第2章 检测技术的基本概念

1、2008-10-3 1 1、了解测量方法的分类；、了解测量方法的分类； 2、掌握测量误差和数据处理；、掌握测量误差和数据处理；3、稳定性及其纠正稳定性及其纠正第一章第一章 检测技术的基本概念检测技术的基本概念 2008-10-3 2 退出退出第一节 测量的基本概念及方法 1、静态测量和动态测量（被测量是否随时间变化）、静态测量和动态测量（被测量是否随时间变化） 测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。从不同的角度，有不同的分类方法。过程。从不同的角度，有不同的分类方法。

2、2008-10-3 3 退出退出2、直接测量和间接测量（是否直接用仪表测出） 3、接触式测量非接触式测量（是否和被测对象接触） 对多个被测量进行测量，对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量经过计算求得被测量4、离线测量和在线测量（是否在生产线上）2008-10-3 4 退出退出第二节 测量误差及分类所谓测量误差，即测量的输出值与理论输出值的差值所谓测量误差，即测量的输出值与理论输出值的差值 （1）真值）真值 被测量本身所具有的真正值称之为真值。被测量本身所具有的真正值称之为真值。 （2）约定真值）约定真值 由于真值往往是未知的，所以一般用基准器的量值来由于真值往往是未知的，所以一般用基准器的

3、量值来代替真值，这就叫做约定真值，它与真值之差可以忽略代替真值，这就叫做约定真值，它与真值之差可以忽略不计。不计。2008-10-3 5 退出退出误差的分类误差的分类1.按表示方法划分按表示方法划分 2.按误差出现的规律划分按误差出现的规律划分 绝对误差绝对误差 相对误差相对误差 系统误差系统误差 随机误差随机误差 粗大误差粗大误差 实际相对误差实际相对误差 标称相对误差标称相对误差 满度相对误差满度相对误差 3.按被测量随时间变化的速度划分按被测量随时间变化的速度划分 静态误差静态误差 动态误差动态误差 2008-10-3 6 退出退出（1）绝对误差）绝对误差 某采购员分别在三家商店购买某采

4、购员分别在三家商店购买100kg大米、大米、10kg苹果、苹果、1kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？ 举例 绝对误差的大小有时不足以反映测量值所偏离绝对误差的大小有时不足以反映测量值所偏离约定真值大小程度约定真值大小程度 结论0 xAA 2008-10-3 7 退出退出2、相对误差及精度等级（1）示值（标称）相对误差）示值（标称）相对误差100% xxA（2）引用误差）引用误差 mm100% A式中，当式中，当 取仪表的最大绝对误差值取仪表的最大绝对误差值 m m时，引用误差常被

5、时，引用误差常被用来确定仪表的准确度（用来确定仪表的准确度（Degree of AccuracyDegree of Accuracy）等级）等级S S，即即 mm100 SA2008-10-3 8 退出退出仪表的准确度等级和基本误差 举例，在正常情况下，用举例，在正常情况下，用0.5级、量程为级、量程为100温度表来温度表来测量温度时，可能产生的最大绝对误差为：测量温度时，可能产生的最大绝对误差为： m（0.5%）Am（0.5%100）0.5 我国的模拟仪表有这七种等级，准确度等级的数值越小，仪我国的模拟仪表有这七种等级，准确度等级的数值越小，仪表的就越昂贵表的就越昂贵。2008-10-3 9

6、 退出退出【例例1】今有今有0.5级的级的0300 和和1.0级的级的0 100 两两个温度计，要测个温度计，要测80 的温度，试问采用哪一个温度计好？的温度，试问采用哪一个温度计好？%875. 1%10080%5 . 0300%10011mmxA%25. 1%10080%0 . 1100%10022mmxA12xx解：用解：用0.5级仪表测量时，最大标称相对误差为级仪表测量时，最大标称相对误差为： 用用1.0级仪表测量时，最大标称相对误差为：级仪表测量时，最大标称相对误差为： 显然本例中用显然本例中用1.0级仪表比用级仪表比用0.5级仪表更合适。级仪表更合适。 2008-10-3 10 退出

