項目1傳感器基礎任務1傳感器認知全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

傳感器幾乎滲透到所有的技術領域。如人工智能、工業生產、宇宙開發、海洋探索、環境保護、資源利用、醫學診斷、生物工程、文物保護等等廣泛領域，并逐漸深入到人們的生活中。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

機器人領域本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

機器人領域本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

航空、航天技術領域阿波羅10號飛船就使用了數千個傳感器對3295個測量參數進行監測。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

航空、航天技術領域本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

航空、航天技術領域本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

航空、航天技術領域本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

航空、航天技術領域92012年6月16日18時37分，神舟九號飛船在酒泉衛星發射中心發射升空。中國人民解放軍航天員大隊男航天員景海鵬、劉旺和女航天員劉洋組成飛行乘組，執行中國首次載人交會對接任務。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

兵器領域在兵器領域中，使用了諸如機械式、壓電、電容、電磁、光纖、紅外、激光、生物、微波等等傳感器，以實現對周圍環境的監測與目標定位信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防衛能力。新型隱身艇中國外銷的122加農炮93式雷達偵察車我JX機熱紅外測試圖曝光本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

民用工業生產領域在民用工業生產中，傳感器也起著至關重要的作用。如一座大型煉鋼廠就需要2萬多臺傳感器和檢測儀表。煉鐵高爐監控與傳動系統本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

民用工業生產領域大型的石油化工廠需要6千臺傳感器和檢測儀表。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

民用工業生產領域一輛現代化汽車需要90多只傳感器一臺復印機需要20多只傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

民用工業生產領域

日常生活中的電冰箱、洗衣機、電飯煲、音像設備、電動自行車、空調器、照相機、電熱水器、報警器等家用電器都安裝了傳感器。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

民用工業生產領域在醫學上，人體的體溫、血壓、心腦電波及腫瘤等的準確診斷與監控都需要借助各種傳感器來完成。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的應用與發展

當今信息時代，隨著電子計算機技術的飛速發展，自動檢測、自動控制技術顯露出非凡的能力，傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節，是物聯網、大數據等感知技術的基礎和數據來源。沒有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕獲和轉換，就沒有現代化的自動檢測和自動控制系統；沒有傳感器就沒有現代科學技術的迅速發展。自1980年以來，世界傳感器的產值年增長率達15%～30%，1985年世界傳感器市場的年產值為50億，1990年為155億。2010年突破825億美元，產品達2萬多種。預計到2025年，全球傳感器市場將達到萬億級。傳感器的發展和應用勢如破竹，不可阻擋，它是衡量一個國家經濟發展及現代化程度的重要標志。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

人類生存與發展本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

世界是由物質組成的，各種物質又具有不同的形態。人們為了從外界獲得信息，必須借助于感覺器官。人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮膚分別具有視、聽、嗅、味、觸覺等直接感受周圍事物變化的功能，人的大腦對“五官”感受到的信息進行加工、處理，從而調節人的行為活動。這也是人類認識世界的最直接的方式。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

人們在研究自然現象、規律以及生產活動中，有時需要對某一事物的存在與否作定性了解，有時需要進行大量的實驗測量以確定對象的量值的確切數據，所以單靠人的自身感覺器官的功能是遠遠不夠的，需要借助于某種儀器設備來完成，這種儀器設備就是傳感器。傳感器是人類“五官”的延伸，是信息采集系統的首要部件。傳感器是人類“五官”的延伸，是信息采集系統的首要部件。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

電量和非電量表征物質特性及運動形式的參數很多，根據物質的電特性，可分為電量和非電量兩類。電量一般是指物理學中的電學量，例如電壓、電流、電阻、電容及電感等；非電量則是指除電量之外的一些參數，例如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉速、溫度、濃度及酸堿度等等。人類為了認識物質及事物的本質，需要對物質特性進行測量，其中大多數是對非電量的測量。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

電量和非電量非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進行測量，因為一般的電工儀表和電子儀器只能測量電量，要求輸入的信號為電信號。非電量需要轉化成與其有一定關系的電量，再進行測量，實現這種轉換技術的器件就是傳感器。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

電量和非電量非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進行測量，因為一般的電工儀表和電子儀器只能測量電量，要求輸入的信號為電信號。非電量需要轉化成與其有一定關系的電量，再進行測量，實現這種轉換技術的器件就是傳感器。電量非電量傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器概述的作用與地位

隨著科學技術的發展，傳感器技術、通信技術和計算機技術構成了現代信息產業的三大支柱產業，分別充當信息系統的“感官”、“神經”和“大腦”，他們構成了一個完整的自動檢測系統。檢測系統的組成框圖本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的概念

人與機器的機能對應關系定性：人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的信息進行判斷、處理，肢體作出相應的反映。定量：傳感器相當于人的感官，稱“電五官”，外界信息由它提取，并轉換為系統易于處理的電信號，微機對電信號進行處理，發出控制信號給執行器，執行器對外界對象進行控制。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的概念人與機器的機能對應關系外界對象感官傳感器人腦微機肢體執行器本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的概念根據中華人民共和國國家標準（GB7665-2005）傳感器（Transducer/Sensor）：能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件和裝置。傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的概念1.傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；2.它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；3.它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；4.輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。包含的概念：本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的組成與作用被測非電量電量敏感元件轉換元件轉換電路它是直接感受被測量，并輸出與被測量構成有確定關系、更易于轉換的某一物理量將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號把轉換元件輸出的電信號變換為便于處理、顯示、記錄、控制和傳輸的可用電信號輔助電源圖

傳感器的組成電量或非電量電量可用電信號本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的組成與作用放大整形敏感元件轉換元件圖

壓力傳感器結構簡圖轉換電路當被測壓力P變化時，膜盒上半部產生位移變化，通過測桿帶動鐵心在線圈中上下移動，從而使線圈產生感應電動勢，再通過轉換電路進行放大整形等處理，輸出與被測壓力P成比例的直流電壓信號。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的組成與作用需要注意的是：并不是所有的傳感器必須包括敏感元件和轉換元件。如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉換元件。如果轉換元件能直接感受被測量而輸出與之成一定關系的電量，它就同時兼為敏感元件。例如壓電晶體、熱電偶、熱敏感電阻及光電器件等。敏感元件與轉換元件兩者合二為一的傳感器有很多種。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

