自動檢測與傳感技術項目教程課件

職業(yè)教育示范性規(guī)劃教材自動檢測與傳感技術—項目教程

主編王秋菊項目一自動檢測基礎[新課導入]

：當你走近銀行要辦理業(yè)務時，銀行的門為何會自動打開；當你走進漆黑的樓道時，感應燈為何會自動點亮；當你休閑在家看電視時，為何可以搖控調(diào)臺；以上這些我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷淖詣涌刂片F(xiàn)象，就是我們今天要學習和了解的自動檢測系統(tǒng)。[知識目標]·

掌握檢測的概念及自動檢測系統(tǒng)的組成·

掌握測量的定義及分類·

理解傳感器的概念及其基本特性[能力目標]·

能認識常見傳感器并了解其結(jié)構(gòu)及特性·

會計算測量誤差·

能初步認識自動檢測系統(tǒng)及組成自動檢測與轉(zhuǎn)換技術——是自動檢測技術和自動轉(zhuǎn)換技術的總稱，是自動化科學技術的一個重要分支科學。它是以信息提取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理為主要研究內(nèi)容的一門應用技術。項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差一、測量的定義

測量就是借助于專用的技術工具或手段，通過實驗的方法把被測量與同性質(zhì)的標準量進行比較，求取二者比值，從而得到被測量數(shù)值的過程。二、測量的方法1.根據(jù)測量的手段，有直接測量方法和間接測量方法。

直接測量間接測量

項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差2.根據(jù)被測量是否隨時問變化，有靜態(tài)測量方法和動態(tài)測量方法。靜態(tài)測量動態(tài)測量（地震振動波的測量）項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差3.根據(jù)測量時是否與被測對象接觸，有接觸式測量方法和非接觸式測量方法。

接觸式測量非接觸式測量（紅外傳感器測量IC溫度）項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差4.根據(jù)是否在生產(chǎn)線上，有在線測量方法和離線測量方法。在線測量離線測量項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差1、測量的目的：是得到被測量的真值。2、真值：是指在一定條件下被測量客觀存在的實際值。真值有理論真值、約定真值和相對真值三種。3、理論真值：是一個變量本身所具有的真實值，它是一個理想的概念，一般是無法得到的。所以在計算誤差時，一般用約定真值或相對真值來代替。4、約定真值：是一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。實際測量中在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，把足夠多次的測量值的平均值作為約定真值。5、相對真值：是指當高一級儀表的誤差僅為低一級儀表的誤差1/3時，可認為高一級儀表測量值為低一級儀表測量值的相對真值。6、測量誤差：測量值(也叫示值)與真值之間的差值稱為測量誤差。7、誤差分類：絕對誤差和相對誤差

項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差（1）絕對誤差

絕對誤差是測量值（示值）Ax與真值A0之間的差值，即⊿＝Ax－A0(1—1)

在實驗室測量中，常用修正值α表示真值與測量值之差，即

α＝A0－Ax(1—2)（2）相對誤差相對誤差即百分比誤差，它可分為實際相對誤差、示值相對誤差和滿度相對誤差。①實際相對誤差γA：實際相對誤差γA用絕對誤差⊿與約定真值A0的百分比來表示：

γA

＝×100%(1—3)項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差

②示值相對誤差γx：示值相對誤差γx用絕對誤差⊿與示值Ax的百分比來表示

γx

＝×100%(1—4)③滿度相對誤差γm：滿度相對誤差γm用絕對誤差⊿與儀表滿量程值Am的百分比來表示

γm

＝×l00%(1—5)

在式(1-5)中，對測量下限不為零的儀表而言，量程Am＝Amax－Amin。

④準確度：傳感器的誤差是以準確度來表示的。當⊿取最大值⊿m時，準確度常用最大滿度相對誤差來定義

S＝×100%(1—6)項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差

儀表的準確度習慣上稱為精度，準確度等級習慣上稱為精度等級。準確度表示傳感器的最大相對誤差。準確度等級S規(guī)定取一系列標準值。我國的電工儀表等級分為七級：即0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0級?！纠?-1】有一臺測量儀表，測量范圍為0℃～+500℃，準確度為0.5級?，F(xiàn)用它測量200℃的溫度，求儀表引起的最大絕對誤差和示值相對誤差。解：由已知條件得知：

S＝×100%＝0.5%

＝Amax－Amin

＝500℃－0℃＝500℃

∴最大絕對誤差⊿m

＝S×Am＝0.5%×500＝2.5℃

最大示值相對誤差γx

＝×l00%＝×l00%＝1.25%項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差【例1-2】有兩臺測溫儀器，其測量范圍分別為－200℃～+800℃和600℃～1100℃，已知其最大絕對誤差為5℃，試分別確定它們的精度等級。解：已知最大絕對誤差⊿m＝5℃

