才能得到最后结果,则称这样的测量为组合测量。组合测量是一种特殊的精密测量方法,操作手续复杂,花费时间长,多用于科学实

4、验或特殊场合。2)．等精度测量与不等精度测量用相同仪表与测量方法，在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量,称为等精度测量。用不同精度的仪表或不同的测量方法,或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。3、测量系统1).测量系统构成测量系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机组合。图1-1表示测量系统原理结构框图。图1–1测量系统原理结构框图被测对象被测量传感器变送器传输通道信号处理环节显示装置2)．开环测量系统与闭环测量系统（1）开环测量系统开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行,如图1-2所示。其中x为输入量,y为输出量,k1、k2、

5、k3为各个环节的传递系数。输入、输出关系为y=k1k2k3x采用开环方式构成的测量系统,结构较简单,但各环节特性的变化都会造成测量误差，误差可能会很大。频域分析电子线路y（w）=x(w)*k1(w)*k2(w)*k3(w)自动控制y（s）=x(s)*k1(s)*k2(s)*k3(s)其中s=jw时域与频域分析F1(w)F2(w)f1(t)*f2(t)(注：这里的*是卷积的含义)（2）闭环测量系统-闭环测量系统有两个通道,一为正向通道,二为反馈通道,其结构如图1-3所示。其中Δx为正向通道的输入量,β为反馈环节的传递系数,正向通道的总传递系数k=k2k3。由图1-3可知:xf=β

6、yy=kΔx=k(x1-xf)=kx1-kβy当k>>1时，则显然,这时整个系统的输入输出关系由反馈环节的特性决定,放大器等环节特性的变化不会造成测量误差,或者说造成的误差很小。4、测量误差测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。但由于种种原因,例如,传感器本身性能不十分优良,测量方法不十分完善,外界干扰的影响等,都会造成被测参数的测量值与真实值不一致,两者不一致程度用测量误差表示。测量误差就是测量值与真实值之间的差值。它反映了测量质量的好坏。1)．测量误差的表示方法测量误差的表示方法有多种,含义各异，各自有着不同的用途。（1）绝对误差绝对误差可用下式定义:Δ=x-L

7、式中:Δ——绝对误差(有正负，并且有量纲);x——测量值;L——真值。采用绝对误差表示测量误差,不能很好说明测量质量的好坏。例如,在温度测量时,绝对误差Δ=1℃,对体温测量来说是不允许的,而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果。（2）相对误差相对误差的定义由下式给出:δ=×100%(1-7）式中:δ——相对误差,一般用百分数给出;Δ——绝对误差;L——真实值。由于被测量的真实值L无法知道,实际测量时用测量