1.3模块一、认识传感器与检测技术（下）

机、电类

《传感器与检测技术项目教程》

多媒体课件（前言下）

前言（下）《传感器与检测技术项目教程》共10个模块。模块一是认识传感器与检测技术；模块二~模块十：按检测对象，从易到难，逐一介绍：“重量检测”、“温度检测”、“压力检测”、“流量检测”、“液位检测”、“振动检测”、“光学检测”、“小位移检测”、“数字式位移检测”。模块二~模块十均有“知识链接”、“项目”、“任务”及“知识拓展”的安排。現在時間是：

*建议教学课时分配表

（各学校可根据专业与具体情况作适当调整）

模块顺序与名称课时模块顺序与名称课时模块一认识检测技术与传感器2模块九小位移检测3模块二重量检测3模块十数字式位置检测3模块三温度检测4理论课时32模块四压力检测4实验6模块五流量检测3实训6模块六液位检测3讨论课、习题课2模块七振动检测3考试（建议开卷）2模块八光学量检测4合计48本模块介绍传感器及检测技术的定义、检测技术涉及的领域、检测系统的组成、检测技术的发展、传感器的组成、基本原理、传感器的特性、制图法求取灵敏度、线性度、滞差等参数的方法。简要介绍了测量误差及处理。主要内容介绍项目一、认识检测技术项目二、认识传感器项目三、测量方法及测量误差模块一、认识传感器与检测技术目录进入进入项目三测量方法及测量误差【项目教学目标】☞知识目标1）熟悉常用的测量方法。2）熟悉误差的分类。☞技能目标掌握有关准确度和绝对误差的计算。回目录現在時間是：

*一、测量的一般概念测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量与标准量比例关系的过程。用天平测量物体的质量就是一个典型的例子。二、测量方法分类静态测量和动态测量、直接测量和间接测量、模拟式测量和数字式测量、接触式测量和非接触式测量、在线测量和离线测量、偏位式测量、零位式测量和微差式测量。测量分类（续）对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。根据被测量是否随时间变化，可分为静态测量和动态测量。根据测量的手段不同，可分为直接测量、间接测量和组合测量。根据测量结果的显示方式，可分为模拟式测量和数字式测量。测量分类（续）根据测量时是否与被测对象接触，可分为接触式测量和非接触式测量。为了监视生产过程，或在生产流水线上监测产品质量的测量称为在线测量，反之，则称为离线测量。根据测量的具体手段来分，又可分为偏位式测量、零位式测量和微差式测量。静态测量静态测量是相对于动态测量而言的。在检测技术中，对缓慢变化的对象所进行的测量，亦属于静态测量。工程中，有时可认为几十赫兹以上的测量称为动态测量。

最高、最低温度计

动态测量

地震测量振动波形便携式仪表显示

动态波形

直流电压表测量的是静态电压。

交流电压表测量的是动态电压。直接测量

电子卡尺间接测量

在多个直接测量值的基础上，根据已知的函数关系，计算出被测量的量值。（测量皇冠的比重、密度的联想）接触式测量

非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察离线测量

产品质量的手工检验离线测量

产品质量检验电路板焊接质量检验（离线检测）.在线测量防护罩内为测量行程的传感器例：安装有直线光栅的数控机床，一边加工、一边测量直径和螺纹,到达设定值时自动退刀。在流水线上，边加工，边检测，可提高产品的一致性和加工准确度。

三、测量误差

绝对误差：被测量值Ax与真值A0之间总是存在着一个差值，这种差值称为绝对误差，用Δ表示：Δ=Ax－Ａ0

真值有理论真值、约定真值、相对真值之分。准确度高2级以上的仪表的误差与准确度低的仪表的误差相比，则高一级仪表的测量值可以认为是相对真值。

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（绝对误差相同），但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？

相对误差及准确度等级

示值相对误差γx

：引用误差γm（也称满度相对误差）：准确度等级S

我国的工业模拟仪表有下列常用的7种等级：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。例某压力表准确度为2.5级,量程为0～1.5MPa，求:1）可能出现的最大满度相对误差γm。2）可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差γx。解:1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即γm＝±2

5%。

2）Δm＝γmAm＝±2

5％

1.5MPa

＝±0.0375MPa＝±37.5kPa

3）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（动画），请得出结论！γx100kg

=0.5%

γx10kg

=5%

γx1kg

=50%

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？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？

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？用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较（与10V量程相比），示值相对误差哪一个大？四．测量误差的表现型式

（1）粗大误差

超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差。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。

