第一章检测技术基本知识课件

第1章 检测技术基础知识第第1 1章章 检测技术基本知识检测技术基本知识 2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类21.1 测量概述测量概述11.3 传感器基本知识传感器基本知识31.4 检测系统的组成检测系统的组成42024/7/15第1章 检测技术基础知识知识目标：知识目标：（1）了解测量的基本概念和方法。）了解测量的基本概念和方法。（2）掌握各种测量误差的使用。）掌握各种测量误差的使用。（3）熟悉传感器的结构、组成及基本特性。）熟悉传感器的结构、组成及基本特性。教学目标教学目标技能目标：技能目标：（1）能够根据检测要求选择合适的传感器。）能够根据检测要求选择合适的传感器。（2）能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传）能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检测电路。感器检测电路。（3）能够正确维护常用电子检测设备。）能够正确维护常用电子检测设备。2024/7/15第1章 检测技术基础知识情感目标：情感目标：（1）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨的工作作风。的工作作风。（2）培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。）培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。教学重难点教学重难点教学重点：教学重点：检测和传感器的含义及其基本内容检测和传感器的含义及其基本内容。教学难点：教学难点：传感器的特性。传感器的特性。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 利用各种物理、化学效应，选择合适的方利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。或定量结果的过程称为检测技术。检测技术就是利用传感器，将生产科研需检测技术就是利用传感器，将生产科研需要的电量和非电量信息转化成为易于测量、要的电量和非电量信息转化成为易于测量、传输、显示和处理的电信号的过程。传输、显示和处理的电信号的过程。检测（检测（Detection）定义：）定义：2024/7/15第1章 检测技术基础知识例：曹冲称象方法方法：比较法；：比较法；装置装置：船、石头、小秤；：船、石头、小秤；测量测量，从而得到：，从而得到：定量定量的结果。的结果。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 传感器技术是新技术革命和信息社会的重传感器技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，也要技术基础，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置们才逐步认识信息摄取装置传感器没传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、大脑发达、五官不灵五官不灵”。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 传感器处于研究对象与测控系统的接口位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。在置，是感知、获取与检测信息的窗口。在一切科学实验和生产过程中，特别是在自一切科学实验和生产过程中，特别是在自动检测和自动控制系统中获取的信息，都动检测和自动控制系统中获取的信息，都要通过传感器转换为易于传输与处理的电要通过传感器转换为易于传输与处理的电信号。信号。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.1 测量概述测量概述测量系统：测量系统：在工程中，需要将传感器与多台仪表组合在一起，才在工程中，需要将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。能完成信号的检测，这样便形成了测量系统。信息采集的主要含义：信息采集的主要含义：测量以及取得结果测量以及取得结果2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.1.1 测量的定义测量的定义测量：将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而测量：将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而确定被测量相对于标准量的倍数的过程。确定被测量相对于标准量的倍数的过程。（1-1）式中，式中，x为被测量；为被测量；A为测量值；为测量值；x0为标准量。为标准量。测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测量值测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测量值为目的的一系列操作。为目的的一系列操作。