第1章 檢測技術(shù)基礎(chǔ)

劉斌Tel：6504797Email：liuzhen8936@163.com自動(dòng)檢測技術(shù)1課程教材及參考書目教材：張宏建，等.《自動(dòng)檢測技術(shù)與裝置》（第二版），化學(xué)工業(yè)出版社

參考書目：[1]王華祥.《自動(dòng)檢測技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社[2]張?zhí)齑?《自動(dòng)檢測技術(shù)》，大慶石油學(xué)院2課程性質(zhì)主要內(nèi)容：掌握常見工業(yè)參數(shù)（溫度，壓力，物位，流量）的檢測方法及正確選用儀表。定位：專業(yè)課3課程安排學(xué)時(shí):共56學(xué)時(shí)。

（其中，理論學(xué)時(shí)：48；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8）考核要求：不得缺課，作業(yè)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須按時(shí)完成并上交?？己朔绞剑洪]卷筆試4自動(dòng)檢測技術(shù)第一章檢測技術(shù)基礎(chǔ)5門捷列夫：檢測是認(rèn)識(shí)自然界的主要手段。西門子：檢測就是去認(rèn)識(shí)。從信息論角度：檢測就是信息獲取。所以檢測是人類日常生活、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事等領(lǐng)域必不可少的過程。舉例：人通過感覺器官獲取信息、認(rèn)識(shí)世界，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測，反彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)。

什么是檢測技術(shù)？6檢測與測量的關(guān)系：后者確定被測對(duì)象量值；前者可能是確定量值，也可以是判定被測參數(shù)的“有”或“無”，也可以是一種預(yù)報(bào)、故障分析。檢測技術(shù)：研究如何獲取被測參數(shù)信息的一門科學(xué)，檢測技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科。7定義

用敏感元件（電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)）將被測參數(shù)的信息轉(zhuǎn)換成另一種形式的信息，通過顯示或其他形式被人們所認(rèn)識(shí)。8例：曹沖稱象方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測量，從而得到：定性、定量的結(jié)果。9第一節(jié)檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的

地位和作用

10檢測技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星11檢測技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用12檢測技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用131.不斷擴(kuò)大測量范圍，提高測量精度數(shù)字電壓、歐姆表

將量程切換到2V時(shí)，最小顯示值為1μV

檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

14提高可靠性

承受劇烈振動(dòng)15

2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)擴(kuò)大檢測領(lǐng)域月球車16火星車17“惠更斯”號(hào)登陸土衛(wèi)六(Titan)的效果圖土衛(wèi)六表面18安全檢查193.發(fā)展集成化、

一體化、多功

能化的傳感器

可拍照的手機(jī)204.采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化

面部識(shí)別技術(shù)21單片機(jī)芯片22

5.發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測系統(tǒng)23第二節(jié)檢測儀表的基本概念一、檢測儀表的定義非線性運(yùn)算敏感元件信號(hào)變換傳輸處理顯示裝置敏感元件信號(hào)變換傳輸處理顯示裝置1、檢測儀表24檢測系統(tǒng)：由若干個(gè)檢測儀表實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的測量。檢測裝置：檢測儀表或檢測系統(tǒng)和必需的輔助設(shè)備所構(gòu)成的總體。敏感元件1敏感元件2敏感元件n…….信號(hào)變換處理顯示裝置檢測儀表1檢測儀表2檢測儀表n信號(hào)變換處理顯示裝置2、檢測系統(tǒng)25敏感元件1敏感元件2敏感元件n…….信號(hào)變換處理顯示裝置敏感元件1敏感元件2敏感元件n信號(hào)變換處理顯示裝置由若干個(gè)敏感元件組成的檢測系統(tǒng)框圖26典型的自動(dòng)檢測系統(tǒng)（檢測系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用）27典型的自動(dòng)檢測系統(tǒng)283、相關(guān)術(shù)語敏感元件（sensor）傳感器（transducer）變送器（transmitter）被測參數(shù)（measuredparameter)待測參數(shù)（parametertobemeasured）直接測量（directmeasurement）間接測量（indirectmeasurement）29二、檢測儀表的分類按被測參數(shù)分類按對(duì)被測參數(shù)的響應(yīng)形式分類按儀表中使用的能源和主要信息的類型分類：機(jī)械式、電式、氣式、光式、光電式按是否具有信號(hào)遠(yuǎn)傳功能分類按信號(hào)的輸出形式分類按應(yīng)用的場所分類（安全性）按使用的領(lǐng)域分類按儀表結(jié)構(gòu)分類30開環(huán)結(jié)構(gòu)儀表K1K2K3Kn……yxu1u2u3un31K0K