儀器一的最大測量范圍Am1＝800℃－（－200℃）＝1000℃∴S1

＝×l00%＝×l00%＝0.5%

儀器二的最大測量范圍Am2＝1100℃－600℃＝500℃∴S2＝×l00%＝×l00%＝1%

由此可知兩臺測溫儀表的精度等級分別為0.5級和1級項目一自動檢測基礎任務一測量及測量誤差三、測量的誤差【例1-3】現(xiàn)有0.5級的0～500℃和1.0級的0～

200℃的兩個溫度計，要測100℃的溫度，試問采用哪個溫度計好？解：∵0.5級的溫度計S1＝×100%＝0.5%

1.0級的溫度計S2＝×100%＝1.0%

Am1＝500℃－0℃＝500℃，Am2＝200℃－0℃＝200℃∴⊿m1＝Am1×S1＝500×0.5%＝2.5℃，⊿m2＝Am2×S2＝200×1.0%＝2℃

0.5級的最大示值相對誤差γx1＝×100%＝2.5%1.0級的最大示值相對誤差γx2＝×100%＝2.0%由于γx1>γx2所以用1.0級的溫度計比用0.5級的溫度計更合適。因此，在選用儀表時應兼顧精度等級和量程。

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念1.檢測就是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關信息通過檢驗測量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過程。

2.自動檢測就是在測量和檢驗過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預而自動完成的檢測。實現(xiàn)自動檢測可以提高自動化的水平和程度，減少人為干擾因素或人為差錯，提高生產(chǎn)過程或設備的可靠性和運行效率。

自動門控制系統(tǒng)感應水籠頭

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念1.檢測：就是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關信息通過檢驗測量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過程。

2.自動檢測：就是在測量和檢驗過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預而自動完成的檢測。實現(xiàn)自動檢測可以提高自動化的水平和程度，減少人為干擾因素或人為差錯，提高生產(chǎn)過程或設備的可靠性和運行效率。生活中常見的自動檢測系統(tǒng)如下圖所示。

自動門控制系統(tǒng)項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念

自動亮燈防盜報警樓道感應燈感應水籠頭

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)一、檢測的基本概念色標傳感器檢測產(chǎn)品顏色產(chǎn)品包裝色彩檢測、分選項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)二、自動檢測系統(tǒng)的組成自動檢測系統(tǒng)組成：

它由傳感器、測量電路、記錄存儲或顯示部分以及處理器等組成。自動檢測系統(tǒng)應能完成對被測對象進行變換、分析、處理、判斷、比較、存儲、控制及顯示等功能。2.自動檢測組成框圖：

自動檢測系統(tǒng)框圖項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)二、自動檢測系統(tǒng)的組成3.各部分作用：（1）傳感器：直接作用于被測量，并將被測量轉(zhuǎn)換成電信號。傳感器輸出的電信號往往很弱，必須要由測量電路轉(zhuǎn)換成標準電信號。（2）測量電路：是中間變換裝置，它包括信號處理電路和信號轉(zhuǎn)換電路。信號處理電路把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成更適合于進一步傳輸和處理的形式。信號轉(zhuǎn)換是指電信號之間的轉(zhuǎn)換，如放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變化以及A/D、D/A等。測量電路將轉(zhuǎn)換后的電信號進行各種運算、濾波、分析，將結(jié)果輸至顯示、記錄部分或控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。是自動檢測系統(tǒng)不可缺少的部分。（3）顯示記錄部分：是檢測系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其作用是將測量電路送來的信號顯示或記錄下來，供觀測與研究。（4）控制器：是執(zhí)行機構(gòu)，它的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動機械部件運動。許多檢測系統(tǒng)能輸出與被測量有關的電流或電壓信號，作為自動控制系統(tǒng)的控制信號，來驅(qū)動這些執(zhí)行機構(gòu)。

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用1.工程技術領域：在線質(zhì)量檢測、工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能實驗等，都離不開檢測技術。零件尺寸檢測產(chǎn)品缺陷檢測裝配定位檢測項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用2.機械制造行業(yè)：在機床、汽車等設備和電機、發(fā)動機等零部件出廠時，必須對其性能質(zhì)量進行測量和出廠檢驗齒輪測量汽車扭矩測量

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用3.在交通領域：汽車的行駛速度、行駛距離、發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度以及燃料剩余量等有關參數(shù)都需要自動檢測，汽車防滑控制、防盜、防抱死、排氣循環(huán)、電子變速控制等裝置都應用了檢測技術。

汽車中的自動控制系統(tǒng)

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用4.在國防領域：檢測技術用得更多。例如，利用紅外探測可以發(fā)現(xiàn)地形、地物及敵方各種軍事目標；若研究飛機的強度，就要在機身、機翼上貼上幾百片應變片進行動態(tài)測量。