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.1.2 测量方法的分类测量方法的分类测量方法：指实现被测量与标准量比较得出比值的方法。测量方法：指实现被测量与标准量比较得出比值的方法。按按测测量量过过程程的的特特点点直接测量法直接测量法间接测量法间接测量法组合测量法组合测量法按按测测量量仪仪表表的的特特点点接触测量法接触测量法非接触测量法非接触测量法按按测测量量对对象象的的特特点点静态测量静态测量动态测量动态测量2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.直接测量直接测量法法电子卡尺2024/7/15第1章 检测技术基础知识2.间接测量法间接测量法 用直接测量法测得与被测量有确定函数关系的一些物理量，经过计算求用直接测量法测得与被测量有确定函数关系的一些物理量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。2024/7/15第1章 检测技术基础知识3.接触测量法接触测量法 2024/7/15第1章 检测技术基础知识4.非接触测量法 例：雷达测速车载电子警察车载电子警察2024/7/15第1章 检测技术基础知识5.静态测量法静态测量法 2024/7/15第1章 检测技术基础知识 2024/7/1517温度计 对缓慢变化的对象进行测对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。量亦属于静态测量。第1章 检测技术基础知识6.动态测量法动态测量法 地震测量地震测量振动波形振动波形2024/7/15第1章 检测技术基础知识示波器2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类1.2.1 测量误差的概念测量误差的概念测量误差：测量误差：测量值与被测量的真值之间的差异。测量值与被测量的真值之间的差异。真值：真值：是指在一定的时间及空间是指在一定的时间及空间(位置或状态位置或状态)条件下，被测条件下，被测量所体现的真实数值。量所体现的真实数值。真真值值理论真值理论真值约定真值约定真值相对真值相对真值2024/7/15第1章 检测技术基础知识1）理论真值）理论真值 理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定的理论按定义确定的数值。如三角形的内角和恒为的理论按定义确定的数值。如三角形的内角和恒为180。2）约定真值）约定真值约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，它被认为充约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，它被认为充分接近于真值，因而可以代替真值来使用。如基准分接近于真值，因而可以代替真值来使用。如基准“米米”的的定义为光在真空中定义为光在真空中1/299 792 458 s的时间间隔内的行程。的时间间隔内的行程。3）相对真值）相对真值相对真值又称为实际值，是指将测量仪表按精度不同分为若相对真值又称为实际值，是指将测量仪表按精度不同分为若干等级，高等级的测量仪表的测量值即为相对真值。干等级，高等级的测量仪表的测量值即为相对真值。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.2.2测量误差的分类测量误差的分类按按表表示示方方法法（1）绝对误差）绝对误差（2）相对误差）相对误差（1）绝对误差）绝对误差绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值，绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值，即即式中，式中，为绝对误差；为绝对误差；Ax为测量值；为测量值；A0为被测量的真值，可为被测量的真值，可为约定真值或相对真值。为约定真值或相对真值。2024/7/15第1章 检测技术基础知识某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100 kg大米、大米、10 kg苹果、苹果、1 kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5 kg，但该采购员对卖巧克力的商店，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？意见最大，是何原因？采用绝对误差表示测量误差采用绝对误差表示测量误差,不能很好说明测量质量的好坏。不能很好说明测量质量的好坏。采用绝对误差表示测量误差采用绝对误差表示测量误差,不能很好说明测量质量的好坏。不能很好说明测量质量的好坏。例如例如,在温度测量时在温度测量时,绝对误差绝对误差=1,对体温测量来说是不允对体温测量来说是不允许的许的,而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果。而对测量钢水温度来说却是一个极好的测量结果。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。结果，这样可以更客观地反映测量的准确性。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。