現(xiàn)代檢測系統(tǒng)

1、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)概述本緒概述介紹了檢測的定義、作用以及與計量的區(qū)別，詳細論述了現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的作用、分類、組成及功能。本緒重難點重點：測的定義、作用檢測系統(tǒng)的組成和功能檢測系統(tǒng)的分類難點：檢測系統(tǒng)相關(guān)子系統(tǒng)的工作原理一、檢測技術(shù)的地位與作用檢測是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗及服務(wù)等各個領(lǐng)域，為及時獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實時或非實時地對一些參量進行定性檢查和定量測量。對工業(yè)生產(chǎn)而言，采用各種先進的檢測技術(shù)對生產(chǎn)全過程進行檢查、監(jiān)測，對確保安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益是必不可少的。中國有句古話：“工欲善其事，必先利其器”，用這句話來說明

2、檢測技術(shù)在我國現(xiàn)代化建設(shè)中的重要性是非常恰當(dāng)?shù)?，今天我們所進行的“事”就是現(xiàn)代化建設(shè)大業(yè)，而“器”則是先進的檢測手段?？茖W(xué)技術(shù)的進步、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展、軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的大量需求，促進了檢測技術(shù)的發(fā)展，而先進的檢測手段也可提高制造業(yè)、服務(wù)業(yè)的自動化、信息化水平和勞動生產(chǎn)率，促進科學(xué)研究和國防建設(shè)的進步，提高人民的生活水平?！皺z測”是測量，“計量”也是測量，兩者有什么區(qū)別？一般說來，“計量”是指用精度等級更高的標準量具、器具或標準儀器，對送檢量具、儀器或被測樣品、樣機進行考核性質(zhì)的測量；這種測量通常具有非實時及離線和標定的性質(zhì)，一般在規(guī)定的具有良好環(huán)境條件的計量室、實驗室，采用比被測樣品、樣機

3、更高精度的并按有關(guān)計量法規(guī)經(jīng)定期校準的標準量具、器具或標準儀器進行測量。而“檢測”通常是指在生產(chǎn)、實驗等現(xiàn)場，利用某種合適的檢測儀器或綜合測試系統(tǒng)對被測對象進行在線、連續(xù)的測量。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟地運行，必須對生產(chǎn)過程的某些重要工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如城鎮(zhèn)生活污水處理廠在污水的收集、提升、處理、排放的生產(chǎn)過程中，通常需要實時準確地檢測液位、流量、溫度、濁度、泥位（泥、水分界面位置）、酸堿度（pH）、污水中溶解氧含量（DO）、五日化學(xué)需氧量（COD）、各種有害重金屬含量等多種物理和化學(xué)成分參量；再由計算機根據(jù)這些實測物理、化學(xué)成分

4、參量進行流量、（多種）加藥（劑）量、曝氣量及排泥優(yōu)化控制；為保證設(shè)備完好及安全生產(chǎn)，需同時對污水處理所需機電動力設(shè)備和電氣設(shè)備的溫度、工作電壓、電流、阻抗進行安全監(jiān)測，這樣才能實現(xiàn)污水處理安全、高效和低成本地運行。據(jù)了解，目前國內(nèi)外一些城市污水處理廠由于在污水的收集、提升、處理及排放的各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)自動檢測與優(yōu)化控制，因而大大降低了污水處理的運營成本，其污水處理的平均運行費用約為0.4元m3；而我國許多基本上靠人工操作的城鎮(zhèn)污水處理廠其污水處理的平均運行費用約為1.01.6元m3，兩者相比差距十分明顯。在軍工生產(chǎn)和新型武器、裝備研制過程中更離不開現(xiàn)代檢測技術(shù)，對檢測的需求更多，要求更高。研制任何

5、一種新武器，從設(shè)計到零部件制造、裝配到樣機試驗，都要經(jīng)過成百、上千次嚴格的試驗，每次試驗需要同時高速、高精度地檢測多種物理參量，測量點經(jīng)常多達上千個。飛機、潛艇等在正常使用時都裝備了上百個不同的檢測傳感器，組成十幾至幾十種檢測儀表，實時監(jiān)測和指示各部位的工作狀況。在新機型設(shè)計、試驗過程中需要檢測的物理量更多，而檢測點通常在5000個以上。在火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的研制過程中，需動態(tài)高速檢測的參量也很多，要求也更高；沒有精確、可靠的檢測手段，要使導(dǎo)彈準確命中目標和衛(wèi)星準確入軌是根本不可能的。用各種先進的醫(yī)療檢測儀器可大大提高疾病的檢查、診斷速度和準確性，有利于爭取時間，對癥治療，增加患者戰(zhàn)勝疾病的機會

