1检测技术的基本概念

1．工程测量和精密测量

按对测量结果精确度的要求，测量可以分 为工程测量和精密测量。
1．工程测量和精密测量

工程测量是指一般工作中所进行的测量。 工程测量对测量结果往往只要求获得测量 值，不需要考虑测量误差的大小或估计测 量值的可信程度。
1．工程测量和精密测量


用于工程测量的设备或仪器，其灵敏度及 准确度都比较低，对进行测量的环境条件 几乎没有什么特殊要求，给出的测量值也 比较稳定。 工程测量中，经单次测量或多次测量所给 出的测量结果完全是一样的，所以这种测 量不需要考虑测量误差的问题。
2．测量过程


测量过程中最主要的一个环节是比较。 测量过程的实质就是将被测量与同种性质 的标准单位量进行比较的过程。 在进行测量时，把被测量与同种性质的标 准单位量进行比较，并确定被测量与标准 单位量之间的倍数，然后用这个倍数来表 示测量结果。
X0
Q u
2．测量过程

设被测量为Q，相应的标准单位量为u，则 测量过程可用如下的数学表达式来描述： Q 或


精密测量通过测量获得测量结果后，还要 求估计出测量结果的误差确切值。 精密测量在误差理论的指导下，需要经过 反复多次的重复测量过程，所用的测量仪 器和设备应该具有比较高的准确度和灵敏 度，在每次测量中能够反映出测量误差的 变化和存在。
1．工程测量和精密测量


在测量完成后把所获得的数据根据误差理 论进行处理，计算出最佳测量结果，并估 计出测量误差的确切值。 进行精密测量所要求的条件比工程测量严 格，大多数是在实验室内进行，所以也叫 实验室测量。
2．间接测量


间接测量的优点在于测量准确度比较高， 缺点在于测量过程中比较繁琐，所需的时 间比较长。 这种测量方法是在科学实验中广泛采用的 方法，在工程测量中也有应用。
3．组合测量


当被测量有多个且不能通过直接测量或间 接测量获取测量结果时，通过改变测量条 件对与被测量有一定关系的几个量进行若 干次直接测量或间接测量，将测得值组合 与相应的被测量按己知的函数关系联立方 程组，通过求解联立方程组从而得到被测 量的数值，这种测量方法称为组合测量。 组合测量也称联立测量。


在测量过程中，用指零仪表的零位指示来 检测测量装置的平衡状态。 在应用这种测量方法时，标准量具一般安 装在检测装置内部，以便于调整。
2．零位法测量

用电位差计测 量电势，采用 的就是这种测 量方法。
2．零位法测量

图所示是电位差计的简 化等效电路。
Us R Un G Ux
X0 u
Q X 0u


上式称为测量的基本方程式。 式中，X0为被测量与标准单位量u的比值， 它是一个无量纲的数。 数值化后的比值X0称为被测量的真实数值， 简称真值。
2．测量过程

由于在实际求取数值化的比值时，只能用 有限位的数字来表示，但是真值往往不能 用有限位的数字来表达，而且在测量过程 中，还存在着各种各样的误差因素的影响， 因此测量基本方程式实际上应该描述成： 式中，X表示真值的测量值，用它来近似地 表示被测量的真值X0。
2．等精度测量和不等精度测量

按测量条件，精密测量又可分为等精度测 量和不等精度测量。
2．等精度测量和不等精度测量


等精度测量是指在相同条件（即测量方法、 测量设备、测量环境以及测量人员的水平 都相同）下所进行的多次重复测量。 等精度测量所得到的一系列测量值，可以 认为都具有相同的准确程度和可信赖程度。
2．等精度测量和不等精度测量


不等精度测量是指对测量结果准确程度有 影响的一切条件不能完全维持不变的多次 重复测量。 在实际工作条件下，由于人为的和不可预 测的原因，测量方法、测量设备、测量环 境以及测量人员都可能发生变化，这样进 行测量得到的一系列测量值，就是不等精 度测量值。
3．静态测量和动态测量
2．间接测量

已知导线的电阻率的函数关系式为：
RS R d L 4L

2

式中 ρ——导线的电阻率； R——导线的电阻值； S——导线的截面积； L——导线的长度； d——导线的直径。
2．间接测量

要测量导线的电阻率ρ，可先对与被测量ρ 有确定函数关系的三个量R、d、L进行直接 测量，然后将测量值代入函数关系式，经 过计算得到所需要的导线的电阻率ρ。
1．测量


测量的目的在于确定物理量的量值，这是 测量定义的核心内涵，也是测量有别于其 他操作的本质特征。 测量的最终目标是把可测的物理量与一个 量值联系起来，使人们认识和掌握被测对 象的属性，达到从定性到定量的转化。
2．测量过程

