《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件

《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件,傳感器及檢測(cè)技術(shù),傳感器,檢測(cè),技術(shù),配套,PPT,課件 項(xiàng)目一 檢測(cè)技術(shù)與傳感器的認(rèn)知 教學(xué)目的： 1. 能掌握檢測(cè)技術(shù)與傳感器的基本概念。 2. 能了解檢測(cè)技術(shù)與傳感器的作用、地位和發(fā)展方向。 3.能掌握傳感器的組成及各組成部分的作用。 4. 能掌握誤差的基本概念，熟悉幾種測(cè)量誤差的定義和表示。 5. 能區(qū)分各種測(cè)量誤差并進(jìn)行處理。 6.能掌握傳感器的基本特性和傳感器的選用原則。 課 型：新授課 課 時(shí)： 3個(gè)任務(wù)，安排6個(gè)課時(shí)。 教學(xué)重點(diǎn)： 認(rèn)識(shí)傳感器的定義、組成（非電量被測(cè)量、敏感元件非電量、轉(zhuǎn)換元件電參量、轉(zhuǎn)換電路電量輸出量）、傳感器的分類；誤差的概念以及測(cè)量方法、誤差的來源、誤差的表示法、誤差的分類以及處理；傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性、以及如何選用傳感器，他的選擇原則。 教學(xué)難點(diǎn)： 傳感器組成（非電量被測(cè)量、敏感元件非電量、轉(zhuǎn)換元件電參量、轉(zhuǎn)換電路電量輸出量）、傳感器的各項(xiàng)分類；測(cè)量的基本方法、學(xué)會(huì)直接測(cè)量和間接測(cè)量、聯(lián)立測(cè)量、測(cè)量方法按測(cè)量分類有偏差法、零位法和微差法；測(cè)量誤差的概念，誤差的來源、測(cè)量誤差的表示法、測(cè)量誤差的分類以及誤差的處理。 教學(xué)過程： 1. 教學(xué)形式：講授課，教學(xué)組織采用課堂整體講授和分組演示。 2. 教學(xué)媒體：采用啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法。教學(xué)手段采用多媒體課件、視頻等媒體技術(shù)。 作業(yè)處理： 完成項(xiàng)目后的思考題。 板書設(shè)計(jì)： 本課標(biāo)題 檢測(cè)技術(shù)與傳感器的認(rèn)知 課次 2 授課方式 理論課□ 討論課□ 習(xí)題課□ 其他□ 課時(shí)安排 6 學(xué)分 共2分 授課對(duì)象 院系、專業(yè)： 任課教師 教學(xué)基本內(nèi)容 教學(xué)方法及教學(xué)手段 課堂導(dǎo)入 上節(jié)課學(xué)習(xí)了傳感器的基本構(gòu)成，那它是怎么工作的，具有怎樣的特性呢？ 參考以下形式： 1.銜接導(dǎo)入 2.懸念導(dǎo)入 3.情景導(dǎo)入 4.激疑導(dǎo)入 5.演示導(dǎo)入 6.實(shí)例導(dǎo)入 7.其他形式 基本知識(shí)匯總 任務(wù)一 傳感器的認(rèn)知 （一） 傳感器的定義 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 7665—2005）《傳感器通用術(shù)語》，傳感器（transducer/sensor感覺）的定義為：“能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成?！边@一定義表述了傳感器的主要內(nèi)涵，包括了以下含義：　 ①　測(cè)量器件或裝置——完成信息的獲取任務(wù)。 ②　輸入量——感受規(guī)定的被測(cè)量。它可以是物理量、化學(xué)量、生物量等，但不能受其他量的影響。例如，溫度傳感器只能用來測(cè)溫，不能受其他物理量的影響。 ③　輸出量——可用的輸出信號(hào)，即某種便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示的信號(hào)。它可以是光、氣或電量等。 ④　輸入輸出間具有“一定規(guī)律”——輸入與輸出是對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)具有一定的精確度。 由于電學(xué)量（電壓、電流、電阻等）便于測(cè)量、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理，因此傳感器一般都是以電量輸出的，以至于可以簡(jiǎn)單地說：　傳感器是一種以一定的精確度把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件或裝置。 （二） 傳感器的組成 傳感器從字面上理解，具有一感二傳的功能，即感受被測(cè)信息，再傳送出去，因此，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但由于它的輸出信號(hào)較弱，因此需要由后續(xù)的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行放大或轉(zhuǎn)換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的信號(hào)。