βxxsxxf—＋y閉環(huán)結(jié)構(gòu)儀表32三、檢測儀表的基本性能

1、測量范圍和量程儀表能正常工作（滿足準(zhǔn)確度要求）的可測的被測量的上限和下限的范圍，它們之間的代數(shù)差為量程。

33靈敏度死區(qū)線性度回差2、輸入―輸出特性靈敏度S是檢測儀表對(duì)被測變量變化的靈敏程度。檢測儀表輸入量的變化不致引起輸出量可察覺變化的有限區(qū)間。檢測儀表的輸入輸出曲線對(duì)相應(yīng)理論直線的偏離程度。檢測儀表在全量程范圍內(nèi)對(duì)于同一被測量在其上升和下降時(shí)對(duì)應(yīng)輸出值之間的最大誤差。343、誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差引用誤差儀表基本誤差儀表滿刻度相對(duì)誤差允許誤差儀表輸出值與被測參數(shù)真值之間的差值。儀表的絕對(duì)誤差與約定真值之比的百分?jǐn)?shù)。儀表的絕對(duì)誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，儀表全量程范圍內(nèi)各輸出值誤差中最大的絕對(duì)誤差。儀表的基本誤差與量程之比的百分?jǐn)?shù)。儀表制造單位為儀表設(shè)定的一個(gè)誤差限制。354、準(zhǔn)確度與準(zhǔn)確度等級(jí)儀表的準(zhǔn)確度是指儀表給出接近于真值的響應(yīng)能力。也稱精度，精確度。準(zhǔn)確度等級(jí)：…，0.05，0.1，0.25，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，…36檢測儀表的準(zhǔn)確度及其等級(jí)的確定有一臺(tái)壓力表，其量程為100kPa，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)儀表的基本誤差為0.6kPa。問這臺(tái)壓力儀表的準(zhǔn)確度為多少？準(zhǔn)確度等級(jí)為多少？37檢測儀表精度等級(jí)的選擇擬對(duì)某壓力容器的壓力進(jìn)行測量，正常壓力在150kPa左右，要求壓力測量誤差不大于4.5kPa，問應(yīng)選擇什么樣的壓力檢測儀表才能滿足測量要求？385、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性T輸入輸出0.6321t396、穩(wěn)定性

一是時(shí)間穩(wěn)定性，它表示在工作條件保持恒定時(shí)，儀表輸出值在一段時(shí)間內(nèi)隨機(jī)變動(dòng)量的大??；

二是使用條件變化穩(wěn)定性，它表示儀表在規(guī)定的使用條件內(nèi)某個(gè)條件的變化對(duì)儀表輸出的影響。40重復(fù)性是指在相同條件下，對(duì)同一被測量，按同一方向多次測量，檢測儀表輸出值相互接近的能力。7、重復(fù)性與再現(xiàn)性41再現(xiàn)性是指在相同條件下，在規(guī)定的相對(duì)較長的時(shí)間內(nèi)，對(duì)同一被測量從兩個(gè)方向上重復(fù)測量時(shí)，檢測儀表各輸出值之間的一致程度。42長時(shí)間工作不出現(xiàn)故障的能力。8、可靠性保險(xiǎn)期有效性狹義可靠性儀表使用后能有效的完成規(guī)定任務(wù)的期限。儀表在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能正常工作的概率。包括：結(jié)構(gòu)可靠性和性能可靠性兩部分。定量描述檢測儀表可靠性的度量指標(biāo)有：

可靠度、故障率、平均無故障工作時(shí)間、平均故障修復(fù)時(shí)間等43描述儀表可靠性的幾個(gè)度量指標(biāo)

可靠度是指儀表在規(guī)定工作時(shí)間內(nèi)無故障的概率。

故障率是指儀表工作到t時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。

平均無故障時(shí)間是指儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)

