自动检测与转换技术-检测技术的基本概念课件

2022/11/241

《自动检测与转换技术》

2022/11/221

《自动检测与转换技术》

2022/11/242第一章检测技术的基本概念

在这一章里，卡卡给大家讲一讲测量的方法有哪些；测量误差有哪些；如何克服误差。卡卡还将与大家一起来学习如何读懂传感器的“特性参数表”。2022/11/222第一章检测技术的基本概念在这一章里2022/11/243第一节测量的分类

1.什么是静态测量和动态？

2022/11/223第一节测量的分类1.什么是静态测量2022/11/244

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高、最低温度计2022/11/224对缓慢变化的对象进行测2022/11/245

什么是动态

测量？

地震测量振动波形2022/11/225什么是动态

测量？地震测量2022/11/2462.什么是直接测量和间接测量？电子卡尺2022/11/2262.什么是直接测量和间接测量？电子卡尺2022/11/247间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量。

（阿基米德测量皇冠的比重）2022/11/227间接测量对多个2022/11/248什么是接触式测量？2022/11/228什么是接触式测量？2022/11/249非接触式测量

例：雷达测速

利用红外线辐射测量供电变压器的表面温度车载雷达测速2022/11/229非接触式测量2022/11/2410什么是

在线

测量？

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。2022/11/2210什么是

在线

测量？在流2022/11/2411离线测量

批量产品的质量“人工”离线测量2022/11/2211离线测量批量产品的质量“人工”离线第二节测量误差及分类

绝对误差：

Δ=Ax－Ａ0

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？第二节测量误差及分类绝对误差：某采购相对误差及精度等级

几个重要公式：示值相对误差满度相对误差（引用误差）准确度（精度）相对误差及精度等级几个重要公式：示值相对误差满度相对误差准例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的比较，请得出结论！满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的比较，请2022/11/2415仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为2.5%。

某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？

某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？2022/11/2215仪表的准确度等级和基本误差2022/11/2416例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？2022/11/2216例：某指针式万用表的面板如图所示，问2022/11/2417

例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？2022/11/2217例：用指针式万用表的10V量程测2022/11/2418

用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？2022/11/2218用2.5V量程测量同一只1.1.已知被测电压的准确值为220V，请观察并计算图1-4所示的电压表上的准确度等级S、满度值Am、最大绝对误差Δm、示值Ax、与220V正确值的误差Δ、示值相对误差x以及引用误差m。2.示值相对误差有没有可能小于引用误差？在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为22V，示值相对误差x将变大了？还是变小了？算一算

1.已知被测电压的准确值为220V，请观察并计算图1-4所卡卡算出来啦1.从图1-4可知，准确度等级S＝5.0级，满度值Am＝300V。最大绝对误差Δm＝300V×5.0÷100＝15V，示值Ax＝230V。用更高级别的检验仪表测得被测电压（220V）与示值值的误差Δ＝10V，示值相对误差x＝4.3%。引用误差m＝（10/300）×100%＝3.3%，小于出厂时所标定的5.0%。2.若绝对误差

仍为10V，当示值Ax为22V，示值相对误差x＝（10/22）×100%=45%。与测量220V时相比，示值相对误差大多啦！

卡卡算出来啦1.从图1-4可知，准确度等级2022/11/2421误差产生的因素：

1.粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是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。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

2022/11/2221误差产生的因素：

1.粗大误差2022/11/2422产生粗大误差的一个例子

2022/11/2222产生粗大误差的一个例子

在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此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仪表的有关部件予以消除。

2.系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量3.随机误差

测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。3.随机误差测量结果与在重复条件下2022/11/2425

随机事件与随机误差有区别，并不一定符合正态分布规律。

彩票摇奖（无规律可循，不可预测）2022/11/2225随机事件与随机误差有区别，并不一2022/11/2426随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2022/11/2226随机误差的正态分布规律长度相对测量值2022/11/2427随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2022/11/2227随机误差的正态分布规律长度相对测量值2022/11/24284.动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

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量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

2022/11/22284.动态误差由心电图仪放大器2022/11/2429第三节传感器及基本特性

一、传感器的组成举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管2-电位器结合上述工作原理，能否将上图方框图中的内容具体化？2022/11/2229第三节传感器及基本特性一、传感2022/11/2430电位器式压力传感器原理框图画出的电位器式压力传感器原理框图如图所示。

