检测技术基础知识

项目1检测技术基础知识

一．教学目的1.学习测量的基本概念、误差的概念以及传感器的基本特性。2.熟悉实训仪各种设备、采集软件和使用放大模块。

2/2/20231二．任务分析在各种现代装备系统的设计和制造工作中，检测技术已占到首位。检测系统的成本已达到总成本的50％－70％，它是保证现代工程装备系统性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能和实用水平的重要标志。检测技术基础知识是我们学好这门课程的重要条件，只有打牢基础才能为以后的学习奠定基础。

2/2/20232三.基础知识

1.测量概念和分类

静态测量

2/2/20233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2/2/20234

动态测量

地震测量振动波形2/2/20235便携式仪表可以显示波形的便携式仪表2/2/20236直接测量

电子卡尺2/2/20237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）。

2/2/20238接触式测量

2/2/20239非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察2/2/202310离线测量

产品质量检验2/2/202311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。2/2/2023122.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？2/2/202313相对误差及精度等级

几个重要公式：2/2/202314仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5%。2/2/202315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？2/2/202316

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？2/2/202317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。

2/2/202318产生粗大误差的一个例子

2/2/2023192）系统误差：系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。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。

2/2/2023203）随机误差

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，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。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。2/2/202321随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计2/2/202322随机事例的几个例子

彩票摇奖2/2/202323下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图a、b、c各是什么原因造成的，应如何克服？

偏差特别大弹着点接近正态分布弹着点均偏向右上侧2/2/2023243.传感器及基本特性

1）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2/2/202325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。2/2/202326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α2/2/202327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。2/2/202328压力传感器的外形及内部结构2/2/2023292）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。

本教材采用第一种分类法。

2/2/2023303）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、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。

2/2/202331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：

2/2/202332作图法求灵敏度过程xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax2/2/202333作图法求灵敏度的过程有一台测量流量的仪表，测量范围为0～10m3/s，输入输出特性曲线如下图所示，请用作图法求该仪表在1m3/s和7m3/s时的灵敏度K1、K2，和该仪表的端基线性度。

分别过1m3/s和7m3/s点作切线，得到以Δx和Δy为边的三角形，利用下式得到灵敏度K。17q/（m3/s）2/2/202334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：2/2/202335作图法求端基线性度的过程演示将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线称为拟合直线或端基理论直线。找出传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差Lmax，再除以传感器量程，就得到L。

量程1—拟合直线y=ax+b2—实际特性曲线

2/2/202336用一台3

位（俗称3位半或3½位）、精度为0.5级（已包含最后一位的+1误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的……

（提示见下页）关于数字表显示位及位数的概念介绍2/2/202337

数字多用表（DigitalMultimeter,简称DMM）的显示位数目前一般为3位~8½位（即8位，以下同）。具体地说，有3位、3½位、32/3位、33/4位、4½位、43/4位、5½位、6½位、7½位、8½位等。最近国外还推出83/4位、10½位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题，A/D转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的精确度，还必须掌握正确的使用方法。2/2/202338判定数字仪表位数的两条原则1.能显示0~9所有数字的“位”是“整位”；2.分数位的判定：在最大显示值中，以最高位所能显示的数值作为分子，用满量程的最高位作为分母。例如，当某一数字表最大显示值为±1999（不考虑小数点），满量程计数值为±2000时，则它共有3个整位。最高位只能显示1，满量程最高位为2，所以它是3½位表。2/2/202339判定数字仪表位数（续）又如，一台数字表最大值为2999，满量程为3000，则它是32/3位表；右下图所示的温度数字表最大值为399，满量程为400，则它是23/4位表。2/2/202340判定数字仪表位数的练习请判断下图数字表的位数

2/2/202341分辨力分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的最小变化量，是有量纲的数。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，一般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。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为0.1℃，若该仪表的精度为1.0级，则最大绝对误差将达到±2.0℃，与分辨力相比差得多。有时在没有其它附加说明的少数情况下，也可以认为分辨力就等于它的最大绝对误差。

在右图中，温度每变化0.1℃，数字表就能跳变1个字，这个温度的相对变化基本上是可信的，但该数字表所显示的绝对数值是有较大误差的。2/2/202342分辨率数字表的最大示值的倒数为数字表的分辨率。例如，3½位表的最大示值为1999，则分辨率为：1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%即万分之五。

请判断