根據某種原理設計的傳感器可以同時測量多種非電物理量，而有時一種非電物理量又可以用幾種不同傳感器來測量。因而傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種：一種是按被測物理量來分;另一種是按傳感器的工作原理來分。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

按被測物理量分類這種方法是根據被測量的性質進行分類，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器及轉距傳感器等。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量和派生被測量。例如力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重量、應力和力矩等派生被測量。當需要測量這些被測量時，只要采用力傳感器就可以了。了解基本被測量和派生被測量的關系，對于系統使用何種傳感器是很有幫助的。這種分類的優點：比較明確地表達了傳感器的用途，便于使用者根據其用途選用。缺點：沒有區分每種傳感器在轉換機理上有何共性和差異，不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

表1-1基本被測量和派生被測量基本被測量派生被測量基本被測量派生被測量位移線位移長度、厚度、應變、振動、磨損、平面度力壓力重量、應力、力矩角位移旋轉角、偏轉角、角振動時間頻率周期、記數、統計分布速度線速度速度、振動、流量、動量溫度熱容、氣體速度、渦流角速度轉速、角振動、角動量光光通量與密度、光譜分布加速度線加速度振動、沖擊、質量濕度水分、水氣、露點角加速度角振動、轉矩、轉動慣量本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

按傳感器工作原理分類切削力測量應變片傳感器

動圈式磁電傳感器這種分類方法是以工作原理劃分，將物理、化學、生物等學科的原理、規律和效應作為分類的依據。這種分類的優點是對傳感器的工作原理表達的比較清楚，而且類別少，有利于傳感器專業工作者對傳感器進行深入的研究分析。缺點是不便于使用者根據用途選用。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

電學式傳感器常用的有:

電阻式傳感器—利用變阻器將被測非電量轉換成電阻信號的原理制成。電容式傳感器—利用改變電容的幾何尺寸或改變介質的性質和含量，從而使電容量發生變化的原理制成的。電感式傳感器—利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的電感量或壓磁效應原理制成的。磁電式傳感器—用電磁感應原理，把被測非電量轉換成電量而制成。電渦流式傳感器—利用金屬在磁場中運動切割磁力線，在金屬內形成渦流的原理而制成。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

按能量分類——有源傳感器和無源傳感器

（也稱能量轉換型和能量控制型）有源傳感器:直接由被測對象輸入能量使其工作。

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計等。無源傳感器:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化。

例如:電阻應變片傳感器。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的分類

物性型：依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來實現信號變換。如:水銀溫度計。結構型：依靠傳感器結構參數的變化實現信號轉變。按敏感元件與被測對象之間的能量關系本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

輸出與輸入間關系

微分方程靜特性：輸入量為常量，或變化極慢動特性：輸入量隨時間較快地變化時微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，可得到靜特性（動特性的特例）表示傳感器在被測量處于穩定狀態時的輸出輸入關系希望輸出與輸入具有確定的對應關系，且呈線性關系。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

靜態信號40本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

緩慢變化的信號--靜態測量41水銀體溫計寒暑表水銀體溫計溫濕度計寒暑表本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

動態信號地震波形爆炸波形42本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

傳感器靜態數學模型4種特殊曲線圖傳感器典型靜態特性曲線43本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

線性度靈敏度遲滯重復性本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

線性度輸出量輸入量零點輸出理論靈敏度非線性項系數直線擬合線性化

非線性誤差或線性度最大非線性誤差滿量程輸出本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

出發點

獲得最小的非線性誤差擬合方法：1.理論擬合；

2.端點連線擬合；

3.端點連線平移擬合；

4.最小二乘擬合；本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

理論擬合:擬合直線為傳感器的理論特性，與實際測試值無關。方法十分簡單，但一般說ΔLmax較大xyΔLmax本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

端點連線擬合:把輸出曲線兩端點的連線作為擬合直線xyΔLmax本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

端點連線平移擬合:在端點連線擬合基礎上使直線平移，移動距離為原先的一半yxΔLmaxΔL1本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

最小二乘擬合:這種方法按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準數據的殘差平方和最小。原理:本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比即為其靜態靈敏度(a)線性傳感器(b)非線性傳感器

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遲滯：正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合的現象—正反行程間輸出的最大差值本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-靜態特性

重復性：傳感器在輸入按同一方向連續多次變動時所得特性曲線不一致的程度正行程的最大重復性偏差反行程的最大重復性偏差取較大者為本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-動態特性

傳感器的動態特性是指傳感器的輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。反映輸出值真實再現變化著的輸入量的能力。研究傳感器的動態特性主要是從測量誤差角度和產生動態誤差的原因分析。

時域：瞬態響應法

頻域：頻率響應法本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-動態特性

在時域內研究傳感器的動態特性時，常用的激勵信號有階躍函數、脈沖函數和斜坡函數等。傳感器對所加激勵信號的響應稱為瞬態響應。理想情況下，階躍輸入信號的大小對過渡過程的曲線形狀是沒有影響的。但在實際做過渡過程實驗時，應保持階躍輸入信號在傳感器特性曲線的線性范圍內。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的特性-動態特性

頻率響應法：傳感器對正弦輸入信號的響應特性，是從傳感器的頻率特性出發研究傳感器的動態特性。

1.零階傳感器的頻率特性

2.一階傳感器的頻率特性

3.二階傳感器的頻率特性

4.頻率響應特性指標本課件是可編輯的正常PPT課件提高傳感器性能的技術途徑1．采用線性化技術2．采用閉環技術3．采用補償和校正技術4．采用差動技術本課件是可編輯的正常PPT課件提高傳感器性能的技術途徑線性化技術

要保證傳感器的輸出能夠不失真地復現被測量，要求傳感器的輸出與輸入必須具有線性關系，而實際的傳感器特性或多或少都具有不同程度的非線性，這就要求在設計和制造傳感器時對其輸出輸入特性進行必要的線性化處理，以提高和改善傳感器的性能。如在一定條件下忽略某些高次項，或者以直線代替曲線等。本課件是可編輯的正常PPT課件提高傳感器性能的技術途徑閉環技術

