檢測(cè)技術(shù)的基本知識(shí)課件

第一章檢測(cè)技術(shù)的基本知識(shí)第一節(jié)概述第二節(jié)測(cè)量方法第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性第四節(jié)誤差的概念第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法

第一節(jié)概述自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是人們對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行定性和定量分析所采取的技術(shù)措施，包括信息的采集、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)又稱為傳感器技術(shù)，可認(rèn)為是電子感官，可以收集各種信息，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，供信號(hào)處理電路使用。你在生活中用到了哪些檢測(cè)技術(shù)？種類豐富、應(yīng)用范圍廣。涉及到軍事國(guó)防、工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。許許多多儀器設(shè)備都需要大量的傳感器來提供環(huán)境信息，然后才能實(shí)現(xiàn)儀器的功能。我們身邊的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用：感應(yīng)燈、報(bào)警器（火災(zāi)、煤氣、防盜等）、電視機(jī)、空調(diào)、電冰箱、手機(jī)、汽車……第一節(jié)概述第一節(jié)概述3、檢測(cè)技術(shù)和裝置是自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。4、檢測(cè)技術(shù)的完善和發(fā)展推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。所有專業(yè)領(lǐng)域都離不開檢測(cè)技術(shù)調(diào)節(jié)器執(zhí)行器調(diào)節(jié)對(duì)象傳感器被測(cè)量第一節(jié)概述檢測(cè)系統(tǒng)的組成被測(cè)量傳感器測(cè)量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器傳感器的作用：把被測(cè)量變換為與之有對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系的并且便于測(cè)量的輸出量（通常是電學(xué)量）。傳感器的分類：按被測(cè)量性質(zhì)分：機(jī)械量傳感器、熱工量傳感器、化學(xué)量傳感器、生物量傳感器等；按輸出量性質(zhì)分：參量型傳感器和發(fā)電型傳感器。第一節(jié)概述第一節(jié)概述顯示記錄裝置的作用：使人們了解檢測(cè)數(shù)值的大小和變化的過程。模擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示。指針式萬用表、數(shù)字式萬用表、地震儀第一節(jié)概述電測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)：能夠連續(xù)、自動(dòng)地對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量和記錄；既能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量也能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量；量程大；便于遠(yuǎn)傳、聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集中控制。第一節(jié)概述檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向：新型、集成、智能集成方向包括同功能傳感器集成化（點(diǎn)測(cè)量面測(cè)量）和不同功能傳感器集成化（單一參數(shù)測(cè)量多參數(shù)測(cè)量）。習(xí)題1、2第一節(jié)概述第二節(jié)測(cè)量方法采取正確的測(cè)量方法可以提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。第二節(jié)測(cè)量方法測(cè)量的概念：人們用實(shí)驗(yàn)的方法，借助一定的儀器或設(shè)備，將被測(cè)量與同性質(zhì)的單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，從而獲得關(guān)于被測(cè)量的定量信息。第二節(jié)測(cè)量方法常用分類方法有如下幾種：按測(cè)量手續(xù)分類直接測(cè)量對(duì)儀表讀數(shù)不需要運(yùn)算。體溫表間接測(cè)量對(duì)與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，然后代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過計(jì)算得到所需結(jié)果。干濕球濕度計(jì)如電阻的測(cè)量可采用直接測(cè)量也可采用間接測(cè)量第二節(jié)測(cè)量方法按測(cè)量值獲取方式分類偏差式測(cè)量利用儀表指針在標(biāo)尺上的偏差讀取被測(cè)量的數(shù)值。簡(jiǎn)單、迅速、精度不高，用于工程測(cè)量零位式測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測(cè)量天平、電位差計(jì)測(cè)量過程復(fù)雜、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)慢，用于變化緩慢的被測(cè)量的測(cè)量第二節(jié)測(cè)量方法第二節(jié)測(cè)量方法微差式測(cè)量綜合了零位式測(cè)量和偏差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度快、測(cè)量精度高，適于在線檢測(cè)mVERLRrRmRPR1E1穩(wěn)壓電源的輸出電壓隨負(fù)載電阻變化的情況的測(cè)量電路首先RL取額定值，調(diào)節(jié)RP，使毫伏表指零，此時(shí)對(duì)應(yīng)額定輸出電壓UO；然后改變RL的值，穩(wěn)壓電源輸出電壓的波動(dòng)Δ