结果，这样可以更客观地反映测量的准确性。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 实际相对误差实际相对误差标称标称 (示值示值)相对误差相对误差满度满度 (引用引用)相对误差相对误差 (2)相对误差相对误差相对误差是绝对误差与被测量的真值之比。相对误差有以下相对误差是绝对误差与被测量的真值之比。相对误差有以下表现形式：表现形式：2024/7/15第1章 检测技术基础知识几个重要公式：几个重要公式：Ax：被测量：被测量Am：仪器满度（量程）：仪器满度（量程）实际相对误差实际相对误差标称相对误差标称相对误差满度相对误差满度相对误差最大满度相对误差最大满度相对误差2024/7/15第1章 检测技术基础知识仪表的精度等级和最大满度相对误差 2024/7/1526满度相对误差满度相对误差最大绝对误差最大绝对误差等级等级求得求得精度等级精度等级0.10.20.51.01.52.55.0最大满度相对最大满度相对误差误差0.10.2%0.5%1.0%1.5%2.5%5.05 例：某指针式电压表的精度为例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为产生的满度相对误差为2.5%。第1章 检测技术基础知识2024/7/1527例：例：用指针式用指针式万用表的万用表的10 V量程测量一只量程测量一只1.5 V干电池的干电池的电压，示值如电压，示值如图所示，问：图所示，问：选择该量程合选择该量程合理吗？理吗？第1章 检测技术基础知识 用用2.5 V量程测量程测量同一只量同一只1.5 V干电池的电压，干电池的电压，与上图比较，与上图比较，问示值相对误问示值相对误差哪一个大？差哪一个大？2024/7/15第1章 检测技术基础知识解：用精度等级为解：用精度等级为0.5 0.5 级的温度计测量时，最大标称相对误差为级的温度计测量时，最大标称相对误差为 用精度等级为用精度等级为1.0 1.0 级的温度计测量时，最大标称相对误差为级的温度计测量时，最大标称相对误差为由此可得由此可得 ，显然用精度等级为，显然用精度等级为1.0 1.0 级的仪表测量比级的仪表测量比用精度等级为用精度等级为0.5 0.5 级的温度计测量更合适。级的温度计测量更合适。例例1-1 现有精度等级为现有精度等级为0.5 级，量程为级，量程为0300 和精度等级为和精度等级为1.0 级，量程为级，量程为0100 的两的两个温度计，要测个温度计，要测80 的温度，试问采用哪一的温度，试问采用哪一个温度计好？个温度计好？2024/7/15第1章 检测技术基础知识例例1-2 某压力表精度等级为某压力表精度等级为5.0 级，量程为级，量程为01.5 MPa，测量结果显示为，测量结果显示为0.70 MPa，试，试求：求：（1）可能出现的最大满度相对误差）可能出现的最大满度相对误差m。（2）可能出现的最大绝对误差）可能出现的最大绝对误差m？（3）可能出现的最大标称相对误差）可能出现的最大标称相对误差x。2024/7/15第1章 检测技术基础知识解：解：（1）可能出现的最大满度相对误差可以从精）可能出现的最大满度相对误差可以从精度等级直接得到，即度等级直接得到，即m 5.0。（2）m （5.0%1.5）=0.075 Mpa（3）解：解：（1）可能出现的最大满度相对误差可以从精）可能出现的最大满度相对误差可以从精度等级直接得到，即度等级直接得到，即m 5.0。（2）m （5.0%1.5）=0.075 Mpa（3）2024/7/15第1章 检测技术基础知识按按误误差差出出现现的的规规律律1）系统误差）系统误差2）随机误差）随机误差3）粗大误差）粗大误差2024/7/15第1章 检测技术基础知识 1 1）系统误差：）系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？夏天摆钟变慢的原因是什么？在相同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量在相同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。系统误差的特征包括测量误差出现的有规律性以及系统误差的特征包括测量误差出现的有规律性以及其产生原因的可预知性。系统其产生原因的可预知性。系统 误差产生的原因和变误差产生的原因和变化规律一般可通过实验和分析查处。因此系统误差化规律一般可通过实验和分析查处。因此系统误差可被设法确定并消除。可被设法确定并消除。2024/7/15第1章 检测技术基础知识系统误差产生的原因大体上可分为以下几种：系统误差产生的原因大体上可分为以下几种：（1）测量所用的工具（仪器、量具等）本身性能不完善或安装、）测量所用的工具（仪器、量具等）本身性能不完善或安装、布置、调整不当而产生的误差。布置、调整不当而产生的误差。（2）在测量过程中，因温度、湿度、气压、电磁干扰等环境条）在测量过程中，因温度、湿度、气压、电磁干扰等环境条 件发生变化而产生的误差。件发生变化而产生的误差。（3）因测量方法不完善，或者测量所依据的理论本身不完善等）因测量方法不完善，或者测量所依据的理论本身不完善等 原因而产生的误差。原因而产生的误差。（4）因操作人员读数方式不当而造成的读数误差等。）因操作人员读数方式不当而造成的读数误差等。