當要求測試系統具有大的動態范圍、高的靈敏度、分辨力與精度，以及優良的穩定性、重復性和可靠性時，開環測試系統往往不能滿足要求，但是利用電子技術和自動控制理論中的閉環反饋控制理論，采用傳感器、放大電路等組成的閉環反饋測量控制系統，可以有效地改善測量精度和控制系統的性能。現多采用具有深度負反饋的力平衡方式，這里被測力與反饋力對于高靈敏檢測元件相平衡（有微量差）。閉環式傳感器在過程參數檢測傳感器技術中被廣泛采用，在微機械電容加速度傳感器中常使用靜電力平衡的方法。本課件是可編輯的正常PPT課件提高傳感器性能的技術途徑補償和校正技術

在傳感器產生誤差的規律比較復雜時，可以找出誤差的方向和數值，采用修正的方法（包括修正曲線或公式）加以補償或校正。例如，傳感器存在非線性．可以先測出其特性曲線，然后加以校正；又如存在溫度誤差，可在不同溫度進行多次測量，找出溫度對測量值影響的規律，然后在實際測量時進行補償。補償與校正，可以利用電子技術通過線路（硬件）來解決；也可以采用微型計算機（通常采用單片微機）通過軟件來實現。在測量電路中設置一個或多個基準信號元，通過測量信號與基準信號的切換比較，可以實現自（動）校正的目的。本課件是可編輯的正常PPT課件提高傳感器性能的技術途徑差動技術

在使用傳感器時，通常要求傳感器輸出—輸入關系成線性，但實際難于做到。如果輸入量變化范圍不大，而且非線性項的方次不高時，在對多項式進行分析后，找到了一種切實可行的減小非線性的方法——差動技術。這種技術也已廣泛用于消除或減小由于結構原因引起的共模誤差（如溫度誤差）方面。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準傳感器的標定是通過試驗建立傳感器輸入量與輸出量之間的關系。同時，確定出不同使用條件下的誤差關系。傳感器的標定工作可分為如下幾個方面，1.新研制的傳感器需進行全面技術性能的檢定，用檢定數據進行量值傳遞，同時檢定數據也是改進傳感器設計的重要依據；2.經過一段時間的儲存或使用后對傳感器的復測工作。

本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準靜態標定:目的是確定傳感器的靜態特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復性等。動態標定:目的是確定傳感器的動態特性參數，如頻率響應、時間常數、固有頻率和阻尼比等。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準靜態標定:1.靜態標準條件2.標定儀器設備精度等級的確定3.靜態特性標定的方法本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準靜態標準條件：沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數本身就是被測物理量）及環境溫度一般為室溫（20±5℃）、相對濕度不大于85%，大氣壓力為101±7kPa的情況。標定儀器設備精度等級的確定標定傳感器時，所用的測量儀器的精度至少要比被標定的傳感器的精度高一個等級。這樣，通過標定確定的傳感器的靜態性能指標才是可靠的，所確定的精度才是可信的。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準靜態特性標定的方法：⑴將傳感器全量程（測量范圍）分成若干等間距點；⑵根據傳感器量程分點情況，由小到大逐漸一點一點的輸入標準量值，并記錄下與各輸入值相對應的輸出值；⑶將輸入值由大到小一點一點的減少，同時記錄下與各輸入值相對應的輸出值；⑷按⑵、⑶所述過程，對傳感器進行正、反行程往復循環多次測試，將得到的輸出－輸入測試數據用表格列出或畫成曲線；⑸對測試數據進行必要的處理，根據處理結果就可以確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復性等靜態特性指標。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器的標定和校準動態標定:主要研究傳感器的動態響應，而與動態響應有關的參數，一階傳感器只有一個時間常數τ，二階傳感器則有固有頻率ωn和阻尼比ζ兩個參數。標準激勵信號:階躍變化和正弦變化的輸入信號本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器選擇的一般原則選用傳感器應從以下幾個方面考慮。(1)測試條件：主要包括測量目的、被測試物理量特性、測量范圍、輸入信號最大值和頻帶寬度、測量精度要求、測量所需時間要求等。(2)傳感器性能：主要包括精度、穩定性、響應速度、輸出量(模擬量還是數字量)、對被測物體產生的負載效應、校正周期、輸入端保護等。(3)使用條件：主要包括設置場地的環境條件(溫度、濕度、振動等)、測量時間、所需功率容量、與其他設備的連接、備件與維修服務等。本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器選擇的一般原則具體來講，可以從以下幾個方面考慮。1．根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型2．靈敏度的選擇3．頻率響應特性4．線性范圍5．穩定性6．精度本課件是可編輯的正常PPT課件傳感器選擇的一般原則對傳感器的基本要求如下：1.足夠的容量——傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定過載能力；2.靈敏度高，精度適當；3.響應速度快，工作穩定、可靠性好；4.適用性和適應性強；5.使用經濟——成本低，壽命長，且便于使用、維修和校準。本課件是可編輯的正常PPT課件Thankyou!本課件是可編輯的正常PPT課件項目1傳感器基礎任務2測量和誤差本課件是可編輯的正常PPT課件知識單元與知識點

真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；誤差的來源、分類與表示；誤差的處理（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）；測量不確定度的評定方法。本課件是可編輯的正常PPT課件能力點

深入理解真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；把握誤差的來源、分類與表示；把握誤差的處理（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）；把握測量不確定度的評定方法。本課件是可編輯的正常PPT課件重難點

重點：真值、測量誤差、測量不確定度的相關概念；誤差的來源、分類與表示；誤差的處理（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）。難點：測量不確定度的評定方法。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的基本概念

測量就是借助專用的手段和技術工具，通過實驗的方法，把被測量與同種性質的標準量進行比較，求出兩者的比值，從而獲得被測量大小的過程。所以，測量也就是以確定被測量的大小或取得測量結果為目的的一系列操作過程。它可由下式表示：X=AX0

式中X—被測量；X0—標準量；A—比值(量綱為1)。測量結果可用一定的數值表示，也可用一條曲線或某種圖形表示。但無論表現形式如何，測量結果應包括兩部分，比值和測量單位。當然測量結果還應包括誤差部分。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的方法

能夠實現被測量與標準量相比較而獲得比值的方法，稱為測量方法。對于不同測量任務進行具體分析找出可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。對于測量方法，從不同的角度，有不同的分類方法。1.根據測量過程的特點分類可分為直接測量、間接測量和組合測量。(1)直接測量是在使用儀表或傳感器進行測量時，對儀表讀數不需要經過任何運算，直接與標準量進行比較得到被測量的數值的測量方法。如電壓表測量某一元件的電壓就屬于直接測量。直接測量的優點是測量過程簡單而快速，缺點是測量精度一般不是很高。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的方法