隨著半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路往往直接安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件、轉(zhuǎn)換元件一起集成在同一芯片內(nèi)，這樣，傳感器就由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。 1、 敏感元件 敏感元件是直接感受被測(cè)量、并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。它是傳感器技術(shù)的核心，是設(shè)計(jì)和制作傳感器的關(guān)鍵。 2、 轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量的元件。 3、 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路是將電參量轉(zhuǎn)換成可直接利用的電信號(hào)的電路 需要說明的是有些被測(cè)非電量可直接變換為電參量，這時(shí)傳感器中的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件就合二為一了。 1．本課程是機(jī)電一體化、自動(dòng)控制、電氣自動(dòng)化、應(yīng)用電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程。要求學(xué)生能認(rèn)識(shí)常用傳感器，掌握其工作原理、輸出特性、誤差補(bǔ)償，理解各種測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，了解傳感器的典型應(yīng)用等知識(shí)，達(dá)到能正確使用常用傳感器的目的。 2．檢測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容包括了自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理。需要一定的測(cè)量理論、測(cè)量方法，相應(yīng)的測(cè)量工具、裝置，以及對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行正確的處理分析。它涵蓋了傳感器技術(shù)、誤差理論、測(cè)試計(jì)量技術(shù)、抗干擾技術(shù)以及電量間的互相轉(zhuǎn)換技術(shù)等。 3．本課程教學(xué)內(nèi)容的組織與安排：　由實(shí)例引入，按照“任務(wù)提出”“相關(guān)知識(shí)”“任務(wù)實(shí)施”“其他案例”“訓(xùn)練一下”幾個(gè)部分遞進(jìn)完成。采用任務(wù)引領(lǐng)的項(xiàng)目課程教學(xué)，將檢測(cè)技術(shù)與傳感器的技能和知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的工作任務(wù)之中，在符合工作過程的基礎(chǔ)上，充分考慮了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知心理過程，將課程內(nèi)容劃分為九個(gè)項(xiàng)目，再具化為多個(gè)工作任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容。從檢測(cè)的對(duì)象著手，選擇合適的傳感器，通過認(rèn)識(shí)該類傳感器的外形、性能指標(biāo)，再到測(cè)量原理的介紹，在掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，介紹相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路，來完成該類檢測(cè)任務(wù)。再安排一個(gè)訓(xùn)練，供學(xué)習(xí)者在實(shí)踐中掌握知識(shí)、提高技能。 （三）傳感器的分類 傳感器的種類繁多，即使同一種被測(cè)量也可以用不同類型的傳感器來測(cè)量，如位置檢測(cè)，可以用光電、磁電、電感、電容等多種傳感器進(jìn)行測(cè)量；而一種傳感器又可測(cè)量多種物理量，如電容式傳感器可用來測(cè)位移、壓力、荷重、加速度等。因此，傳感器的分類方法很多，常用的分類方法有：　 1、按被測(cè)量分類 按被測(cè)量分類，即按照傳感器的輸入信號(hào)分類，它能夠很方便地表示傳感器的功能，便于用戶的使用?？梢苑譃闇囟取毫?、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、位置、濕度、氣體濃度、流量、流速等傳感器?！　　　? 2、 按傳感器的工作原理分類 按傳感器的工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、磁電式、光電式、壓電式、熱電式、霍爾式、超聲波、激光、光纖等傳感器。