第一章传感理论基础.pptVIP

传感器原理及工程应用 华中科技大学电子与信息系 夏 银 桥 联系电话传 感 器 绪 论 传感器在信息技术中的作用和地位 信息技术: 对信息资源的开发、获取、传输和处理 一、人机系统的机能对应关系 第一章 传感与检测技术的理论基础 教学目标: 本章阐述测量、测量系统、测量误差和误差分析的基本概念。 通过学习本章内容，掌握测量误差分析、测量结果评定及其数据处理的基本方法。 教学重点: 1.测量、测量方法、测量系统的基本概念 2.测量误差的定义、误差的表示方法及误差的性质 3.随机误差、系统误差及粗大误差的分析和处理 4.测量结果的评定及数据处理的基本方法 1.1.1 测量（measurement） 测量的定义: 确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。 该操作可以通过手动的或自动的方式来进行。 从计量学的角度上讲 测量就是利用实验手段，把待测量与已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作为计量单位，求得比值的过程。 1.1.2 测量方法 1.根据获得测量值的方法分类： （1）直接测量 被测量之间从测量仪器上读出。 （2） 间接测量 被测量通过与其有函数关系的几个直接测量值计算得到。 （3）组合测量 被测量必须通过求解方程组而得到。 2.根据测量方式分类： （1） 偏差法测量 被测量的值从仪表指针的位移来得到。属于直读 （2）零位法测量 用测量仪表的零位反映测量系统的平衡状态 （3）微差法测量 有机结合了偏差法测量和零位法测量 3.根据测量条件不同分类 ： 等精度测量 非等精度测量 4.根据被测量变化快慢分类 ： 静态测量 动态测量 5.根据测量敏感元件是否与被测介质接触分类 ： 接触式测量、非接触式测量 6.根据测量结果的获取方式分类： 工程测量、 精密测量 1.1.3 测量系统 1．测量系统构成 完成一个检测任务，往往需要多台装置有机地组合在一起，形成一个测量系统。 测量系统的功能：应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等。 检测系统组成：传感器、变送器（变换器）和其他变换装置等组成。 2．测量系统类型 包括：开环测量系统、闭环测量系统 （1）开环测量系统 开环测量系统是由多个环节串联而成，信息变换只沿着一个方向进行。 （2）闭环测量系统 闭环测量系统有两个通道，一为正向通道，一为反馈通道 1.1.4 测量误差 测量误差的定义: 测量误差＝测得值－真值 真值： 是指一个特定的物理量在一定条件下所定义的客观量值又称为理论值或定义值。 约定真值: 是指对于给定用途具有适当不确定度的、赋予特定量的值。 误差是针对真值而言的， 真值一般都是指约定真值。 1．测量误差的表示方法 （1）绝对误差 （2）实际相对误差 （3）引用误差 （4）基本误差 传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的误差 （5）附加误差 传感器或仪表偏离额定条件下出现的误差 例2：某被测电压为80伏左右，现有0.5级、量程为300伏和1.0级、量程为100伏两块电压表，问选用哪一块合适？ 2.测量误差的性质 （1）随机误差 在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预知随机变化着的误差称为随机误差。 但就误差的总体而言，服从一定的统计规律。 （2）系统误差 在同一测量条件下，对同一被测量多次测量时，按一定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）出现的误差称为系统误差。 1.2 测量数据的估计和处理 1.2.1 随机误差的统计处理 等精度测量随机误差处理 1. 正态分布 从测量实践可知: 在排除了系统误差和粗大误差的情况下,对某一物理量进行等精度多次测量时,其测得值中还会含有随机误差。 随机误差出现虽然具有随机性，但就误差的总体而言，却具有统计规律性。 随机误差的统计规律——误差分布律 误差分布律：正态分布律 均匀分布律 三角形分布律 由于大多数随机误差服从正态分布，因此用正态分布理论研究随即误差 例：对某一物理量测量100次，对测量数据进行统计处理，结果置于表中，然后做直方图，可看其统计规律。 正态分布概率密度函数为 正态分