(2)間接測量是指在使用儀表或傳感器進行測量時，先對與被測量有確定函數關系的幾個量進行直接測量，然后再將直接測得的數值代入函數關系式，經過計算得到所需要結果的測量方法。如要測量一個三角形的面積，必須先測量出一條邊長，再測量出對應的高，然后利用公式計算出三角形的面積。顯然，間接測量比較復雜，花費時間較長，一般用在直接測量不方便，或者缺乏直接測量手段的場合。但其測量精度一般要比直接測量高。(3)組合測量是指在一個測量過程中同時采用直接測量和間接測量兩種方法進行測量的測量方法。組合測量是一種特殊的精密測量方法，測量過程長而且復雜，多適用于科學試驗或特殊場合。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的方法

2.根據測量方式可分為偏差式測量、零位式測量與微差式測量。(1)偏差式測量是指用儀表指針的位移(即偏差)決定被測量的量值的測量方法。這種方法測量過程簡單、迅速，但測量結果的精度較低。(2)零位式測量是指用指零儀表的零位反映測量系統的平衡狀態，在測量系統平衡時，用已知的標準量決定被測量的量值的測量方法。零位式測量的優點是可以獲得比較高的測量精度，但測量過程長而且復雜，所以不適用于測量快速變化的信號。(3)微差式測量是將被測量與已知的標準量進行比較得到差值后，再用偏差法測得該差值。用這種方法測量時，不需要調整標準量，而只需測量兩者的差值。并且由于標準量誤差很小，因此總的測量精度仍然很高。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的方法

3.根據測量條件不同可分為等精度測量與不等精度測量。(1)等精度測量是指在整個測量過程中，如果影響和決定誤差大小的全部因素(條件)始終保持不變，比如由同一個測量者，用同一臺儀器、同樣的測量方法，在相同的環境條件下，對同一被測量進行多次重復測量的測量方法。當然，在實際中極難做到影響和決定誤差大小的全部因素(條件)始終保持不變，因此一般情況下只能是近似認為是等精度測量。(2)不等精度測量是指有時在科學研究或高精度測量中，往往在不同的測量條件下，用不同精度的儀表、不同的測量方法、不同的測量次數，以及不同的測量者進行測量和對比的測量方法。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識測量的方法

4.根據被測量變化快慢可分為靜態測量與動態測量。(1)靜態測量是指被測量在測量過程中認為是固定不變的，對這種被測量進行測量的測量方法。靜態測量不需要考慮時間因素對測量的影響。(2)動態測量是指被測量在測量過程中是隨時間不斷變化的，對這種被測量進行測量的測量方法。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統1.檢測系統組成檢測系統既指由眾多環節組成的復雜的檢測系統，又指檢測系統中的各組成環節，例如傳感器、調理電路、記錄儀器等。對檢測系統的基本要求就是使檢測系統的輸出信號能夠真實地反映被測物理量的變化過程，而不使信號發生畸變，即實現不失真地檢測。一個完整的檢測控制系統通常由傳感器、測量電路、顯示記錄裝置或調節執行裝置和電源等幾部分組成。傳感器通常以電信號的形式輸出，以便于傳輸、轉換、處理和顯示。輸出電量的形式多種多樣，如電壓、電流等。輸出信號的形式一般由傳感器的原理確定。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統開環自動檢測系統的方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統傳感器是感受被測量的大小，并輸出相對應的可用輸出信號(一般多為電量)的器件或裝置。變送器將傳感器輸出的信號變換成便于傳輸和處理的信號，大多數變送器的輸出信號是統一的標準信號(目前多為4mA～20mA直流電流)。信號標準是系統各環節之間的通信協議。測量電路將傳感器輸出的信號進行處理和變換。顯示裝置是將被測量的信息變成人的感官能接受的形式，以完成監視、控制或分析的目的。測量結果可以采用模擬顯示，也可以采用數字顯示或圖形顯示，還可以由記錄裝置進行自動記錄或由打印機將數據打印出來。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統2.檢測系統的分類檢測系統按信號在系統中的傳遞情況可以分為開環檢測系統和閉環檢測系統。(1).開環檢測系統開環檢測系統全部信息變換只沿著一個方向進行，如圖所示。其中x為輸入量，y為輸出量，k1、k2、k3為各個環節的傳遞系數。輸入輸出關系表示如下：y=k1k2k3x

δ=δ1+δ2+┈┈δi+┈┈δn

式中δ——系統的相對誤差；δi——各環節的相對誤差。本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統（2）.閉環檢測系統閉環檢測系統有兩個通道，一個通道為正向通道，另一個通道為反饋通道，其結構如圖所示。其中x1為正向通道的輸入量，β為反饋環節的傳遞系數，正向通道的總傳遞系數為k=k2k3。Δx＝x1-xfy=k2k3Δxxf=βy則y=k2k3x1∕（1+βk2k3）當k＝k2k3>>1時，則系統的輸入輸出關系為y≈x1/βy=k1k/(1+kβ)≈k1x/β本課件是可編輯的正常PPT課件測量的基礎知識檢測系統

圖2-2開環檢測系統框圖圖2-3閉環檢測系統框圖本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念

任何測量的目的是為了獲得被測量的真實值（受測量環境、方法、儀器、人員等因素影響）量是物體可以從數量上進行確定的一種屬性。由一個數和合適的計量單位表示的量稱為量值量值有真值和實際值或標稱值與指示值之分本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念真值是指在一定時間和空間條件下，能夠準確反映被測量真實狀態的數值。分為理論真值和約定真值。理論真值是在理想情況下表征一個物理量真實狀態或屬性的值，通常客觀存在但不能實際測量得到，或者是根據一定的理論所定義的數值（如三角形三內角之和為180度）約定真值是為了達到某種目的按照約定的辦法所確定的值（如光速為30萬公里每秒），或以高精度等級儀器的測量值約定為低精度等級儀器測量值的真值實際值是在滿足規定準確度時用以代替真值使用的值。本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念測量誤差及其表示方法

測量結果與被測量真值之差稱為測量誤差。在實際測試中真值無法確定，因此常用約定真值或相對真值代替真值來確定測量誤差。測量誤差可以用以下幾種方法表示。

1.絕對誤差絕對誤差是指測量結果的測量值與被測量的真值之間的差值，即Δ=|X-X0|式中Δ—絕對誤差；X0—真值，其可為相對真值或約定真值；X—測量值。絕對誤差Δ說明了系統示值偏離真值的大小，其值可正可負，具有和被測量相同的量綱。

