页数：64页文件大小：681.2 KB来源： 传感器基础ppt课件
本课件沿概念界定、组成分类与基本特性三条主线展开：说明传感器的定义、组成与分类方式，讲解线性度、灵敏度、分辨率、重复性、迟滞与稳定性等特性指标，并延伸到检测技术基础、测量方法、开环与闭环检测系统，以及测量误差的表示与数据处理。
本章主要介绍本课程的基础知识，包括传感器的概念、分类和基本特性，检测系统的组成与功能，基本测量方法，测量误差及数据处理等内容，从而为后面知识的学习打下基础
定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测量量”一般是指非电量信号
敏感元件(sensing element)：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，是传感器的核心
测量电路(measuring circuit)：将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能
1.静态特性当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢)时，其输出输入关系特性称为静态特性。传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述
1）测量范围(measuring range)传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围
工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量的最大允许误差（相对误差）
4)线性度(linearity)所谓传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差
在不考虑零位输出的情况下，传感器的线性度可分为以下几种情况：传感器的非线性
采用直线拟合的方法来线性化时，输入—输出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非线性误差，通常用相对误差来表示：——非线性最大误差；——满量程输出值
常用的拟合方法：理论拟合、过零旋转拟合、端点拟合、端点平移拟合、最小二乘法拟合等。各种直线拟合方法
5)灵敏度(sensitivity)灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比，即传感器的灵敏度
7)重复性(repeatability)重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线间不一致的程度。传感器的重复性
8)迟滞(hysteresis)迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出与输入曲线不重合的程度。传感器的迟滞特性
稳定性一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，称为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差来表示
实际传感器较复杂，动态响应特性一般并不能直接给出其微分方程，可通过实验给出传感器与阶跃响应曲线和幅频特性曲线上的某些特征值来表示仪器的动态响应特性
三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后缀以“型”字
2.传感器的代号一种传感器的代号应包括以下四部分：a——主称(传感器)；b——被测量；c——转换原理；d——序号。传感器产品代号的编制格式
按GB/T 14479—93《传感器图用图形符号》规定，传感器的图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成正方形——转换元件三角形——敏感元件传感器的图形符号
对于传感器的电气引线，应根据接线图设计需要，从正方形的三条边线垂直引出。传感器图形符号的说明(
1.测量测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测对象量值为目的的一系列操作。测量是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而确定被测量对标准量的倍数
2)间接测量有的被测量无法或不便于直接测量，这就要求在使用仪表进行测量时，首先对与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量，然后将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需的结果，这种方法称为间接测量
微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值
在整个测量过程中，若影响和决定测量精度的全部因素(条件)始终保持不变，即在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量，称为等精度测量
4)静态测量与动态测量在实际测量过程中，一定要从测量任务的具体情况出发，经过认真的分析后，再决定选用哪种测量方法
2)闭环检测系统
当>>1时，则系统的输入输出关系为≈经整理得此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，或造成的误差很小
对测量值进行修正时，被测量真实值应等于测量值加上修正值，即A=x+c。其中修正值c是与绝对误差大小相等、符号相反的值
在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表示测量结果，这样可以更客观地反映测量的准确性。1实际相对误差2示值(标称)相对误差
3引用(满度)相对误差它是指测量仪表中相对仪表满量程的一种相对误差。仪表的精度等级是根据引用误差来确定的。我国电工仪表的精度等级按的大小分为七级：
1)系统误差(简称系差)在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统误差
精密度、准确度和精确度三者的关系系统误差越小，测量结果准确度越高；随机误差越小，测量结果精密度越高。如果一个测量数据的准确度和精密度都很高，就称此测量的精确度很高。打靶弹着点分布图
1)随机误差的统计处理随机误差的分布可以在大量重复测量数据的基础上总结出来，当测量次数足够多时，测量过程中产生的误差服从正态分布规律。——概率密度；σ——标准误差(均方根准误差)；δ——随机误差
随机误差分布规律的特点1集中性。2有限性。3对称性。4抵偿性。正态分布曲线
由于随机误差的出现是符合正态分布曲线的，因此它的出现概率就是该曲线下所包围的面积，该面积是全部随机误差出现的概率之和，也就是应该等于1。(
1算术平均值在实际测量时，真值一般无法得到。可以证明，随着测量次数的增多，算术平均值越来越接近真值，当无限大时，测量值的算术平均值就是真值。2标准误差(又称均方根误差)
三种不同的正态分布曲线
对应课件图示：三种不同的正态分布曲线，文字要点如上。
标准误差的求法（贝赛尔(Bessel)公式）通常利用残余误差(简称残差又称剩余误差)来求得标准误差。所谓残差，是指测量值与该被测量的算术平均值之差，用表示，即贝赛尔(Bessel)公式
1)实验对比法这种方法是通过改变产生系统误差的条件，进行不同条件的测量，来发现系统误差的，此种方法适用于发现固定的系统误差。(
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马利科夫准则马利科夫准则适用于判别测量数据中是否存在累进性系统误差。不含累进性系统误差；如与值相当或更大，则说明测量值中存在累进性系统误差。近似为零或明显小于，则说明上述测量值中
阿卑—赫梅特(Abbe—Helmert)准则阿卑-赫梅特准则适用于判别测量数据中是否存在周期性系统误差。>当存在则认为测量数据中含有周期性系统误差
1)拉依达准则（准则）将等于的误差作为极限误差，如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值>，则该测量值为坏值，应剔除。(
2)肖维勒准则肖维勒准则是以正态分布为前提的，假设多次重复测量所得的个测量值中，某个测量值的残余误差>，则剔除此数据。为判别系数。实用中<3，所以在一定程度上弥补了准则的不足
3)格拉布斯(Grubbs)准则格拉布斯准则也是以正态分布为前提的，当某个测量值的残余误差的绝对值>，则可判断此测量值中含有粗大误差，应予以剔除。为判别系数，值与重复测量次数和置信概率有关
4)测量数据的处理1利用修正值等方法，对测量值进行修正，减小恒值系统误差的影响。2将一系列等精度测量读数(=1，2，…，)按先后顺序列成表格(在测量时应尽可能消除系统误差)
3计算测量读数的算术平均值。4在每个测量读数旁列出相应的残余误差。5检查的条件是否满足，若不满足，说明计算有误，需重新计算
或根据格拉布斯准则，检查是否有的测量值；如果有，则应认为该测量值为坏值，舍去此值，然后重复完成3～7的步骤，直到没有坏值为止
5)误差的合成与分配在测量中，已知各测量值的误差(或局部误差)，求总的误差，称为误差合成(也称误差综合)；反之，确定了总的误差后，计算各环节(或各部分)具有多大误差才能保证总的误差值不超过规定值，称为误差的分配。(
1)误差的合成在实际测量中，当系统误差远大于随机误差的影响时，基本上可按系统误差的合成来处理，当系统误差较小或已修正时，则可按随机误差合成来处理
2)误差的分配如果说由各测量值的误差合成总误差是误差传播的正向过程，那么给定总误差后，如何将这个总误差分配给各环节，就可以说是误差传播的反向过程
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