2024/7/15第1章 检测技术基础知识2 2）随机误差）随机误差 当当多多次次重重复复测测量量同同一一被被测测量量时时，若若测测量量误误差差的的大大小小和和符符号号均均以以不不可可预预知知的的方方式式变变化化，则则该该误误差差称称为为随随机机误误差差。随随机机误误差差产产生生的的原原因因比比较较复复杂杂，虽虽然然测测量量是是在在相相同同条条件件下下进进行行的的，但但测测量量环环境境中中某某些些因因素素总总会会发发生生微微小小变变化化，因因此此，随随机机误误差差是是对对测测量量值值影影响响微微小小且且又又互互不不相相关关的的大大量量因因素素所所引引起起的的综综合合结结果果。随随机机误误差差就就个个体体而而言言并并无无规规律律可可循循，但但其其总总体体却却服从统计规律。服从统计规律。2024/7/15第1章 检测技术基础知识随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律2024/7/15第1章 检测技术基础知识随机事例的几个例子 彩票摇奖彩票摇奖2024/7/15第1章 检测技术基础知识3 3）粗大误差）粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。差时，应予以剔除。2024/7/15第1章 检测技术基础知识产生粗大误差的一个例子产生粗大误差的一个例子 2024/7/15第1章 检测技术基础知识系统误差决定了测量的精密度，表明了测量值偏离实际值的系统误差决定了测量的精密度，表明了测量值偏离实际值的程度。系统误差越小，测量值的准确度越高。所以仪表的准程度。系统误差越小，测量值的准确度越高。所以仪表的准确度即精度常常用来表示系统误差的大小。确度即精度常常用来表示系统误差的大小。随机误差决定了测量的精密度。随机误差越小，测量值的精随机误差决定了测量的精密度。随机误差越小，测量值的精密度越高。密度越高。如果一个测量值的精密度和准确度都很高，就称此测量的精如果一个测量值的精密度和准确度都很高，就称此测量的精确度很高。确度很高。2024/7/15第1章 检测技术基础知识测量的准确度与精密度的区别，由图测量的准确度与精密度的区别，由图1.1可知，若靶心可知，若靶心为真实值，图中黑点为测量值，则图为真实值，图中黑点为测量值，则图1.1(a)表示准确却表示准确却不精密的测量，图不精密的测量，图1.1(b)表示精密却不准确的测量，图表示精密却不准确的测量，图1.1(c)表示既准确又精密的测量。一切测量都应同时兼表示既准确又精密的测量。一切测量都应同时兼顾准确度和精密度，力求既准确又精密，才能成为精顾准确度和精密度，力求既准确又精密，才能成为精确的测量。一般来说，工程测量中，占主要地位的是确的测量。一般来说，工程测量中，占主要地位的是系统误差，应力求准确度高，所以人们习惯上又把精系统误差，应力求准确度高，所以人们习惯上又把精度称为准确度。而在精密测量中由于已经采取一定的度称为准确度。而在精密测量中由于已经采取一定的措施措施(如改进测量方法，改善测量条件如改进测量方法，改善测量条件)减小或消除了系减小或消除了系统误差，因而随机误差是主要的。统误差，因而随机误差是主要的。2024/7/15第1章 检测技术基础知识按按使使用用条条件件1）基本误差）基本误差2）附加误差）附加误差2024/7/15第1章 检测技术基础知识1）基本误差）基本误差 基本误差是指检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差。基本误差是指检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差。所谓规定的标准条件是指一般传感器在实验室、制造厂或计量部门标所谓规定的标准条件是指一般传感器在实验室、制造厂或计量部门标定刻度时所保持的工作条件，如电源电压（定刻度时所保持的工作条件，如电源电压（2205）V、温度、温度（205）、湿度小于、湿度小于80、电源频率（、电源频率（501）Hz等。基本误差是等。基本误差是检测仪表在额定条件下工作所具有的误差，检测仪表的精确度是由基检测仪表在额定条件下工作所具有的误差，检测仪表的精确度是由基本误差决定的。本误差决定的。2）附加误差）附加误差当使用条件偏离规定的标准条件时，除产生基本误差外，还会当使用条件偏离规定的标准条件时，除产生基本误差外，还会产生附加误差。如由于温度超过规定的标准而引起的温度附加产生附加误差。如由于温度超过规定的标准而引起的温度附加误差、电源附加误差以及频率附加误差等。这些附加误差在使误差、电源附加误差以及频率附加误差等。这些附加误差在使用时应叠加到基本误差上去。用时应叠加到基本误差上去。2024/7/15第1章 检测技术基础知识按按被被测测量量随随时时间间变变化化的的速速度度1）静态误差）静态误差2）动态误差）动态误差2024/7/15第1章 检测技术基础知识1）静态误差）静态误差当被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。当被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。2）动态误差）动态误差当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。变化精确吻合，这种误差称为动态误差。