梁森传感器基本概念剖析.pptx

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1、2023/3/181第一章第一章 检测技术的基本概念检测技术的基本概念 在这一章里，卡卡给大家讲一讲测量的方法有哪些；测量误差有哪些；如何克服误差。卡卡还将与大家一起来学习如何读懂传感器的“特性参数表”。第1页/共50页2023/3/182第一节第一节 测量的分类测量的分类 1.什么是静什么是静态测量和态测量和动态？动态？第2页/共50页2023/3/183 对缓慢变化的对缓慢变化的对象进行测量亦属于对象进行测量亦属于静态测量。静态测量。最高、最低温度计第3页/共50页2023/3/184 什么是什么是动态动态测量？测量？地震测量地震测量振动波形振动波形第4页/共50页2023/3/1852.

2、什么是直接测量和间接测量什么是直接测量和间接测量？电子卡尺电子卡尺第5页/共50页2023/3/186间接测量间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算求对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量。得被测量。（阿基米德测量皇冠的比重）第6页/共50页2023/3/187什么是接触什么是接触式测量式测量？第7页/共50页2023/3/188非接触式测量非接触式测量 例：雷达测速例：雷达测速 利用红外线辐射测量供利用红外线辐射测量供电变压器的表面温度电变压器的表面温度 车载雷达车载雷达测速测速第8页/共50页2023/3/189什么是什么是在线在线测量测量？在流水线上，边加工，在流水线上，边加工，边检

3、验，可提高产品的一致边检验，可提高产品的一致性和加工精度。性和加工精度。第9页/共50页2023/3/1810离线测量离线测量 批量产品的质量批量产品的质量“人工人工”离线测量离线测量第10页/共50页第二节第二节 测量误差及分类测量误差及分类 绝对误差：绝对误差：=Ax0 某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？第11页/共50页相对误差及精度等级相对误差及精度等级 几个重要公式：几个重要公式：示值相对误差满度相对误差（引用误差）准确度（精度）第12页/共50页例：用同一台磅秤测量三个不同重量

4、物体的例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的比较，请得出结论！示值相对误差的比较，请得出结论！满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大第13页/共50页2023/3/1814仪表的准确度等级和基本误差仪表的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压表的准确度为例：某指针式电压表的准确度为2.52.5级，级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为误差为2.5%2.5%。某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.11.6之间，该系列产品属于哪一级温度表？某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控制在1.11.6之间，应购买哪一级温度表？第14页/共

5、50页2023/3/1815例：例：某指针式万某指针式万用表的面板如图用表的面板如图所示，问：用它所示，问：用它来测量来测量直流直流、交交流（流（）电压时，电压时，可能产生的满度可能产生的满度相对误差分别为相对误差分别为多少？多少？第15页/共50页2023/3/1816 例：例：用指针用指针式万用表的式万用表的10V量程测量量程测量一只一只1.5V干电干电池的电压，示池的电压，示值如图所示，值如图所示，问：选择该量问：选择该量程合理吗？程合理吗？第16页/共50页2023/3/1817 用用2.5V量程量程测量同一只测量同一只1.5V干电干电池的电压，池的电压，与上图比较，与上图比较，问示值

6、相对问示值相对误差哪一个误差哪一个大？大？第17页/共50页1.已知被测电压的准确值为220V，请观察并计算图1-4所示的电压表上的准确度等级S、满度值Am、最大绝对误差m、示值Ax、与220V正确值的误差、示值相对误差 x以及引用误差 m。2.示值相对误差有没有可能小于引用误差？在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为22V，示值相对误差 x将变大了？还是变小了？算 一 算 第18页/共50页卡卡算出来啦卡卡算出来啦 1.从图1-4可知，准确度等级S5.0级，满度值Am300V。最大绝对误差m300V5.010015V，示值Ax230V。用更高级别的检验仪表测得被测电压（220V）与示值值的

7、误差10V，示值相对误差 x4.3%。引用误差 m（10/300）100%3.3%，小于出厂时所标定的5.0%。2.若绝对误差 仍为10V，当示值Ax为22V，示值相对误差 x（10/22）100%=45%。与测量220V时相比，示值相对误差大多啦！第19页/共50页2023/3/1820误差产生的因素误差产生的因素：1.1.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

8、除。第20页/共50页2023/3/1821产生粗大误差的一个例子产生粗大误差的一个例子 第21页/共50页 在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。2.2.系统误差：系统误差：夏天摆钟变慢的夏天摆钟变慢的原因是什么？原因是什么？第22页/共50页3.3.随机误差随机误差 测测量量结结果果与与在在重重复复条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行无无限限多多次次测测量量所所

9、得得结结果果的的平平均均值值之之差称为随机误差。差称为随机误差。也也可可以以采采用用如如下下的的表表达达：在在同同一一条条件件下下，多多次次测测量量同同一一被被测测量量，有有时时会会发发现现测测量量值值时时大大时时小小，误误差差的的绝绝对对值值及及正正、负负以以不不可可预见的方式变化，该误差称为随机误差。预见的方式变化，该误差称为随机误差。存在随机误差的测量结果中，虽然单个存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从体而言，多数

10、随机误差都服从正态分布规律正态分布规律。第23页/共50页2023/3/1824 随机事件与随机误差有区别，随机事件与随机误差有区别，并不一定符合并不一定符合正态分布规律。正态分布规律。彩票摇奖彩票摇奖（无规律可循，不可预测）（无规律可循，不可预测）第24页/共50页2023/3/1825随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计第25页/共50页2023/3/1826随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计第26页/共50页2023/3/18274.4.动态误差动态误差 由心电图仪放大器带宽不够引起由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差的动态