画一画2022/11/2230电位器式压力传感器原理框图画出的电位2022/11/2431弹性敏感元件（弹簧管）

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。2022/11/2231弹性敏感元件（弹簧管）2022/11/2432弹簧管放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。2022/11/2232弹簧管放大图当被测压2022/11/2433压力传感器的外形及内部结构2022/11/2233压力传感器的外形及内部结构2022/11/2434被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量

在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量——电阻的变化（ΔR）2022/11/2234被测量通过敏感元件转换后，再经传感元2022/11/2435

360度圆盘形电位器传感器(测量角位移)

右图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。

接地2022/11/2235360度圆盘形电位器传感器(测量角2022/11/2436二、传感器的基本特性传感器的特性很多，卡卡简单地给大家介绍几种常用的特性，如：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、稳定性、EMC以及可靠性等。2022/11/2236二、传感器的基本特性传感器的特性很多2022/11/24371.灵敏度：

灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

2022/11/22371.灵敏度：灵敏度是指2022/11/2438作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线2022/11/2238作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程2.分辨力：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，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，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。右表的分辨力为多少？

2.分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变2022/11/24403.分辨率：将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。

右表的满量程为199.9A，问：该表的分辨率为多少？

2022/11/22403.分辨率：将分辨力除以仪表的满量程2022/11/2441

在图1-11中，3位（最大显示999）数字液位计面板表的示值是多少？满量程是多少？分辨力是多少？分辨率又约为多少？

想一想2022/11/2241在图1-11中，3位（最大显2022/11/24424.线性关系：人们总是希望传感器的输入与输出的关系成正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范围内具有相同的灵敏度。如果传感器的输入与输出的关系为非线性关系，可以用计算机予以纠正。2022/11/22424.线性关系：人们总是希望传感器的输2022/11/2443传感器输入输出的线性关系与

非线性关系的比较2022/11/2243传感器输入输出的线性关系与

非线性关2022/11/24445.迟滞现象迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度，用计算机逐点测量得到的某传感器迟滞特性示意图如图1-12所示。

迟滞会引起重复性、分辨力变差，或造成测量盲区，一般希望迟滞越小越好。2022/11/22445.迟滞现象迟滞是指传感器正向特性和2022/11/24456.稳定性稳定性包括时间稳定度和环境影响量。一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在8h内的最大变化量为1.2mV，则表示为1.2mV/(8h)。环境影响量仅指由外界环境变化而引起的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。一是零漂，二是灵敏度漂移。造成环境影响量的因素有温度、湿度、气压、电源电压、电源频率等。2022/11/22456.稳定性稳定性包括时间稳定度和环境7.EMC所谓EMC是指电磁兼容性，即电子设备在规定的电磁干扰环境中能正常工作，而且也不干扰其他设备的能力。具体的抗电磁干扰、提高电磁兼容能力的方法将在第十二章中介绍。7.EMC所谓EMC是指电磁兼容性，即电子设备在规定的电磁干2022/11/24478.可靠性：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。

浴盆曲线磨合期又称早期失效期稳定期又称偶然失效期失效期又称衰老失效期期2022/11/22478.可靠性：可靠性是反映检测系统在2022/11/2448

“老化”试验：在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境

低温环境

高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。2022/11/2248“老化”试验：在检测设备通2022/11/2449某振动传感器的产品说明书原件如表1-2所示，该传感器共有几个参数？主要参数是哪几个？灵敏度怎么看表1-2EMT220袖珍式测振仪技术参数2022/11/2249某振动传感器的产品说明书原件如表1-2022/11/2450

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2022/11/2451第一章检测技术的基本概念

在这一章里，卡卡给大家讲一讲测量的方法有哪些；测量误差有哪些；如何克服误差。卡卡还将与大家一起来学习如何读懂传感器的“特性参数表”。2022/11/222第一章检测技术的基本概念在这一章里2022/11/2452第一节测量的分类

1.什么是静态测量和动态？

2022/11/223第一节测量的分类1.什么是静态测量2022/11/2453

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高、最低温度计2022/11/224对缓慢变化的对象进行测2022/11/2454

什么是动态

测量？

地震测量振动波形2022/11/225什么是动态

测量？地震测量2022/11/24552.什么是直接测量和间接测量？电子卡尺2022/11/2262.什么是直接测量和间接测量？电子卡尺2022/11/2456间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量。

（阿基米德测量皇冠的比重）2022/11/227间接测量对多个2022/11/2457什么是接触式测量？2022/11/228什么是接触式测量？2022/11/2458非接触式测量