本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念測量誤差及其表示方法

2.相對誤差相對誤差δ定義為絕對誤差Δ與真值X0的比值，通常用百分數表示，即

δ—相對誤差。通常，用絕對誤差來評價相同被測量測量精度的高低，用相對誤差來評價不同被測量量精度的高低。本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念測量誤差及其表示方法

3.引用誤差引用誤差γ定義為絕對誤差Δ與測量儀表的滿量程A的百分比，即式中γ—引用誤差。在測量領域，檢測儀器的精度等級是由引用誤差大小劃分的。通常用最大引用誤差去掉正負號和百分號后的數字來表示精度等級，精度等級用符號G表示。為統一和方便使用，國家標準GB776—76《電測量指示儀表通用技術條件》規定，測量指示儀表的精度等級G分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級，這也是工業檢測儀器常用的精度等級。本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差的基本概念測量誤差的來源

1.方法誤差：由于測量方法不合理所引起的誤差。2.理論誤差：由于測量理論本身不夠完善而采用近似公式或近似值計算測量結果時所引起的誤差。3.測量裝置誤差：測量儀表本身以及儀表組成元件不完善所引入的誤差。4.環境誤差：測量儀表的工作環境與要求條件不一致所造成的誤差。5.人身誤差：由于測量者本人不良習慣、操作不熟練或疏忽大意所引起的誤差。如念錯讀數、讀刻度示值時總是偏大或偏小等。本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類根據測量數據中誤差的規律，有三類：系統誤差隨機誤差粗大誤差本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類系統誤差：相同的條件下，對同一物理量進行多次測量，如果誤差按照一定規律出現，則把這種誤差稱為系統誤差，簡稱系差。系統誤差可分為定值系統誤差(簡稱定值系差)和變值系統誤差(簡稱變值系差)。數值和符號都保持不變的系統誤差稱為定值系差。數值和符號均按照一定規律性變化的系統誤差稱為變值系差。變值系差按其變化規律又可分為線性系統誤差，周期性系統誤差和按復雜規律變化的系統誤差。如圖所示，其中1為定值系差，2為線性系統誤差，3為周期系統誤差，4為按復雜規律變化的系統誤差。

本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類系統誤差：系統誤差示意圖

本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類隨機誤差：當對某一物理量進行多次重復測量時，若誤差出現的大小和符號均以不可預知的方式變化，則該誤差為隨機誤差。隨機誤差總體服從統計規律，具有下列特性。1.對稱性：絕對值相等、符號相反的誤差在多次重復測量中出現的可能性相等。2.有界性：在一定測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超出某一限度。3.單峰性：絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差在多次重復測量中出現的機會多。4.抵償性：隨機誤差的算術平均值隨測量次數的增加而趨于零。

本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類粗大誤差：明顯超出規定條件下的預期值的誤差稱為粗大誤差。粗大誤差一般是由于操作人員粗心大意、操作不當或實驗條件沒有達到預定要求就進行實驗等造成的。如讀錯、測錯、記錯數值、使用有缺陷的測量儀表等。含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值，所有的壞值在數據處理時應剔除掉。本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類測量精度：是從另一角度評價測量誤差大小的量，它與誤差大小相對應，即誤差大，精度低；誤差小，精度高。1.準確度：描述儀表指示值有規律地偏離真值的程度，反映系統誤差的影響，系統誤差小，則準確度高。2.精密度：描述測量儀表指示值不一致程度的量，表明測量結果的分散程度，它反映隨機誤差的影響，隨機誤差小，則精密度高。3.精確度：反映測量中系統誤差和隨機誤差綜合影響的程度，簡稱精度。精度高，說明準確度與精密度都高，意味著系統誤差和隨機誤差都小。測量的準確度與精密度的區別，由圖可知，若靶心為真實值，圖中黑點為測量值，則圖(a)表示準確卻不精密的測量，圖(b)表示精密卻不準確的測量，圖(c)表示既準確又精密的測量。本課件是可編輯的正常PPT課件誤差的分類

測量的準確度與精密度的區別，由圖可知，若靶心為真實值，圖中黑點為測量值，則圖(a)表示準確卻不精密的測量，圖(b)表示精密卻不準確的測量，圖(c)表示既準確又精密的測量。（a）(b)(c)本課件是可編輯的正常PPT課件測量數據處理

測量數據處理是對測量所獲得的數據進行深入的分析，找出變量之間相互制約、相互聯系的依存關系，有時還需要用數學解析的方法，推導出各變量之間的函數關系。只有經過科學的處理，才能去粗取精、去偽存真，從而獲得反映被測對象的物理狀態和特性的有用信息，這就是測量數據處理的最終目的。本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理

由于隨機誤差是由一系列隨機因素引起的，因而隨機變量可以用來表達隨機誤差的取值范圍及概率。若有一非負函數f(x)，其對任意實數有分布函數F(x)稱f(x)為x的概率分布密度函數。為誤差在[x1,x2]之間的概率，在測量系統中，若系統誤差已經減小到可以忽略的程度后才可對隨機誤差進行統計處理。本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理

實踐和理論證明，大量的隨機誤差服從正態分布規律。正態分布的曲線如圖所示圖中的橫坐標表示隨機誤差Δx=xi-x0，縱坐標為誤差的概率密度f(Δx)。應用概率論方法可導出

式中特征量σ為σ稱為標準差，其中n為測量次數。隨機誤差的正態分布曲線本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理隨機誤差的估算1.標準差標準差σ定義為，它是一定測量條件下隨機誤差最常用的估計值。物理意義為隨機誤差落在(-σ,+σ)區間的概率為68.3%。區間(-σ,+σ)稱為置信區間，相應的概率稱為置信概率。顯然，置信區間擴大，則置信概率提高。置信區間取(-2σ,+2σ)、(-3σ,+3σ)時，相應的置信概率P(2σ)=95.4%、P(3σ)=99.7%。定義3σ為極限誤差，其概率含義是在1000次測量中只有3次測量的誤差絕對值會超過3σ。由于在一般測量中次數很少超過幾十次，因此，可以認為測量誤差超出±3σ范圍的概率是很小的，故稱為極限誤差，一般可作為可疑值取舍的判定標準。本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理隨機誤差的估算1.標準差

