檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目1檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

一．教學(xué)目的1.學(xué)習(xí)測量的基本概念、誤差的概念以及傳感器的基本特性。2.熟悉實(shí)訓(xùn)儀各種設(shè)備、采集軟件和使用放大模塊。

2/2/20231二．任務(wù)分析在各種現(xiàn)代裝備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工作中，檢測技術(shù)已占到首位。檢測系統(tǒng)的成本已達(dá)到總成本的50％－70％，它是保證現(xiàn)代工程裝備系統(tǒng)性能指標(biāo)和正常工作的重要手段，是其先進(jìn)性能和實(shí)用水平的重要標(biāo)志。檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)是我們學(xué)好這門課程的重要條件，只有打牢基礎(chǔ)才能為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2/2/20232三.基礎(chǔ)知識(shí)

1.測量概念和分類

靜態(tài)測量

2/2/20233對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測量亦屬于靜態(tài)測量。

最高、最低溫度計(jì)2/2/20234

動(dòng)態(tài)測量

地震測量振動(dòng)波形2/2/20235便攜式儀表可以顯示波形的便攜式儀表2/2/20236直接測量

電子卡尺2/2/20237間接測量

對(duì)多個(gè)被測量進(jìn)行測量，經(jīng)過計(jì)算求得被測量（阿基米德測量皇冠的比重）。

2/2/20238接觸式測量

2/2/20239非接觸式測量

例：雷達(dá)測速車載電子警察2/2/202310離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)2/2/202311在線測量

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。2/2/2023122.測量誤差及分類

絕對(duì)誤差：

Δ=Ax－Ａ0某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對(duì)賣巧克力的商店意見最大，是何原因？2/2/202313相對(duì)誤差及精度等級(jí)

幾個(gè)重要公式：2/2/202314儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級(jí)，用它來測量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的滿度相對(duì)誤差為2.5%。2/2/202315例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問：選擇該量程合理嗎？2/2/202316

用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對(duì)誤差哪一個(gè)大？2/2/202317誤差產(chǎn)生的因素：1）粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過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。

2/2/202318產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子

2/2/2023192）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。

2/2/2023203）隨機(jī)誤差

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)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。2/2/202321隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對(duì)測量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)2/2/202322隨機(jī)事例的幾個(gè)例子

彩票搖獎(jiǎng)2/2/202323下圖是射擊彈著點(diǎn)示意圖，請(qǐng)你分別說出圖a、b、c各是什么原因造成的，應(yīng)如何克服？

偏差特別大彈著點(diǎn)接近正態(tài)分布彈著點(diǎn)均偏向右上側(cè)2/2/2023243.傳感器及基本特性

1）傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器2/2/202325彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。2/2/202326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α2/2/202327彈簧管放大圖

當(dāng)被測壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。2/2/202328壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/2/2023292）傳感器分類傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有：１）按被測量分類：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）按測量原理分類：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。

本教材采用第一種分類法。

2/2/2023303）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、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

2/2/202331靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

2/2/202332作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點(diǎn)傳感器特性曲線xmax2/2/202333作圖法求靈敏度的過程有一臺(tái)測量流量的儀表，測量范圍為0～10m3/s，輸入輸出特性曲線如下圖所示，請(qǐng)用作圖法求該儀表在1m3/s和7m3/s時(shí)的靈敏度K1、K2，和該儀表的端基線性度。

分別過1m3/s和7m3/s點(diǎn)作切線，得到以Δx和Δy為邊的三角形，利用下式得到靈敏度K。17q/（m3/s）2/2/202334線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱理論直線）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)與滿量程點(diǎn)連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計(jì)算公式如下：2/2/202335作圖法求端基線性度的過程演示將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來的直線稱為擬合直線或端基理論直線。找出傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差Lmax，再除以傳感器量程，就得到L。

量程1—擬合直線y=ax+b2—實(shí)際特性曲線

2/2/202336用一臺(tái)3

位（俗稱3位半或3?位）、精度為0.5級(jí)（已包含最后一位的+1誤差）的數(shù)字式電子溫度計(jì)，測量汽輪機(jī)高壓蒸汽的溫度，數(shù)字面板上顯示出如圖所示的數(shù)值。假設(shè)其最后一位即為分辨力，求該儀表的……

（提示見下頁）關(guān)于數(shù)字表顯示位及位數(shù)的概念介紹2/2/202337

數(shù)字多用表（DigitalMultimeter,簡稱DMM）的顯示位數(shù)目前一般為3位~8?位（即8位，以下同）。具體地說，有3位、3?位、32/3位、33/4位、4?位、43/4位、5?位、6?位、7?位、8?位等。最近國外還推出83/4位、10?位等規(guī)格，使數(shù)字測量向更高精確度沖刺。數(shù)字表位數(shù)的提高涉及穩(wěn)定性、抗干擾等諸多技術(shù)問題，A/D轉(zhuǎn)換器只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，能否真正達(dá)到額定的精確度，還必須掌握正確的使用方法。2/2/202338判定數(shù)字儀表位數(shù)的兩條原則1.能顯示0~9所有數(shù)字的“位”是“整位”；2.分?jǐn)?shù)位的判定：在最大顯示值中，以最高位所能顯示的數(shù)值作為分子，用滿量程的最高位作為分母。例如，當(dāng)某一數(shù)字表最大顯示值為±1999（不考慮小數(shù)點(diǎn)），滿量程計(jì)數(shù)值為±2000時(shí)，則它共有3個(gè)整位。最高位只能顯示1，滿量程最高位為2，所以它是3?位表。2/2/202339判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）又如，一臺(tái)數(shù)字表最大值為2999，滿量程為3000，則它是32/3位表；右下圖所示的溫度數(shù)字表最大值為399，滿量程為400，則它是23/4位表。2/2/202340判定數(shù)字儀表位數(shù)的練習(xí)請(qǐng)判斷下圖數(shù)字表的位數(shù)

2/2/202341分辨力分辨力是指儀器能檢出和顯示被測信號(hào)的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當(dāng)被測量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，一般可以認(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，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。例如，下圖所示的數(shù)字式溫度計(jì)分辨力為0.1℃，若該儀表的精度為1.0級(jí)，則最大絕對(duì)誤差將達(dá)到±2.0℃，與分辨力相比差得多。有時(shí)在沒有其它附加說明的少數(shù)情況下，也可以認(rèn)為分辨力就等于它的最大絕對(duì)誤差。

在右圖中，溫度每變化0.1℃，數(shù)字表就能跳變1個(gè)字，這個(gè)溫度的相對(duì)變化基本上是可信的，但該數(shù)字表所顯示的絕對(duì)數(shù)值是有較大誤差的。2/2/202342分辨率數(shù)字表的最大示值的倒數(shù)為數(shù)字表的分辨率。例如，3?位表的最大示值為1999，則分辨率為：1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%即萬分之五。

請(qǐng)判斷