這種分類便于從原理上認(rèn)識(shí)輸入與輸出之間的變換關(guān)系，有利于專業(yè)人員從原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用上進(jìn)行歸納性的分析與研究。　　　　　 3、按能量關(guān)系分類 按能量關(guān)系分類，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型兩類 （1）能量轉(zhuǎn)換型又稱為發(fā)電型或有源傳感器。這種傳感器直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作，無需外加電源。如熱電偶、壓電片、光電池等傳感器。 （2）能量控制型又稱參量型或無源傳感器。這種傳感器要從外部獲得能量使其工作，需外加電源。如電阻式、電容式、電感式等傳感器。 4、 按信號(hào)轉(zhuǎn)換特征分類 按信號(hào)轉(zhuǎn)換特征分類，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型兩類。 結(jié)構(gòu)型：　通過傳感器的結(jié)構(gòu)參量發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。如電容式傳感器根據(jù)兩極板的間距或面積發(fā)生變化從而使電容量改變。 物性型：　利用某些物質(zhì)的某些性質(zhì)隨被測(cè)參數(shù)變化來實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。如壓電傳感器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。 任務(wù)二 測(cè)量誤差的認(rèn)知及處理 一 測(cè)量的概念及方法 （一）測(cè)量的概念 測(cè)量是人們認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種必不可少的重要手段。它是把被測(cè)未知量與同性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并用數(shù)字表示這個(gè)倍數(shù)的過程。 測(cè)量的結(jié)果包括數(shù)值大小和測(cè)量單位兩個(gè)部分。數(shù)值的大小可以用數(shù)字表示，也可以用曲線或圖形表示，但都必須標(biāo)明單位，否則測(cè)量結(jié)果沒有任何意義。 測(cè)量的步驟包括比較、示差、平衡和讀數(shù)四個(gè)步驟。以天平測(cè)量為例：　 ①　比較：　被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量（砝碼）分別放到天平兩邊秤盤上比較。 ②　示差：　觀察指針位置的變化值，即示差。 ③　平衡：　調(diào)整砝碼數(shù)值，使之平衡。 （二） 測(cè)量方法 測(cè)量方法是實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程所采用的具體方法。 1、按測(cè)量手續(xù)分類 （1）　直接測(cè)量 直接測(cè)量是用精度較高的設(shè)備直接對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量并得到測(cè)量結(jié)果。例如：　溫度計(jì)測(cè)溫、萬用表測(cè)電壓、卡尺測(cè)工件的長(zhǎng)度等。 特點(diǎn)：直接測(cè)量過程中不需要進(jìn)行任何運(yùn)算，簡(jiǎn)單而迅速，但是測(cè)量精度往往不容易達(dá)到很高。 （2）　間接測(cè)量 間接測(cè)量是在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先對(duì)與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過計(jì)算得到測(cè)量所需要的結(jié)果。 例如?、佟y(cè)功率P=IU時(shí)，先分別測(cè)出I和U的值，再通過功率P=IU的函數(shù)關(guān)系計(jì)算得到功率P。 ②　測(cè)溫度時(shí)，物質(zhì)電阻率隨溫度而變化，因此可通過測(cè)物體的電阻值而得到溫度值。 特點(diǎn)：　手續(xù)較多，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。通常用于不能直接測(cè)量或沒有直接測(cè)量的儀表的場(chǎng)合。 （3）　聯(lián)立測(cè)量 聯(lián)立測(cè)量是被測(cè)量與多個(gè)元素有關(guān)，必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組才能得到最后的結(jié)果。進(jìn)行聯(lián)立測(cè)量時(shí)，一般要改變測(cè)試條件才能獲得一組聯(lián)立方程所需的數(shù)據(jù)。 