传感器与检测技术_误差及数据处理

传感器与检测技术

传感器的定义国家标准(GB7665-87)中传感器(Transducer/Sensor)的定义：

能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物 V、I、F、P量等；③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。

传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。

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传感器的组成传感器(Sensor/Transducer)被测量

敏感元件

转换元件

基本转换电路

电量

辅助电源敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。

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传感器的分类1、按传感器的工作机理，分为物理型、化学型、生物型等 2、按构成原理，结构型与物性型两大类 3、根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器 4、按照物理原理分类 5、按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度传感器 6、根据转换过程可逆与否：单向和双向 7、根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号 8、根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器

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按照物理原理分类：★电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；★磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；★压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；★光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；★气电式传感器：电位器式、应变式；★热电式传感器：热电偶、热电阻；★波式传感器：超声波式、微波式等；★射线式传感器：热辐射式、γ射线式；★半导体式传感器：霍尔器件、热敏电阻；★其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合形式,如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传感器。

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测量方法的分类1.按测量手段分类 a.直接测量：使用测量仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量结果。优：测量过程简单而迅速缺：测量精度不易达到很高

b.间接测量：使用测量仪表进行测量时，首先对与被测物理量又确定函数关系的几个量进行测量，将测量值代入函数关系式，经过计算得到测量所需结果。多应用于科学实验中的实验室测量，工程

亦有应用。优：测量过程手续较多，花费时间较长缺：有时可以得到较高的测量精度

c.联立测量：使用测量仪表进行测量时，被测物理量必须经过求解联立方程组才能得到最后结果。一般需要改变测试条件，才能获得一组联立方程所需要的数据。操作手续很复杂，花费时间长，是一种特殊的测量方法。只使用于科学实验或特殊场合。

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测量方法的分类2.按测量方式分类 a.偏差式测量：测量过程中，用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的方法。如：电流表测支路电流；电压表测某电气元件两端电压。广泛用于工程测量。优：测量过程比较简单、迅速缺：测量结果的精度低

b.零位式测量：测量过程中，用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的测量方法。如：用天平称物体的质量。不适合测量变化迅速的信号，只适合测量慢变信号。优：可以获得比较高的测量精度缺：测量过程比较复杂、反应速度不高

c.微差式测量：微差式测量法是综合了偏差式测量法和零位式测量法的优点而提出的测量方法。将被测的未知量与已知的标准量进行比较，取得差值后，用差值法测差值。特别适用于在线控制参数的检测。优：反应快，测量精度高

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误差理论与数据处理在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法和检测人员会受到各种变动因素的影响。而且对被测量的转换，有时也会改变被测对象原有的状态。这就造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的差别。这个差值称为测量误差。任何实验结果都是有误差的。但我们可以设法改进检测工具和实验手段，并通过对检测数据的误差分析和处理，使测量误差处在允许的范围之内，或者达到一定的测量精度。这样的测量结果就被认为是合理的，可信的。测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。

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误差理论与数据处理为了便于对误差进行分析和处理，人们通常把测量误差从不同角度进行分类。按照误差的表示方法可以分为绝对误差和相对误差；按照误差出现的规律，可以分为系统误差、随机误差和粗大误差；按照被测量与时间的关系，可以分为静态误差和动态误差等。

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