过程检测技术第一章绪论

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检测技术的发展
检测技术的发展是以生产发展为基础的，随着生 产的发展而迅速地发展。特别是微电子技术的 发展，为检测技术的发展提供了物质手段，使 检测仪表﹑传感器有可能实现小型化﹑智能化 和网路化，实现多功能和高可靠性。软测量技 术、数据融合处理方法等新技术的应用，使原 先不能实现的一些难测参数的测量得以实现。 同时，生产的发展又不断地提出新的检测任务， 促使人们去研究和解决这些新课题，从而推动 了检测技术的发展。
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夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可 将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时 间。
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一、检测技术的作用和地位
检测技术在航天领域举足轻重
火箭测控 --- 检测火箭状况、姿态、轨迹 飞行器测控 --- 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵
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（1）信息的提取——用传感器来完成。信号是信息的载 体。一般将被测信息转换成电信号，也就是说，把被测 信息转换成电压、电流或电路参数（电阻、电感、电容） 等电信号输出。 （2）信号的放大、转换与传输——用中间转换装置来完 成。一般是把信号放大并转换成传输方便、功率足够的 电量（如电流、电压或频率）。信号的传输也包括通过 网路的传输。 （3）信号的显示和记录——用显示器、指示器或记录仪 完成。 （4）信号的处理和分析——用计算机、数据分析仪、频 谱分析仪等来完成。找出被测信息的规律，为研究和鉴 定工作提供有效依据，为控制提供信号。

量程


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例子

灵敏度


一个温度测量仪表的下限值是-50℃，上限 值是150℃，则其测量范围可表示为-50～ 150℃，量程为200℃。 给出仪表的测量范围可以知道上、下限及量 程；只知道仪表的量程，不能确定出上下限 及测量范围。
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仪表对被测参数变化的灵敏程度，常以在被测参数改变时， 经过足够时间仪表示值达到稳定状态后，仪表输出变化量△Y 与引起此变化的输入变化量△U之比：
过程检测技术
李新光，张华
讲授
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参考教材
1 过程检测技术 李新光，张华等编著 机械工业出版社，2004年10月 2 热工测量仪表 张华，赵文柱编著 冶金工业出版社，2006年9月 3 检测技术与仪表，王俊杰主编，武汉理工大学出版 社，2002年9月 4 现代检测技术 周杏鹏， 仇国富 等编著 高等教育出版社，2004年7月 5 2006--2007仪器科学与技术学科发展报告 中国科学技术协会主编,中国仪器仪表学会编著. 中国 科学技术出版社, 2007年3月.
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一、检测技术的作用和地位
……教学实验、气象预报、大地测 绘、灾情预报、交通指挥、……
涵盖
吃穿用、农轻重、海陆空
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Hale Waihona Puke Baidu
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测量分类（续）
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测量分类（续）
按被测参量分类 常见的被测参量可分为以下几类：
(1)、电工量 电压、电流、电功率、电阻、电容、 频率、磁场强度、磁通密度等； (2)、热工量 温度、热量、比热、热流、热分布， 压力、压差、真空度，流量、流速，物位、液位、界 面等； (3)、机械量 位移、形状，力、应力、力矩，重量、 质量，转速、线速度，振动、加速度、噪声等； (4)、物性和成分量 气体成分、液体成分、固体成 分、酸碱度、盐度、浓度、粘度、粒度、密度、比重 等； (5)、光学量 光强、光通量、光照度、辐射能量 等； (6)、状态量 颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、 泄漏、表面质量等。
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检测的地位和作用
• 获取信息是仪器科学的基本任务
• 仪器仪表是信息产业的重要组成部分 • 仪器仪表是信息工业的源头
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检测的地位和作用
•
检测的地位和作用

工业生产倍增器
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
检测仪器仪表的作用
工业生产 科学研究 军 社 事 会
煤 场
干燥 煤粉
煤 粉 仓
喷 吹 煤
分 配 器
高炉
风口
热 风炉
燃气空气 换热器
助燃 风机
1~3—测厚仪； 4~13—测速仪； 14~18—辊缝仪； 19~20—轧制力测量仪；21~25—压力测量仪； 26~29—张力测量仪；30—开卷机； 31—卷取机
2013-12-25 25 25
成品库
铸铁机
制氧厂
测量范围、上下限及量程 零点迁移、量程迁移 灵敏度和分辨率 精确度 滞环、死区和回差 重复性和再现性 可靠性
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每个用于测量的仪表都有测量范围，它是该仪表按 规定的精度进行测量的被测变量的范围。 测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测 量上限，简称下限和上限。 仪表的量程可以用来表示其测量范围的大小，是其 测量上限值与下限值的代数差，使用下限与上限可 完全表示仪表的测量范围，也可确定其量程。 量程＝测量上限值-测量下限值
1994年美国防部建立自动测试系统执行局 立体作战
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一、检测技术的作用和地位
检测技术在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器---OICW
一、检测技术的作用和地位
检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD 1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统 监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假 弹头，敌友方
一、检测技术的作用和地位