不同σ的概率密度曲線本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理2.單次測量值的標準差的估計由于真值未知時，隨機誤差Δxi不可求，可用各次測量值與算術平均值之差—剩余誤差代替誤差Δxi來估算有限次測量中的標準差，得到的結果就是單次測量的標準差，用表示，它只是σ的一個估算值。由誤差理論可以證明單次測量的標準差的計算式為這一公式稱為貝塞爾公式。本課件是可編輯的正常PPT課件隨機誤差及其處理3.算術平均值的標準差的估計在測量中用算術平均值作為最可信賴值，它比單次測量得到的結果可靠性高。由于測量次數有限，因此也不等于x0。也就是說，還是存在隨機誤差的，可以證明，算術平均值的標準差S()是單次測量值的標準差σ的倍，即在n較小時，增加測量次數n，可明顯減小測量結果的標準差，提高測量的精密度。但隨著n的增大，減小的程度越來越小；當n大到一定數值時S()就幾乎不變了。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法系統誤差的發現

1.定值系統誤差的發現(1)實驗對比法：可分為標準器件法和標準儀器法兩種。標準器件法是用測量儀表對高精度的標準器件(如標準砝碼)進行多次重復測量。如果定值系差存在則測量值與標準器件的差值為固定值。該差值的相反數即可作為儀表的修正值。標準儀器法是用精度等級高于被標定儀器(即需要檢驗是否具有系統誤差的儀表)的標準儀器和被標定儀器同時測量被測量。將標準儀器的測量值作為相對真值。若兩測量儀表的測量值存在固定差值則可判斷有定值系差，并將差值的相反數作為修正值。(2)改變外界測量條件(3)理論計算及分析本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法系統誤差的發現

2.變值系統誤差的發現

(1)殘差觀察法當系統誤差與隨機誤差相比較大時，通過觀察測量數據的各個剩余誤差大小和符號的變化規律來判斷有無變值系統誤差。若剩余誤差數值有規律的遞增或遞減，且剩余誤差序列減去其中值后的新數列在以中值為原點的數軸上呈正負對稱分布，則說明測量存在累進性的線性系統誤差。如果發現剩余誤差序列呈有規律交替重復變化，則說明測量存在周期性系統誤差。當系統誤差比隨機誤差小或相當時，則不能通過觀察來發現系統誤差，必須通過專門的判斷準則才能較好地發現和確定。這些判斷準則實質上是檢驗誤差的分布是否偏離正態分布，常用的有馬利科夫準則和阿貝-赫梅特準則等。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法系統誤差的發現

2.變值系統誤差的發現

(2)馬利科夫準則設對某一被測量進行n次等精度測量，按測量先后順序得到x1,x2,xi,…xn等數值，令這些數值的算術平均值為，相應的剩余誤差為：(i=1,2…n)

將前面一半以及后面一半數據的剩余誤差分別求和，然后取其差值，有當n為偶數時，取k=n/2;當n為奇數時，取k=(n+1)/2,此時有若M近似為零，測量列中不含線性系統誤差；若M與vi相當或更大，則測量列中存在線性系統誤差。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法系統誤差的發現

2.變值系統誤差的發現

(3)阿貝-赫梅特(Abbe-Helmert)準則實際操作方法是將在等精度重復測量下得到的一組測量值x1,x2,xi,…xn,按順序排列，并求出相應的剩余誤差vi。然后計算

若存在成立(σ2為測量數據序列的方差)，則認為測量序列中含有周期性系統誤差。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法系統誤差的發現

2.變值系統誤差的發現(4)不同公式計算標準差比較法對等精度的多次測量，用不同的方法計算標準差，通過比較以發現系統誤差。用貝塞爾公式用別捷爾斯公式對于兩種不同公式計算得出的標準差如果有成立，則認為測量序列中有系統誤差存在。

本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法減小系統誤差的方法

1.消除系統誤差產生的根源選用合適的測量方法以避免方法誤差；選擇最佳的測量儀表與合理的裝配工藝，以減小工具誤差；應選擇合適的測量環境以減小環境誤差。此外，還需定期的檢查、維修和校正測量儀器以保證測量的精度。2.引入更正值法該方法主要用于消除定值系統誤差。在測量之前，通過對測量儀表進行校準，可以得到更正值，將更正值加入測量值中，即得到被測量的真值。更正值一般用C表示，它是與測量誤差的絕對值相等而符號相反的值。更正值給出的方式不一定是具體的數值，也可以是一條曲線、公式或數表。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法減小系統誤差的方法

3.采用特殊測量方法消除系統誤差(1)直接比較法:用于消除定值系統誤差。優點在于當指示器的靈敏度足夠高時，測量的準確度取決于標準的已知量，而標準量具的誤差是很小的。（2)替代法:主要用于消除定值系統誤差，操作方法為用可調的標準量具取代被測量x接入測量儀表，通過調節標準量具A的值使測量儀表的示值與被測量接入時相同，于是有x=A。本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法減小系統誤差的方法

（2)替代法用替代法測電阻

本課件是可編輯的正常PPT課件系統誤差的發現及減小的方法減小系統誤差的方法

3.采用特殊測量方法消除系統誤差(3)交換法:是指當測量儀表內部存在固定方向的誤差因素時，將測量中的某些條件相互交換，使產生系差的原因對先后兩次測量結果起反作用，將這兩次測量結果加以適當的數學處理，即可消除系統誤差。（4)微差法:是將被測量與已知的標準量進行比較，取其差值，然后用測量儀表測量這個差值。微差法只要求標準量與被測量相近，而用指示儀表測量其差值。這樣，指示儀表的誤差對測量的影響會大大減弱。本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度