产生粗大误差的一个例子：电磁干扰

产生粗大误差的一个例子：

高压放电造成ECG系统的干扰

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，多属于系统误差。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？系统误差的另一种表达在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次重复测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，即：系统误差=(无限次测量的平均值)－真值系统误差可分为恒值误差和变值误差两大类。恒值误差在整个测量过程中，其数值和符号都保持不变。例如，由于刻度盘分度差错或刻度盘移动而使仪表刻度产生的误差等。（还有……，见后页）系统误差的另一种表达（续）引起系统误差的因素：环境温度及湿度波动、电源电压下降、电子元件老化、机械零件变形移位、仪表零点漂移等。又如，用零点未调整好的天平称量物体，称量结果会产生偏高或偏低。由于系统误差、产生的原因以及真值不能完全知晓，因此通过修正和调整只能有限程度地对系统误差进行补偿，系统误差会比修正前的要小，但不可能为零。（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。测量值的随机误差=测量结果－算术平均值

每一个测量值的随机误差，等于自身的数值减去算术平均值。

瞬时测量值瞬时测量值均值真值系统误差正态分布差值可能是正的或负的,大小每次均不相同。具有随机误差的测量值的分布呈正态分布。

随机事件与随机误差有区别，随机事件不具备正态分布规律。

随机事件——彩票摇奖大多数无法计算规律随机误差的正态分布示意图在同一条件下，对同一个工件的直径进行测量，相对于基准量之差的多次测量结果统计符合正态分布（高斯分布）次数统计直方图随机误差与系统误差的关系

（直径的多次测量统计）次数统计多个测量值的算术平均值x与真值x0之间的误差为系统误差随机测量值随机测量值ixi/mm18.0428.0237.9645.9959.3367.98例：用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据如下表（单位为mm），请指出哪几个数值为粗大误差？在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度。

粗大误差的剔除举例ixi/mm18.0428.0237.9645.9959.3367.985.99以及9.33为粗大误差（坏值），予以剔除，剩余4个测量值计算算术平均值：（4）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。

对用于动态测量、带有机械结构的仪表而言，应尽量减小机械惯性，提高机械结构的谐振频率，才能尽可能真实地反映被测量的迅速变化。一般静态测量要求仪器的带宽0～10Hz左右，而动态测量要求带宽上限较高（例如要求大于10kHz）。这就要求采用高速运算放大器，并尽量减小电路的时间常数。图为学生参加检测技术系统的设计和组装

本课程涉及的学科面广，需要理论联系实际，举一反三，富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气、仪表等设备，重视实验，才能学得活、学得好。本课程的任务和

学习方法

可以根据专业方向选择各章中的思考题与习题。解题之前，必须理解各章的例题和应用实例。还必须掌握上网查阅资料的技巧，收集网络有关资料后，才能完成课后的一些习题，这种学习方法有助于读者掌握最新的技术发展和学科动态。可以从课程配套教辅网站（或）下载有关章节的多媒体课件和众多的专业拓展阅读资料，了解检测技术的发展历史，了解传感器的选型、安装、调试和使用，以便于更好地理解学习本书各部分时所遇到的知识难点。各章的思考题与习题2023/10/1747作者编写了各个模块的习题的“分析过程”，但不是直接给出答案，有利于学生的自学与提高，而非照抄答案。该习题分析已经挂到与本教材配套的“检测技术教辅网站”、“梁老师答疑网”（或），以及机械工业出版社的“中国科技金书网”（/）上。同学们可以点击这些网址，搜索并下载该文件（共十个文件）。关于各章的思考题与习题的“分析参考”下载希望每位学生都要轮到上讲台来讲5分钟自己的PPT，下面的同学可以提问，鼓掌、大笑什么的，学生会很有成就感。教师在绪论课就布置持续一整个学期的PPT演讲任务，学生自由报名。

鼓励学生上讲台学生自己确定一个有关《传感器与检测技术》的题目，收集资料。每堂课安排几位（例如三位），一节课学生一共花掉十五分钟，然后就是才正式上课。

特别是女同学，要积极争取机会上讲台锻炼自己。毕业后多年，聚会的时候，可能还会说自己当年如何上讲台，印象如何深刻，记得老师……，记得同学当时……

鼓励学生上讲台学生上讲台的前提就是需要确定自己演讲的题目，然后有的放矢地收集资料。以下介绍收集资料的一些方法。

百度网上

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可以从本课程配套网站下载与课程同步的50万字以上的专业阅读资料

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