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差 2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.3 传感器基本知识传感器基本知识1.3.1 传感器的概念传感器的概念传感器传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的元件或装置。元件或装置。传感器的定义包含了以下几方面的含义：传感器的定义包含了以下几方面的含义：（1）传感器是一种测量装置，能完成检测任务。）传感器是一种测量装置，能完成检测任务。（2）传感器的输入量是某一被测量，可能是物理量，）传感器的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。也可能是化学量、生物量等。（3）传感器的输出量是某种物理量，这种量可以是气量、）传感器的输出量是某种物理量，这种量可以是气量、光量、电量，但主要是电量。光量、电量，但主要是电量。（4）传感器的输出、输入有对应关系，且有一定的精确度。）传感器的输出、输入有对应关系，且有一定的精确度。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.3.2传感器的组成传感器的组成举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器 图图1-31-3传感器的组成框图传感器的组成框图敏感元件转换元件测量转换电路非电量非电量电参量电量2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.1.敏感元件敏感元件图图1-4 1-4 气体压力传感器的示意图气体压力传感器的示意图11壳体；壳体；22膜盒；膜盒；33电感线圈；电感线圈；44磁芯；磁芯；55转换电路转换电路 敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。更易于转换的非电量。2024/7/15第1章 检测技术基础知识弹性敏感元件（弹簧管）弹性敏感元件（弹簧管）2024/7/15第1章 检测技术基础知识弹性敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位移在下图中，弹簧管将压力转换为角位移2024/7/15第1章 检测技术基础知识弹簧管放大图弹簧管放大图2024/7/1552 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。动电位器的电刷产生角位移。2024/7/15第1章 检测技术基础知识被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量 在右图中，在右图中，电位器为传电位器为传感元件，它感元件，它将角位移转将角位移转换为电参量换为电参量-电阻的变化电阻的变化（R）2024/7/15第1章 检测技术基础知识 测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。压、电流或频率量。在左图中，当在左图中，当电位器的两端电位器的两端加上电源后，加上电源后，电位器就组成电位器就组成分压比电路，分压比电路，它的输出量是它的输出量是与压力成一定与压力成一定关系的电压关系的电压Uo。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.3.3传感器的分类传感器的分类传感器的种类名目繁多，分类方法也很多。常用的分类方法有：传感器的种类名目繁多，分类方法也很多。常用的分类方法有：）按按被被测测量量分分类类：可可分分为为加加速速度度、速速度度、位位移移、压压力力、负负荷荷、扭扭矩矩、温度传感器等。温度传感器等。2）按按工工作作原原理理分分类类：可可分分为为电电阻阻式式、电电容容式式、电电感感式式、压压电电式式、霍霍尔式、光电式、热电偶等传感器。尔式、光电式、热电偶等传感器。2024/7/15第1章 检测技术基础知识3)按能量的传递方式分按能量的传递方式分:可分为有源传感器和无源传感器。可分为有源传感器和无源传感器。（1）有源传感器）有源传感器有源传感器可视为一台微型发电机，能将非电量转换为电量，它所配有源传感器可视为一台微型发电机，能将非电量转换为电量，它所配用的测量转换电路通常是信号放大器。所以有源传感器是一种能量变用的测量转换电路通常是信号放大器。所以有源传感器是一种能量变换器，如压电式传感器、热电式传感器换器，如压电式传感器、热电式传感器(热电偶热电偶)、电磁式传感器和电、电磁式传感器和电动式传感器等。动式传感器等。（2）无源传感器）无源传感器无源传感器不进行能量的转换，被测非电量仅对传感器中的能量起着无源传感器不进行能量的转换，被测非电量仅对传感器中的能量起着控制或调节的作用，所以它必须具有辅助能源控制或调节的作用，所以它必须具有辅助能源(电源电源)，如电阻传感器、，如电阻传感器、电容传感器和电感式传感器等电容传感器和电感式传感器等4)按输出信号的性质分按输出信号的性质分 传感器按输出信号的性质可分为模拟传感器与数字传感器。模拟传传感器按输出信号的性质可分为模拟传感器与数字传感器。模拟传感器的输出信号要通过感器的输出信号要通过AD转换器转换为数字信号后才能交给计算转换器转换为数字信号后才能交给计算机进行信号分析、加工与处理。数字传感器则可直接送到计算机进行机进行信号分析、加工与处理。数字传感器则可直接送到计算机进行处理。