當測量完成報告測量結果時，必須對其質量給出定量的說明，以確定測量結果的可信程度。測量不確定度就是用于定量表征測量結果質量的，測量結果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測量結果必須附有不確定度說明才是完整并有意義的。本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度的定義及分類1.測量不確定度的定義《測量不確定度表示指南》給出的測量不確定度的定義是：與測量結果相關聯的一個參數，用以表征合理地賦予被測量之值的分散性。測量不確定度是測量系統最基本也是最重要的特性指標，是測量質量的重要標志。引入不確定度概念后，測量結果的完整表達式中應包含：①測量值；②不確定度；③單位和置信度。我國的《國家計量規范JJG1027—91測量誤差及數據處理》中把置信概率P=0.95作為廣泛采用的約定概率，當取P=0.95時，可不必注明。本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度的定義及分類2.測量不確定度的分類測量不確定度的分類方式如圖所示本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度的定義及分類標準不確定度：用概率分布的標準差給出的不確定度稱為標準不確定度，用符號μ表示。根據評定方法的不同，標準不確定度分為A類標準不確定度和B類標準不確定度和合成標準不確定度。(1)A類標準不確定度：由統計方法得到的不確定度，用符號μA表示。(2)B類標準不確定度：由非統計方法得到的不確定度，即根據資料及假設的概率分布估計的標準差表示的不確定度，用符號μB表示。(3)合成標準不確定度：在間接測量時，測量結果是由若干非相關分量求得的，按各分量的方差和協方差算得的標準不確定度為合成標準不確定度。即：當測量結果的標準不確定度由若干標準不確定度分量構成時，按方差和的正平方根(必要時加協方差)得到的標準不確定度，用符號μC表示。本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度的定義及分類擴展不確定度:測量結果的擴展不確定度等于包含因子k與合成標準不確定度的乘積，用符號U表示，即U=k×μC式中，包含因子k又稱為置信因子，k的取值范圍一般為2～3，k的大小取決于測量結果的概率分布和置信概率。本課件是可編輯的正常PPT課件測量誤差與不確定度本課件是可編輯的正常PPT課件不確定度的評定方法1.A類標準不確定度的評定在相同條件下對某獨立變測量x進行n次測量，測量值為xi(i=1,2...n)，若用樣本算術平均值作為該被測量x的估計值，則該獨立變量的A類標準不確定度定義為算術平均值的標準差S()，即式中本課件是可編輯的正常PPT課件不確定度的評定方法2.B類標準不確定度的評定如果對被測量只進行單次測量或者不測量(如標準電阻)就獲得測量結果，此時該獨立變量對應的不確定度就為B類標準不確定度。B類不確定度評定需要用到的信息主要有以下幾類：(1)歷史測量數據；(2)對相關技術資料和儀器性能的了解；(3)廠商的技術說明文件、校準檢定證書或研究報告提供的數據；(4)某些資料給出的參考數據及其不確定度等。本課件是可編輯的正常PPT課件不確定度的評定方法3．合成標準不確定度的評定當測量結果的各輸入量彼此獨立時，測量結果的合成不確定度由下式求出：式中ci—不確定傳播系數或靈敏系數，是被測量y對輸入量xi的偏導數；(xi)—輸入量xi的A類或B類標準不確定度分量。傳播系數的計算方法有微分法、數值法和實驗確定法。

本課件是可編輯的正常PPT課件測量不確定度的評定流程1.“測量過程”概述；簡單說明下列一些測量條件和情況。2.建立測量過程數學模型；根據被測量的定義和測量方案，確立被測量與有關量之間的函數關系。3.確定輸入量的測量值xi，它們已包括所有系統誤差影響的修正值。4.計算各個輸入量xi的標準不確定度μ(xi)包括A類和B類評定方法。5.計算靈敏度系數ci，包括數值法、微分法和實驗法。6.確定輸入量的相關性及相關系數，包括統計法或公式法。7.由xi計算輸出量即測量結果y的估計值y=f(x1,……,xn)8.確定y的合成標準不確定度μC(y)。9.選擇k值，確定擴展不確定度U=k×μC(y)，估計區間[y-U,y+U]的置信水平p。10.測量不確定度的報告與表示。本課件是可編輯的正常PPT課件Thankyou!本課件是可編輯的正常PPT課件項目2電阻式傳感器任務1電阻應變式傳感器本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器

電阻應變式傳感器具有悠久的歷史，也是目前應用比較廣泛的傳感器之一。將電阻應變片粘貼在各種彈性敏感元件上，加上相應的測量電路就可以檢測位移、力、力矩、加速度等物理量的變化，電阻應變片是電阻應變式傳感器的核心部件。這種傳感器具有結構簡單、尺寸小、重量輕、使用方便、性能穩定可靠、價格便宜、工藝較成熟、可實現遠距離測量和遙測等特點，并且測量的靈敏度和分辨率都較高，無論是靜態測量還是動態測量都很適用。因此在航空航天、機械、化工、建筑、醫學、汽車、航空工業等領域有很廣的應用。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器【能量變換】【原理】應變效應【用途】檢測力、壓力、轉矩、位移、加速度等本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構1.應變片的種類2.應變片的結構本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構1.應變片的種類

按材料分：金屬式體型——絲式、箔式、薄膜型；半導體式體型——薄膜型、擴散型、外延型、PN結型。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

金屬電阻應變片由敏感柵、基片、覆蓋層、引線和黏合劑等部分組成,如圖所示。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

敏感柵：直徑為0.015～0.05mm的金屬絲，電阻為60Ω、120Ω、200Ω、…作用：將應變量轉換成電阻量要求：靈敏系數大且穩定，電阻率高，電阻溫度系數小，易加工成細絲和箔材，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。材料：銅鎳合金、鎳鉻合金等本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

基片：厚度為0.02～0.04mm

作用：保持敏感柵、引線的幾何形狀及其相對位置，被測構件上的應變不失真地傳遞到敏感柵上。要求：使敏感柵與彈性體之間具有足夠高的電絕緣性能；材料：紙或有機高分子材料，如環氧樹脂等。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

引線作用：連接敏感柵和測量電路要求：靈敏系數大且穩定，電阻率高，電阻溫度系數小，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。材料：紫銅，表面鍍錫或鍍銀，便于焊接。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

粘結劑作用：將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。用于使用金屬應變片時，也需用粘結劑將應變片基底粘貼在構件表面某個方向和位置上。要求：將構件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底和敏感柵。材料：分為有機和無機兩大類。有機粘結劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的結構2.應變片的結構

本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變

物體在外部壓力或拉力作用下發生形變的現象彈性應變

當外力去除后，物體能夠完全恢復其尺寸和形狀的應變彈性元件具有彈性應變特性的物體本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理電阻應變式傳感器是利用彈性元件和電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器。工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發生變形，產生相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。結構：應變式傳感器由彈性元件（敏感元件）上粘貼電阻應變片（轉換元件）構成應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數的測量本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應電阻應變片的工作原理是基于應變效應。

