第二章--测试系统与传感器原理.pdf

第二章 测试系统与传感器原理 第一节 测试系统的组成与主要性能指标 第二节 差动电阻式传感器的基本原理 第三节 振动钢弦式传感器的基本原理 第四节 电感式传感器的基本原理 第五节 电阻应变片式传感器基本原理 第六节 其它类型的传感器原理 第七节 测试系统选择的原则 第一节 测试系统的组成与主要性能指标 1、测试系统的组成 测试技术是科学理论发展的基础，反过来，科学理论发展又 促进了测试技术的发展。 测试技术是通过测试系统来实现的，测试系统应既具有如 下几个功能：将被测对象置于预定状态下，对被测对象输出 的信息进行采集、传输、分析、处理、判断和显示记录，最 终获得测试所需的信息。 按照信号传递方式来分，常用的测试系统可分为模拟式和 数字式两种测试系统。 一个完善的力学测试系统由荷载系统、测量系统、信号处 理系统、显示与记录系统四大部分组成。 1、测试系统的组成（续） 荷载系统：是使被测对象处于一定的受力状态下，使被测对象 有关的力学量之间的联系充分显露出来，以便进行有效测量的一 种专门系统。岩土工程测试采用的荷载系统有重力式、液压式、 气压式、电力式、电磁式、杠杆式等。 测量系统：由传感器、信号变换和测量电路组成。它将被测量 （如岩土体或工程结构的力、位移等）通过传感器变成电信号， 经过变换、放大、运算，变成易于处理和记录的信号。其中传感 器是整个测试系统中采集信息的关键环节，它的作用是被测量 （力、位移等非电量）转换成便于放大、记录的电量。 信号处理系统：是将测量系统的输出信号进行传输并做进一 步的处理以便排除干扰，提高所获得信号的置信度。如各种滤波 器或专门电路等。 显示和记录系统：是测试系统的输出环节，它是将被测对象 所测得的有用信号及其变化过程显示、记录或存储下来。如微机、 绘图仪等。 2、测试系统的主要性能指标： （1）系统精度（误差）: 测试系统的精度指测试系统给出的指示值与被测量的真 值的接近程度，误差为指示值与被测量的真值的差异程度， 系统精度通常用误差表示。 注意: 0.5 : 绝对误差：△= X - X 精度 级是指 x 0 相对误差：δ=(X-X )/X ×100% 0.5  0. 0 0 005 0 0 误差：γ=(X-X )/X ×100％（F.S) 0 m 式中：X －－仪器指示值 X －－约定真值或相对真值（是难以确切测量的，可用精 0 度更高的仪器得到约定真值） Xm －－仪器测量系统量程。 系统精度等级：一般取最大 误差去掉百分号的数字，用符号 G表示。允许误差是指仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差 范围，是仪器最重要的质量指标之一。 （2 ）系统稳定性（可靠性）：误差随测量过程及 是变化的，如读数产生漂移、噪声干扰等，稳定性是衡量测 试系统在工作条件和工作时间内，保持原有技术性能的能力。 稳定性有两个指标：时间上的稳定性及外部环境变化引 起的示值不稳定性。 时间上的稳定性（稳定度）：它是由于仪器随机性变化、 周期性变化、漂移等引起的示值变化，一般用测量波动值与 时间长短表示。如：1.3mv/8h, 0.05％Reading/a、 0.2%F.S.R/year等 （F.S.R，full scale range 满量程） 环境对稳定性的影响：指工作场所的环境条件如温度、大 气压、振动等外部条件及电源电压、频率等因素对仪器精度 的影响。用影响系数(修正系数) 表示：如温度修正系数、湿 度修正系数、气压修正系数等。如：0.025%F.S.R/1℃ 任何仪器都有特定的使用环境要求。 （3 ）测量范围（量程）：仪器在正常工作时所能测量的量值 范围