7、退出二、粗大误差、系统误差、随机误差 表现：明显偏离真值的误差表现：明显偏离真值的误差 产生原因：由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突产生原因：由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。然而强大的干扰所引起的。 数据处理：当发现粗大误差时，应予以剔除。数据处理：当发现粗大误差时，应予以剔除。 1 1、粗大误差、粗大误差2008-10-3 11 退出退出 2.系统误差 表现：误差的数值固定或按一定规律变化。表现：误差的数值固定或按一定规律变化。 数据处理：可以通过实验的方法或引入修正值的方法计数据处理：可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量

8、仪表的有关部件予以消除。算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。 3.随机误差 表现：在同一条件下，多次测表现：在同一条件下，多次测量同一被测量，测量值时大时量同一被测量，测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化。不可预见的方式变化。 数据处理：增加测量次数，利数据处理：增加测量次数，利用统计学的方法。用统计学的方法。2008-10-3 12 退出退出4.动态误差 由心电图仪放大器带宽由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差不够引起的动态误差 当被测量随时间迅速变化时，当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测系统的输出量在时间上

9、不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。动态误差。 2008-10-3 13 退出退出第三节 传感器及基本特性 一、传感器一、传感器的的组成组成 传感器组成框图传感器组成框图 敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。有确定关系、更易于转换的非电量。 被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量 测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电

10、流或频率量。于处理的电压、电流或频率量。2008-10-3 14 退出退出电位器式压力传感器电位器式压力传感器1-弹簧管弹簧管 2-电位器电位器 弹簧管将压力转换为角位移弹簧管将压力转换为角位移 电位器为传感元件，它将角位移电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量转换为电参量-电阻的变化电阻的变化分压比电路输出是分压比电路输出是与压力成一定关系与压力成一定关系的电压的电压 2008-10-3 15 退出退出弹簧管放大图 当被测压当被测压力力p增大时，弹增大时，弹簧管撑直，通簧管撑直，通过齿条带动齿过齿条带动齿轮转动，从而轮转动，从而带动电位器的带动电位器的电刷产生角位电刷产生角位移。移。 20

11、08-10-3 16 退出退出1按被测量性质来分按被测量性质来分机械量传感器机械量传感器 热工量传感器热工量传感器 成分量传感器成分量传感器 状态量传感器状态量传感器 探伤传感器等探伤传感器等 二、传感器分类 传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：的分类方法有：2008-10-3 17 退出退出2.按工作原理划分按工作原理划分 参量传感器参量传感器 发电传感器发电传感器 特殊传感器特殊传感器 触点传感器触点传感器 电阻式传感器电阻式传感器 电感式传感器电感式传感器 电容式传感器等电容式传感器等 热电偶传感器热电偶传感器 压电式传感器压电式

12、传感器 霍尔式传感器等霍尔式传感器等超声波探头超声波探头 激光检测等激光检测等 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器切削力测量应变片切削力测量应变片2008-10-3 18 退出退出 灵敏度是指传感器在稳态下输出灵敏度是指传感器在稳态下输出：变化值与输入变变化值与输入变化值之比，用化值之比，用K 来表示：来表示： dyyKdxx三、传感器基本特性 1、灵敏度xy传感器特性曲线xmaxxyx10切点切点作图法求灵敏度作图法求灵敏度 如果传感器特性如果传感器特性曲线本身就是直线，曲线本身就是直线，其灵敏度是它的斜率，其灵敏度是它的斜率，否则用作图法求解。否则用作图法求解。2008-10-3 19 退出

13、退出 指传感器能检出被测信号的最小变化指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。数值小于仪表的最大绝对误差。 2、分辨力、分辨力2008-10-3 20 退出退出3 3、线性度、线性度LmaxLmaxmin100%yy 线性度又称非线性误差，

14、是指传感器实际特性曲线与拟线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好 。线性度线性度的计算公式如下：的计算公式如下：作图法求线性度演示作图法求线性度演示2008-10-3

15、 21 退出退出4稳定性稳定性（1） 稳定度稳定度 稳定度指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由检稳定度指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由检测系统中随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的测系统中随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。一般以精密度数值和时间的长短来表示。变化。一般以精密度数值和时间的长短来表示。 （2） 环境影响系数环境影响系数 环境影响系数是指检测系统由外界环境变化引起指示环境影响系数是指检测系统由外界环境变化引起指示值变化的量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压值变化的量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外加环境影响所引起的。及电源频率等一些外加环境影响所引起的。 2008-10-3 22 退出退出 可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。 浴盆浴盆 曲线曲线 5、 可靠性 “老化老化”试验：在检试验：在检测设备通电的情况下，测设