测量过程就是借助于一定的仪器或设备， 采用一定的方法和手段，对被测对象获取 表征其特征的定量信息的过程。

Q Xu
2．测量过程


测量过程必不可少的环节是比较。 在大多数情况下，被测量和测量单位不便 于直接比较，这时需把被测量和测量单位 都变换到某个便于比较的中间量，然后才 进行比较。 变换是检测技术的核心，它是指把某一个 物理量按一定的规律变换成便于后一个环 节接受的另一个物理量的过程。
y kx
检测技术
第一章 检测技术的基本概念
本章内容简介


本章介绍有关检测技术的一些基本概念， 包括：测量的基本概念；测量的类型；测 量方法；检测系统的概念与基本功能；组 成检测系统的基本环节；检测系统的基本 结构型式；检测装置；测量误差的基本概 念等。 这些概念是本课程最基本的内容，也是整 门课程的基础，应用于本课程的始终。

在测量过程中，被测量和已知标准量都作 用在测量装置的平衡机构上，用已知标准 量的作用去抵消被测量的作用，在测量装 置的平衡机构达到平衡状态时，被测量的 量值就等于已知标准量的量值，由已知标 准量的量值来确定被测量的量值，这种测 量方法称为零位法测量，又称为平衡法测 量、补偿法测量。
2．零位法测量
2．测量过程

最简单也是最理想的变换规律是线性变换， 即变换后的量y与变换前的量x成线性关系， 亦即
y kx

式中，k为常数，称为变换系数。
2．测量过程

测量过程有三个要素： 测量单位 测量方法 测量装置
3．测量结果


测量结果，即被测量的量值，是一个有名 数。 一个完整的测量结果应该由两个部分组成， 即测量值和所用的测量单位。
3．组合测量

例如，在铂电阻温度传感器中，在0℃～ 650℃温度范围内，金属铂的电阻值Rt与温 度t的关系一般可近似的表示为：
Rt R0 1 At Bt 2

式中，R0为0℃时金属铂电阻的电阻值； Rt为t℃时金属铂电阻的电阻值； A、B为系数。
3．组合测量

为了确定式中的系数A、B，先测量金属铂 电阻在三个不同温度t1、t2、t3下的电阻值 Rt1、Rt2、Rt3，然后再按式建立联立方程组
1．偏差法测量



输入被测量以后，按照检测仪表在刻度标 尺上的示值来确定被测量值的大小。 偏差法测量的测量过程简单、迅速，但是 测量结果的精度比较低。 偏差法测量广泛应用于工程测量中。
1．偏差法测量

用磁电式电压表或数字 式电压表测量电压
1．偏差法测量

用弹簧管式压 力表测量压力
2．零位法测量
2．间接测量

某些被测量的量值不能通过直接测量获取。 在对这类被测量进行测量时，首先应对与 被测量有确定函数关系的几个量进行直接 测量，然后将测量结果代入函数关系式， 经过计算得到所需要的结果，这种测量方 法称为间接测量。
2．间接测量

例：测量导线的电阻率。 导线的电阻率不能通过直接测量获取。
1.1.2 测量单位



测量时，被测量与相应的标准单位量进行 比较得到测量值，测量值则表示被测量为 相应的标准单位量的倍数，相应的标准单 位量称为测量单位，简称单位。 所谓测量单位，就是其数值定义为1，且得 到公认的标准量。 测量单位是实现测量的基础，又是测量结 果的重要组成部分。
1.1.2 测量单位
1.2 测量方法


测量方法是指针对不同的测量任务，正确 实现测量过程所采取的具体措施。 简言之，测量方法就是实施测量所采用的 具体方法。
1.2 测量方法

测量方法很多，为便于研究，可从不同的 角度予以分类。 直接测量、间接测量和组合测量 偏差法测量、零位法测量和微差法测量 接触式测量和非接触式测量
Rt1 R0 1 At1 Bt12 2 Rt 2 R0 1 At2 Bt2 2 Rt 3 R0 1 At3 Bt3

通过求解联立方程组而得到A、B的数值。
3．组合测量

组合测量是一种特殊的精密测量方法，它 多用于科学实验和特殊场合。信息， 在有些情况下还要对测量数据进行数据处 理和误差分析，估计测量结果的不确定程 度等等。 在这种情况下，测量结果的完整表述应包 括测量的不确定度，必要时还应说明有关 影响量的取值范围。
4．检测

检测的含义比测量更广，可认为是广义的 测量，它包含了信息的检出和信号的变换、 分析、处理、比较、显示等一系列过程。
1.2.2 偏差法测量、零位法测量 和微差法测量

根据测量的手段不同，直接测量又可分为 偏差法测量、零位法测量、微差法测量。
1．偏差法测量


在测量过程中，以检测仪表指针相对于刻 度起始线的偏移量（即偏差）的大小来确 定被测量值的大小，这种测量方法称为偏 差法测量。 在应用这种测量方法时，标准量具没有安 装在检测仪表的内部，但是事先已经用标 准量具对检测仪表的刻度进行了校准。