6、。隨著生活水平的提高，檢測技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ钜灿鷣碛芮小＠?，新型建筑材料的物理、化學(xué)性能檢測，裝飾材料有害成分是否超標檢測，城鎮(zhèn)居民家庭室內(nèi)的溫度、濕度、防火、防盜及家用電器的安全監(jiān)測等，不難看出檢測技術(shù)在現(xiàn)代社會中的重要地位與作用。二、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成盡管現(xiàn)代檢測儀器和檢測系統(tǒng)的種類、型號繁多，用途、性能千差萬別，但它們的作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量的檢測，其組成單元按信號傳遞的流程來區(qū)分：通常由各種傳感器（變送器）將非電被測物理或化學(xué)成分參量轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)信號調(diào)理（信號轉(zhuǎn)換、信號檢波、信號濾波、信號放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號處理后顯示并輸出（通常有420 mA、經(jīng)DA轉(zhuǎn)換

7、和放大后的模擬電壓、開關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等），由以上設(shè)備以及系統(tǒng)所需的交、直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備（如撥動開關(guān)、按鈕、數(shù)字撥碼盤、數(shù)字鍵盤等）便組成了一個完整的檢測（儀器）系統(tǒng)，其各部分關(guān)系如圖0-1所示。1傳感器傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置。它的作用是感受指定被測參量的變化并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換部分組成；其中，敏感元件為傳感器直接感受被測參量變化的部分，轉(zhuǎn)換部分的作用通常是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為便于傳輸和后續(xù)環(huán)節(jié)處理的電信號。圖0-1現(xiàn)代檢測系統(tǒng)一般組成框圖例如，半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳

8、感器能把被測對象受力后的微小變形感受出來，通過一定的橋路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。這樣，通過測量傳感器輸出電壓便可知道被測對象的受力情況。這里應(yīng)該說明，并不是所有的傳感器均可清楚、明晰地區(qū)分敏感和轉(zhuǎn)換兩部分；有的傳感器已將這兩部分合二為一，也有的僅有敏感元件（如熱電阻、熱電偶）而無轉(zhuǎn)換部分，但人們?nèi)粤?xí)慣稱其為傳感器（如人們習(xí)慣稱熱電阻、熱電偶為溫度傳感器）。傳感器種類繁多，其分類方法也較多。主要有按被測參量分類法（如溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、荷重傳感器等），按傳感器轉(zhuǎn)換機理（工作原理）分類法（如電阻式、電容式、電感式、壓電式、超聲波式、霍爾式等）和按輸出信號分類法（分為

9、模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩大類）等。采用按被測參量分類法有利于人們按照目標對象的檢測要求選用傳感器，而采用按傳感器轉(zhuǎn)換機理分類法有利于對傳感器做研究和試驗。傳感器作為檢測系統(tǒng)的信號源，其性能的好壞將直接影響檢測系統(tǒng)的精度和其他指標，是檢測系統(tǒng)中十分重要的環(huán)節(jié)。本書主要介紹工程上涉及面較廣、應(yīng)用較多、需求量大的各種物理量、化學(xué)成分量常用的先進的檢測技術(shù)與實現(xiàn)方法以及如何選用合適的傳感器，對傳感器要求了解其工作原理、應(yīng)用特點，而對如何提高現(xiàn)有各種傳感器本身的技術(shù)性能，以及設(shè)計開發(fā)新的傳感器則不作深入研究。通常檢測儀器、檢測系統(tǒng)設(shè)計師對傳感器有如下要求：（1）精確性傳感器的輸出信號必須準確地反應(yīng)其

10、輸入量，即被測量的變化。因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系；（2）穩(wěn)定性傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時間和溫度而變化，受外界其他因素的干擾影響亦應(yīng)很小，重復(fù)性要好；（3）靈敏度 即要求被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號；（4）其他 如耐腐蝕性好、低能耗、輸出阻抗小和售價相對較低等。各種傳感器輸出信號的形式也不盡相同，通常有電荷、電壓、電流、頻率等，在設(shè)計檢測系統(tǒng)及選擇傳感器時對此也應(yīng)給予重視。2信號調(diào)理信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)處理或顯示。例如，工程上常見的熱