U可由毫伏表讀出。第二節(jié)測(cè)量方法按測(cè)量?jī)x表的測(cè)量途徑分類接觸式測(cè)量：測(cè)量?jī)x表與被測(cè)對(duì)象相接觸。如測(cè)量體溫。非接觸式測(cè)量：測(cè)量?jī)x表與被測(cè)對(duì)象不接觸。如紅外測(cè)溫。第二節(jié)測(cè)量方法按被測(cè)對(duì)象的變化特點(diǎn)分類靜態(tài)測(cè)量：被測(cè)量不隨時(shí)間明顯變化動(dòng)態(tài)測(cè)量：被測(cè)量隨時(shí)間明顯變化習(xí)題3第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性靈敏度傳感器或檢測(cè)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。S=dydx靈敏度越高，測(cè)量精度越高，但測(cè)量范圍越窄，穩(wěn)定性越差。習(xí)題4靈敏度實(shí)質(zhì)是儀表輸入-輸出特性曲線的斜率，線性儀表的靈敏度是一個(gè)常數(shù)若檢測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度分別為S1、S2、S3，而且各環(huán)節(jié)以圖1-5所示的串聯(lián)方式相連，則整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度為第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性S=

S1S2S3作業(yè)：習(xí)題5線性度是以所參考的擬合直線為基準(zhǔn)線算得的，所以采取不同的擬合直線就得到不同的線性度。理論線性度、端基線性度、最小二乘法線性度第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性遲滯表明檢測(cè)系統(tǒng)的正向（輸入量增大）輸入-輸出特性曲線和反向（輸入量減?。┹斎?輸出特性曲線的不一致程度。ΔmYFSYFSΔmEt=x100%Δm的含義為正反向檢測(cè)曲線的最大差值第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性測(cè)量范圍正常工作條件下儀表能夠測(cè)量的被測(cè)量值的總范圍。下限上限量程測(cè)量范圍上限值與下限值的代數(shù)差。如某溫度儀表的測(cè)量范圍是-20℃

～+200℃，則量程是220℃。知道測(cè)量范圍就知道了量程；但知道量程卻無法推知測(cè)量范圍。第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性精度等級(jí)反映儀表測(cè)量精度的參數(shù)。將在下節(jié)中詳細(xì)給出第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間變化的曲線與被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線一致或者相近。在被測(cè)溫度隨時(shí)間變化或傳感器突然插入被測(cè)介質(zhì)中以及傳感器以掃描方式測(cè)量某溫度場(chǎng)的溫度分布等情況下,都存在動(dòng)態(tài)測(cè)溫問題。如把一支熱電偶從溫度為0℃環(huán)境中迅速插入一個(gè)溫度為t℃的恒溫水槽中（插入時(shí)間忽略不計(jì)）,這時(shí)熱電偶測(cè)量的介質(zhì)溫度從0突然上升到t,而熱電偶反映出來的溫度從0℃變化到t℃需要經(jīng)歷一段時(shí)間,即有一段過渡過程,如圖所示。熱電偶反映出來的溫度與介質(zhì)溫度的差值就稱為動(dòng)態(tài)誤差。第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性動(dòng)態(tài)誤差造成熱電偶輸出波形失真和產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差的原因,是因?yàn)闇囟葌鞲衅饔袩釕T性（由傳感器的比熱容和質(zhì)量大小決定）和傳熱熱阻,使得在動(dòng)態(tài)測(cè)溫時(shí)傳感器輸出總是滯后于被測(cè)介質(zhì)的溫度變化。如帶有套管的熱電偶的熱慣性要比裸熱電偶大得多。這種熱慣性是熱電偶固有的,這種熱慣性決定了熱電偶測(cè)量快速溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性例如響應(yīng)時(shí)間合川馬門溪龍?bào)w長(zhǎng)22米，頸長(zhǎng)9米，19個(gè)頸椎，而頭部不足60厘米。第三節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性第四節(jié)誤差的概念測(cè)量誤差的定義由于檢測(cè)系統(tǒng)(儀表)不可能絕對(duì)精確，測(cè)量原理的局限、測(cè)量方法的不盡完善、環(huán)境因素和外界干擾的存在以及測(cè)量過程可能會(huì)影響被測(cè)對(duì)象的原有狀態(tài)等，使得測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映被測(cè)量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差就是測(cè)量誤差。即測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間的差叫測(cè)量誤差任何測(cè)量都存在誤差！第四節(jié)誤差的概念誤差來源測(cè)量工具、測(cè)量環(huán)境、測(cè)量方法和測(cè)量人員誤差的分類按誤差表示方法分類：絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差按誤差出現(xiàn)規(guī)律分類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差按被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系分類：靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差絕對(duì)誤差儀表示值X與被測(cè)量真值X0之間的差值。第四節(jié)誤差的概念δ=X-X0測(cè)量時(shí)利用修正值可消除誤差的影響。修正值的獲得：上級(jí)計(jì)量部門給出。絕對(duì)誤差說明了系統(tǒng)示值偏離真值的大小，其值可正可負(fù)，具有和被測(cè)量相同的量綱單位。修正量定義真值計(jì)算：

