测试基础.pptx

,测试技术,1,组成测试系统应考虑的因素,技术性能,精度：,是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标。,精密度（,precision,）：示值重复性（随机误差）,准确度（,accuracy,）：系统误差,绝对误差,=,测量结果被测真值,相对误差,=,绝对误差,/,被测真值,x 100%,引用误差,=,绝对误差,/,满量程值,x 100,仪器的精度等级一般用最大引用误差来标称。,分辨力：,指能引起输出量发生变化时输入量的最小变,量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能,力。,测量范围：,是指测试装置能正常测量最小输入量和最大,输入量之间的范围。,静态测量：幅值 动态测量：幅值和频率,稳定性：,是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输,出量随时间变化的程度。,温漂 零漂,可靠性：,是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种,描述。,2,测试系统静态响应特性,如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。,(1),非线性度,标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。,非线性度,=B/A100%,(2),灵敏度,当测试装置的输入,x,有一增量,x,，引起输出,y,发生相应的变化,y,时，则定义,:,S=y/x,(3),回程误差,测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为,hmax,，则定义回程误差为,回程误差,=(hmax/A)100%,3,常用传感器,(1),传感器,(Sensor),定义,传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由,敏感元件,和,转换元件,组成,(GB766-87),。,目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的器件或装置。,传感器在非电量电测系统中的作用：,一是 敏感作用：,感受并拾取被测对象的信号,二是变换作用：,被测信号转换成易于检测和处理的电信号,获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。,(2),传感器的分类,1),按被测物理量分类,:,2),按传感器元件的变换原理分类,:,位移传感器,流量传感器,温度传感器等,.,电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等,.,物性型,:,依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换,.,例如,:,水银温度计,压电测力计,.,结构型,:,依靠传感器结构参数的变化实现信号转变,.,例如,:,电容式和电感式传感器,.,能量转换型,:,直接由被测对象输入能量使其工作,.,例如,:,热电偶温度计,压电式加速度计,.,能量控制型,:,从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化,.,例如,:,电阻应变片,.,能量传递型,:,从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测,.,例如,:,超声波发生器和接受器,.,3),按传感器的能量传递方式分类,:,(3),传感器的性能要求,足够的容量,匹配性好，转换灵敏度高,精度适当，稳定性高,反应速度快，工作可靠性高,适应性和适用性强,1,）电阻式传感器,是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为,:,热敏式,电阻应变式,变阻器式,光敏式,电敏式,(4),常用的传感器,电阻应变式传感器,-,应变片,金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的,应变效应,，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形,(,伸长或缩短,),的变化而发生变化的现象。,电阻式传感器,工作原理,金属应变片的电阻,R,为,电阻式传感器,金属应变计,金属应变计有,:,丝式和,箔式,优点,:,稳定性和温度特性好,.,缺点,:,灵敏度系数小,.,应变计,电阻式传感器,半导体应变计,优点：,应变灵敏度大,;,体积小,;,能制成具有一定应变电阻的元件,.,缺点：,温度稳定性和可重复性不如金属应变片,。,应变计,电阻式传感器,体型,薄膜型,扩散型,案例：,电子称,原理,将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。,德国,HBM,电阻应变式传感器,电阻式传感器,2,）电容式传感器,变换原理,:,将被测量的变化转化为电容量变化,两平行极板组成的电容器,它的电容量为,:,+,+,+,A,当被测量,、,A,或,发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。,第三章,常用传感器,分类,a),极距变化型,;,+,+,+,c),介质变化型,电容式传感器,b),面积变化型,:,角位移型,平面线位移型,柱面线位移型,.,3,）电感式传感器,电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。,分类,:,电感式传感器,自感型,可变磁阻型,涡流式,互感型,第三章,常用传感器,自感型,-,可变磁阻式,a),变间隙型,原理,:,电磁感应,电感式传感器,b),变面积型,c,）螺线管型,电感式传感器,d),差动型,电感式传感器,3,）变压器式,-,差动变压器,工作原理,:,互感现象,.,电感式传感器,4,）压电式传感器,.,变换原理,:,压电效应,某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。,压电效应,q=DF,压,电式传感器,3,应用,b),压力变送器,a),加速度计，力传感器,压,电式传感器,4,传感器选用原则,选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。,1,、灵敏度,一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。,a),灵敏度过高引起的干扰问题；,b),量程范围。,c),交叉灵敏度问题。,3,响应特性,传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。,实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。,2,线性范围,任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。,传感器选用原则,4,稳定性,稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。,5,精确度,传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。,6,测量方式,传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。,传感器选用原则,