11、電阻型數(shù)字溫度檢測（控制）儀表，其傳感器Ptl00的輸出信號為熱電阻值的變化。為便于處理，通常需設(shè)計一個四臂電橋，把隨被測溫度變化的熱電阻阻值轉(zhuǎn)換成電壓信號；由于信號中往往夾雜著50 Hz工頻等噪聲電壓，故其信號調(diào)理電路通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。需要遠傳的話，通常采取DA或VI電路將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換成標準的420 mA電流信號后再進行遠距離傳送。檢測系統(tǒng)種類繁多，復(fù)雜程度差異很大，信號的形式也多種多樣，各系統(tǒng)的精度、性能指標要求各不相同，它們所配置的信號調(diào)理電路的多寡也不盡一致。對信號調(diào)理電路的一般要求是：（1）能準確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號；（2）信噪比高，抗干擾性能要好。3

12、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集（系統(tǒng)）在檢測系統(tǒng)中的作用是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號進行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或依次自動存儲。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常以各類模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換器為核心，輔以模擬多路開關(guān)、采樣保持器、輸入緩沖器、輸出鎖存器等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標是：（1）輸入模擬電壓信號范圍，單位V；（2）轉(zhuǎn)換速度（率），單位次s；（3）分辨率，通常以模擬信號輸入為滿度時的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；（4）轉(zhuǎn)換誤差，通常指實際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想AD轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差。4信號處理信號處理模塊是現(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)

13、節(jié)，其作用和人的大腦相類似。現(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)中的信號處理模塊通常以各種型號的單片機、微處理器為核心來構(gòu)建，對高頻信號和復(fù)雜信號的處理有時需增加數(shù)據(jù)傳輸和運算速度快、處理精度高的專用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或直接采用工業(yè)控制計算機。當(dāng)然，由于檢測儀表、檢測系統(tǒng)種類和型號繁多，被測參量不同，檢測對象和應(yīng)用場合各異，用戶對各檢測儀表的測量范圍、測量精度、功能的要求差別也很大。對檢測儀表、檢測系統(tǒng)的信號處理環(huán)節(jié)來說，只要能滿足用戶對信號處理的要求，則是愈簡單愈可靠，成本愈低愈好。對一些容易實現(xiàn)且傳感器輸出信號大，用戶對檢測精度要求不高，只要求被測量不要超過某一上限值，一旦越限，送出聲（喇叭或蜂鳴

14、器）、光（指示燈）信號即可的檢測儀表的信號處理模塊，往往只需設(shè)計一個可靠的比較電路，該電路的一端為被測信號，另一端為表示上限值的固定電平；當(dāng)被測信號小于設(shè)定的固定電平值，比較器輸出為低電平，聲、光報警器不動作，一旦被測信號電平大于固定電平值，比較器翻轉(zhuǎn)，經(jīng)功率放大驅(qū)動揚聲器、指示燈動作。這種簡單系統(tǒng)的信號處理就很簡單，只要一片集成比較器芯片和幾個分立元件即可。但對于熱處理和爐溫檢測、控制系統(tǒng)來說，其信號處理電路將大大復(fù)雜化。因為對熱處理爐爐溫測控系統(tǒng)，用戶不僅要求系統(tǒng)高精度地實時測量爐溫，而且需要系統(tǒng)根據(jù)熱處理工件的熱處理工藝制定的時間-溫度曲線進行實時控制（調(diào)節(jié)）。如果采用一般通用的中小規(guī)模

15、集成電路來構(gòu)建這一類較復(fù)雜的檢測系統(tǒng)的信號處理模塊，則不僅構(gòu)建技術(shù)難度很大，而且所設(shè)計的信號處理模塊必然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試困難，性能和可靠性差。由于微處理器、單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和這類芯片價格不斷降低，對稍復(fù)雜一點的檢測系統(tǒng)（儀器）其信號處理環(huán)節(jié)都應(yīng)考慮選用合適型號的單片機、微處理器、DSP或新近開始推廣的嵌入式模塊為核心來設(shè)計和構(gòu)建（或者由工控機兼任），從而使所設(shè)計的檢測系統(tǒng)獲得更高的性能價格比。5信號顯示通常人們都希望及時知道被測參量的瞬時值、累積值或其隨時間的變化情況，因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的當(dāng)前值后通常均需送至各自的顯示器作實時顯示。顯示器是

