第一章检测技术基本概念
自动检测技术第一章 知识点
第一章 检测技术的基本概念 考核知识点和考核要求：1、领会：测量的基本概念及测量方法，测量结果的数据统计及处理2、掌握：测量误差及分类，传感器及其基本特性3、熟练掌握：绝对误差和相对误差的计算，仪表的精度等级 第一节 测量的基本概念与方法 1）根据测量是否随时间变化：静态测量。
例如：激光干涉仪对建筑物的缓慢沉降做长期监测是静态测量 动态测量。
例如：光导纤维陀螺仪测量火箭飞行速度、方向是动态测量 2）根据测量的手段不同：直接测量：直接读取被测量的测量结果。
例如：磁电式仪表测量电流电压、离子敏MOS 场效应管晶体测量PH 值和甜度间接测量：对与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，再代入函数关系式计算测量量。
例如：测量物体密度3）根据测量结果的显示方式：模拟式测量和数字式测量（其中：数字式测量比模拟式测量精度要高） 4）根据是否是在生产过程中或流水线上测量：在线测量。
例如：自动化机床边加工边测量，在实际中大多采用在线测量方式 离线测量5）根据测量的具体手段：偏位式测量：被测量作用于仪表内部的比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式（直接用偏移量的大小表示测量量）。
例如：弹簧秤测量物体质量，高斯计测量磁场强度。
特点：简单迅速但精度低。
易产生灵敏度漂移和零点漂移零位式测量：被测量与仪表内部的标准量比较，当系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值（标准量的值为测量量的值）。
例如：天平测量物体质量，平衡式电桥测量电阻值。
特点：精度高但平衡复杂。
微差式测量：预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡，当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡，偏位式仪表指示出变化部分的数值（先平衡再有微量变化时）。
例如：天平测量化学药品，钢板厚度测量。
特点：上述两者的综合 第二节 测量误差及分类1.真值：是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
分类：1）理论真值（例：三角形的内角之和为180°）2）约定真值（例：标准条件下，水的三相点为273.16K ，金的凝固点为1064.18℃）3）相对真值（例：凡精度高一级或几级的仪表的误差是精度低的仪表误差的1/3以下时，则精度高的仪表的测量值可认为是相对真值）2.测量误差：测量值与真值之间的差值 根据其特征不同：1）绝对误差：是指测量值A x 与真实值A 0之间的差值，即Δ＝A x －Ａ0 2）相对误差：反应测量值偏离真值程度的大小实际相对误差A γ:绝对误差Δ与被测量的真值Ａ0的百分比， %1000⨯∆=A Aγ示值（标称）相对误差x γ：绝对误差∆与被测量A x 的百分比，%100⨯∆=xxA γ满度（引用）相对误差m γ：绝对误差∆与仪器满度值A m 的百分比，%100m⨯∆=A mγ3. 准确度等级S ：当∆ 取仪表的最大绝对误差值∆m 时，满度相对误差常被用来确定仪表的准确度等级，100mm⨯=A ΔS 注意：仪表的准确度在工程中也常称为“精度”，准确度等级习惯上称为精度等级。
检测技术
31
① 测量列中单次测量的标准差
在等精度测量列中，单次测量的标准差
2 i i 1 n
12 22 n2
n
n
式中，n ——测量次数； δi——每次测量中相应各测量值的随机误差。
32
图1.3.2 三种不同值的正态分布曲线
实际工作中用残差来近似代替随机误差求标准差的估计值
可以显示波 形的便携式 仪表
5
直接测量
电子卡尺
6
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算 求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。
7
接触式测量
8
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
9
离线测量
产品质量检验
加工精度。
11
第二节 1.2.1
x0 x 2 x x0 x 3 x
(置信概率P 0.95) (置信概率P 0.99)
43
1.2.5 系统误差
1. 系统误差的发现 2. 系统误差的削弱和消除
44
1. 系统误差的发现 （1）理论分析及计算 （2）实验对比法 （3）残余误差观察法 （4）残余误差校核法 （5）计算数据比较法
测量误差与数据处理
测量误差的概念和分类
1. 有关测量技术中的部分名词 2. 误差的分类
12
1. 有关测量技术中的部分名词 （1）真 值：
理想情况下表征一个物理量真实的值。
（2）实际值：
满足规定准确度时用以代替真值使用的值。
（3）标称值：
计量或计量器具上标注的量值。
（4）示 值：
测量仪表、量器给出或提供的量值。13
21
仪表的精度等级和基本误差
01第一章 检测技术基本概念
B 1 若 则可能含有变化的系统误差。 1 2A n
3.粗大误差
在对重复测量所得一组测量值进行数据处理之前, 首先应将 具有粗大误差的可疑数据找出来加以剔除。但绝对不能凭主观意 愿对数据任意进行取舍, 而是要有一定的根据。因此要对测量数 据进行必要的检验。
完整描述应包括：估计值（比值+误差）、测量单位、 不确定度等。
二、 测量方法
测量方法：实现被测量与标准量比较得出比值的方法。
测量方法分类
根据获得途径可分为直接测量、间接测量、组合测量； 根据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量、微差法测量； 根据被测量变化快慢可分为静态测量、动态测量； 根据测量的精度因素情况可分为等精度测量、非等精度测量；
3）准则检查法：
马利科夫判据：将残余误差前后各半分两组，若“Σ vi
前”与“Σ vi后”之差明显不为零，则可能含有线性系
统误差。
阿贝检验法则：检查残余误差是否偏离正态分布，若偏 离，则可能存在变化的系统误差。将测量值的残余误差 按测量顺序排列，设 A v 2 v 2 v 2 1 2 n
