《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件 項(xiàng)目1 傳感器與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

項(xiàng)目1傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器

任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器1.1.1傳感器的定義、組成與分類1.傳感器的定義傳感器是指能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。

任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器2.傳感器的組成傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，有時(shí)也可以稱為換能器、檢測(cè)器、探頭等，通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器電位器式壓力原理表示意圖a)原理示意圖b)外形圖1－彈簧管2－電位器3－電刷4－傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（齒輪-齒條）任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器3.傳感器的分類傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。按輸入量即測(cè)量對(duì)象的不同分類輸入量分別為溫度、壓力、位移、速度、濕度、光線、氣體等非電量時(shí)，則相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器等。按工作(檢測(cè))原理分類檢測(cè)原理指?jìng)鞲衅鞴ぷ鲿r(shí)所依據(jù)的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等機(jī)理。有電阻式、電容式、電感式、壓電式、電磁式、磁阻式、光電式、壓阻式、熱電式、核輻射式、半導(dǎo)體式等傳感器。按傳感器能量轉(zhuǎn)換情況分類可分為能量變換型(發(fā)電型)傳感器和能量控制型(參量型)傳感器兩種。任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器1.1.2傳感器的基本特性

傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?輸出關(guān)系特性，是傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。不同的傳感器有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)，決定了它們具有不同的外部特性。

傳感器所測(cè)量的物理量基本上有兩種形式穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)）信號(hào)不隨時(shí)間變化（或變化很緩慢）靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)（周期變化或瞬態(tài)）信號(hào)隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)特性任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器1.靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入-輸出關(guān)系式中不含時(shí)間變量。靈敏度分辨力線性度遲滯重復(fù)性漂移靜態(tài)特性的主要指標(biāo)任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器1）靈敏度(Sensitivity)

靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值。用S

來表示：任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器2）分辨力(Resolution)指?jìng)鞲衅髂軝z出被測(cè)信號(hào)的最小變化量。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。將分辨力除以儀表的滿量程就是儀表的分辨率，分辨率常以百分比或幾分之一表示，是量綱為1的數(shù)。右表的分辨力為多少？分辨力=0.1A分辨率=0.1A÷99.9≈0.1%任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器3）線性度（Linearity）

線性度又稱非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度。

線性度的計(jì)算公式如下：

式中

ΔLmax——最大非線性偏差；

ymax

-ymin——輸出范圍。

端基線性度示意圖1-擬合直線y=Kx+b2-實(shí)際特性曲線任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器4）遲滯（Hysteresis）

遲滯又稱為回差或變差，是指在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)，輸入量增大行程期間和輸入量減小行程期間，任一被測(cè)量值處輸出量的最大差值，也就是指?jìng)鞲衅鞯恼蛱匦院头聪蛱匦圆灰恢鲁潭取？捎孟率奖硎荆?/p>

式中

ΔHmax——最大非線性偏差；

ymax

-ymin——輸出范圍。某位移傳感器遲滯特性曲線1-正向特性2-反向特性任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器5）重復(fù)性（Repeatability）

重復(fù)性是指當(dāng)傳感器在相同工作條件下，輸入量按同一方向全量程連續(xù)多次測(cè)試時(shí),所得特性曲線不一致的程度。如圖所示，正行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為ΔRmax2。重復(fù)性誤差取這兩個(gè)最大偏差中較大的一個(gè)（設(shè)為ΔRmax），再與滿量程輸出的百分比表示，即：

任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器6）漂移（DriftorShift）

漂移是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。漂移將影響傳感器的穩(wěn)定性或可靠性。一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生老化，如零點(diǎn)漂移（簡(jiǎn)稱零漂）二是在測(cè)試過程中周圍環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化，最常見的是溫度漂移（簡(jiǎn)稱溫漂）產(chǎn)生漂移的原因漂移任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器2.動(dòng)態(tài)特性傳感器動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎霝殡S時(shí)間變化的信號(hào)時(shí)，其輸出與輸入之間的關(guān)系。傳感器的輸入信號(hào)是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，這時(shí)就要求傳感器能時(shí)刻精確地跟蹤輸入信號(hào)，按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律輸出信號(hào)。當(dāng)傳感器輸入信號(hào)的變化緩慢時(shí)，是容易跟蹤的，但隨著輸入信號(hào)的變化加快，傳感器隨動(dòng)跟蹤性能會(huì)逐漸下降。輸入信號(hào)變化時(shí)，引起輸出信號(hào)也隨時(shí)間變化，這個(gè)過程稱為響應(yīng)。任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器1.1.3傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)標(biāo)定利用某種標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行技術(shù)檢定和標(biāo)度；它是通過實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量間的關(guān)系，并確定不同使用條件下的誤差關(guān)系或測(cè)量精度。校準(zhǔn)校準(zhǔn)是指對(duì)使用或儲(chǔ)存一段時(shí)間后的傳感器性能進(jìn)行再次測(cè)試和校正，校準(zhǔn)的方法和要求與標(biāo)定相同。任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器

