第01章：檢測技術的基本概念-課件

第一章檢測技術的基本概念

本章學習測量的基本概念、測量方法、誤差分類、測量結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，以及傳感器的基本特性等，他們是檢測與轉換技術的理論基礎。

6/9/20231第一節(jié)檢測技術的基本概念及方法

靜態(tài)測量

6/9/20232對緩慢變化的對象進行測量亦屬于靜態(tài)測量。

最高、最低溫度計6/9/20233

動態(tài)測量

地震測量振動波形6/9/20234便攜式儀表可以顯示波形的便攜式儀表6/9/20235直接測量

電子卡尺6/9/20236間接測量

對多個被測量進行測量，經(jīng)過計算求得被測量（阿基米德測量皇冠的比重）。

6/9/20237接觸式測量

6/9/20238非接觸式測量

例：雷達測速車載電子警察6/9/20239離線測量

產(chǎn)品質量檢驗6/9/202310在線測量

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。6/9/202311第二節(jié)測量誤差及分類

絕對誤差：

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，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？(1-1)6/9/202312相對誤差及精度等級

幾個重要公式：6/9/202313儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為2.5%。6/9/202314例：某指針式萬用表的面板如圖所示，問：用它來測量直流、交流（~）電壓時，可能產(chǎn)生的滿度相對誤差分別為多少？6/9/202315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？6/9/202316

用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？6/9/202317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大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、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。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應予以剔除。

6/9/202318產(chǎn)生粗大誤差的一個例子

6/9/2023192.系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？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，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調整測量儀表的有關部件予以消除。

6/9/2023203.隨機誤差

在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結果。存在隨機誤差的測量結果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。6/9/202321隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計6/9/202322隨機事例的幾個例子

彩票搖獎6/9/2023234.動態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態(tài)誤差

當被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。

6/9/202324第一章、第三節(jié)傳感器及基本特性

一、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-電位器圖1-4傳感器組成框圖6/9/202325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，并轉換成與被測量有確定關系、更易于轉換的非電量。6/9/202326彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉換為角位移α6/9/202327彈簧管放大圖

當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。6/9/202328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換為角位移或直線位移。6/9/202329壓力傳感器的外形及內部結構6/9/202330被測量通過敏感元件轉換后，再經(jīng)傳感元件轉換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉換為電參量-----電阻的變化（ΔR）6/9/202331

360度圓盤形電位器右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地6/9/202332測量轉換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當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系的電壓Uo。

6/9/202333分壓比電路的計算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比：對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉角度成正比：6/9/202334二、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、轉速、振動、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、光導纖維等傳感器。

本教材采用第二種分類法。

6/9/202335三、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、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

6/9/202336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：

（1－6）6/9/202337作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax6/9/202338分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認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誤差。

6/9/202339線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點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。線性度的計算公式如下：（1－7）6/9/202340作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實際特性曲線）6/9/202341