传感器与检测技术第一章 测量的基础知识.ppt

广西大学电气工程学院 传感器与检测技术 本章学习要求： 1.掌握测量的基本概念和方法 2.掌握检测系统的组成和分类 第一章 测量的基础知识 返回课程索引 传感器与检测技术 第一章、测量的基础知识 1.1 测量的基本概念 一、测量与检测 测量：以确定被测对象的量值为目的的全部操作。 测量的实质：将被测量与同种性质的标准单位量进行比较的过程。 被测量 标准量 比较 倍数 × 单位＝测量结果 直接/间接 1.1、测量的基本概念和方法 测量过程三要素： 测量单位 测量方法 测量装置 检测：意义更为广泛的测量——测量＋信息获取： 检测过程：信息提取、信号转换与传输、存储与显示 检测技术：检测方法、检测装置、检测信号处理 车辆振动检测 桥梁固有频率测量 热敏电阻测温度 二. 测量方法的分类 按测量的手段可以分为直接测量、间接测量和组合测量； 按测量敏感元件（传感器）是否与被测介质接触，可以分为接触式测量和非接触式测量； 按测量的方式可以分为偏差法测量、零位法测量和微差法测量； 按测量系统是否向被测对象施加能量，可以分为主动式测量和被动式测量。 1.1、测量的基本概念和方法 直接测量、间接测量与组合测量 直接测量——直接从已经标定好的测量仪表上读出测量值 直接测量过程简单、迅速，缺点在于测量准确度往往不高。 图为利用液柱式压力计测量气体压力。 1.1、测量的基本概念和方法 间接测量——对与未知待测变量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过确定的函数关系式y = f ( x1 ,x2 , ···, xn)，计算出待测量y。 间接测量的优点在于测量准确度比较高，缺点在于测量过程中比较繁琐，所需的时间比较长。 图为励磁线圈靶工作原理：根据子弹达到前后两个线圈的时间差推导子弹飞行速度。 1.1、测量的基本概念和方法 组合测量——通过改变测量条件对与被测量有一定关系的几个量进行若干次直接测量或间接测量，将测得值与相应的被测量按己知的函数关系联立方程组，通过求解联立方程组从而得到被测量的数值。 组合测量是一种特殊的精密测量方法，多用于科学实验和特殊场合。 图为测量铂热电阻的电阻温度系数的方法。 直流电桥 A、B、R0 1.1、测量的基本概念和方法 铂热电阻 接触式测量与非接触式测量 接触式测量——敏感元件或传感器与被测介质直接接触。 接触式测量比较直观、可靠，但传感器会对被测介质会引起干扰，造成测量误差 接触式测量例子：利用温度计测量物体温度 1.1、测量的基本概念和方法 非接触式测量——敏感元件或传感器不直接与被测介质接触。 非接触式测量在测量时不干扰被测介质，适于对运动对象、腐蚀性介质及在危险场合下的参数测量。 1.1、测量的基本概念和方法 光电靶测子弹飞行速度 钢铁厂超声波探伤系统 偏差法、零位法与微差法测量 偏差法测量——以检测仪表指针相对于刻度起始线（零线）的偏移量（即偏差）的大小来确定被测量值的大小。 偏差法测量过程简单、迅速，但是当偏移量较大时，测量误差也会增大 弹簧秤采用偏差法测重 事先要对刻度进行校准 零位 偏移量 1.1、测量的基本概念和方法 零位法测量——被测量和已知标准量都作用在测量装置的平衡机构上，根据指零机构示值为零来确定测量装置达到平衡，此时被测量的量值就等于已知标准量的量值 天平采用偏差法测重 标准量 指零机构 零位法测量精度较高，但在测量过程中需要调整标准量以达到平衡，耗时较多 1.1、测量的基本概念和方法 被测量 1.1、测量的基本概念和方法 微差法： 偏差法和零位法的结合 只测量被测量－标准量的余数 被偿测量大致与标准量大体平衡 微差法测量——偏差法测量和零位法测量的组合，用已知标准量的作用去抵消被测量的大部分作用，再用偏差法来测量被测量与已知标准量的差值。 微差法测量综合了偏差法和零位法的优点，测量精度较高，速度也比较快 主动式测量、被动式测量 主动式测量——敏感元件或传感器与被测介质直接接触。 显示仪表 信息处理与显示 1.2、检测系统的组成 一般说来，检测系统由传感器、变送器和显示记录装置三部分组成。 被测量 传感器 变送器 位移 温度等物理量 压力 频率等电参量 电感 电容 标准信号 /数字量 智能仪表 虚拟仪器等 信息检出 信息变换 示波器 传感器将被测物理量(如压力,温度) 检出并转换为电参量，变送器将这些电参量转换成标准信号/数字量后送到显示仪表中进行分析（提取特征参数、频谱分析、相关分析等）、处理和显示等。 第一章 测量的基础知识 1.2、检测系统的基本构成 传感器的功能是将被测对象的信息转化为便于处