任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理1.2.1檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)1.檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法和裝置，將生產(chǎn)、科研、生活中的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過程。能夠自動(dòng)地完成整個(gè)檢測(cè)處理過程的技術(shù)稱為自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。

檢測(cè)與計(jì)量不同。計(jì)量是指利用精度等級(jí)更高的標(biāo)準(zhǔn)量具、器具或標(biāo)準(zhǔn)儀器，對(duì)被測(cè)樣品、樣機(jī)進(jìn)行考核性質(zhì)的非實(shí)時(shí)、離線的測(cè)量。而檢測(cè)是指在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)，利用某種合適的檢測(cè)儀器或綜合測(cè)試系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行在線、連續(xù)的測(cè)量。2.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是指在物理量的測(cè)試中，能自動(dòng)地按照一定的程序選擇測(cè)量對(duì)象，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，最后將結(jié)果顯示或記錄下來的系統(tǒng)。一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)通常由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示、處理和控制等功能。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（1）傳感器。傳感器已在任務(wù)1.1中詳細(xì)介紹過，本任務(wù)不再贅述。（2）信號(hào)調(diào)理電路。信號(hào)調(diào)理電路包括放大（或衰減）電路、濾波電路、隔離電路等。放大電路的作用是把傳感器輸岀的電量變成具有一定驅(qū)動(dòng)和傳輸能力的電壓、電流或頻率等信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的顯示器、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（3）顯示裝置。顯示裝置是人機(jī)聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測(cè)量的大小或變化的過程。常用的有模擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示三種。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（4）數(shù)據(jù)處理裝置。數(shù)據(jù)處理裝置用于對(duì)測(cè)試所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、邏輯判斷、變換，以及對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果做頻譜分析（包括幅值譜分析、功率譜分析）、相關(guān)分析等，完成這些工作必須釆用計(jì)算機(jī)技術(shù)。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件，通常釆用電力驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)等幾種方式。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理1.2.2測(cè)量與測(cè)量誤差1.測(cè)量的概念測(cè)量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)的方法，把被測(cè)量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定出被測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測(cè)量值。測(cè)量結(jié)果可用一定的數(shù)值表示，也可以用一條曲線或某種圖形表示。但無(wú)論其表現(xiàn)形式如何，測(cè)量結(jié)果應(yīng)包括兩部分：比值和測(cè)量單位。測(cè)量過程的核心就是比較。2.測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測(cè)量方法。針對(duì)不同測(cè)量任務(wù)進(jìn)行具體分析以找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量工作是十分重要的。對(duì)于測(cè)量方法，從不同角度，有不同的分類方法。（1）根據(jù)被測(cè)量是否隨時(shí)間變化，可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。例如，用激光干涉儀對(duì)建筑物的緩慢沉降作長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)就屬于靜態(tài)測(cè)量；又如，用光導(dǎo)纖維陀螺儀測(cè)量火箭的飛行速度和方向就屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（2）根據(jù)測(cè)量的手段不同，可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。用儀表直接讀取被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果，稱為直接測(cè)量。間接測(cè)量的過程比較復(fù)雜，首先要對(duì)幾個(gè)與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的量進(jìn)行直接測(cè)量，將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)=f(x1，x2，x3，…)，經(jīng)過計(jì)算求得被測(cè)量。（3）根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式，可分為模擬式測(cè)量和數(shù)字式測(cè)量。目前多采用數(shù)字式測(cè)量。（4）根據(jù)測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸，可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。（5）為了監(jiān)視生產(chǎn)過程或在生產(chǎn)流水線上監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的測(cè)量稱為在線測(cè)量；反之，稱為離線測(cè)量。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（6）根據(jù)測(cè)量的方式來分，又可分為偏位式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量。①偏位式測(cè)量：在測(cè)量過程中，被測(cè)量作用于儀表內(nèi)部的比較裝置，使該比較裝置產(chǎn)生偏移量，直接用儀表的偏移量表示被測(cè)量的測(cè)量方式稱為偏位式測(cè)量。②零位式測(cè)量：在測(cè)量過程中，被測(cè)量與儀表內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知標(biāo)準(zhǔn)量的值決定被測(cè)量的值，這種測(cè)量方式稱為零位式測(cè)量。③微差式測(cè)量：微差式測(cè)量法綜合了偏位式測(cè)量法速度快和零位式測(cè)量法準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。這種測(cè)量方法預(yù)先使被測(cè)量與測(cè)量裝置內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)量取得平衡，當(dāng)被測(cè)量有微小變化時(shí)，測(cè)量裝置失去平衡。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理3.測(cè)量誤差及表達(dá)方式