即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應發生變化，這種現象稱為“應變效應”。

本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為：

本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應

當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長ΔL，橫截面積相應減小ΔA，電阻率因材料晶格發生變形等因素影響而改變了Δρ，從而引起電阻值變化量為：式中：dL/L——長度相對變化量，用應變ε表示為

電阻相對變化量：本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應

dA/A——圓形電阻絲的截面積相對變化量，設r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2πrdr，則：材料力學：在彈性范圍內，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，軸向應變和徑向應變的關系可表示為：μ為電阻絲材料的泊松比，負號表示應變方向相反。

本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應推得：

定義：電阻絲的靈敏系數（物理意義）：單位應變所引起的電阻相對變化量。其表達式為本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應靈敏度系數K受兩個因素影響1.是應變片受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2μ2.是應變片受力后材料的電阻率發生的變化，即（?ρ/ρ）/ε。對金屬材料：1+2μ＞＞(?ρ/ρ)/ε對半導體材料：(?ρ/ρ)/ε＞＞1+2μ大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內，電阻的相對變化與應變成正比，即K為常數。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應靈敏度取決于尺寸變化（應變效應為主）本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應半導體應變片靈敏度取決于電阻率的變化（壓阻效應為主）本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應分析：當半導體應變片受軸向力作用時，半導體應變片的電阻率相對變化量與所受的應變力有關：式中：π—半導體材料的壓阻系數;σ—半導體材料的所受應變力;

E—半導體材料的彈性模量;ε—半導體材料的應變。壓阻效應：單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化的現象本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的工作原理應變效應因此：實驗證明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半導體應變片的靈敏系數為：本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性

應變計是一種重要的敏感元件。首先,它在實驗應力分析中是測量應變和應力的主要傳感元件;其次,某些其他類型的傳感器,如膜片式壓力傳感器、加速度計、線位移傳感器等,也經常使用應變計作為機電轉換元件或敏感元件,廣泛地應用于工程測量和科學實驗中。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性應變計之所以成為重要的敏感元件,主要由于具有如下優點:(1)測量應變的靈敏度和精確度高。能測1～2微應變（1×10-6mm/mm）的應變。(2)測量范圍大。從彈性變形一直可測至塑性變形。變形范圍從1%～20%。(3)尺寸小（超小型應變計的敏感柵尺寸為0.2mm×2.5mm）,重量輕,對試件工作狀態和應力分布影響很小。既可用于靜態測量,又可用于動態測量,且具有良好的動態響應（可測幾十甚至上百赫的動態過程）。(4)能適應各種環境。可以在高溫、超低壓、高壓、水下、強磁場以及輻射等惡劣環境下使用。(5)價格低廉、品種多樣,便于選擇和大量使用。應變計有如下缺點:在大應變下具有較大的非線性,半導體應變計的非線性更為明顯;輸出信號較微弱,故抗干擾能力較差。應變式傳感器的性能在很大程度上取決于應變計的性能。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性

金屬電阻絲的電阻相對變化與它所感受的應變之間具有線性關系。金屬絲做成應變計后,由于基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應,電阻應變特性與單根金屬絲將有所不同,必須重新用實驗來測定。實驗是按規定的統一標準進行的。試件材料用泊松系數μ=0.285的鋼，用精密電阻電橋或其他儀器測出應變計相對電阻變化,再用其他測應變的儀器測定試件的應變,得出電阻應變計的電阻—應變特性。實驗證明,電阻應變計的電阻相對變化ΔR/R與應變Δl/l=ε之間在很大范圍內是線性的,即靈敏度系數

式中,k為電阻應變計的靈敏度系數本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性實驗表明,應變計的靈敏度k恒小于金屬線材的靈敏度系數k0。其原因除了粘合劑、基片傳遞變形失真外,主要是由于存在橫向效應。敏感柵由許多直線及圓角組成,如圖所示。拉伸被測試件時,粘貼在試件上的應變計,被沿應變計長度方向拉伸,產生縱向拉伸應變εx,應變計直線段電阻將增加。但是在圓弧段上,沿各微段（圓弧的切向）的應變并不是εx,與直線段上同樣長的微段所產生的電阻變化不同。橫向效應本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應

最明顯的是在θ=π/2垂直方向的微段,按泊松比關系產生壓應變-εy。該微段電阻不僅不增加,反而減少。在圓弧的其他各微段上,感受的應變是由+εx變化到-εy的。這樣,圓弧段的電阻變化,顯然將小于同樣長度沿x方向的直線段的電阻變化。

因此,將同樣長的金屬線材做成敏感柵后,對同樣應變,應變計敏感柵的電阻變化較小,靈敏度有所降低。這種現象稱為應變計的橫向效應。本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應下面計算橫向效應引起的誤差。由彈性力學知,對平面問題,如果已知任一點P處三個應變分量εx,εy,εxy,則任何斜向微小線段的正應變

式中,l、m為斜向小線段的方向余弦，如圖。斜向小線段的方向余弦本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應則采用半角公式則本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應

當電阻絲受到εx,εy,εxy作用時,半圓部分的伸長為式中,ls為半圓弧長,r為圓半徑。設應變計一個直線段的伸長為Δl1=εxl1(l1為直線段長度)若有n個直線段,而半圓弧共有(n-1)個,那么全長為L=nl1+(n-1)ls本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應

整個應變計電阻絲受εx,εy,εxy作用后的總伸長為

因電阻的變化與電阻絲之伸長有如下關系

則得本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應設

可寫成對其他型式應變計也適用的一般形式

式中,kx為對軸向應變的靈敏度系數,它代表εy=0時,敏感柵電阻相對變化與εx之比,ky為對橫向應變的靈敏度系數,它代表εx=0時,敏感柵電阻相對變化與εy之比。因為本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性橫向效應

稱為橫向效應系數。可見ls（r）愈小,l1愈大,H愈小。即敏感柵愈窄,基長愈長的應變計,其橫向效應引起的誤差越小。因為本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性幾何尺寸柵長柵寬基底長基底寬本課件是可編輯的正常PPT課件電阻應變式傳感器的特性應變片電阻值沒有安裝也不受外力情況下，于室溫時測定的電阻值；電阻值大，可承受的電壓值大，但提高電阻值會使敏感柵尺寸變大；常見值：60、120、200、