“物化法官”
• 检查产品质量 • 监测环境污染 • 查服违禁药物 • 识别指纹假钞 • 侦破刑事案件
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.检测技术的作用和地位
检测技术在日常生活中的应用与日俱增
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 医疗卫生：数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
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一、检测技术的作用和地位
“阿波罗10”：
火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器，
神州飞船：
185台（套）仪器装置 检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学、
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梅山生产过程﹥炼铁
应用举例：五机架冷连轧机所用检测仪表
脱水器
TRT发电 减压 阀组 煤气 清洗 重力 除尘 料车 或皮带 槽下 称重 槽下 筛分 返 矿 返回 烧结厂 块矿仓 铁矿 水渣 装车 弃渣场 水渣 沉淀池 喷煤 干渣罐 铁水罐 送钢厂 铁水 渣口 出铁口 烟气 预热器 富氧站 风机 煤气 预热器 烟 囱 烧结 矿仓 烧结厂 焦炭仓 焦炭 杂矿仓 溶剂
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最大引用误差与仪表的具体示值无关，可以更 好地说明仪表测量的准确程度。它是仪表基本 误差的主要形式，是仪表的主要性能指标之一。
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允许误差

基本误差和附加误差
任何测量都是与环境条件相关的，这些条件包 括环境温度、相对湿度、电源电压和安装方式 等多方面的因素。 仪表严格按照规定的环境条件（即参比工作条 件）工作时，此时获得的误差称为基本误差； 如果在非参比工作条件进行测量，还会产生额 外的误差成为附加误差。 误差=基本误差+附加误差
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二 误差分类
1 系统误差 定义：在重复条件下，对同一被测量进行 无限多次测量所得结果的平均值与被测 量的真值之差 特征：同条件时绝对值和符号不变 变条件时按规律变化
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2 随机误差
定义：测的值与在重复性条件下对同一被 测量进行无限多次测量所得平均值之差。
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有关误差的几个基本概念
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第一章 绪论

§ 1.1 过程检测的基本概念及研究内容
检测的含义 检测技术在国民经济中的重要地位

§ 1.2 过程检测技术的分类
从不同角度出发, 有不同的分类方法

§ 1.3 测量误差 § 1.4 测量仪器的基本技术性能和术语
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§ 1.1 过程检测的基本概念及研究内容
基本概念 检测可以指对产品的手动检测，也可以指对生产 过程或运动目标的自动检测。现代化的生产过 程是高效﹑连续的生产过程，为了确保生产安 全，保证产品的产量和质量，减少能源消耗和 降低成本，必须对反映生产过程进行情况的诸 参数如温度﹑压力﹑流量﹑物位﹑成分量﹑机 械量等进行自动检测和控制。过程检测技术就 是研究对生产过程和运动对象实施自动定性检 查和定量测量的技术。 由于参数测量涉及的原理非常广泛，应用对象又 各种各样，这就要求检测技术人员必须具有宽 广的知识面和扎实的理论基础知识。
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基本概念
检测是意义更为广泛的测量。根据国际通用计量学 基本名词的定义，“测量是以确定量值为目的的一组 操作”。这种操作就是测量中的比较过程——将被测 参数的量值与作为单位的标准量进行比较，比出的 倍数即为测量结果。 与测量概念相近的是检验，它常常需要分辨出参数 量值所列属的某一范围带，以此来判别被测参数合 格与否或现象的有﹑无等。检测即包含了测量和检 验的双重含义。
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仪表出厂时要规定引用误差的允许值， 称为允许误差。 如将允许误差记为Q，最大引用误差记 为Qmax，那么Q和Qmax在大小上应该满 足什么关系?


Qmax ≤ Q
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仪表（或仪器）性能指标

测量范围、上下限，量程

检测仪表中常用的基本性能指标

测量范围、上下限

倍增器 先行官 战斗力 物化法官
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一、检测的地位和作用
检测技术在工业生产领域的应用
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….
一、检测技术的作用和地位
检测技术在工业生产领域的应用
离线检测：零件参数、 尺寸与形位公差、 品质参数 作 用：现代工程装备中， 检测环节的成本约占 50~70%
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绝对误差

仪表指示装置所显示的被测值称为示值，它 是被测真值的反应。 实际中常将用适当精度的仪表测出的或者用 特定的方法确定的约定真值代替真实。 例如：用国家标准计量机构标定过的标准仪 表进行测量，其测量值既可作为约定真值。
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示值与公认的约定真值之差成为绝对误差 绝对误差 = 示值 － 约定真值 绝对误差简称为误差。 误差为正时，示值偏大，反之偏小。
一、检测技术的作用和地位
检测技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等




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相对误差和引用误差

最大引用误差

绝对误差与约定真值之比成为相对误差。 相对误差 =
绝对误差 约定真值 100 %
考虑整个量程范围内的最大绝对误差与量程的 比值，则得到最大引用误差。
最大引用误差 =

量程范围内最大绝对误差 100% 量程

如果用量程取代约定真值，得到引用误差。 引用误差 = 绝对误差 100% 量程
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底
一、检测技术的作用和地位

一、检测技术的作用和地位

科学研究的先行官
军事战斗力
诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进
1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8% 2003年伊拉克战争 90%
步越来越依靠尖端仪器的发展”
俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的” 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得 者达38人
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完整的检测过程 ：
要实现对生产过程的自动控制，首先必须 实现对生产过程参数进行实时﹑可靠地 检测。生产过程参数的自动检测是实现 自动控制的前提条件。没有参数的检测， 就会使自动控制失去前提和依据。检测 技术发展了，控制水平才能提高。一些 生产过程制约其自动化水平提高的瓶颈， 往往在于参数难以被实时可靠地检测出 来。