特點(diǎn)：　手續(xù)復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，僅適用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)或特殊場(chǎng)合 2、按測(cè)量方式分類 （1）　偏差法 偏差法是在測(cè)量過程中，用儀表指針的位移決定被測(cè)量的測(cè)量方法。 這種方法的儀表內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)量具，只有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量具校正過的標(biāo)尺或刻度盤。例如：　用彈簧秤稱重量；用電壓表測(cè)量電壓。 特點(diǎn)：　測(cè)量過程簡(jiǎn)單而迅速，但是測(cè)量結(jié)果的精度較低。 （2）　零位法 零位法是在測(cè)量過程中，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測(cè)量的作用，并用指零儀表的零位指示測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的測(cè)量方法。 這種方法的測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)具有標(biāo)準(zhǔn)量具，測(cè)量誤差取決于標(biāo)準(zhǔn)量具的誤差。例如：　天平稱重。 特點(diǎn)：　可以獲得較高的測(cè)量精度，指零機(jī)構(gòu)越靈敏測(cè)量分辨率越高。這種測(cè)量過程比較復(fù)雜，只適合于測(cè)量靜態(tài)或緩變信號(hào)。 （3）　微差法 微差法是零位法和偏差法的組合。將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值后, 再用偏差法測(cè)得此值。 特點(diǎn)：　反應(yīng)快，測(cè)量精度較高。 二 測(cè)量誤差的認(rèn)知 （一）　測(cè)量誤差的基本概念 1、 測(cè)量誤差 測(cè)量誤差是檢測(cè)結(jié)果與被測(cè)量的客觀真值之間的差值。 2、 真值 真值是在確定的時(shí)間、地點(diǎn)和狀態(tài)下，被測(cè)量表現(xiàn)出來的實(shí)際大小。真值是客觀存在的，又是未知的。 3、 標(biāo)稱值 標(biāo)稱值是計(jì)量或測(cè)量器具上標(biāo)注的量值，如標(biāo)準(zhǔn)砝碼上標(biāo)出的1kg。 4、 示值 示值是由測(cè)量?jī)x器給出或提供的量值，也稱測(cè)量值。 5、 精確度（精度） 精確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合，表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。 6、 重復(fù)性 重復(fù)性是在相同條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性。 7、 誤差公理 誤差公理是指一切測(cè)量都具有誤差，誤差自始至終存在于所有科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程之中。 （二）　測(cè)量誤差的來源 在測(cè)量過程中，誤差的來源主要有以下幾個(gè)方面：　 1、測(cè)量裝置誤差 測(cè)量裝置誤差包括傳感器和測(cè)量?jī)x器儀表的誤差、標(biāo)準(zhǔn)件的誤差以及裝卡附件的誤差。傳感器和測(cè)量?jī)x器儀表的誤差如設(shè)計(jì)、制造誤差；標(biāo)準(zhǔn)件的誤差如標(biāo)準(zhǔn)量塊、標(biāo)準(zhǔn)線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)砝碼等所體現(xiàn)量值的誤差；裝卡附件的誤差如裝卡定位等造成的誤差 2、 測(cè)量方法誤差 測(cè)量方法不完善或測(cè)量所依據(jù)的理論公式本身的近似性引起的誤差。 3、環(huán)境誤差 各種環(huán)境因素與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的測(cè)量裝置和被測(cè)量本身的變化所造成的誤差。如溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、照明、電磁場(chǎng)等所引起的誤差。 4、人員誤差 測(cè)量人員因技術(shù)能力、工作疲勞、固有習(xí)慣等因素引起的誤差。它的大小取決于測(cè)量人員的操作技能和其他主觀因素。 （三）　測(cè)量誤差的表示法 1 絕對(duì)誤差 絕對(duì)誤差Δx是指被測(cè)量的指示值ｘ與真值x0之間的差值。 絕對(duì)誤差Δx=指示值x－真值x0（11） 由于真值是未知的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)表的測(cè)量值代替真值，稱為實(shí)際值x0。 絕對(duì)誤差Δx=指示值x－實(shí)際值x0（１2） 絕對(duì)誤差是一個(gè)有符號(hào)、大小、量綱的物理量。 