在一定條件下被測(cè)物理量客觀存在的實(shí)際值，稱為真值，真值是一個(gè)理想的概念。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善、周圍環(huán)境的影響以及人們認(rèn)識(shí)能力所限等因素，使得測(cè)量值與其真值之間不可避免地存在著差異。測(cè)量值與真值之間的差值稱為測(cè)量誤差。

測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差表示，也可用相對(duì)誤差表示。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（1）絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與真值之間的差值，它反映了測(cè)量值偏離真值的多少，即Δx=Ax-A0

（1-5）式(1-5)中A0為被測(cè)量真值，Ax為被測(cè)量實(shí)際值。由于真值的不可知性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用實(shí)際真值（或約定真值）A代替，即用被測(cè)量多次測(cè)量的平均值或上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)得的示值作為實(shí)際真值，故有Δx=Ax-A

（1-6）任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（2）相對(duì)誤差

相對(duì)誤差能夠反映測(cè)量值偏離真值的程度，用相對(duì)誤差通常比其絕對(duì)誤差能更好地說明不同測(cè)量的精確程度。它有以下三種常用形式：①實(shí)際相對(duì)誤差。實(shí)際相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差Δx與被測(cè)量真值A(chǔ)0的百分比，用γA表示，即

（1-7）任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理②示值(標(biāo)稱)相對(duì)誤差。示值相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差Δx與被測(cè)量實(shí)際值A(chǔ)x的百分比，用γx表示，即

（1-8）任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理③引用(滿度)相對(duì)誤差。引用相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差Δx與儀表滿度值A(chǔ)m的百分比，用γm表示，即

（1-9）任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理由于γm是用絕對(duì)誤差Δx與一個(gè)常量Am(量程上限)的比值所表示的，所以實(shí)際上給出的是絕對(duì)誤差，這也是應(yīng)用最多的表示方法。當(dāng)|Δx|取最大值時(shí)，其滿度相對(duì)誤差常用來確定儀表的精度等級(jí)S,精度等級(jí)數(shù)值就是取γm絕對(duì)值并省略百分號(hào)得到的，即

（1-10）任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理例如，若γm=l.5%，則精度等級(jí)S=1.5級(jí)。為統(tǒng)一和方便使用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB776-76(測(cè)量指示儀表通用技術(shù)條件》規(guī)定，測(cè)量指示儀表的精度等級(jí)S分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)等級(jí)，這也是工業(yè)檢測(cè)儀器(系統(tǒng))常用的精度等級(jí)。例如用5.0級(jí)的儀表測(cè)量，其絕對(duì)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過儀表量程的5%。滿度相對(duì)誤差中的分子、分母均由儀表本身性能所決定，所以它是衡量?jī)x表性能優(yōu)劣的一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理【例1-2】某溫度計(jì)的量程范圍為0℃～500℃,校驗(yàn)時(shí)該表的最大絕對(duì)誤差為6℃,試確定該儀表的精度等級(jí)?！窘狻扛鶕?jù)題意知|Δx|m=6℃,Am=500℃，代入式(1-8)中可得

該溫度計(jì)的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.5級(jí)。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理【例1-3】現(xiàn)有精度等級(jí)為0.5級(jí)的0℃～300℃和1.0級(jí)的0℃～100℃的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測(cè)量80℃的溫度，試問選用哪一個(gè)溫度計(jì)好？為什么？【解】0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差和測(cè)量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理1.0級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差和測(cè)量80℃可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為根據(jù)計(jì)算結(jié)果,顯然用1.0級(jí)溫度計(jì)比0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，示值相對(duì)誤差反而小。因此在選用儀表時(shí),不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理4.測(cè)量誤差的分類（1）按被測(cè)量與時(shí)間關(guān)系劃分①靜態(tài)誤差。被測(cè)量穩(wěn)定不變時(shí)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差稱為靜態(tài)誤差。②動(dòng)態(tài)誤差。被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上卻跟不上輸入量的變化，這時(shí)所產(chǎn)生的誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理（2）按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律，將誤差分為三種，即系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。這種分類方法便于測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。①系統(tǒng)誤差。對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差固定不變或者按照一定規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。②隨機(jī)誤差。對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大小隨機(jī)變化、不可預(yù)知，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。③粗大誤差。測(cè)量結(jié)果明顯地偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差，稱為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過失誤差。這類誤差是由于測(cè)量者疏忽大意或環(huán)境條件的突然變化而引起的。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理1.2.3測(cè)量數(shù)據(jù)處理在實(shí)際測(cè)量工作中，所測(cè)得的數(shù)據(jù)并不一定十分理想。為了能得到較精確的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)對(duì)多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理可以按照下列步驟進(jìn)行：1.將一系列等精度測(cè)量的數(shù)據(jù)xi（i=1,2,…,n）按先后順序列成表格(在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能消除系統(tǒng)誤差)。2.求出測(cè)量數(shù)據(jù)xi的算術(shù)平均值

