1.检测与传感技术
检测是认识自然界的主要手段，是科学研究，工业生产和军事等领域中不可缺少的过程。
传感技术是研究如何获取被测参数信息的一门科学。
检测的过程就是用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过信息显示或其他形式被人们所认识。
2.检测仪表
一台检测仪表通常包括敏感元件、信号变换、信号传输和处理以及显示装置等环节组成，其中敏感元件和显示装置是必须有的，其余的环节视测量的要求和敏感元件的性能等的不同而异。
测量系统是指由若干台检测仪表(或敏感元件)以及其他配套设备组成，完成一个确定的测量任务。
敏感元件是一种能够灵敏地感受被测参数并将被测参数的变化转换成另一种物理量的变化的元件。
传感器包含敏感元件，直接感受被测参数，并将被测参数的变化转换成一种易于传送的物理量。
变送器是一种特殊的传感器，它使用统一的电源，输出统一的标准化信号。目前变送器输出的标准信号有4～20mA(称Ⅲ型仪表)和0～10mA(Ⅱ型仪表)等几种。
3.检测仪表的分类
检测仪表按照技术特点或使用范围的不同有各种的分类方法。
①按被测参数分类 检测仪表有温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表等。
②按对被测参数的响应形式分类 检测仪表可分为连续式检测仪表和开关式检测仪表。
③按仪表中使用的能源和主要信息的类型分类 检测仪表可分为机械式仪表、电式仪表、气式仪表和光式仪表。
④按是否具有远传功能分类 检测仪表可分为就地显示仪表和远传式仪表。
⑤按信号的输出(显示)形式分类 检测仪表可分为模拟式仪表和数字式仪表。
⑥按仪表应用的场所 检测仪表有普通型、隔爆型及本安型仪表。
⑦按仪表的结构方式分类，检测仪表可分为开环结构仪表和闭环结构仪表。
4.开环结构仪表和闭环结构仪表
开环结构仪表由若干个环节串联组成，如图1.1所示。总的传递函数为各环节传递函数之积，而整台仪表的相对误差为各个环节相对误差之和。
图1.1 开环结构仪表框图
开环式的仪表一般结构较为简单，但准确度较低，特别是当组成仪表的环节较多时。
闭环结构仪表也称平衡变换式仪表，由正向通道和反馈通道组成，如图1.2所示。设正向传递函数为一阶滞后环节，即
，则可以推得
(1.1)
式中,
为反馈通道的总传递函数。
图1.2 闭环结构仪表框图
由式(1.1)可知，闭环结构仪表的放大倍数和时间常数皆为开环结构仪表的。当
足够大时，总放大倍数(静态)为
。
闭环结构仪表相对开环结构仪表要复杂一些，稳定性较差，但反应速度快，线性好，准确度高。
5.检测仪表的基本性能
(1)测量范围和量程
检测仪表在保证符合要求的前提下能够测量被测参数的最小值(测量下限)和最大值(测量上限)的范围。测量上限和测量下限的代数差称为仪表的量程。
(2)输入-输出特性
①灵敏度S是检测仪表对被测量变化的灵敏程度，以在被测量改变时，经过足够时间检测仪表输出值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量
之比，即
(1.2)
②死区 是指检测仪表的输入量的变化不致引起输出量可察觉的变化的有限区间，在这个区间内，仪表的灵敏度为零。
③回差 也称变差，是反映检测仪表对于同一被测量在其上升和下降时对应输出值间的差值。仪表的回差用所有测量点上的最大差值与仪表量程比的百分数表示。
(1.3)
④线性度 它是衡量检测仪表实际输入-输出特性偏离线性的程度，用非线性误差来表示，它是实际值与理论值之间的绝对误差的最大值与仪表量程比的百分数，即
(1.4)
(3)稳定性
在工作条件保持恒定时，仪表输出值在一段时间内随机变动量的大小称时间稳定性;而仪表在规定的使用条件内某个条件的变化对仪表输出的影响称使用条件变化稳定性。
(4)重复性与再现性
在相同测量条件下，对同一被测量，按同一方向多次测量时，检测仪表提供相近输出值的能力称为检测仪表的重复性。在规定的相对较长的时间内，对同一被测量从两个方向(由小到大以及由大到小)上重复测量时，检测仪表的各输出值之间的一致程度称仪表的再现性。
(5)可靠性
仪表的可靠性也称可靠度，是指仪表在确定的时期内和确定的外界条件下仪表工作在允许的性能水平(即无故障)的概率，用R(t)表示。
故障率λ也是描述仪表可靠性的一个指标，它是指仪表工作到t时刻时单位时间内发生故障的次数，许多检测仪表在其多数工作时间内λ近似为常数，那么可靠度与故障率间有如下关系
(1.5)
平均无故障工作时间(MTBF)是仪表在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间，设有N个检测仪表经受试验，在时间为T内仪表失效总次数为，则观测到的MTBF为
(1.6)
当n个检测仪表串联使用时，设它们各自的故障率为，则整个系统的可靠性是各个检测仪表的可靠性的乘积，即
，由此可得系统的故障率
(6)误差
①绝对误差 是仪表输出值
与被测参数真值
之间的差值，即
(1.7)
②相对误差 仪表的绝对误差与约定真值比的百分数，即
(1.8)
③引用误差 仪表的绝对误差与仪表的量程比的百分数，即
(1.9)
④仪表基本误差 在标准条件下，仪表在全量程范围内各输出值误差中绝对值最大者称为仪表的基本误差。仪表基本误差与仪表量程比的百分数称为仪表满刻度相对误差。
(7)准确度与准确度等级
仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略去百分号来表示，也称精度或精确度。将仪表的准确度划分为若干等级，称准确度等级。
按国家统一规定，准确度等级有 ……, 0.05, 0.1, 0.25, 0.35, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 4.0, ……。仪表的准确度等级按以下方法确定，先计算仪表的准确度，选其中数值上最接近又比该准确度大的准确度等级作为该仪表的准确度等级。准确度等级的数字越小,仪表的准确度越高，或者说仪表的测量误差越小。
(8)动态特性
检测仪表的动态特性是指在动态测量时，随时间变化的输出量与输入量之间的关系。常见的检测仪表多为零阶、一阶或二阶系统。
①零阶系统 零阶系统的传递函数，其中K为静态灵敏度。说明输出与输入量成确定比例关系，没有时间滞后。
②一阶系统 一阶系统的传递函数为
(1.10) 式中为一阶系统的时间常数。
③二阶系统 二阶系统的传递函数为
(1.11)
式中为系统的固有频率;
为阻尼比。显然
和
决定了系统的动态特性。当
>1时，系统阻尼较大，上升时间较长;当
小于1并逐渐减小，系统为欠阻尼，上升时间缩短，但出现超调，
越小，超调越大。为了兼顾有短的上升时间和小的超调量，阻尼比在0.7比较合适。