11、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变化精确吻合，这种误差称为动态误差。第27页/共50页2023/3/1828第三节第三节 传感器及基本特性传感器及基本特性 一、传感器的组成一、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 1-弹簧管 2-电位器结合上述工 作 原 理，能否将上图方框图中的内容具体化？第28页/共50页2023/3/1829电位器式压力传感器原理框图电位器式压力传感器原理框图画出的电位器式压力传感器原理框图如图所示。画 一 画第29页/共50页2023/3/1830弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）

12、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。第30页/共50页2023/3/1831弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。第31页/共50页2023/3/1832压力传感器的压力传感器的外形及内部结构外形及内部结构第32页/共50页2023/3/1833被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量转换成电参量 在右在右图中，图中，电位电位器为传感元器为传感元件，它将角件，它将角位移转换为位移转换为电参量电参量电阻的变化电阻的变化（R）第33

13、页/共50页2023/3/1834 360360度圆盘形电位器传感器度圆盘形电位器传感器(测量角位测量角位移移)右图右图所示的所示的360度度圆盘形电位圆盘形电位器的中间焊器的中间焊片为滑动片，片为滑动片，右边焊片接右边焊片接地，左边焊地，左边焊片接电源。片接电源。接地第34页/共50页2023/3/1835二、传感器的基本特性二、传感器的基本特性传感器的特性很多，卡卡简单地给大家介绍几种常用的特性，如：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、稳定性、EMC以及可靠性等。第35页/共50页2023/3/18361.1.灵敏度灵敏度 ：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与

14、输入变化值之比，用值与输入变化值之比，用K 来表示：来表示：第36页/共50页2023/3/1837作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程程xyx1xy0切点传感器传感器 特性特性曲线曲线第37页/共50页2.2.分辨力：分辨力：指传感器能检出被指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它最后一位所表示的

15、数值就是它的分辨力的分辨力。一般地说，分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误的数值小于仪表的最大绝对误差。差。右表的分辨力为多少？右表的分辨力为多少？第38页/共50页2023/3/18393.3.分辨率：将分辨力分辨率：将分辨力除以仪除以仪表的满量程表的满量程就是仪表的分辨就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为分之一表示，是量纲为1 1的数。的数。右表的满量程为199.9A199.9A，问：该表的分辨率为多少？第39页/共50页2023/3/1840 在图1-11中，3位（最大显示999999）数字液位计面板表的示值是多少？满量程是多少

16、？分辨力是多少？分辨率又约为多少？想一 想第40页/共50页2023/3/18414.4.线性关系：线性关系：人们总是希望传感器的输入与输出的关系成人们总是希望传感器的输入与输出的关系成正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。如果传感器的输入与输出的关系为非线性关系，如果传感器的输入与输出的关系为非线性关系，可以用计算机予以纠正可以用计算机予以纠正。第41页/共50页2023/3/1842传感器输入输出的线性关系与传感器输入输出的线性关系与非线性关系的比较非线性关系的比较第4

17、2页/共50页2023/3/18435.5.迟滞现象迟滞现象迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度，用计算机逐点测量得到的某传感一致程度，用计算机逐点测量得到的某传感器迟滞特性示意图如图器迟滞特性示意图如图1-12所示。所示。迟滞会引起重复性、分辨力变差，或造成测量盲区，一般希望迟滞越小越好。第43页/共50页2023/3/18446.6.稳定性稳定性稳定性包括时间稳定度和环境影响量。稳定性包括时间稳定度和环境影响量。一般以仪表的示值变化量与时间的长短之一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值比来表示稳定度。例如，某仪

18、表输出电压值在在8h内的最大变化量为内的最大变化量为1.2mV，则表示为，则表示为1.2mV/(8h)。环境影响量仅指由外界环境变化而引起环境影响量仅指由外界环境变化而引起的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。一是零漂，二是灵敏度漂移。一是零漂，二是灵敏度漂移。造成环境影响量的因素有温度、湿度、造成环境影响量的因素有温度、湿度、气压、电源电压、电源频率等。气压、电源电压、电源频率等。第44页/共50页7.EMC7.EMC所谓所谓EMC是是指电磁兼容性，指电磁兼容性，即电子设备在规即电子设备在规定的电磁干扰环定的电磁干扰环境中能正常工作，境中能正常工作，

19、而且也不干扰其而且也不干扰其他设备的能力。他设备的能力。具体的抗电磁干具体的抗电磁干扰、提高电磁兼扰、提高电磁兼容能力的方法将容能力的方法将在第十二章中介在第十二章中介绍。绍。第45页/共50页2023/3/18468.8.可靠性可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。一种综合性的质量指标。浴盆曲线磨合期又称早期失效期稳定期又称偶然失效期失效期又称衰老失效期期第46页/共50页2023/3/1847 “老化老化”试验：试验：在检测设备通在检测设备通电的情况下，将电的情况下，将之放置于高温环之放置于高温环境境 低温环境低温环境 高温环境高温环境反复循环。反复循环。老化之后的系统老化之后的系统在现场使用时，在现场使用时，故障率大为降低。故障率大为降低。第47页/共50页2023/3/1848某振动传感某振动传感器的产品说器的产品说明书原件如明书原件如表表1-21-2所示，所示，该传感器共该传感器共有几个参数有几个参数？主要参数？主要参数是哪几个？是哪几个？灵敏度怎么灵敏度怎么看看表表1-2 EMT220袖珍袖珍式测振仪技术式测振仪技术参数参数第48页/共50页2023/3/1849休休 息息 一一 下下第49页/共50页2023/3/1850感谢您的观看。第50页/共50页