传感器的基本特性与测量误差的概念和分类.

dy(t ) y(t ) x(t ) dt
1.2 传感器的一般特性
(1)一阶传感器的单位阶跃响应
一阶传感器单位阶跃响应的通式：

dy(t ) y(t ) x(t ) dt
式中 x(t ) 、 (t ) 分别为传感器的输入量和输出 y 量，均是时间的函数，表征传感器的时间常数， 具有时间“秒”的量纲。 一阶传感器的传递函数：
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
物质定律如虎克定律 F = k x主要由物 质的性质决定
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 无源传感器 按能量的转换分类 场的定律，如电场、磁场、物质场主 要由其结构参数决定 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 有源传感器 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测 介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的 温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。

学习本课程所需的预备知识 电路基础、电子测量技术、电子线路。 教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
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1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
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被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量

1、测量理论：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。

2、测量分类：按方法分：(间接测量，直接测量，组合测量）按方式分：（偏差式，零位式，微差式）根据测量条件分等精度测量和不等精度测量，根据变化的快慢，分动态测量和静态测量。

根据测量元件和被测量是否接触分接触式测量和非接触式测量。

3、测量的误差：绝对误差(真值减去测量值）。

实际相对误差（绝对误差除以测量值，比值的百分数），引用误差（相对于仪表满量程的一种误差，绝对误差除以（测量范围上限减去测量范围下限）比值乘以百分之百），基本误差（传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的误差），附加误差：（传感器或仪表在使用条件偏离额定条件下出现的误差）4、根据误差的规律和产生条件分：系统误差，随机误差，和粗大误差。

5、随机误差：在同一条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差。

6、系统误差：在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。

7、粗大误差：超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。

8、随机误差的处理：算术平均值，标准偏差。

9、不等精度直接测量的权与误差（权可以理解为各组测量结果相对的可信赖程度）10、系统误差的处理：系统误差的发现：实验对比法，残余误差观察法，准则检测法。

11、粗大误差的处理：3δ准则，肖伟特准则，格拉布斯准则12、残余误差：13、系统误差的消除：在测量结果中进行修正，消除系统误差的根源，在测量系统中采用补偿措施，实时反馈修正。

14、传感器：是能感受到规定的被测量，并按一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。

15、组成：敏感元件，转换元件，信号调整转换电路，辅助电源。

16、分类：17、基本特性：1 灵敏度，（输出量增量和相应引起输出量增量的输入量增量的比值）线性度（传感器的输出和输入之间数量关系的线性关系），迟滞（传感器输入输出曲线不重合的现象），重复性（传感器在相同条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度），飘移（传感器输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为飘移）。

绪论1、什么是检测：指利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量的过程。

2、什么是自动检测与转换技术：指能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为。

一、检测技术在国民经济中的地位和作用答：1.在机械制造行业中2.在电力等行业中3.在交通领域中4.在国防科研中5.在导弹、卫星研制中6.在日常生活中二、工业检测技术的内容1.热工量，2.机械量，3.几何量，4.物体的性质和成分量，5.状态量，6.电工量三、自动检测系统的组成1.自动检测系统的组成：1.传感器，2.信号调理，3.数据处理装置，4.显示器，5.执行机构2.传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（确切定义如1-3）四、检测技术的发展趋势1.不断提高检测系统的测量准确度，量程范围，延长使用寿命，提高可靠性。

2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。

3.发展集成化、功能化的传感器4.采用计算机技术，使检测技术智能化。

5.发展网络化传感器及检测系统。

五、学习方法1.本书配套或第一章检测技术的基本概念测量得到的定量的结果&1-1测量的基本概念及方法1.测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程2.测量方法的分类：1.静态和动态测量根据被测量是否随时间变化2.直接和间接测量间接测量比较复杂（用函数关系计算求得）3.模拟式和数字式测量4.接触式和非接触式测量5.在线和离线测量生产过程边生产边测量称在线测量。

&&1-2 测量误差及分类1.真值：指在一定条件下被测量客观存在的实际值。

2.真值分类：1.理论真值：三角形内角和为180度2.约定真值：银的凝固点为961.78度3.相对真值：凡准确度高两级的仪表的误差与准确度低的仪表的误差比在1/3以下时，则高两级仪表的测量值可以认为是相对真值3.测量误差：指测量值与真值之间的差值4.测量误差的分类：1.绝对误差和相对误差2.粗大误差、系统误差和随机误差3.静态误差和动态误差一、绝对误差和相对误差1.绝对误差Δ：测量值Ax与真值A0之间的差值：Δ= Ax- A02.相对误差1.示值（标称）相对误差γx : 指用绝对误差Δ与被测量值Ax的百分数比来表示γx = Δ/ Ax *100%2. 满度（引用）相对误差γm :测量下限为0的仪表的γm= =Δ/A m *100%（A m仪表满度值）（A m =Amax-Amin)3. 满度（引用）相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S：S= Δm/A m *100 ( Δm指最大误差值）准确度等级也称为精度等级例1-1（P11)某压力表准确度为2.5级，量程0-1.5MPa,测量结果显示为0.7MPa，试求：1.可能出现的最大满度相对误差γm，2.可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕，3.可能出现的最大示值相对误差γx解：1.可能出现的最大满度相对误差即为准确度等级：γm=2.5%2.Δm=γm*A m=2.5%*1.5=0.0375MPA=37.5KPA3.γx=Δm/Ax*100%=0.0375/0.7*100%=5.36%例1-2（P12）现有0.5级的0-300度的和1.0级的0-100度的两个温度计，要测量80度的温度，试问哪一个好？解：本题是要确定两个温度计的γx，选小的。