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传感器及应用技术 上海商学院 计算机与电子信息学院 电气技术系 第一章 测量技术概述 第一节 测量的一般知识 第二节 误差理论基础 第三节 传感器概述 第四节 传感器的特性 第一节 测量的一般知识 一、测量的基本概念 所谓测量，就是将被测量与测量单位进行比较，得到被测量是测量单位的多少倍，并用数字和单位表示出来。 例如：若要测量被测量X，先选定测量单位U，然后求出二者的比值n=X/U，被测量就可表示为X=n×U 由此可见，测量实际上是一个比较的过程。测量的结果应包含两部分：一部分是一个数值的符号（正或负）和大小，另一部分是测量单位。没有测量单位，测量结果是没有意义的。 （一）直接测量直接测量――能直接得到被测量的数值的测量方法。（1）直接比较测量法比较法：是将被测量与相关标准量进行直接或间接比较,得到测量值的方法。如：米尺.电表都是根据比较法设计而成的仪器。 0 10 2、微差测量法 将被测量和与其量值只有微小差别的已知量进行比较，测出这两个量值间的差值，从而确定被测量的测量方法。 这种方法的优点是，当已知量的精确度很高，而其值又很接近被测量时，用较低精度的测量仪表，也能得到高精度的测量结果。 例如：已知甲精确身高为170cm，若乙比甲高出5cm，于是可知乙的身高为175cm 3、零位测量法 通过调整一个或几个已知数值的量使之与被测量达到平衡，从而确定被测量的测量方法，也称为平衡测量法或补偿测量法。 补偿法：用在标准量具上产生的精度很高 的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种 效应，得到未知量的方法。 如：电位差计 零位测量法其 优点是可获得较高的精确度； 缺点是测量中需进行平衡操作，测量过程较复杂。 这种测量方法在工程参数测量和实验室测量中应用很普遍，如天平称重、电位差计和平衡电桥测毫伏信号或电阻值、零位式活塞压力计测压等。 （二）间接测量 通常在采用直接测量很不方便，或误差较大，或缺乏直接测量仪器时，才使用间接测量。 方法为：先对一个或几个与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，然后通过代表该函数关系的公式、曲线或表格求得被测量，这类方法就称为间接测量。 间接测量法：对无法直接测量的量，转换为对该量所产生的某种效应进行测量。 如：测酸、碱、盐溶液的浓度. 用压电传感器 测驾驶员座椅的 受力分布。 一般来说，间接测量法需要测量的量较多，因此测量和计算的工作量较大，引起误差的因素也较多。 第二节 误差理论基础 一、误差的基本概念 要取得任何一个量的值，都必须通过测量完成。但实际上，任何测量方法测出的数值都不可能是绝对准确的，即总是存在所谓的“误差”。 任何一个量的绝对准确值只是一个理论概念，称之为这个量的真值，指严格定义的一个理论值。 真值在实际中永远也无法测量出来，因此为了使用的目的，通常用约定真值来代替真值。 所谓约定真值，就指的是与真值的差可以忽略而可以代替真值的值。 测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。 （一）按表示方法对误差的分类 1、绝对误差 测量值x：通过直接测量或间接测量得到的物理量的值。 约定真值x0 : 一个物理量客观存在的量值，与测量所用的理论方法及仪器无关。 绝对误差： 测量仪器应定期送计量部门进行检定（即校准），由上一级标准给出该仪器的修正值。 所谓修正值，就是与绝对误差大小相等、符号相反的量，用C表示，则C=-Δx=x0-x 于是被测量的约定真值x0=x+C 2、相对误差 相对误差就是绝对误差除以被测量的约定真值，并用百分数表示 例1－1 右图为采用微差法测量某物体的高度L。现已知标准块的高度l=500mm，测量工具是存在Δ＝0.05mm绝对误差的标尺，测出微差a=5mm。试比较测量a与L的相对误差。 解：测量a时的相对误差为 3、引用误差 所谓的引用误差，它等于绝对误差除以仪表的量程，并用百分数表示。 通常以最大引用误差来定义测量仪表的精度等级，即 例1－2 已知某一被测量电压约10V，现有如下两块电压表：①150V，0.5级；②15V，2.5级。问选择哪一块表测量误差小？ 解： 用①表时，其s=0.5，即γm％＝0.5％，故测量中可能出现的最大绝对误差为 ΔUm= Umγm％=150×0.5％＝0.75V 用②表时， ΔUm= Umγm％=15×2.5％＝0.375V 显然， ①表的精度等级高于②表，但其量程较大，可能出现的最大绝对误差反而大于②表，所以用精度等级较低的②表测量10V左右的电压，测量误差反而小。 由此可见，选用测量仪表时，不能单纯追求精度等级，还要考虑量程是否合适等因素。 （二）按性质对误差的分类 根据误差的性质