自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 第1章

第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

本章學(xué)習(xí)測(cè)量的基本概念、測(cè)量方法、誤差分類(lèi)、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、測(cè)量不確定度，以及傳感器的基本特性等，是檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

2/1/20231第一節(jié)檢測(cè)技術(shù)的基本概念及方法

靜態(tài)測(cè)量

2/1/20232對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。

最高、最低溫度計(jì)2/1/20233

動(dòng)態(tài)測(cè)量

地震測(cè)量振動(dòng)波形2/1/20234便攜式儀表可以顯示波形的手持示波器2/1/20235直接測(cè)量

電子卡尺2/1/20236間接測(cè)量

對(duì)多個(gè)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得被測(cè)量。

（阿基米德測(cè)量皇冠的比重）2/1/20237接觸式測(cè)量

2/1/20238非接觸式測(cè)量

例：雷達(dá)測(cè)速車(chē)載電子警察2/1/20239離線測(cè)量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)2/1/202310在線測(cè)量

在流水線上，邊加工，邊檢驗(yàn)，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。2/1/202311第二節(jié)測(cè)量誤差及分類(lèi)

絕對(duì)誤差：

Δ=Ax－Ａ0某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買(mǎi)100kg大米、10kg蘋(píng)果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣(mài)巧克力的商店意見(jiàn)最大，是何原因？2/1/202312相對(duì)誤差及精度等級(jí)

幾個(gè)重要公式：示值相對(duì)誤差滿(mǎn)度相對(duì)誤差準(zhǔn)確度(精度)2/1/202313儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差

例：某指針式電壓表的準(zhǔn)確度為2.5級(jí)，用它來(lái)測(cè)量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的最大滿(mǎn)度相對(duì)誤差為2.5%。某公司生產(chǎn)測(cè)量溫度的儀表，滿(mǎn)度誤差均在1.1~1.6％之間，該系列產(chǎn)品屬于哪一級(jí)溫度表？某車(chē)間希望測(cè)量溫度的儀表滿(mǎn)度相對(duì)誤差控制在1.1~1.6％之間，應(yīng)購(gòu)買(mǎi)哪一級(jí)溫度表？2/1/202314例：用指針式萬(wàn)用表的10V量程測(cè)量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問(wèn)：選擇該量程合理嗎？2/1/202315

用2.5V量程測(cè)量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問(wèn)示值相對(duì)誤差哪一個(gè)大？2/1/202316誤差產(chǎn)生的因素：

1.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱(chēng)為粗大誤差，也叫過(guò)失誤差。粗大誤差主要是由于測(cè)量人員的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過(guò)電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

2/1/202317產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子

2/1/202318在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差，稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。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(guò)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(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

2.系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？2/1/2023193.隨機(jī)誤差

測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值之差稱(chēng)為隨機(jī)誤差。也可以采用如下的表達(dá)：在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)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(jiàn)的方式變化，該誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差。

存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。2/1/202320隨機(jī)事件與隨機(jī)誤差有區(qū)別，并不一定符合正態(tài)分布規(guī)律。

彩票搖獎(jiǎng)2/1/202321隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)2/1/202322隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)2/1/202323

1）集中性：大量的測(cè)量值集中分布于算術(shù)平均值附近。隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律2）對(duì)稱(chēng)性：測(cè)量值大致對(duì)稱(chēng)地分布于兩側(cè)。３）有界性：在一定的條件下，測(cè)量值有一定的分布范圍，超過(guò)這個(gè)范圍的可能性非常小，即出現(xiàn)絕對(duì)誤差很大的情況很少。2/1/2023244.動(dòng)態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動(dòng)態(tài)誤差

當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上不能與被測(cè)量的變化精確吻合，這種誤差稱(chēng)為動(dòng)態(tài)誤差。

2/1/202325第四節(jié)傳感器及基本特性

一、傳感器的組成舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器請(qǐng)畫(huà)出右圖所示傳感器的組成框圖2/1/202326彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。2/1/202327彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α2/1/202328彈簧管放大圖

當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。2/1/202329其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。2/1/202330壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/1/202331被測(cè)量通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量——電阻的變化（ΔR）2/1/202332

360度圓盤(pán)形電位器傳感器(測(cè)量角位移)右圖所示的360度圓盤(pán)形電位器的中間焊片為滑動(dòng)片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地2/1/202333測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當(dāng)電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo

。

2/1/202334分壓比電路的計(jì)算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位移量x成正比：對(duì)圓盤(pán)式電位器來(lái)說(shuō)，Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：2/1/202335二、傳感器分類(lèi)傳感器的種類(lèi)名目繁多，分類(lèi)不盡相同。常用的分類(lèi)方法有：１）按被測(cè)量分類(lèi)：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

2）按測(cè)量原理分類(lèi)：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。

本教材采用哪一種分類(lèi)法？

2/1/202336三、傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、分辨率、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

2/1/202337靈敏度：靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來(lái)表示：

2/1/202338作圖法求靈敏度過(guò)程xyx1ΔxΔy0切點(diǎn)傳感器特性曲線xmax2/1/202339分辨力：指?jìng)鞲衅髂軝z出被測(cè)信號(hào)的最小變化量。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明，可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說(shuō)，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。右表的分辨力為多少？

2/1/202340分辨率：將分辨力除以?xún)x表的滿(mǎn)量程就是儀表的分辨率，分辨率常以百分比或幾分之一表示，是量綱為1的數(shù)。

右表的滿(mǎn)量程為199.9A，問(wèn)：該表的分辨率為多少？

2/1/202341線性度：線性度又稱(chēng)非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱(chēng)理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿(mǎn)量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線作為擬合直線，這條直線稱(chēng)為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱(chēng)為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計(jì)算公式如下：2/1/202342作圖法求端基線性度演示首先作一根理論直線——將儀表輸出起始點(diǎn)與滿(mǎn)量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線。

2/1/202343

可靠性：可靠性是反映檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。

浴盆曲線磨合期又稱(chēng)早期失效期穩(wěn)定期又稱(chēng)偶然失效期失效期又稱(chēng)衰老失效期期2/1/202344

“老化”試驗(yàn)：在檢測(cè)設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，故障率大為降低。老化試驗(yàn)臺(tái)2/1/202345附:國(guó)際單位制長(zhǎng)度單位-m(米)光在真空中1/299792458s時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路程的長(zhǎng)度質(zhì)量單位-kg(千克)千克等于國(guó)際千克原器的質(zhì)量時(shí)間單位-s(秒)秒是銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間電流強(qiáng)度單位-A(安)安是一恒定電流值,若使此電流通過(guò)處于真空中相距1m的兩根無(wú)限長(zhǎng)而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi),則此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長(zhǎng)度上等于2×10-7N2/1/202346附:國(guó)際