第1章 传感器与检测技术基础（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西安交通大学出版社）

第1章 传感器与检测技术基础 测量的基本概念 测量误差与数据处理 传感器的静态特性 传感器的动态特性 传感器的标定与校准 1.1 测量的基本概念 量的定义为现象、物体或物质可定性区分和定量确定的属性。 自然界的任何现象、物体或物质都具有一定的形式，这些形式都要通过量来表征。量是表征自然界运动规律的基本概念，是计量学的研究对象。 1. 量 量、计量单位和量值 1.1.1 1.1 测量的基本概念 定性区分指在特性上的差别，不同特性的量之间不能进行比较，如电学量、力学量、几何量等。特性相同的量合称为同类量，如功与热能都可以用能量的单位焦耳来表示，厚度、波长、距离等都可以用长度单位米来表示。定量确定指某一个具体的量，又称特定量，如某一特定设备的尺寸、某一特定电路的输入电阻或某一特定用电器的有效功率等。特性相同的特定量之间可以相互比较，如工件的宽窄、电路输入电阻的大小等。 1.1 测量的基本概念 量又可分为基本量和导出量。基本量是指在给定的量制中约定地认为在函数关系上彼此独立的量，如在国际单位制（SI）的量制中，长度、质量、时间、热力学温度、电流、物质的量及发光强度为基本量。导出量是指在给定的量制中，由基本量的函数所定义的量，如速度是由长度除以时间这一关系所给出的导出量（速度等于质点的位移和发生此位移所用时间的比值）。 1.1 测量的基本概念 量还可分为可数量和可测量。可数量指仅仅用于确定被计数对象数目多少的量，只需通过计数的方法即可获得，如5支铅笔、10台计算机、74只羊等。可数量理论上不存在误差，不属于计量学研究的内容。可测量指只能通过计量器具测量才能获得量值的量，可测量不可数，测量结果中必然存在误差。可测量由数值与计量单位的组合来表示大小，当然，诸如折射系数等某些可测量表面上没有计量单位，但它们都是以某一具有单位的量作为基准，其他与之具有相同单位的量和该基准相比后所得到的量值。 1.1 测量的基本概念 计量单位指为了定量表示同种量的大小而约定地定义与采用的特定量，简称单位。它是定量描述自然界所有量的量值的基础与依据。 计量单位是人为约定选取的特定量，具有专门的名称、符号和确定的定义，其数值为1，且能够复现。例如，长度的计量单位米，其符号为m，定义为光在真空中在1/299 792 458秒的时间间隔内所经过的路径长度。 2. 计量单位 1.1 测量的基本概念 计量单位具有科学上的严密性、合理性、先进性和公认性，随着科学技术的发展而变化。此外，它还具有统一性和法制性，在实际测量中应严格执行法定计量单位使用方法。我国目前实行的法定计量单位是以国际单位制为基础，加上我国特选的17个非国际单位制单位构成的。 1.1 测量的基本概念 3. 量值 1.1 测量的基本概念 测量的定义为以确定量值为目的的一组操作。 测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果。测量是一个过程，即将被测量与已知的标准量（计量器具的示值）相比较的过程。 测量过程包含五要素：测量设备、测量方法、测量环境、测量人员与被测对象。当被测对象确定后，其余四要素便在很大程度上决定了测量质量的高低。 1. 测量 测量与计量 1.1.2 1.1 测量的基本概念 测量结果是由测量所得到的值。在给出测量结果时，应表明该结果是示值、未修正结果或已修正结果、单次测量值或多次测量平均值等。测量结果是被测量的估计值而非真值。完整表述测量结果时，应附带其测量不确定度，必要时还应说明测量的条件或影响量的范围。 1.1 测量的基本概念 2. 计量 1.1 测量的基本概念 ①计量单位与单位制。 ②复现计量单位的基准计量器具，标准计量器具的建立、复制与保存，以及普通计量器具。 ③量值传递与溯源。 ④误差理论与测量不确定度。 ⑤物质、物理常数和材料与物质特性的测定。 ⑥计量管理。 （1）计量学的基本研究内容。 1.1 测量的基本概念 （2）计量的分类。 按性质不同，计量可分为计量检定和校准。 ①计量器具的检定简称计量检定，是查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，包括检查、加标记和出具检定证书。计量检定的对象是计量器具，在我国主要由各级政府计量院所及获授权的实验室来完成，其实质内容是对计量器具的计量性能是否满足计量检定规程的要求给出合格与否的结论，并且该结论具有法律效力。计量检定必须按国家计量检定系统表或国家溯源等级图进行，必须执行计量检定规程。计量检定是我国开展量值传递与溯源的最常用方法。 1.1 测量的基本概念