大纲--传感器复习

第一章1.传感器的定义传感器是能以一定精确度把某种被测量（主要为各种非电的物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换为（便于人们应用、处理）另一参量（通常为电参量）的器件或测量装置。传感器通常由敏感器件和转换器件组合而成。敏感器件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换器件通常是指将敏感器件在传感器内部输出转换为便于人们应用、处理外部输出（通常为电参量）信号的部分。2.“计量”：指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量。特点：非实时、离线、标定。3.“检测”：指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。4.现代检测（仪器）系统：通常由各种传感器将非电被测物理或化学成分参量转换成电参量信号，然后经信号调理（包括：信号转换、信号检波、信号滤波、信号放大等）、数据采集、信号处理后，进行显示、输出。再加上系统所需的交、直流稳压电源和必要的输入设备。5.转换速度单位次/秒；6.分辨率以模拟信号输入为满度时的转换值的倒数来表征；7.转换误差实际转换数值与理想A/D转换器理论转换值之差。第二章1.测量误差的定义测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就是测量误差。2.约定真值根据国际计量委员会通过,并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最高科学技术复现的这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。3.相对真值如果高一级检测仪器(计量器具)的误差仅为低一级检测仪器的误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。4.标称值计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。比如：1克的砝码，100欧电阻。5.示值检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。6.绝对误差检测系统的测量值X与被测量的真值X0之间的代数差值Δx称为检测系统测量值的绝对误差7.相对误差检测系统测量值的绝对误差Δx与被测参量真值X0的比值，称为检测系统测量的相对误差δ，常用百分数表示。8.引用误差检测系统测量值的绝对误差Δx与系统量程L之比值，称为检测系统测量值的引用误差γ。引用误差γ通常仍以百分数表示。9.最大引用误差(或满度最大引用误差)所有测量值中最大绝对误差(绝对值)与量程的比值的百分数，称为该系统的最大引用误差，10.精度等级取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，也即|△x|，精度等级用符号G表示。0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级，是我国工业检测仪器（系统）常用精度等级。检测仪器（系统）的精度等级按选大不选小的原则套用标准化精度等级值。11.容许误差容许误差是指检测仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围。检测仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。12.按误差的性质分类根据测量误差的性质、产生测量误差的原因，可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。13.系统误差在相同条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。误差值恒定不变的又称为定值系统误差，误差值变化的则称为变值系统误差。14.随机误差在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号均无规律变化，这类误差称为随机误差。通常用精密度表征随机误差的大小。精密度越低，随机误差越大；精密度越高，随机误差越小。15.粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差，特点是误差数值大，明显歪曲了测量结果。正常的测量数据应是剔除了粗大误差的数据，因此，通常研究的测量结果误差中仅包含系统和随机两类误差。16.按被测参量与时间的关系分类按被测参量与时间的关系测量误差可分为静态误差和动态误差两大类。被测参量不随时间变化时所测得的误差称为静态误差；被参测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。17.残差（剩余偏差）：测量数据及各测量值与全部测量数据算术平均值之差。18.马利科夫准则：适用于判断、发现和确定线性系统误差。准则的使用方法是将同一条件下重复测量得到的一组测量值X1、X2、…、Xi、…、Xn按序排列，并求出相应的残差ν1、ν2、…、νi、…、νn，19.阿贝—赫梅特准则适用于判断、发现和确定周期性系统误差。准则的使用方法：将同一条件下重复测量得到的一组测量值X1、X2、…、11niiiiiXXXXnXn按序排列，并根据（2-8）式求出残差ν1、ν2、…、νn，然后计算。20.随机误差的分布规律有界性：随机误差的幅度均不超过一定的界限；单峰性：幅度小的随机误差比幅度大的随机误差出现的概率大；对称性：等值而符号相反的随机误差出现的概率接近相等；抵偿性：21：测量真值估计在实际工程测量中，测量次数n不可能无穷大，而测量真值X0通常也不可能已知。根据对已消除系统误差的有限次等精度测量数据样本X1、X2、…、Xi、…、Xn，求其算术平均值，即是被测参量真值X0（或数学期望μ）的最佳估计值。22.拉伊达准则是：对于服从正态分布的等精度测量，其某次测量误差|Xi-X0|大于3σ的可能性仅为0.27%。