自动检测技术及应用 第1章

第一章检测技术的基本概念

本章学习测量的基本概念、测量方法、误差分类、测量结果的数据统计处理、测量不确定度，以及传感器的基本特性等，是检测技术的理论基础。

2/1/20231第一节检测技术的基本概念及方法

静态测量

2/1/20232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2/1/20233

动态测量

地震测量振动波形2/1/20234便携式仪表可以显示波形的手持示波器2/1/20235直接测量

电子卡尺2/1/20236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）2/1/20237接触式测量

2/1/20238非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察2/1/20239离线测量

产品质量检验2/1/202310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。2/1/202311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？2/1/202312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确度(精度)2/1/202313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？2/1/202314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？2/1/202315

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？2/1/202316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。

2/1/202317产生粗大误差的一个例子

2/1/202318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？2/1/2023193.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。2/1/202320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2/1/202321随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2/1/202322随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2/1/202323

1）集中性：大量的测量值集中分布于算术平均值附近。随机误差的正态分布规律2）对称性：测量值大致对称地分布于两侧。３）有界性：在一定的条件下，测量值有一定的分布范围，超过这个范围的可能性非常小，即出现绝对误差很大的情况很少。2/1/2023244.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。

2/1/202325第四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-电位器请画出右图所示传感器的组成框图2/1/202326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。2/1/202327弹性敏感元件（弹簧管）

在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α2/1/202328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。2/1/202329其他各种弹性敏感元件

在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。2/1/202330压力传感器的外形及内部结构2/1/202331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）2/1/202332

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2/1/202333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、电流或频率量。

在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo

。

2/1/202334分压比电路的计算公式如下：

直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：2/1/202335二、传感器分类传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：１）按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。

2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。

本教材采用哪一种分类法？

2/1/202336三、传感器基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。

2/1/202337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：

2/1/202338作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax2/1/202339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？

2/1/202340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？

2/1/202341线性度：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。线性度的计算公式如下：2/1/202342作图法求端基线性度演示首先作一根理论直线——将仪表输出起始点与满量程点连接起来的直线。

2/1/202343

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2/1/202344

“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。老化试验台2/1/202345附:国际单位制长度单位-m(米)光在真空中1/299792458s时间间隔内所经路程的长度质量单位-kg(千克)千克等于国际千克原器的质量时间单位-s(秒)秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间电流强度单位-A(安)安是一恒定电流值,若使此电流通过处于真空中相距1m的两根无限长而圆截面可忽略的平行直导线内,则此两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7N2/1/202346附:国际