第1章 基本知识

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1、2022-6-11第第1章章 检测技术基本知识检测技术基本知识1.1 测量与测量误差测量与测量误差1.2 传感器的组成和特性传感器的组成和特性2022-6-121.2 传感器的组成与特性传感器的组成与特性n1.2.1 传感器的定义、组成和分类传感器的定义、组成和分类n1. 传感器的定义传感器的定义n传感器是能传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置律将其转换成可用输出信号的器件或装置。n在有些学科领域，传感器又称为在有些学科领域，传感器又称为敏感元件敏感元件、检检测器测器、转换器转换器等。这些不同提法，反映了在不等。这些不同提法

2、，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。型的器件使用着不同的技术术语而已。 2022-6-13n传感器通常由直接响应于被测量的传感器通常由直接响应于被测量的敏感元敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的转换电路组成应的转换电路组成。如图。如图13示。示。传感器组成框图传感器组成框图2022-6-142.传感器分类传感器分类n（1）按被测量分类：）按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。这种方法明确表明了传感器的用途，便于

3、使用者选用。如上图所示为压力传感器，用于测量压力信号。n（2）按测量原理分类按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。这种方法表明了传感器的工作原理，有利于传感器的设计和应用。如上图所示为电阻式压力传感器。n（3）按传感器转换能量供给形式分类按传感器转换能量供给形式分类：分为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种。2022-6-153. 传感器代号传感器代号（1）主称）主称传感器代号传感器代号C。（2）被测量）被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。写字母标记。（3）转换原理）转换原理用一个或两个汉

4、语拼音的第一用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。个大写字母标记。（4）序号）序号用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。等。例：例： CWYYB20传感器传感器。 C：传感器主称，：传感器主称，WY：被测量是位移，：被测量是位移，YB：转换：转换原理是应变式，原理是应变式，20，传感器序号，传感器序号。2022-6-161.1.1 1.1.1 测量方法测量方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量称为测量方法方法。n分类：分类：（1）直接

5、测量：）直接测量：直接测量就是用预先标定好的测量仪表直接读取被测量的测量结果。例如用万用表测量电压、电流、电阻等。这种测量方法的优点是简单而迅速，缺点是精度一般不高。但这种测量方法在工程上广泛采用。（2）间接测量：）间接测量：间接测量就是利用被测量与某中间量的函数关系，先测出中间量，然后通过相应的函数关系计算出被测量的数值。例如导线电阻的测量就是间接测量。间接测量多用于科学实验中的实验室测量。2022-6-17（3）联立测量：）联立测量：联立测量又叫组合测量。如果被测量有多个，而且被测量又与某些可以通过直接或间接测量得到结果的其他量存在一定的函数关系，则可先测量这几个量，再求解函数关系组成的联

6、立方程组，从而得到多个被测量的数值。例如：在研究热电阻Rt 随温度变化的规律时在一定的温度范围内有下列关系式2022-6-18nRtRt=R20+(=R20+(20)20)(20)20)2 2 n式中，式中，R20R20、是三个待测的量，R20R20是电阻在是电阻在2020时的数值，时的数值，、是电是电阻的温度系数。依据此关系式，测出阻的温度系数。依据此关系式，测出在在t1t1、t2t2、t3t3三个不同的测试温度时导体三个不同的测试温度时导体的电阻的电阻Rt1Rt1、Rt2Rt2、Rt3Rt3，得到联立方程组。，得到联立方程组。求解方程组可得到求解方程组可得到R20R20、。2022-6-1

7、92. 按测量时是否与被测对象接触分类按测量时是否与被测对象接触分类（1）接触式测量）接触式测量:传感器直接与被测对象接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为接触测量法。例如用体温计测体温等。（2）非接触式测量）非接触式测量:传感器不与被测对象直接接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为非接触测量法。例如用辐射式温度计测量温度，用光电转速表测量转速等。非接触测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。2022-6-1103

8、. 按被测信号的变化情况分类按被测信号的变化情况分类（1）静态测量）静态测量:静态测量是测量那些不随时间变化或变化很缓慢的物理量。如超市中物品的称重属于静态测量，温度计测气温也属于静态测量。（2）动态测量）动态测量:动态测量是测量那些随时间而变化的物理量。如地震仪测量振动波形则属于动态测量。2022-6-1114. 按测量方式分类按测量方式分类（1）偏差式测量）偏差式测量:用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值，决定被测量的数值。如指针式电压表测电压，指针式电流表测电流。这种方法测量过程比较简单、迅速，但测量结果

9、精度较低。（2）零位式测量）零位式测量:用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如天平。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量迅速变化的信号。 2022-6-112（3）微差式测量）微差式测量: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。应用这种方法测量时，不需要调整标准量，而只

10、需测量两者的差值。例如：设N为标准量，x为被测量，为二者之差，则x = N + 。由于N是标准量，其误差很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量，即使测量的精度较低，但因x值较小，它对总测量值的影响较小，故总的测量精度仍很高。微差式测量的优点是反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。2022-6-1131.1 测量与测量误差测量与测量误差n分类：分类： 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； 根据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量； 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；2022-6-114

11、1.1.2 测量误差及表达方式测量误差及表达方式 n测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。n1. 绝对误差绝对误差n绝对误差是绝对误差是指测量值与真值之间的差值指测量值与真值之间的差值，它反映了测，它反映了测量值偏离真值的多少，即量值偏离真值的多少，即n （11） n 式（式（11）中）中L0为被测量真值，为被测量真值，x为被测量实际值。为被测量实际值。由于真值的不可知性，由于真值的不可知性，在实际应用时，常用实际真值在实际应用时，常用实际真值L代替，即用被测量多次测量的平均值或上一级标准仪代替，即用被测量多次测量的平均值或上一级标准仪器测