因此，把测量误差大于标准误差σ（或其估计值）的3倍测量值作为测量坏值予以舍弃。应用的拉伊达准则表达式为23.格拉布斯准则：是以小样本测量数据，以t分布为基础用数理统计方法推导得出的。在小样本测量数据中满足表达式11122311...niinniA1lim0ninix11nniiXXXˆ3kkLXXXKˆ,kkGXXXKnx24：测量不确定度测量不确定度表示测量值不能肯定的程度，是定量地表达被测参量测量结果分散程度的参数。这个参数可以用标准偏差表示，也可以用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。25．标准不确定度评定方法可划分成以下两类:①A类标准不确定度的评定（用统计方法得到的不确定度UA）②B类标准不确定度的评定（用非统计方法得到的不确定度UB）26.合成标准不确定度当测量结果中含有A类和B类分量,并且各量互相独立时,则测量结果的合成标准不确定度可用UC(X)表示为：由各不确定度分量合成的标准不确定度，称为合成标准不确定度。27.扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍数表示的测量不确定度。它用合成标准不确定度与覆盖因子K的乘积得到一个区间的半宽度来表示测量的不确定度。28：覆盖因子K：是为获得扩展不确定度，与合成标准不确定度相乘的数学因子，它的取值确定了扩展不确定度置信水平。K一般为2-3。扩展不确定度是测量结果附近的一个置信区间,被测量的值以较高的概率落在该区间内，用符号U表示。29.类标准不确定度的评定通常可以采用统计与计算方法。在同一条件下对被测参量X进行n次等精度测量，测量值为Xi(i=1,2,…,n)。该样本数据的算术平均值为X的实验标准偏差（标准偏差的估计值）可用贝塞尔公式计算，自由度d=n-1。11niiXXn30.用作为被测量X测量结果的估计值，则A类标准不确定度uA为习题：P362.3；2.4；2.5；2.10第三章1.静态特性：被测参量基本不变或变化很缓慢，可用检测系统的一系列静态参数（静态特性）来对这类“准静态量”的测量结果进行表示、分析和处理。2.动态特性：被测参量变化很快，应用检测系统的一系列动态参数（动态特性）来对这类“动态量”测量结果进行表示、分析和处理。2.测量范围每个用于测量的检测仪器都有其确定的测量范围，它是检测仪器按规定的精度对被测变量进行测量的允许范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。量程可以用来表示其测量范围的大小，用其测量上限值与下限值的代数差来表示，即量程＝︱测量上限值-测量下限值︳3.灵敏度灵敏度是指测量系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比。即4.线性度：反映测量系统实际输出、输入关系曲线与据此拟合的理想直线y(x)=a0+a1x的偏离程度。2211ˆnniiiiXXxddXAuˆx1ˆxn0limxydySxdx5.迟滞，又称滞环，它说明检测系统的正向(输入量增大)和反向(输入量减少)输入时输出特性的不一致程度6.重复性：表示检测系统在输入量按同一方向(同为正行程或同为反行程)作全量程连续多次变动时所得特性曲线的不一致程度7.能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量称为检测系统的分辨力。在全量程中，能引起输出变化的各点最小输入量中的最大值ΔXmax相对满量程输出值的百分数来表示系统的分辨力。即8.死区又叫失灵区、钝感区、阈值等，它指检测系统在量程零点（或起始点）处能引起输出量发生变化的最小输入量第4章1.电阻应变式传感器：是利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，实现电测非电量的传感器。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应。即,在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。2．工作原理3.在外界力的作用下，将引起金属或半导体材料发生机械变形，其电阻值将会相应发生变化，这种现象称为“电阻应变效应”4.外力作用而引起的轴向应变，将导致电阻丝的电阻成比例地变化，通过转换电路可将这种电阻变化转换为电信号输出。这就是应变片测量应变的基本原理。5.表征静态特性的指标主要有：灵敏度系数、机械滞后、蠕变、应变极限等。6.将直的金属丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化较直的金属丝小，其灵敏系数降低了，这种现象称为应变片的横向效应。7.应变计安装在试件上，在一定温度下，的加载特性与卸载特性不重合，这就是机械滞后。maxFSXkY/RR8.在温度保持恒定、不承受机械应变时，其电阻值随时间而变化的特性，称为应变计的零漂。如果在一定温度下，使其承受恒定的机械应变，应变计电阻值随时间而变化的特性，称为应变计的蠕变。这两项指标主要用于衡量应变计对时间的稳定性。9.直流电桥的平衡条件当负载RL→∞（放大器的输入阻抗比桥路阻抗大的多，可视为开路）电桥输出电压为：电桥平衡时:I0=0，U0=0;要满足电桥平衡条件，必须有对比积相等，邻臂比相等10.单臂工作电桥314231012341234()()RRRRRRUEERRRRRRRR1423RRRR11.双臂工作电桥12.全臂工作电桥13.电容传感器类型变面积型电容传感器,变极距型电容传感器,变介质型电容传感器第5章1.等效电路2.电压放大器原理,输入电压的幅值推导。第7章1.超超声声波波的的反反射射和和折折射射各种波型均符合几何光学中的反射定律2.纵纵波波全全反反射射,,纵纵波波临临界界角角33..横横波波全全反反射射,,横横波波临临界界角角44..光光折折射射和和反反射射的的斯斯涅涅尔尔((SSnneellll))定定律律5.第9章1.热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制，其测量原理。121212sinsinsinsinsinSSLLLccccc