处理。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1.3.4 传感器的特性传感器的特性传感器的特性一般指输入、输出特性。传感器的特性一般指输入、输出特性。传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。1.静态特性静态特性传感器的静态特性是指当被测量的值处于稳定状态时输入量与输出量传感器的静态特性是指当被测量的值处于稳定状态时输入量与输出量的关系。只有传感器处于稳定状态时，输入量与输出量的关系式中才的关系。只有传感器处于稳定状态时，输入量与输出量的关系式中才不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标包括线性度、灵敏度、迟不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、漂移和可靠性等。滞、重复性、分辨力、稳定性、漂移和可靠性等。2024/7/15第1章 检测技术基础知识1）线性度）线性度线性度是指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度，线性度是指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度，其又称为非线性误差。在实际使用中，大多数传感器的静态特性曲线是其又称为非线性误差。在实际使用中，大多数传感器的静态特性曲线是非线性的。可用一条直线非线性的。可用一条直线(切线或割线切线或割线)近似地代表实际曲线的一段，这条近似地代表实际曲线的一段，这条直线称为拟合直线。直线称为拟合直线。图图1-5 1-5 几种拟合直线几种拟合直线2024/7/15第1章 检测技术基础知识（17）Lmax为最大非线性绝对误差；为最大非线性绝对误差；YFS为满量程输为满量程输出值。出值。静态特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差静态特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常用相对误差（或线性度），通常用相对误差L表示表示2024/7/15第1章 检测技术基础知识（1 18 8）式中，式中，y为输出量的增量；为输出量的增量；x为引起为引起输出量输出量增量的输入量的增量。增量的输入量的增量。k=y/x2）灵敏度）灵敏度灵敏度是指传感器输出量的增量与引起输出量增量的输入量的增量的灵敏度是指传感器输出量的增量与引起输出量增量的输入量的增量的比值，用比值，用K 来表示：来表示：2024/7/15第1章 检测技术基础知识图图1-6 非线性传感器的输入非线性传感器的输入-输出特性曲线输出特性曲线2024/7/15第1章 检测技术基础知识3）迟滞）迟滞迟滞是指传感器在输入量由小到大迟滞是指传感器在输入量由小到大(正行程正行程)及输入量由大到小及输入量由大到小(反行程反行程)变化期间其输入变化期间其输入输出特性曲线不重合的程度，对于输出特性曲线不重合的程度，对于同一大小的输入量，传感器正反行程的输出量的大小不等。同一大小的输入量，传感器正反行程的输出量的大小不等。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 迟滞误差是指对应同一输入量的正反行程输出迟滞误差是指对应同一输入量的正反行程输出值间的最大差值与满量程输出值的百分比，通值间的最大差值与满量程输出值的百分比，通常用常用H表示，即表示，即 式中，式中，Hmax为正反行程输出值间的最大差值。为正反行程输出值间的最大差值。2024/7/15第1章 检测技术基础知识图图1-8 1-8 传感器的重复性传感器的重复性4）重复性）重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向进行全量程多次测试时，所得重复性是指传感器在输入量按同一方向进行全量程多次测试时，所得输入输入输出特性曲线不一致的程度。多次按相同输入条件测试的输出输出特性曲线不一致的程度。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重合，其重复性越好，误差越小。特性曲线越重合，其重复性越好，误差越小。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 重复性误差是指各测量值正反行程标准偏重复性误差是指各测量值正反行程标准偏差的两倍或三倍与满量程输出值的百分比，差的两倍或三倍与满量程输出值的百分比，通常用通常用R 表示，即表示，即 （1-10）式中，式中，为正反行程标准偏差。为正反行程标准偏差。2024/7/15第1章 检测技术基础知识重复性误差也可用正反行程中的最大偏差重复性误差也可用正反行程中的最大偏差Rmax表示，即表示，即 （1-11）式中，式中，Rmax为正反行程中的最大偏差。为正反行程中的最大偏差。2024/7/15第1章 检测技术基础知识2024/7/15675）分辨力）分辨力指传感器能检测到输入量指传感器能检测到输入量最小变化的能力。对于某最小变化的能力。对于某些传感器，如电位器式传些传感器，如电位器式传感器，当输入量连续变化感器，当输入量连续变化时，输出量只发生阶梯变时，输出量只发生阶梯变化，则分辨力就是输出量化，则分辨力就是输出量的每个阶梯所代表的输入的每个阶梯所代表的输入量的大小。