x。3.計(jì)算出各測(cè)量值的殘余誤差Vi(Vi=xi-

x),并列入表中每個(gè)測(cè)量數(shù)值旁。4.檢查

Vi=0（i=1～n）的條件是否滿足。若不滿足，說明計(jì)算有錯(cuò)誤，須再計(jì)算。5.在每個(gè)殘余誤差旁列出Vi2，然后利用公式（1-10）求出方均根誤差

。

（1-10）6.判別是否存在粗大誤差（即是否有|Vi|＞3

）,若有，應(yīng)舍去此數(shù)，然后從步驟2開始重新計(jì)算。7.在確定不存在粗大誤差（即|Vi|≤3

）后，利用公式（1-11）求出算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差

。

（1-11）8.寫出最后的測(cè)量結(jié)果x=

x±3

，并注明置信概率（99.7%）。任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)傳感器

任務(wù)1.2認(rèn)識(shí)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路1.3.1傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)由于傳感器種類繁多，其輸出信號(hào)也各不相同。所以了解傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)對(duì)于接口電路尤其重要。傳感器接口電路的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：1.傳感器輸出信號(hào)的形式多樣化，有電阻、電感、電荷、電壓等。2.傳感器輸出信號(hào)微弱，不易于檢測(cè)。3.傳感器的輸出阻抗較高，會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減。4.傳感器輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍寬，輸出信號(hào)會(huì)受到環(huán)境因素的影響，影響到測(cè)量的精度。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路1.3.2常見傳感器接口電路1.放大電路傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，因此在大多數(shù)情況下需要使用放大電路。放大電路主要將傳感器輸出的微弱的直流信號(hào)或交流信號(hào)放大到合適的程度。放大電路一般采用運(yùn)算放大器構(gòu)成。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路（1）反相放大器圖1-13所示是反相放大器的基本電路。輸入電壓加到運(yùn)算放大器的反相輸入端，輸出電壓經(jīng)RF反饋到反相輸入端。輸出電壓為：

（1-12）反相放大器的放大倍數(shù)取決于RF與R1的比值，負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓反相。該放大電路應(yīng)用廣泛。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路（2）同相放大器圖1-14所示是同相放大器的基本電路。輸入電壓加到運(yùn)算放大器的同相輸入端，，輸出電壓經(jīng)RF反饋到反相輸入端。輸出電壓為：

（1-13）同相放大器的放大倍數(shù)取決于RF與R1的比值，輸出電壓與輸入電壓同相。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路（3）差動(dòng)放大器圖1-15為差動(dòng)放大器的基本電路。兩個(gè)輸入信號(hào)分別加到運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端，輸出電壓經(jīng)RF反饋到反相輸入端。若R1=R2，R3=RF，則輸出電壓為：

（1-14）差動(dòng)放大器的優(yōu)點(diǎn)是抑制共模信號(hào)的能力和抗干擾能力強(qiáng)。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路2.阻抗匹配器

傳感器輸出阻抗都比較高，比一般電壓放大電路的輸入阻抗要大得多，若將傳感器直接與放大電路進(jìn)行連接，則信號(hào)衰減很大，甚至不能正常工作。常常使用高輸入阻抗和低輸出阻抗的阻抗匹配器。常用的阻抗匹配器是半導(dǎo)體阻抗匹配器、場(chǎng)效應(yīng)管阻抗匹配器及集成電路阻抗匹配器等。

半導(dǎo)體阻抗匹配器，實(shí)際上是共集電極放大電路，又稱為射極輸出器。射極輸出器的輸出相位與輸入相位相同，放大倍數(shù)略小于1，輸入阻抗高，輸出阻抗低。場(chǎng)效應(yīng)管阻抗匹配器的輸入阻抗高達(dá)1012Ω以上，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，得到了廣泛的應(yīng)用。任務(wù)1.3認(rèn)識(shí)傳感器接口電路3.電橋電路

電橋電路是傳感器系統(tǒng)中經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)換電路，主要用來把電阻、電容、電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流。根據(jù)其供電電源性質(zhì)的不同，可分為直流電橋、交流電橋。直流電橋主要用于電阻式傳感器，交流電橋可用于電阻、電容及電感式傳感器。

電橋的基本電路如圖1-16所示，阻抗Z構(gòu)成電橋電路的橋臂，橋路的一對(duì)角線接工作電源，另一對(duì)