MTBF有效工作時(shí)的平均時(shí)間。

平均故障修復(fù)時(shí)間是指儀表出現(xiàn)故障到恢復(fù)工作

MTTR時(shí)的平均時(shí)間。

有100臺(tái)同樣的儀表，工作了1000h后只壞了一臺(tái)，則這批儀表在1000h后的可靠度R(t)是99%。

F(t)=1-R(t)R(t)=exp(-λt)44注意：對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品來說，從開始工作到發(fā)生故障前的平均工作時(shí)間用MTTF表示。某種檢測儀表的故障率為2%/kh，就是說100臺(tái)這樣的檢測儀表在工作1000h后，可能有2臺(tái)儀表發(fā)生故障。45儀表性能判斷1、某彈簧管壓力表的測量范圍為0~1.6MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為2.5級(jí)。校驗(yàn)時(shí)在某點(diǎn)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為0.05MPa。問這塊儀表是否合格，為什么？2、有一塊壓力表，其正向可測到0.6MPa，負(fù)向可測到-0.1MPa.現(xiàn)只校驗(yàn)正向部分，其最大誤差發(fā)生在0.3MPa處，即上行和下行時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力表的指示值分別為0.305MPa和0.295MPa。問該壓力表是否符合準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的要求？46第三節(jié)測量誤差的理論基礎(chǔ)

測量的目的：得到被測參數(shù)的真實(shí)值（真值）研究誤差目的：認(rèn)識(shí)和掌握誤差規(guī)律評(píng)價(jià)檢測裝置和測量結(jié)果提高測量的準(zhǔn)確度“約定真值”的得到：計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)、權(quán)威組織推薦準(zhǔn)確度高一級(jí)等級(jí)儀表等精度測量條件下有限次測量的平均值

47一、測量誤差的分類及產(chǎn)生原因測量誤差分類按誤差本身量綱分類：絕對(duì)誤差相對(duì)誤差—實(shí)際相對(duì)誤差、標(biāo)稱相對(duì)誤差、引用相對(duì)誤差按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差粗大誤差48按使用的工作條件分類基本誤差附加誤差按誤差的特性分類靜態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差誤差產(chǎn)生原因系統(tǒng)誤差環(huán)境誤差方法誤差人員誤差49二、誤差的估計(jì)和評(píng)價(jià)處理方法粗大誤差是人為造成的，可以通過加強(qiáng)責(zé)任感避免，也可以通過某些判據(jù)發(fā)現(xiàn)并剔除。隨機(jī)誤差表現(xiàn)出單次測量的隨機(jī)性與測量總體誤差分布的規(guī)律性特征，因此可通過統(tǒng)計(jì)處理的方法對(duì)誤差進(jìn)行最可信估計(jì)。系統(tǒng)誤差存在與否的檢驗(yàn)是系統(tǒng)誤差分析與評(píng)價(jià)的核心問題，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差的規(guī)律性決定其處理與補(bǔ)償?shù)挠行浴?0隨機(jī)誤差的估計(jì)與統(tǒng)計(jì)處理

n次重復(fù)測量，各個(gè)測量誤差出現(xiàn)的概率密度分布服從正態(tài)分布，即為測量值與約定真值之間的誤差。51特點(diǎn)：誤差的對(duì)稱性

誤差的單峰性

誤差的有界性

誤差的抵償性52標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算n趨于無窮大標(biāo)準(zhǔn)差n為有限時(shí)樣本標(biāo)準(zhǔn)差53粗大誤差的判別拉依達(dá)（Райта）法（只能用于n≥30)格拉布斯（Grubbs）法系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)對(duì)比法殘余誤差觀察法標(biāo)準(zhǔn)差判據(jù)

54誤差的合成系統(tǒng)誤差的合成設(shè)檢測系統(tǒng)的待測參數(shù)為55隨機(jī)誤差的合成

在直接測量情況下在間接測量情況下，設(shè)間接測量量（待測參數(shù)）誤差的總合成56減小隨機(jī)誤差的方法提高檢測系統(tǒng)準(zhǔn)確度抑制噪聲干擾對(duì)測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理減小和消除系統(tǒng)誤差的方法消除誤差源法引入修正值法比較法替代法對(duì)照法三、消除和減少誤差的一般方法57誤差產(chǎn)生的因素：1.系統(tǒng)誤差：

系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

58在同一條件下，多次測量同一被測量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機(jī)誤差是測量過程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測量結(jié)果中，雖然單個(gè)測量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)