当分辨力以满量的大小。当分辨力以满量程输出的百分数表示时，量程输出的百分数表示时，则称为分辨率。则称为分辨率。第1章 检测技术基础知识6）稳定性）稳定性稳定性是指传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。稳定性是指传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。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，这种差异称为稳定性误与起始标定时的输出之间的差异来表示，这种差异称为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差来表示。差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差来表示。7）漂移）漂移漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，传感器输出量发漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关、不需要的变化。它包括零点漂移和灵敏度漂移生与输入量无关、不需要的变化。它包括零点漂移和灵敏度漂移仪器自身参数的变化仪器自身参数的变化周围环境对输出的影响周围环境对输出的影响产生漂移的主要原因：产生漂移的主要原因：2024/7/15第1章 检测技术基础知识漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。图1-9 传感器的漂移感器的漂移2024/7/15第1章 检测技术基础知识零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点漂移或灵敏度漂移随时间的缓慢变化。温指在规定的条件下，零点漂移或灵敏度漂移随时间的缓慢变化。温度漂移是指当环境温度变化时，引起的零点漂移或灵敏度漂移。度漂移是指当环境温度变化时，引起的零点漂移或灵敏度漂移。8）可靠性）可靠性可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。能力。（1）时间性。）时间性。（2）统计性。）统计性。（3）可比性。）可比性。（4）典型指标。）典型指标。2024/7/15第1章 检测技术基础知识衡量其可靠性的指标有：衡量其可靠性的指标有：平均无故障时间。平均无故障时间是指传感器或检测系统在平均无故障时间。平均无故障时间是指传感器或检测系统在 正常的工作条件下，连续不间断地工作，直到发生故障丧失正常的工作条件下，连续不间断地工作，直到发生故障丧失 正常工作能力所用的时间。正常工作能力所用的时间。平均修复时间。平均修复时间是指排除故障所花费的时间。平均修复时间。平均修复时间是指排除故障所花费的时间。故障率。故障率也称为失效率，它是平均无故障时间的倒数。故障率。故障率也称为失效率，它是平均无故障时间的倒数。2024/7/15第1章 检测技术基础知识2.动态特性动态特性传感器的动态特性就是其对于随时间变化的输入信号的响应特性，传感器的动态特性就是其对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，还能显示被测量通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，还能显示被测量随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。为了便于比较、评价或动态定标，最常用的输入信号为阶跃信号和为了便于比较、评价或动态定标，最常用的输入信号为阶跃信号和正弦信号，与其对应的方法为阶跃响应法和频率响应法。正弦信号，与其对应的方法为阶跃响应法和频率响应法。1）阶跃响应法）阶跃响应法研究传感器的动态特性时，在时域中对传感器的响应和过渡过程进研究传感器的动态特性时，在时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析的方法称为时域分析法，这时传感器对所加激励信号的响应行分析的方法称为时域分析法，这时传感器对所加激励信号的响应称为阶跃响应。称为阶跃响应。2024/7/15第1章 检测技术基础知识图图1-10 阶跃响应特性曲线阶跃响应特性曲线2024/7/15第1章 检测技术基础知识衡量传感器阶跃响应特性的几项指标如下：衡量传感器阶跃响应特性的几项指标如下：（1）最大超调量。最大超调量）最大超调量。最大超调量p 就是阶跃响应特性曲线偏离稳态值就是阶跃响应特性曲线偏离稳态值 的最大值。常用百分数表示。的最大值。常用百分数表示。（2）延滞时间。延滞时间）延滞时间。延滞时间td是指阶跃响应特性曲线达到稳态值的是指阶跃响应特性曲线达到稳态值的50 所需的时间。所需的时间。（3）上升时间。上升时间）上升时间。上升时间tr是指阶跃响应特性曲线从稳态值的是指阶跃响应特性曲线从稳态值的10上上 升到升到90所需的时间。常用它来描述无振荡的传感器。所需的时间。常用它来描述无振荡的传感器。（4）峰值时间。峰值时间）峰值时间。峰值时间tp是指阶跃响应特性曲线从何零到第一个峰是指阶跃响应特性曲线从何零到第一个峰 值所需的时间。值所需的时间。（5）响应时间。响应时间）响应时间。