絕對(duì)誤差可用來評(píng)價(jià)相同被測(cè)量的測(cè)量精度，絕對(duì)誤差越小，指示值越接近真值，測(cè)量精度越高。但這一結(jié)論不適用于不同值的測(cè)量精度。 三 測(cè)量誤差的分類 （一）　按測(cè)量誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類 測(cè)量誤差按其產(chǎn)生的原因、出現(xiàn)的規(guī)律及其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類。 1、系統(tǒng)誤差 在相同的條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，遵循一定規(guī)律變化的誤差。 系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生原因是由測(cè)量?jī)x器、量具本身制造、安裝、調(diào)整或者是使用方法不當(dāng)造成的。 系統(tǒng)誤差表明測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，即儀表指示值有規(guī)律地偏離真值的程度。系統(tǒng)誤差越小，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度越高。 2、 隨機(jī)誤差 在相同的條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)均無規(guī)律變化的誤差。 隨機(jī)誤差的產(chǎn)生原因是由周圍環(huán)境的隨機(jī)因素引起的。 隨機(jī)誤差的大小表明測(cè)量結(jié)果重復(fù)一致的程度，即分散性，通常用精密度表示。隨機(jī)誤差越大，測(cè)量結(jié)果越分散，精密度就越低。 測(cè)量的精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映，可用精確度（簡(jiǎn)稱精度）來表示。 3、 粗大誤差 粗大誤差是明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差。 粗大誤差的產(chǎn)生原因是由于外界重大干擾、儀器儀表故障或人為因素等造成的。 含有粗大誤差的測(cè)量值稱為壞值或異常值，應(yīng)剔除。 （二）　按被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系分類 測(cè)量誤差按被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系可分為靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差兩大類。 1、 靜態(tài)誤差 靜態(tài)誤差是在被測(cè)量不隨時(shí)間變化時(shí)測(cè)得的測(cè)量誤差。 2、 動(dòng)態(tài)誤差 動(dòng)態(tài)誤差是在被測(cè)量隨時(shí)間變化過程中進(jìn)行測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的附加誤差。它的大小為動(dòng)態(tài)中測(cè)量和靜態(tài)中測(cè)量所得誤差值的差值。 四 測(cè)量誤差的分類 測(cè)量誤差的處理 （一）　系統(tǒng)誤差的處理 系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是其出現(xiàn)的有規(guī)律性，因此對(duì)系統(tǒng)誤差的處理可通過理論分析和實(shí)驗(yàn)方法來確定，采用修正值或補(bǔ)償矯正的方法進(jìn)行消除或減小。 1、測(cè)量前采用的方法 ①　從產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來源上考慮，設(shè)法消除或盡量減小其影響。例如，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值中系統(tǒng)誤差的來源是傳感器的零位誤差，則可采取相應(yīng)措施調(diào)整零位。 ②　采用修正方法來消除。在測(cè)量前，送計(jì)量部門鑒定或通過標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備比對(duì)，得到修正值。在測(cè)量中，只要在測(cè)量值中加入修正值，就可以消除或減小系統(tǒng)誤差。 2、測(cè)量中采用的方法 （1）　交換法 在測(cè)量中將引起系統(tǒng)誤差的某些條件相互交換，而保持其他條件不變，使引起系統(tǒng)誤差的因素對(duì)測(cè)量結(jié)果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。 （2）　抵消法 改變測(cè)量中的某些條件，使得前后兩次測(cè)量結(jié)果的誤差相反，取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。 （3）　替代法 在測(cè)量條件不變的情況下，用已知量替換被測(cè)量，達(dá)到消除系統(tǒng)誤差的目的。 （4）　對(duì)稱測(cè)量法 對(duì)稱測(cè)量法用于消除線性變化的系統(tǒng)誤差。事實(shí)上，很多隨時(shí)間變化的系統(tǒng)誤差，在短時(shí)間內(nèi)均可看成線性變化的。復(fù)雜變化的系統(tǒng)誤差，短時(shí)間內(nèi)也可近似作為線性系統(tǒng)誤差。因此，一切精密實(shí)驗(yàn)均可采用對(duì)稱測(cè)量法。 t1時(shí)：　a=T+ε1t2時(shí)：　x=T+ε2+δ t3時(shí)：　x′=T+ε3+δt4時(shí)：　a′=T+ε4 由于t2-t1=t4-t3 ，則有ε2-ε1=ε4-ε3 ， 得到δ=x+x′2-a′+a2 所以誤差測(cè)量值不受線性變化的系統(tǒng)誤差ε的影響。 （5）　補(bǔ)償法 在系統(tǒng)中采取補(bǔ)償措施，自動(dòng)消除系統(tǒng)誤差。 例如：　用熱電偶測(cè)溫時(shí)，冷端溫度的變化會(huì)引起系統(tǒng)誤差。在系統(tǒng)中采用補(bǔ)償電橋，就可以自動(dòng)消除誤差。 （二）　隨機(jī)誤差的處理 存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，但就誤差的整體而言是服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。因此通過增加測(cè)量次數(shù)，利用概率論的一些理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的一些方法，可以掌握看似毫無規(guī)律的隨機(jī)誤差的分布特性，并進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。 （三）　粗大誤差的處理 在測(cè)量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)時(shí)，一般從以下兩方面來考慮：　 1、定性分析 對(duì)測(cè)量設(shè)備、測(cè)量條件、測(cè)量步驟進(jìn)行分析，看是否存在問題而引起出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。這種判斷無嚴(yán)格規(guī)則，屬于定性判斷。 2、定量判斷 用概率統(tǒng)計(jì)和誤差理論知識(shí)建立的粗大誤差判斷準(zhǔn)則為依據(jù)，進(jìn)行定量判斷，以確定該異常值是否應(yīng)剔除。在工程上常用拉依達(dá)準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）來判斷粗大誤差。 拉依達(dá)準(zhǔn)則是依據(jù)對(duì)于服從正態(tài)分布的等精度測(cè)量，其某次測(cè)量值與真值的誤差大于3σ的可能性僅為0．27％，因此將測(cè)量誤差大于3σ的測(cè)量值作為壞值予以剔除。實(shí)際應(yīng)用中，用算術(shù)平均值替代真值，則拉依達(dá)準(zhǔn)則表達(dá)式為：　 Δxk=xk-x->3σ（１12） 此時(shí)測(cè)量值xk為壞值，應(yīng)予剔除。 任務(wù)三 傳感器的特性及選用認(rèn)知 一、傳感器的特性 傳感器的特性主要是指輸入與輸出的關(guān)系，包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩類。 （一）　靜態(tài)特性 定義：　當(dāng)被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化緩慢時(shí)，認(rèn)為傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的輸入量和輸出量都與時(shí)間無關(guān)。這樣確定的檢測(cè)裝置的性能參數(shù)稱為靜態(tài)特性。靜態(tài)特性主要由以下性能指標(biāo)來描述。 1、 線性度 線性度又稱非線性度或非線性誤差，是指實(shí)際輸入輸出特性曲線與擬合直線（理想直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出值的百分比， 2、遲滯性 遲滯性又稱回差或滯后，表示傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休斎胼敵鎏匦郧€之間最大差值與傳感器滿量程輸出值的百分比， 3、重復(fù)性 重復(fù)性是指輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線最大不重復(fù)誤差與傳感器滿量程范圍值的百分比 4、 靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髋c檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)量變化的反應(yīng)能力。當(dāng)輸入量x有一個(gè)變化量Δx時(shí)，引起輸出量y有相應(yīng)的變化量Δy，則輸入變化量與輸出變化量之比稱為靈敏度。 （二）　動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髋c檢測(cè)系統(tǒng)的被測(cè)量隨時(shí)間變化很快時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。其通常是用實(shí)驗(yàn)方法求得的。 二 傳感器的選用認(rèn)知 （一）　傳感器的選擇要求 由于傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用。如何合理選用傳感器，是應(yīng)用時(shí)首先要解決的問題。一般傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境，從測(cè)試條件與目的、傳感器的性能指標(biāo)、傳感器的使用條件、數(shù)據(jù)采集和輔助設(shè)備配套情況，以及價(jià)格、備件和售后服務(wù)等多種因素綜合考慮。 （二）　傳感器的選用原則 在現(xiàn)代社會(huì)，傳感器得到了廣泛應(yīng)用。各類傳感器性能技術(shù)指標(biāo)很多，如果要求一個(gè)傳感器具有全面良好的性能指標(biāo)，不僅可能給設(shè)計(jì)、制造帶來困難，而且在實(shí)際應(yīng)用中也沒有必要。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要與可能，在確保主要指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，放寬對(duì)次要指標(biāo)的要求，以達(dá)到高的性能價(jià)格比。 傳感器選用總的原則是：　在滿足檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)傳感器所有要求的情況下，價(jià)格低廉、工作可靠、容易維修。 在具體選用傳感器時(shí)，可按下列步驟進(jìn)行：　 ①　借助傳感器分類表，按被測(cè)量的性質(zhì)，從典型應(yīng)用中初步確定幾種可供選用的傳感器的類別。 ②　借助常用傳感器比較表，按被測(cè)量的范圍、精度要求、環(huán)境要求等確定傳感器類別。 ③　借助傳感器的產(chǎn)品目錄、選型樣本，最后查出傳感器的規(guī)格、型號(hào)、性能和尺寸。 以上步驟僅供廣大讀者對(duì)一般常用傳感器選擇時(shí)參考。 討論題、思考題： 圍繞本項(xiàng)目主題做情景模擬訓(xùn)練，以增強(qiáng)理解，加深印象。可以參考教材、資料包、或者其他案例。 課后小結(jié)： 本項(xiàng)目著重討論的是傳感器的定義、分類組成。 測(cè)量誤差的方法、定義、分類和誤差來源和誤差的處理。 傳感器的各項(xiàng)特性和選用原則。 作業(yè)： 1. 什么是傳感器？ 2．　傳感器由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 3．　描述測(cè)量的步驟和結(jié)果。聯(lián)系實(shí)際舉例說明。 4．　直接測(cè)量有幾種方法？它們各自的定義是什么？ 5．　描述誤差的分類及處理的方法。舉出誤差的實(shí)例并說明如何消除的。 6．　傳感器有哪些基本特性？它們有何實(shí)際意義？ 7．　一線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由5mm變?yōu)?mm時(shí)，輸出電壓由3V變?yōu)?．5V，求儀器的靈敏度。 8．　有一溫度計(jì)，它的測(cè)溫范圍為0～100℃，精度為0．5級(jí)，求： （1）　該表可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差。 （2）　當(dāng)示值分別為20℃、80℃時(shí)的示值相對(duì)誤差。 9． 有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為0～600℃，精度等級(jí)分別為1．0級(jí)、10．5級(jí)和2．5級(jí)，要測(cè)量500℃的溫度，要求相對(duì)誤差不超過2．5％，選用哪臺(tái)儀表合適？ 10． 欲測(cè)240V左右的電壓，要求測(cè)量示值相對(duì)誤差的絕對(duì)值不大于0．6％。問：　若選用量程為250V的電壓表，其精度應(yīng)選擇哪一級(jí)？若選用量程為300V和500V的電壓表，其精度應(yīng)分別選哪一級(jí)? 11． 簡(jiǎn)述傳感器的技術(shù)指標(biāo)和選用原則。 說明： 1.?每項(xiàng)頁面大小可自行添減，可按節(jié)或課設(shè)計(jì)填寫。 2.?課次為授課次序，填1、2、3……。 3.?授課方式主要包括填理論課、實(shí)驗(yàn)課、討論課、習(xí)題課等。 4.?方法及手段如：舉例講解、多媒體講解、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、音像講解等。 5.其他內(nèi)容要求結(jié)構(gòu)完整，邏輯清晰，具體詳細(xì)。