16、檢測系統(tǒng)與人聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)之一，顯示器一般可分為指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。（1）指示式顯示又稱模擬式顯示。被測參量數(shù)值大小由光指示器或指針在標尺上的相對位置來表示。用有形的指針位移模擬無形的被測量是較方便、直觀的。指示式儀表有動圈式和動磁式等多種形式，但均有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、顯示直觀的特點，在檢測精度要求不高的單參量測量顯示場合應(yīng)用較多。指針式儀表存在指針驅(qū)動誤差和標尺刻度誤差，這種儀表的讀數(shù)精度和儀器的靈敏度等受標尺最小分度的限制，如果操作者讀儀表示值時，站位不當(dāng)就會引入主觀讀數(shù)誤差。（2）數(shù)字式顯示以數(shù)字形式直接顯示出被測參量數(shù)值的大小。在正常情況下，數(shù)字式顯示徹底消除了顯示驅(qū)動誤差，

17、能有效地克服讀數(shù)的主觀誤差，（相對指示式儀表）可提高顯示和讀數(shù)的精度，還能方便地與計算機連接并進行數(shù)據(jù)傳輸。因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)正越來越多地采用數(shù)字式顯示方式。（3）屏幕顯示實際上是一種類似電視顯示方法，具有形象性和易于讀數(shù)的優(yōu)點，又能同時在同一屏幕上顯示一個被測量或多個被測量的（大量數(shù)據(jù)式）變化曲線，有利于對它們進行比較、分析。屏幕顯示器一般體積較大，價格與普通指示式顯示和數(shù)字式顯示相比要高得多，其顯示通常需由計算機控制，對環(huán)境溫度、濕度等指標要求較高，在儀表控制室、監(jiān)控中心等環(huán)境條件較好的場合使用較多。6信號輸出在許多情況下，檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的瞬時值后除

18、送顯示器進行實時顯示外，通常還需把測量值及時傳送給控制計算機、可編程控制器（PLC）或其他執(zhí)行器、打印機、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打?。ㄓ涗洠┹敵?。檢測儀表和檢測系統(tǒng)的信號輸出通常有420 mA的電流信號，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換和放大后的模擬電壓、開關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等多種形式，需根據(jù)測控系統(tǒng)的具體要求確定。7輸入設(shè)備輸入設(shè)備是操作人員和檢測儀表或檢測系統(tǒng)聯(lián)系的另一主要環(huán)節(jié)，用于輸入設(shè)置參數(shù)，下達有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤、撥碼盤、條碼閱讀器等。近年來，隨著工業(yè)自動化、辦公自動化和信息化程度的不斷提高，通過網(wǎng)絡(luò)或各種通信總線利用其他計算機或數(shù)字化智能終

19、端，實現(xiàn)遠程信息和數(shù)據(jù)輸入的方式愈來愈普遍。最簡單的輸入設(shè)備是各種開關(guān)、按鈕，模擬量的輸入、設(shè)置，往往借助電位器進行。8穩(wěn)壓電源一個檢測儀表或檢測系統(tǒng)往往既有模擬電路部分，又有數(shù)字電路部分，通常需要多組幅值大小要求各異但穩(wěn)定的電源。這類電源在檢測系統(tǒng)使用現(xiàn)場一般無法直接提供，通常只能提供交流220 V工頻電源或+24 V直流電源。檢測系統(tǒng)的設(shè)計者需要根據(jù)使用現(xiàn)場的供電電源情況及檢測系統(tǒng)內(nèi)部電路的實際需要，統(tǒng)一設(shè)計各組穩(wěn)壓電源，給系統(tǒng)各部分電路和器件分別提供它們所需的穩(wěn)定電源。最后，值得一提的是，以上七個部分不是所有的檢測系統(tǒng)（儀表）都具備的，而且對有些簡單的檢測系統(tǒng)，其各環(huán)節(jié)之間的界線也不是十