响应时间ts是指从阶跃函数信号输入开始到其输出值是指从阶跃函数信号输入开始到其输出值 进入稳态值所规定的范围内所需要的时间进入稳态值所规定的范围内所需要的时间 2024/7/15第1章 检测技术基础知识（1-121-12）式中，式中，式中，式中，为时间函数。为时间函数。2）频率响应法）频率响应法频率响应法是指从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。频率响应法是指从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。大部分传感器可简化为单自由度一阶系统或单自由度二阶系统，即大部分传感器可简化为单自由度一阶系统或单自由度二阶系统，即2024/7/15第1章 检测技术基础知识式中，式中，n为传感器的固有频率。为传感器的固有频率。（1-131-13）2024/7/15第1章 检测技术基础知识衡量传感器频率响应特性的几项指标如下：衡量传感器频率响应特性的几项指标如下：（1）频带。传感器的增益保持在一定频率范围内，这一频率范围）频带。传感器的增益保持在一定频率范围内，这一频率范围称为传感器的频带或通频带，对应有上截止频率和下截止频率。称为传感器的频带或通频带，对应有上截止频率和下截止频率。（2）时间函数。可用时间常数）时间函数。可用时间常数来表征传感器单自由度一阶系统来表征传感器单自由度一阶系统的动态特性。时间常数的动态特性。时间常数越小，频带越宽。越小，频带越宽。（3）固有频率。传感器单自由度二阶系统的固有频率）固有频率。传感器单自由度二阶系统的固有频率n可用来表可用来表征其动态特性。征其动态特性。2024/7/15第1章 检测技术基础知识图1-11 检测系统各组成部分之间的关系传感器传感器测量转换电路测量转换电路显示与记录装置显示与记录装置数据处理装置数据处理装置调节执行装置调节执行装置 被测量被测量1.4 检测系统的组成检测系统的组成一个完整的检测控制系统通常由传感器、测量转换电路、显示与记一个完整的检测控制系统通常由传感器、测量转换电路、显示与记录装置、数据处理装置和调节执行装置组成录装置、数据处理装置和调节执行装置组成2024/7/15第1章 检测技术基础知识 玻璃温度计不属于本教材所讲授的传感器范围。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 能将温度转换为电压的传感器能将温度转换为电压的传感器热电偶2024/7/15第1章 检测技术基础知识目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等 模拟显示模拟显示的的特点特点：直观直观2024/7/15第1章 检测技术基础知识光柱也属于模拟显示光柱也属于模拟显示光柱显示的特点：光柱显示的特点：一目了然一目了然2024/7/15第1章 检测技术基础知识数字式仪表数字式仪表数字式仪表的特点：的特点：准确，但最准确，但最后一位经常后一位经常跳动不止。跳动不止。热敏电阻2024/7/15第1章 检测技术基础知识 LED亮度高、耐振动；亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。LED、LCD的特点：的特点：2024/7/15第1章 检测技术基础知识带背光板的LCD可以在夜间观看2024/7/15第1章 检测技术基础知识 图像显示图像显示 特点特点能显示复杂的能显示复杂的图形和曲线，图形和曲线，但价格昂贵。但价格昂贵。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 图像显示2024/7/15第1章 检测技术基础知识带RS-232接口的万用表及图像显示特点特点 能在计算能在计算机中存储测量机中存储测量到的波形及数到的波形及数据，可随时重据，可随时重放，价格适中。放，价格适中。2024/7/15第1章 检测技术基础知识记录仪 主要主要用来记录用来记录被检测对被检测对象的动态象的动态变化过程。变化过程。2024/7/15第1章 检测技术基础知识无纸记录仪 主要用主要用来记录和存来记录和存储被检测对储被检测对象的动态变象的动态变化过程。化过程。2024/7/15第1章 检测技术基础知识数据处理装置 数据数据处理装置处理装置主要是指主要是指计算机，计算机，将复杂的将复杂的系统用到系统用到频谱分析频谱分析仪。仪。2024/7/15第1章 检测技术基础知识执行机构继电器插座 所谓执行机构通所谓执行机构通常是指各种继电器，常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路动机等，它们在电路中是起通断、控制、中是起通断、控制、调节、保护等作用的调节、保护等作用的电器设备。电器设备。2024/7/15第1章 检测技术基础知识 电磁铁能产生机械力 2024/7/15第1章 检测技术基础知识电磁阀门的控制线圈 加上额定电压后，电磁阀门导通，被控对象可以是液体或气体。电磁阀门 电磁阀门只有通电磁阀门只有通断断两种状态。两种状态。流体2024/7/15第1章 检测技术基础知识电磁调节阀 用于控制流量的大小 加上控制信号，电磁调节阀在电动机的控制下，可以逐渐开合2024/7/15第1章 检测技术基础知识小型电磁调节阀 单向使用2024/7/15第1章 检测技术基础知识报警器报警灯及喇叭2024/7/15第1章 检测技术基础知识2024/7/15