某儀表測(cè)量10mm長(zhǎng)度的絕對(duì)誤差是0.001mm；另一儀表測(cè)量200mm長(zhǎng)度的絕對(duì)誤差是0.01mm。第四節(jié)誤差的概念哪一個(gè)儀表的測(cè)量精度高？相對(duì)誤差儀表示值的絕對(duì)誤差δ與被測(cè)量真值X0的差值的百分?jǐn)?shù)。第四節(jié)誤差的概念r=δX0100%=X-X0X0100%r1=0.00110100%r2=0.01200100%=0.01%=0.005%上例引用誤差儀表示值的絕對(duì)誤差δ與儀表量程L的比值的百分?jǐn)?shù)。第四節(jié)誤差的概念r0=δL100%r0m=δmL100%最大引用誤差規(guī)定最大引用誤差的百分?jǐn)?shù)數(shù)值為精度等級(jí)，我國(guó)電工儀表分為七級(jí)：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5.0。在選用儀表時(shí)，要使被測(cè)量位于2/3到滿量程之間。第四節(jié)誤差的概念系統(tǒng)誤差

在相同條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)誤差的大小和符號(hào)保持不變；或按某一確定的規(guī)律變化，這種測(cè)量誤差稱為系統(tǒng)誤差。其誤差值恒定不變的又稱為恒值系統(tǒng)誤差，其誤差值變化的則稱為變值系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是由于儀表制造、儀表安裝和使用方法不正確或測(cè)量人員的不良讀數(shù)習(xí)慣造成的；是一種有規(guī)律的誤差。可以通過實(shí)驗(yàn)的方法消除，也可以引入修正值修正。第四節(jié)誤差的概念系統(tǒng)誤差表明測(cè)量結(jié)果的正確度隨機(jī)誤差在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差的大小與符號(hào)均無規(guī)律變化，這類誤差稱為隨機(jī)誤差（偶然誤差）。第四節(jié)誤差的概念隨機(jī)誤差表現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的分散性，服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。隨著測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值接近于零。用精密度表示隨機(jī)誤差的大小第四節(jié)誤差的概念正確度高精密度低正確度低精密度高正確度高精密度高精確度是正確度和精密度的綜合反映系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的關(guān)系兩者同時(shí)存在，對(duì)測(cè)量誤差如何處理要視兩者對(duì)測(cè)量結(jié)果影響孰重孰輕。第四節(jié)誤差的概念粗大誤差是指顯然與事實(shí)不相符的誤差，又稱過失誤差。由于粗心大意或操作不正確造成。應(yīng)從測(cè)量數(shù)據(jù)中剔除。仔細(xì)操作，可以避免

