传感器与检测技术的基础理论 .pdf

第1章传感器与检测技术的1.1测量概论1.2测

量数据的估计和处理第1章传感与检测技术的1.1

测量概论在科学技术高度发达的现代社会中人类已进入

瞬息万变的信息时代。人们在从事工业生产和科学实验等活

动中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

测信息的窗口一切科学实验和生产过程特别是自动检测

和自动控制系统要获取的信息都要通过传感器将其转换为

容易传输与处理的电信号。在工程实践和科学实验中提出

的检测任务是正确及时地掌握各种信息大多数情况下是要

获取被测对象信息的大小即被测量的大小。这样，信息采

集的主要含义就是测量取得测量数据。“测量系统”这一概

念是传感技术发展到一定阶段的产物。在工程中需要有传

感器与多台仪表组合在一起才能完成信号的检测这样便

形成了测量系统。尤其是随着计算机技术及信息处理技术

的发展测量系统所涉及的内容也不断得以充实。为了更好

地掌握传感器需要对测量的基本概念测量系统的特性测

量误差及数据处理等方面的及工程方法进行学习和研

究只有了解和掌握了这些基本才能更有效地完成检测

任务。一、测量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:xnu（1-1）x

或n（1-2）u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。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。但无论其表现形式如何

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。被测量值和比值等都是测量过程

的信息这些信息依托于物质才能在空间和时间上进行传

递。参数承载了信息而成为信号。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

程就是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、处理从而获得被测量的量值。二、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。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的

测量方法对测量工作是十分重要的。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。在使用仪表或传感器进行测量

时首先对与测量有确定函数关系的几个量进行测量将被

测量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。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验或特殊场

合。例如，电阻值与温度间的公式为：t20t202RtR20αβ

当R20αβ都为未知量时：①改变测量温度，在3种温度t1t2

及t3下，分别测得对应的电阻值Rt1Rt2及Rt3；②然后代入

上述公式，得到一组联立方程；③解此方程组后，便可以求

得αβ和R20。2．等精度测量与不等精度测量用相同仪表

与测量方法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