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1、检测与转换技术,权长荣 二零一一年三月,学习本课的目的 (1)掌握自动检测与转换技术的基本知识 (2)学会如何选择传感器和测量仪表 (3)了解检测与转换技术的发展现状 授课方法： 关键知识点讲解与复习题讲解相结合,引子,提纲,目录,第一篇 检测与转换技术的基本概念(0.5天) 第二篇 传感器原理与应用(1.5天) 第三篇 测量仪器仪表(1天),现代信息技术的三大基础 信息提取 信息传输 信息处理 传感器技术 通信技术 计算机技术 感官 神经 大脑 传感器技术是信息技术中的源头技术,第一篇 检测与转换技术的基本概念,测量误差 测量误差的主要来源？ 如何剔除坏值？ 最大相对误差的计算,测量的分类,
2、1、什么是静态测量？,对缓慢变化的对象进行测量也属于静态测量,最高、最低温度计,管内分别装入水银和无色酒精，由于酒精与水银膨胀系数悬殊，当温度上升时，酒精膨胀，于是迫使水银挤向毛细管内而上升，上指针亦随之而上升，指示到达最高温度；当温度下降，则水银回流至另一管，将下指针推至最低温度处。,2、什么是动态测量？,地震测量震动波形,3、什么是直接测量？,电子卡尺,间接测量,对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量。,阿基米德测量皇冠的比重,什么是接触式测量？,非接触式测量，比如雷达测速,利用红外线辐射测量供电设备的表面温度,车载雷达测速,什么是在线测量？,离线测量,批量产品的质量“人工”离线测量,等
3、精度测量（填空题）书P3 （1）在（同一条件）下所进行的一系列重复测量称为（等精度测量）。 特点： a.各次测量具有相同的精度。 b.同一个人在相同的试验条件下，在短时间内对同一试样进行多次重复测量，可视为等精度测量。 c.不同的实验室在相同的条件下对相同的试样进行的多次重复测量，或同一个人在相同的试验条件下，在较长的时间内对同一试样进行的多次重复测量，有可能是等精度测量，亦可能是非等精度测量，是否为等精度测量，需对测量的方差进行等方差性检验。,测量误差概念及分类,真值（填空题）书P3 （2）被测量本身所具有的真正值，称之为（真值） 真值是可以接近却难以达到一个理想化的概念。因为一切测量都存在
4、有误差，所以一般是无法得到的。 示值（填空题）书P4 （3）测量器具读数装置所指示出来的被测量数值称为（ 示值）,绝对误差：（填空题）书P4 绝对误差是(示值)与(被测量真值)之间的差值 x=x-A0 式中： x-示值，A0-真值 意义：反映的是测量结果偏离实际值的情况，主要用于标准器具的校准 备注：实际应用中，用被测量的实际值(约定值）A代替真值 修正值C=-X(绝对值相同，符号相反） A=x+C,误差的表示方法,测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法,【示例】 一台晶体管毫伏表的10mv档，用其测量，示值x=8mv,在检定该表时，8mv刻度处的修正值C=-0.03mv,请计算被测电压的实
5、际值？ U=x+C=8+(-0.03)=7.97mv （1）含有误差的指示值加上修正值之后，可以消除误差的影响 （2）测量仪表要定期检定，保证修正值的准确。,相对误差（填空题）书P4 (4)绝对误差与被测量的约定值之比，称为（相对误差）,实际相对误差,示值相对误差,最大满度(引用）相对误差,准确度等级（精度等级）,P33,仪表的量限范围内可能出现的最大绝对误差，,仪表的量限,用最大值反映全局,仪表准确度习惯上称为精度,准确度等级习惯上称为精度等级.,电工仪表就是按引用误差的值进行分级的，是仪表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差。 我国电工仪表共分七级：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5
6、,2.5,5.0.若仪表为K级，则说明该仪表的最大满度相对误差不超过k%。 例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为2.5% 。 测量点的最大相对误差的计算公式,在使用这类仪表测量是，应选择适当的量程，使示值尽可能地接近满度值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。,最大相对误差,什么叫准确度和准确度等级? 准确度是指测量结果和实际值的一致程度，准确度等级高意味着系统误差和随机误差都很小。 准确度等级是仪表按准确度高低分成的等级，它决定仪表在标准条件下的误差限，也就是仪表基本误差的最大允许值，如果某台仪表的最大基本允许引用误差为1.5%，则该仪
7、表的准确度等级为1.5级。,准确度和准确度等级,电工仪表准确度等级,思考题： 1. 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？,2.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？,注意：在确定一个仪表的精度等级时,要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。,1.5 级 or 2.5级,1.5,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
8、的商店意见最大，是何原因？,满度相对误差与示值相对误差,用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值误差的比较，请得出结论。,满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大,例1：某温度传感器的测温范围为-50250，其允许最大误差为3。问此传感器的精度等级是多少？当测量到50和200时，其最大误差分别是多少？怎样合理选择仪表的量程？ 解：Am=250-(-50)=300,m=3,即精度等级为1.0,测量到50和200时，最大误差为3,测量值应选择：,测量时注意选择量程，尽量使仪表指示在满度值的2/3以上区域。,计算题,例2：有两块直流电流表，它们的准确度等级和量限分别为(1.0级，0250mA)、(2.
9、5级，075mA)。现在要测量50mA的直流电流，为了减少测量误差，选用哪块表好？为什么？,解：测量50mA电流时，第1块表的最大相对误差为：,第2块表的最大相对误差为：,因为第2块表的相对误差较小，所以选择第2块好。,比较被测电压20V和80V的最大相对误差可以看出：前者比后者的误差大的多。因此，用一块万用表的同一个量程测量两个不同电压的时候，谁离满挡值近，谁的准确度就高。所以，在测量电压时，应使被测电压指示在万用表量程的2/3以上。只有这样才能减小测量误差。,例4、MF-30型万用表，其准确度为2.5级，。分别选用100V档和25V档测量一个23V的标准电压。问哪一档的测量误差小？,解：,
10、25V档23V标准电压时的最大相对误差：（误差小）,100V档测量23V标准电压时的最大相对误差：,在满足被测信号数值的情况下，应选择量程小的档位。,例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流（-）、交流（）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？,满度相对误差,例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？,测量误差的来源 （1）仪器误差：如零点漂移、刻度不准 （2）影响误差：温度、湿度、震动、电磁场 （3）方法误差：测量方法不合理 （4）人身误差：分辨力、责任心、业务能力、不良习惯、操作不当 （5）测量对象发生变化,测量误差的来
11、源,粗大误差,明显偏离真值的误差称为粗大误差（简称粗差），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，应予以剔除。,拉依达准则,坏值,坏值的残余误差,含坏值在内的全部测量值的算术平均值,凡残余误差大于三倍标准偏差则被认为是粗差，它所对应的测量值就是坏值，应当予以舍弃,产生粗大误差的一个例子,系统误差,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
12、，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。 按某种函数规律变化,夏天摆钟变慢的 原因是什么？,热涨冷缩,随机误差,测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差（偶然误差）。 也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，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，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。,由未知变化规律引起,随机误差的正态分布规律,次数统计,长度相对测量值,谢谢！,