20、分清楚，需根據(jù)具體情況進行分析。另外，在進行檢測系統(tǒng)設(shè)計時，對于把以上各環(huán)節(jié)具體相連的傳輸通道，也應(yīng)給予足夠的重視。傳輸通道的作用是聯(lián)系儀表的各個環(huán)節(jié)，給各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號提供通路。它可以是導(dǎo)線、管路（如光導(dǎo)纖維）以及信號所通過的空間等。信號傳輸通道比較簡單，易被人們忽視，如果不按規(guī)定的要求布置及選擇，則易造成信號的損失、失真或引入干擾等，影響檢測系統(tǒng)的精度。三、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類隨著科技和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，檢測系統(tǒng)（儀表）的種類不斷增加，其分類方法也很多，工程上常用的幾種分類法如下。1按被測參量分類常見的被測參量可分為以下幾類：（1）電工量 電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁場強度、

21、磁通密度等；（2）熱工量 溫度、熱量、比熱容、熱流、熱分布、壓力、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面等；（3）機械量 位移、形狀、力、應(yīng)力、力矩、重量、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、線速度、振動、加速度、噪聲等；（4）物性和成分量 氣體成分、液體成分、固體成分、酸堿度、鹽度、濃度、粘度、粒度、密度、比重等；（5）光學(xué)量 光強、光通量、光照度、輻射能量等；（6）狀態(tài)量 顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、泄漏、表面質(zhì)量等。嚴格地說，狀態(tài)量范圍更廣，但是有些狀態(tài)量由于已按習(xí)慣歸入熱工量、機械量、成分量中，因此，在這里不再重復(fù)列出。2按被測參量的檢測轉(zhuǎn)換方法分類被測參量通常是非電物理或化學(xué)成分量，通常需用某種傳

22、感器把被測參量轉(zhuǎn)換成電量，以便于處理。被測量轉(zhuǎn)換成電量的方法很多，最主要的有下列幾類：（1）電磁轉(zhuǎn)換電阻式、應(yīng)變式、壓阻式、熱阻式、電感式、互感式（差動變壓器）、電容式、阻抗式（電渦流式）、磁電式、熱電式、壓電式、霍爾式、振頻式、感應(yīng)同步器、磁柵等；（2）光電轉(zhuǎn)換光電式、激光式、紅外式、光柵、光導(dǎo)纖維式等；（3）其他能電轉(zhuǎn)換 聲電轉(zhuǎn)換（超聲波式）、輻射能電轉(zhuǎn)換（X射線式、射線式、射線式）、化學(xué)能電轉(zhuǎn)換（各種電化學(xué)轉(zhuǎn)換）等。3按使用性質(zhì)分類按使用性質(zhì)檢測儀表通?？煞譃闃藴时怼嶒炇冶砗凸I(yè)用表等三種。顧名思義，“標準表”是各級計量部門專門用于精確計量、校準送檢樣品和樣機的標準儀表。標準表的精度等

23、級必須高于被測樣品、樣機所標稱的精度等級；而其本身又根據(jù)量值傳遞的規(guī)定，必須經(jīng)過更高一級法定計量部門的定期檢定、校準，由更高精度等級的標準表檢定之，并出具該標準表重新核定的合格證書，方可依法使用?！皩嶒炇冶怼倍嘤糜诟黝悓嶒炇抑?，它的使用環(huán)境條件較好，往往無特殊的防水、防塵措施。對于溫度、相對濕度、機械振動等的允許范圍也較小。這類檢測儀表的精度等級雖較工業(yè)用表為高，但使用條件要求較嚴，只適于實驗室條件下的測量與讀數(shù)，不適于遠距離觀察及傳送信號等?！肮I(yè)用表”是長期使用于實際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀表與檢測系統(tǒng)。這類儀表為數(shù)最多，根據(jù)安裝地點的不同，又有現(xiàn)場安裝及控制室安裝之分。前者應(yīng)有可靠的防護，能

24、抵御惡劣的環(huán)境條件，其顯示也應(yīng)醒目。工業(yè)用表的精度一般不很高，但要求能長期連續(xù)工作，并具有足夠的可靠性。在某些場合下使用時，還必須保證不因儀表引起事故，如在易燃、易爆環(huán)境條件下使用時，各種檢測儀表都應(yīng)有很好的防爆性能。此外，按檢測系統(tǒng)的顯示方式可分為指示式（主要是指針式）顯示，數(shù)字式顯示，屏幕式顯示等幾類。還有的分成模擬式、數(shù)字式、智能型（以CPU為核心，具有常規(guī)數(shù)字系統(tǒng)所沒有的性能）等。四、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著世界各國現(xiàn)代化步伐的加快，對檢測技術(shù)的要求越來越高。而科學(xué)技術(shù)，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)、微型計算機技術(shù)、機電一體化技術(shù)、微機械和新材料技術(shù)的不斷進步，則大大促進了現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展