檢測飛機裂縫

項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用5.在航空、航天領域：大型飛機在云層上被自動駕駛，并能在惡劣的氣候條件下安全“盲目”著陸；空-空導彈的自動跟蹤；人造衛(wèi)星在太空進行遙感、遙測等高科技無一例外地應用了檢測技術。

衛(wèi)星搖感探測項目一自動檢測基礎任務二檢測及自動檢測系統(tǒng)三、檢測技術的應用6.日常生活中：我們使用的家用電器也都離不開檢測技術。例如，自動洗衣機、空調(diào)機、電子熱水器、吸塵器、照相機、音像設備等都應用了檢測技術。全自動洗衣機中的滾筒液面高度自動檢測項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性一、傳感器的定義及作用1.傳感器的定義：傳感器是指能夠感受或響應規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。

不同類型的傳感器項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性一、傳感器的定義及作用2.傳感器的作用：（1）傳感器與被測對象直接連接，它位于自動檢測系統(tǒng)的最前沿，是信號直接采集者，是獲取準確信息的關鍵器件。（2）傳感器是人體五官的延伸。人體五官雖然能感受自然、獲取信息，如人的手指可以感受物體的溫度、軟硬、輕重、大小、粘度等，但人體五官感知自然卻有極大的局限性。（3）在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位。要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。它是很多邊緣學科開發(fā)的先驅(qū)。

（4）在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和傳遞生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到合格的質(zhì)量。在計算機控制系統(tǒng)中，為了收集和測量諸多參數(shù)，廣泛采用了各種傳感器。它的主要功能是把被測參數(shù)的非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號。這些信號被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準電平后送入計算機。傳感器精度的高低直接影響計算機控制系統(tǒng)的精度?？梢哉f沒有眾多的優(yōu)良傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎。

項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性二、傳感器的組成及分類1.傳感器的組成：傳感器通常由敏感元件、傳感元件及轉(zhuǎn)換電路組成。

傳感器組成框圖（1）敏感元件：是指傳感器中能夠靈敏地感受被測變量并做出響應的部分。例如，鉑電阻能根據(jù)溫度的升降而改變電阻值，電阻值的變化就是對溫度升降做出的響應，所以鉑電阻就是一種溫度敏感元件。（2）傳感元件：是指傳感器中能將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號的部分。傳感元件就是完成非電量轉(zhuǎn)換成電量的工作，也稱轉(zhuǎn)換元件。項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性二、傳感器的組成及分類（3）轉(zhuǎn)換電路：是指將傳感器輸出的微弱電信號轉(zhuǎn)換成易于處理的電量的部分。例：下圖所示為變隙式差動氣體壓力傳感器。它由C型彈簧管、電感線圈、銜鐵及轉(zhuǎn)換電路等組成。其中C型彈簧管為敏感元件，銜鐵為傳感元件。C型彈簧管的下部與大氣相通，內(nèi)部感受被測壓力P。

項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性二、傳感器的組成及分類2.傳感器的分類：（1）按被測參數(shù)可分為位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、速度傳感器、加速傳感器度、氣體傳感器、濕度傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點是比較清楚地表達了傳感器的用途，使用戶一目了然，便于選用，本書就是采用這種方法。（2）按輸出信號的類型可分為開關型傳感器、模擬式侍感器和數(shù)字式傳感器。開關型傳感器輸出的是開關量（“l(fā)”和“0”或“開”和“關”），模擬式傳感器的輸出量是與被測量成一定關系的模擬信號，如果需要與計算機配合或用數(shù)字顯示，還必須經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字式傳感器的輸出量是脈沖或代碼，是數(shù)字量?？芍苯优c計算機連接或用數(shù)字顯示，讀取方便，抗干擾能力強。（3）按工作原理可分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、霍爾式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器等。這種分類的優(yōu)點是對傳感器的工作原理表達的比較清楚，而且類別少，較為系統(tǒng)。

項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性三、傳感器的基本特性傳感器的基本特性：是指傳感器輸出量與輸入量之間的關系特性。它分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩種。靜態(tài)特性：是指被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)（不隨時間變化或隨時間變化很?。r傳感器輸出與輸入之間的關系特性。它表示傳感器在被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸入輸出的關系。傳感器靜態(tài)特性的主要指標有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、分辨率、漂移、穩(wěn)定性等。（1）

線性度：是指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度，稱為傳感器的線性度或非線性誤差。通常將傳感器輸出的起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線。γL＝±×100%式中：⊿ymax為最大非線性誤差

ymax－ymin為輸出范圍項目一自動檢測基礎任務三傳感器及其基本特性三、傳感器的基本特性（2）靈敏度：是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。其定義為輸出量的增量與引起該增量