例：雷达测速

利用红外线辐射测量供电变压器的表面温度车载雷达测速2022/11/229非接触式测量2022/11/2459什么是

在线

测量？

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。2022/11/2210什么是

在线

测量？在流2022/11/2460离线测量

批量产品的质量“人工”离线测量2022/11/2211离线测量批量产品的质量“人工”离线第二节测量误差及分类

绝对误差：

Δ=Ax－Ａ0

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？第二节测量误差及分类绝对误差：某采购相对误差及精度等级

几个重要公式：示值相对误差满度相对误差（引用误差）准确度（精度）相对误差及精度等级几个重要公式：示值相对误差满度相对误差准例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的比较，请得出结论！满度相对误差相等，示值相对误差的差别很大例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示值相对误差的比较，请2022/11/2464仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为2.5%。

某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？

某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？2022/11/2215仪表的准确度等级和基本误差2022/11/2465例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？2022/11/2216例：某指针式万用表的面板如图所示，问2022/11/2466

例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？2022/11/2217例：用指针式万用表的10V量程测2022/11/2467

用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？2022/11/2218用2.5V量程测量同一只1.1.已知被测电压的准确值为220V，请观察并计算图1-4所示的电压表上的准确度等级S、满度值Am、最大绝对误差Δm、示值Ax、与220V正确值的误差Δ、示值相对误差x以及引用误差m。2.示值相对误差有没有可能小于引用误差？在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为22V，示值相对误差x将变大了？还是变小了？算一算

1.已知被测电压的准确值为220V，请观察并计算图1-4所卡卡算出来啦1.从图1-4可知，准确度等级S＝5.0级，满度值Am＝300V。最大绝对误差Δm＝300V×5.0÷100＝15V，示值Ax＝230V。用更高级别的检验仪表测得被测电压（220V）与示值值的误差Δ＝10V，示值相对误差x＝4.3%。引用误差m＝（10/300）×100%＝3.3%，小于出厂时所标定的5.0%。2.若绝对误差

仍为10V，当示值Ax为22V，示值相对误差x＝（10/22）×100%=45%。与测量220V时相比，示值相对误差大多啦！

卡卡算出来啦1.从图1-4可知，准确度等级2022/11/2470误差产生的因素：

1.粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是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。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

2022/11/2221误差产生的因素：

1.粗大误差2022/11/2471产生粗大误差的一个例子

2022/11/2222产生粗大误差的一个例子

在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此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仪表的有关部件予以消除。

2.系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量3.随机误差

测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。3.随机误差测量结果与在重复条件下2022/11/2474

随机事件与随机误差有区别，并不一定符合正态分布规律。

彩票摇奖（无规律可循，不可预测）2022/11/2225随机事件与随机误差有区别，并不一2022/11/2475随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2022/11/2226随机误差的正态分布规律长度相对测量值2022/11/2476随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2022/11/2227随机误差的正态分布规律长度相对测量值2022/11/24774.动态误差

由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差

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量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

2022/11/22284.动态误差由心电图仪放大器2022/11/2478第三节传感器及基本特性

一、传感器的组成举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管2-电位器结合上述工作原理，能否将上图方框图中的内容具体化？2022/11/2229第三节传感器及基本特性一、传感2022/11/2479电位器式压力传感器原理框图画出的电位器式压力传感器原理框图如图所示。

画一画2022/11/2230电位器式压力传感器原理框图画出的电位2022/11/2480弹性敏感元件（弹簧管）

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。2022/11/2231弹性敏感元件（弹簧管）2022/11/2481弹簧管放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。2022/11/2232弹簧管放大图当被测压2022/11/2482压力传感器的外形及内部结构2022/11/2233压力传感器的外形及内部结构2022/11/2483被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量

在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量——电阻的变化（ΔR）2022/11/2234被测量通过敏感元件转换后，再经传感元2022/11/2484

360度圆盘形电位器传感器(测量角位移)

右图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。

接地2022/11/2235360度圆盘形电位器传感器(测量角2022/11/2485二、传感器的基本特性传感器的特性很多，卡卡简单地给大家介绍几种常用的特性，如：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、稳定性、EMC以及可靠性等。2022/11/2236二、传感器的基本特性传感器的特性很多2022/11/24861.灵敏度：

灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示：

2022/11/22371.灵敏度：灵敏度是指2022/11/2487作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线2022/11/2238作图法求曲线上某一指定点的灵敏度过程2.分辨力：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，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，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。右表的分辨力为多少？

2.分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变2022/11/24893.分辨率：将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。

右表的满量程为199.9A，问：该表的分辨率为多少？

2022/11/22403.分辨率：将分辨力除以仪表的满量程2022/11/2490