25、。目前，現(xiàn)代檢測技術(shù)發(fā)展的總趨勢大體有以下幾個方面。1不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對檢測儀器和檢測系統(tǒng)的性能要求，尤其是精度、測量范圍、可靠性指標的要求愈來愈高。以溫度為例，為滿足某些科研實驗的需求，不僅要求研制測溫下限接近絕對零度（-273.15），且測溫量程盡可能達到15 K（約-258）的高精度超低溫檢測儀表；同時，某些場合需連續(xù)測量液態(tài)金屬的溫度或長時間連續(xù)測量2 5003 000的高溫介質(zhì)溫度，目前雖然已能研制和生產(chǎn)最高上限超過2 800的熱電偶，但測溫范圍一旦超過2 500，其準確度將下降，而且極易氧化從而嚴重影響其使用壽命與可靠性；因此，尋找能長

26、時間連續(xù)準確檢測上限超過2 000被測介質(zhì)溫度的新方法、新材料和研制（尤其是適合低成本大批量生產(chǎn)）出相應(yīng)的測溫傳感器是各國科技工作者多年來一直努力要解決的課題。目前，非接觸式輻射型溫度檢測儀表的測溫上限，理論上最高可達100 000以上，但與聚核反應(yīng)優(yōu)化控制理想溫度約l08相比還相差3個數(shù)量級，這就說明超高溫檢測的需求遠遠高于當(dāng)前溫度檢測所能達到的技術(shù)水平。僅十余年前，如果在長度、位移檢測中達到微米級的測量精度，則一定會被大家認為是高精度測量；但隨著近幾年許多國家大力開展微機電系統(tǒng)、超精細加工等高技術(shù)研究，“微米（10-6m）、納米（10-9m）技術(shù)”很快成了人們熟知的詞匯，這就意味著科技的發(fā)

27、展迫切需要有達到納米級，甚至更高精度的檢測技術(shù)和檢測系統(tǒng)。目前，除了超高溫、超低溫度檢測仍有待突破外，諸如混相流量檢測、脈動流量檢測、微差壓（幾十個帕）檢測、超高壓檢測、高溫高壓下物質(zhì)成分檢測、分子量檢測、高精度（0.02以上）檢測、大噸位（3×10-7N以上）重量檢測等都是需要盡早攻克的檢測難題。隨著自動化程度不斷提高，各行各業(yè)高效率的生產(chǎn)更依賴于各種檢測、控制設(shè)備的安全可靠。努力研制在復(fù)雜和惡劣測量環(huán)境下能滿足用戶所需精度要求且能長期穩(wěn)定工作的各種高可靠性檢測儀器和檢測系統(tǒng)將是檢測技術(shù)的一個長期發(fā)展方向。對于航天、航空和武器系統(tǒng)等特殊用途的檢測儀器的可靠性要求更高。例如，在衛(wèi)星上

28、安裝的檢測儀器，不僅要求體積小、重量輕，而且既要能耐高溫，又要能在極低溫和強輻射的環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作，因此，所有檢測儀器都應(yīng)有極高的可靠性和盡可能長的使用壽命。2傳感器逐漸向集成化、組合式、數(shù)字化方向發(fā)展鑒于傳感器與信號調(diào)理電路分開，微弱的傳感器信號在通過電纜傳輸?shù)倪^程中容易受到各種電磁干擾信號的影響，由于各種傳感器輸出信號形式眾多，而使檢測儀器與傳感器的接口電路無法統(tǒng)一和標準化，實施起來頗為不便。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用貼片封裝方式、體積大大縮小的通用和專用集成電路愈來愈普遍，因此，目前已有不少傳感器實現(xiàn)了敏感元件與信號調(diào)理電路的集成和一體化，對外可直接輸出標準的420 mA