第四節(jié)誤差的概念習(xí)題6、7第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法概率某一事件或現(xiàn)象出現(xiàn)的客觀可能性大小必然事件客觀的必然現(xiàn)象。概率為1不可能事件違反客觀實(shí)際的不可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。概率為0隨機(jī)事件客觀上可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，而且不能預(yù)測(cè)的現(xiàn)象。概率在0～1。概率是研究隨機(jī)事件的一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對(duì)大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法n=150區(qū)間號(hào)1234567891011831832833834835836837838839840841-5-4-3-2-101234513818283429179210.662.005.3312.0018.6622.6619.3311.336.001.320.66測(cè)量區(qū)間中心值Xi/mm誤差區(qū)間中心值δi/mm出現(xiàn)次數(shù)ni頻率ni/n（%）頻率直方圖（統(tǒng)計(jì)直方圖）第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法-5-4-3-2-1012345n∞

正態(tài)分布曲線概率密度：f(δ)=limnin∞

nΔδ=1ndndδni/n（%）δiδf(δ)隨機(jī)誤差的特點(diǎn)對(duì)稱性對(duì)稱于縱軸有界性隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定范圍抵償性全體隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于0單峰性δ=0處隨機(jī)誤差的概率密度最大第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法δf(δ)當(dāng)系統(tǒng)誤差已經(jīng)消除、隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布時(shí)，由于正態(tài)分布的對(duì)稱性，當(dāng)測(cè)量次數(shù)趨于無窮大時(shí)，測(cè)得值的算術(shù)平均值將逼近真值。但在實(shí)際工程測(cè)量中，測(cè)量次數(shù)不可能無窮大，一般將有限次等精度重復(fù)測(cè)量的算術(shù)平均值作為被測(cè)量真值的估計(jì)值，即

第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法增加測(cè)量次數(shù)n，可明顯減小測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，提高測(cè)量的精密度。但隨著n的增大，誤差減小的程度愈來愈小，并且增加測(cè)量次數(shù)n不僅數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的工作量迅速增加，而且因測(cè)量時(shí)間不斷增大而使“等精度”的測(cè)量條件無法保持，產(chǎn)生新的誤差。所以一般測(cè)量時(shí)取n=5?10次即可。第五節(jié)隨機(jī)誤差的處理方法習(xí)題8系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)

系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是測(cè)量誤差具有規(guī)律性，一般可通過實(shí)驗(yàn)和分析研究確定其產(chǎn)生原因并消除。第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法儀器誤差：儀器不完善、老化；安裝誤差：儀器安裝或使用不當(dāng)；環(huán)境誤差：使用條件與規(guī)定條件不符；方法誤差：方法不當(dāng)、理論不完善；操作誤差：操作錯(cuò)誤、觀察位置不當(dāng)；動(dòng)態(tài)誤差：振幅和相位誤差。第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法系統(tǒng)誤差的來源針對(duì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因采取對(duì)應(yīng)措施，對(duì)測(cè)量過程中可能產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差的環(huán)節(jié)作仔細(xì)分析，尋找產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因，并采取相應(yīng)針對(duì)性措施是減小和消除系統(tǒng)誤差最基本和最常用的方法。減小和消除系統(tǒng)誤差的方法

第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法一．交換法在測(cè)量中，保持其他條件不變，將引起系統(tǒng)誤差的條件相互交換（如將天平上的被測(cè)物與砝碼換位），使兩次測(cè)量中可能產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差的因素起相反的作用，通過兩次結(jié)果的平均值來消除系統(tǒng)誤差。第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法二．抵消法

在測(cè)量中，保持其他條件不變，改變某個(gè)測(cè)量條件（如一次向上測(cè)量，一次向下測(cè)量），使引起的系統(tǒng)誤差符號(hào)相反，通過兩次結(jié)果的平均值來消除系統(tǒng)誤差。第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除方法三．代替法

在測(cè)量條件不變的條件下，先用擬定的測(cè)量方案衡量被測(cè)物，使測(cè)量裝置達(dá)到一定狀態(tài)；再用測(cè)量裝置去測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量具，使測(cè)量裝置達(dá)到同樣的狀態(tài)，讀取標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)值就