電子感測技術的基礎知識

1.1傳感器概述

1.1.1傳感器的組成、轉換特性和選用要點

1、組成非電量：溫度、壓力、流量……電量：電磁場、光波、射線……可用非電量：能產生間接電量或電量間接電量：R、L、C電量：不便于傳輸和處理的微弱信號放大、校正、補償、運算、顯示、電量間接電量被x傳感器可用信號y（電信號或光信號)x可用非電量敏感元件轉換器電子測量測量三轉一互換例如：溫度℃熱脹冷縮壓力壓敏電阻△R電橋△U電子測量℃

敏感元件轉換器2、分類（1）物理型：最普遍（2）化學型：最必需（3）生物型：最先進仿生傳感器接近動物靈敏度和精確度：

*狗的嗅覺是人的106倍

*鳥的視覺是人的102倍，并能利用地球磁場定位

*蝙蝠發、收超聲波，其聽覺是人的103倍

*蛇的“接近覺”感知溫度（紅外線）0.01℃的變化重點開發微傳感器、環保傳感器、醫療傳感器網絡化傳感器3、轉換特性y00被測量(a)直線型x1x2y1y2xy

量程

或最理想

測量范圍靈敏度yxΔy0Δxx0(b)階梯型

閾值x0分辨率

Δy=1時為單位分辨率

xy2y1對數型y擬合直線指數型0（c）對數和指數型dm非線性誤差δm是實際曲線與擬合直線間的最大差值（y軸）書中[例]題，由傳感器方程求得S、△x和xm

4、選用傳感器的要點了解被測對象了解主要指標選用方法環境情況測量方式測量范圍安裝要求輸出要求測量精度(誤差范圍）靈敏度S分辨率△XΔ可靠性Δ先進性Δ性價比側重最主要指標進行選擇折中方法，兼顧二個以上指標或性價比采用傳感器的融合技術，減小誤報和漏報5、光電檢測光子光路相同點輕于電子不帶電光頻極高無接地問題光纖傳輸衰耗小光通信容量大電磁波波、粒兩重性有、無線傳輸光能量常數光頻電子初速度電子動能（電流）克服電子逸出功時，紅限光頻1.2電子測量任務和方法

電壓（電流、功率等）、阻抗（R、L、C）、頻率（時間、數字量等）是得到其它電參數的測量基礎

2、表達四要素：

大小(數值)、正負(方向)、單位(屬性)、誤差(精度)

不帶誤差的測量結果不可信沒有單位的測量數據無價值書中[例]題，說明一個測量結果應有四個要素表達。1.2.1電子測量的任務1、測量三參數：1、直接測量：被測量y=x測定值或儀表示值，最基本，應用也最廣。2、間接測量：

y=f(xi)，如測量功率P=U2/R，這里y=P，x1=U，x2=R

（1）y不能直接測量；（2）直接測量較困難；（3）直接測量誤差大3、組合測量：

yi=f(xi)方程組1.2.2電子測量方法直流電路

如圖所示E=I0R0+UE=I1R0+U1E=I2R0+U2R2=∞時，由于電壓表內阻Rv≠∞,產生的誤差與R0值成正比。I1=U1/R1，

I2=U2/R2ER1IUR2R0+-則R0=（U2/U1-1)R11.3測量誤差和處理

1、誤差來源：（1）儀表元器件誤差（2）環境、電源和干擾影響（3）人為造成2、誤差表示（重點、難點）相對真值:高一級儀表測量值a=x0

近真值平均值修正后值a=x+c修正值

c=－△1.3.1誤差理論（1）絕對誤差測量值偏離實際值(大小、方向(正負)）測量值實際值代替真值a0實際相對誤差示值相對誤差引用(滿度)相對誤差又稱滿度誤差，用于評價儀表精確度儀表等級即引用相對誤差（2）相對誤差（準確度、不確定度）電工儀表共分七級：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0最大實際相對誤差最大示值相對誤差作為儀表的最大誤差范圍或不確定度書中[例]題說明(2)被測量越接近量程ym時測量誤差越小(1)γm小，儀表等級高，測量誤差越小數字儀表的絕對誤差幾個字

書中[例]題說明：讀數誤差和滿度誤差的表示方式3、誤差性質誤差性質特點產生原因處理方法隨機誤差（隨差）只能處理，不能改善單峰性有界性對稱性抵償性元器件老化外界干擾電源波動量化誤差增加測量次數算出誤差范圍定出儀表等級和適用范圍系統誤差(系差)可以改善重復性規律性未校零，刻度不準，預熱不夠，元器件理想化（1）算出修正值，進行修正a=x+C（2）用電路或元器件進行控制粗大誤差(粗差)可以避免和剔除出現壞值人為大錯通過計算識別后予以剔除，多個壞值先剔除最大的一個

（1）誤差小數位=測量數據小數位（2）有效數字：非零起，含零止舍入規則：“四舍五入偶不入有尾入”12.3412.3“四舍”

12.3612.4≥6進位12.3512.4“五入”12.4512