29、電流信號，成為名符其實的變送器。這對檢測儀器整機研發(fā)與系統(tǒng)集成提供了的很大的方便，從而使得這類傳感器身價倍增。其次，一些廠商把兩種或兩種以上的敏感元件集成于一體，成為可實現(xiàn)多種功能的新型組合式傳感器。例如，將熱敏元件和濕敏元件及信號調(diào)理電路集成在一起，一個傳感器可同時完成溫度和濕度的測量。此外，還有廠商把敏感元件與信號調(diào)理電路、信號處理電路統(tǒng)一設(shè)計并集成化，成為能直接輸出數(shù)字信號的新型傳感器。例如，美國DALLAS公司推出的數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，可測溫度范圍為-55+150，精度為0.5，封裝和形狀與普通小功率三極管十分相似，采用獨特的一線制數(shù)字信號輸出。東南大學(xué)吳健雄實驗室（教育部重

30、點實驗室）已成功研制出可用于檢測和診斷不同類型和亞型的肝炎病毒的生物基因芯片。3重視非接觸式檢測技術(shù)研究在檢測過程中，把傳感器置于被測對象上，可靈敏地感知被測參量的變化，這種接觸式檢測方法通常比較直接、可靠，測量精度較高，但在某些情況下，因傳感器的加入會對被測對象的工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾，而影響測量的精度。而在有些被測對象上，根本不允許或不可能安裝傳感器，例如測量高速旋轉(zhuǎn)軸的振動、轉(zhuǎn)矩等。因此，各種可行的非接觸式檢測技術(shù)的研究愈來愈受到重視，目前已商品化的光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢測儀表等正是在這些背景下不斷發(fā)展起來的。今后不僅需要繼續(xù)改進和克服非接觸式（傳感器）檢測儀器

31、易受外界干擾及絕對精度較低等問題，而且相信對一些難以采用接觸式檢測或無法采用接觸方式進行檢測的，尤其是那些具有重大軍事、經(jīng)濟或其他應(yīng)用價值的非接觸檢測技術(shù)課題的研究投入會不斷增加，非接觸檢測技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用步伐將會明顯加快。4檢測系統(tǒng)智能化近十年來，由于包括微處理器、單片機在內(nèi)的大規(guī)模集成電路的成本和價格不斷降低，功能和集成度不斷提高，使得許許多多以單片機、微處理器或微型計算機為核心的現(xiàn)代檢測儀器（系統(tǒng)）實現(xiàn)了智能化，這些現(xiàn)代檢測儀器通常具有系統(tǒng)故障自測、自診斷、自調(diào)零、自校準、自選量程、自動測試和自動分選功能，強大數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計功能，遠距離數(shù)據(jù)通信和輸入、輸出功能，可配置各種數(shù)字通信接

32、口，傳遞檢測數(shù)據(jù)和各種操作命令等，還可方便地接入不同規(guī)模的自動檢測、控制與管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)相比，智能化的現(xiàn)代檢測系統(tǒng)具有更高的精度和性能價格比。正是由于智能化檢測儀器、檢測系統(tǒng)具有上述優(yōu)點，所以多年來其市場占有率一直維持強勁的上升趨勢。本緒小結(jié)1檢測是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗及服務(wù)等各個領(lǐng)域，為及時獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實時或非實時地對一些參量進行定性檢查和定量測量2對工業(yè)生產(chǎn)而言，采用各種先進的檢測技術(shù)對生產(chǎn)全過程進行檢查、監(jiān)測，對確保安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益是必不可少的。3盡管現(xiàn)代檢測儀器和檢測系統(tǒng)

33、的種類、型號繁多，用途、性能千差萬別，但它們的作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量的檢測，其組成單元按信號傳遞的流程來區(qū)分。強化練習(xí)1綜述并舉例說明檢測技術(shù)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用。2檢測系統(tǒng)通常由哪幾個部分組成？各類檢測系統(tǒng)對傳感器及信號調(diào)理電路的一般要求是什么？3試述信號調(diào)理和信號處理的主要功能和區(qū)別。4根據(jù)被檢測參量的不同，檢測系統(tǒng)通?？煞殖赡膸最?？5檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢是什么？參考答案1答：科學(xué)技術(shù)的進步、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展、軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的大量需求，促進了檢測技術(shù)的發(fā)展，而先進的檢測手段也可提高制造業(yè)、服務(wù)業(yè)的自動化、信息化水平和勞動生產(chǎn)率，促進科學(xué)研究和國防建設(shè)的進步，提高人民的生活水平。舉例：在軍工生產(chǎn)和新型武器、裝備研制過程中更離不開現(xiàn)代檢測技術(shù)，對檢測的需求更多，要