第1章.传感器与检测技术的理论基础ppt课件.ppt

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1、第1章传感器与检测技术的理论基础1.0测量概论1.1测量系统1.2测量数据的估计和处理1.3测量系统误差分析基础1.4测量数据的估计和处理返回主目录第1章传感与检测技术的理论基础1.0测量概论科学技术高度发达的现代社会,人类已进入信息时代。人们在从事工业生产和科学实验,主要依靠对信息资源的开发、获取、传输和处理。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置,是感知、获取与检测信息的窗口.科学实验和生产过程,都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。检测与转换技术：（自动检测技术和自动转换技术的总称）

2、是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术学科。检测与转换技术研究的主要内容:对被测物理量的测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。测量原理：指用什么样的原理去测量被测量量。图1–1测量系统原理结构框图1.1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。传感器是感受被测量的大小并输出相对应的可用输出信号的器件或装置。数据传输环节用来传输数据。当测量系统的几个功能环节独立地分隔开的时候,则

3、必须由一个地方向另一个地方传输数据,数据传输环节就是完成这种传输功能。数据处理环节是将传感器输出信号进行处理和变换。如对信号进行放大、运算、线性化、数-模或模-数转换,变成另一种参数的信号或变成某种标准化的统一信号等,使其输出信号便于显示、记录,既可用于自动控制系统,也可与计算机系统联接,以便对测量信号进行信息处理。数据显示环节将被测量信息变成人感官能接受的形式,以完成监视、控制或分析的目的。测量结果可以采用模拟显示,也可采用数字显示,也可以由记录装置进行自动记录或由打印机将数据打印出来。2．开环

4、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,k1、k2、k3为各个环节的传递系数。输入、输出关系为y=k1k2k3x(1-3）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。（2）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=βyy=kΔx=k(

5、x1-xf)=kx1-kβy当k>>1时，则y=x1/ß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。根据以上分析可知,在构成测量系统时,应将开环系统与闭环系统巧妙地组合在一起加以应用,才能达到所期望的目的。3、测量概念测量是以确定量值为目的的一系列操作。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:或（1-1）（1-2）式中：x——被测量值;u——标准量,即测量单位;n——

6、比值（纯数）,含有测量误差。由测量所获得的被测的量值叫测量结果。测量结果可用一定的数值表示,也可以用一条曲线或某种图形表示。测量结果应包括：比值、测量单位、误差部分。选择其中适当的参数作为测量信号例如热电偶温度传感器的工作参数是热电偶的电势,差压流量传感器中的孔板工作参数是差压ΔP。测量过程：传感器从被测对象获取被测量的信息,建立起测量信号,经过变换、传输、处理,获得被测量的值。1.2测量分类实现被测量与标准量比较得出比值的方法,称为测量方法。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的测量方法。

7、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(测量手段)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测量与被动式测量等。1．直接测量、间接测量与组合测量使用仪表或传感器进行测量时,对仪表读数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

8、称为直接测量。例如,用磁电式电流表测量电路的某一支路电流,用弹簧管压力表测量压力等,都属于直接测量。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。先对与测量有确定函数关系的几个量进行测量,将被测量结果代入函数关系式,经过计算得到所需要的结果,这种测量称为间接测量。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。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。