检测技术的基本概念
本章学习测量的基本概念、测量方 法、误差分类、测量结果的数据统计处
理，传感器的基本特性等。他们是检测
与转换技术的理论基础。
第一节 一、测量
测量的基本概念及方法
测量：以确定被测量值为目的的一系列操作。 将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测 量对标准量的倍数的一系列操作。
x n u
特点：可以获得比较高的测量精度, 但测量过程比较复杂, 费 时较长, 不适用于测量迅速变化的信号。
检测技术
第一章测试技术的基本知识●测试技术的概念：测试技术：也称检测技术，是具有试验性质的测量，泛指测量和试验两个方面的技术。
工程中，“检测”视作为“测量”的同义词或近义词。
●什么叫测量？以确定被测对象属性量值为目的的全部操作●测量可以分为直接测量和间接测量。
●直接测量可以分为直接比较和间接比较。
2理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。
对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。
知道其中一个量就可以确定另一个量。
其中以输出和输入成线性关系最佳第二章测量系统的基本特性(1) 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。
输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。
定义：静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。
静态标定的作用：①确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；②确定仪器或测量系统的静态特性指标；③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度静态标定的过程及要求：要求：标定时，一般应在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点）正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值此称标定的正行程。
反行程：再倒序依次输入预定的标定值，直至返回零点，此称反行程。
几种曲线：正行程曲线，反行程曲线，实际工作曲线工作曲线：方程称之为工作曲线或静态特性曲线。
实际工作中，一般用标定过程中静态平均特性曲线来描述。
正行程曲线：正行程中激励与响应的平均曲线反行程曲线：反行程中激励与响应的平均曲线实际工作曲线：正反行程曲线之平均。
3，测量系统静态特性指标：灵敏度，线性度，迟滞，重复性，分辨率，阙值，测量范围……定义，求取方式灵敏度S：是仪器在静态条件下响应量的变化△y和与之相对应的输入量变化△x的比值。
示值范围是显示装置上最大与最小示值的范围。
当仪器有多档量程时，用标称范围取代示值范围。
检测技术
检测技术第一章绪论检测是为了获取有用信息，信息以信号为表现形式。
传感器处于被检测对象与检测系统的界面位置，构成信号输入的窗口，为检测系统提供必需的原始信号。
中间转换电路是将传感器输出信号转换成易于测量或处理的电压或电流信号。
传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
（GB7665-87）传感器可喻为人体五官的延伸，用于检测机电一体化系统自身与作业对象、作业环境的状态，为其控制运作提供信息。
检测技术以研究检测与控制系统中信息的提取、转换及处理的理论和技术为主要内容。
检测技术包括传感器技术、误差理论、测试计量技术、抗干扰技术、及电量间的相互转换技术等。
第二章检测技术基本知识2.1检测的基本方法1、按测量手续分类（1）直接测量（2）间接测量（3）组合测量2、按测量方式分类（1）偏差式测量（2）零位式测量（3）微差式测量3、按被测量的性质分类（1）时域测量（瞬态测量）（2）频域测量（稳态测量）（3）数据域测量（逻辑量测量）（4）随机测量（统计测量）4、检测方法的选择原则综合下列因素：（1）被测量特点（2）测量精度和灵敏度（3）测量环境（4）测量方法2.2测量误差1、测量误差的基本概念（1）误差公理误差：测量结果与被测量真值之差误差公理：一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有科学试验之中（2）真值：被测量本身具有的真正值，为理想概念（3）指定真值（约定真值）：由国家设立的各种实物标准（基准），并以法令形式指定其量值为计量单位的指定值（4）实际值（相对真值）：国家通过各级实物计量标准构成量纲传递网，每一级都以上一级标准值为准确值，称为实际值（5）标称值：测量器具上标定的数值（6）示值（测量值）：由测量器具指示的被测量值，包括数值和单位2、测量误差分析（1）按表示方法分析：有绝对误差、相对误差、容许误差①绝对误差：示值与被测量真值之差腁=Ax-A0 用实际值代替真值时：膞=Ax-A修正值：C= -膞=A-Ax 所以被测实际值：A=Ax+C②相对误差：Ⅰ. 实际相对误差：Ⅱ. 示值相对误差：Ⅲ. 满度相对误差：（2）按误差出现的规律分析①系统误差：在一定条件下，测量值中含有的固定不变的或按一定规律变化的误差②随机误差（偶然误差）：由许多复杂因素的微小变化的总和引起，变化规律未知③粗大误差：在一定条件下测量结果显著偏离其实际值所对应的误差（3）按误差来源分析：①工具误差，包括读数误差、内部噪声误差②方法误差（4）按被测量随时间变化的速度分析①静态误差②动态误差（5）按使用条件分析①基本误差②附加误差（6）按误差与被测量的关系分析①定值误差②积累误差3、误差的处理（1）系统误差的消除或减小①消除来源②修正法③特殊方法：替代法、差值法、正负误差补偿法（2）随机误差的消除或减小：随机误差的特性：有界性、单峰性、对称性、抵偿性（3）粗大误差：应予剔除，可定性判断、定量判断2.3测量系统的基本特性：（在此仅涉及静态特性）指测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，测量系统输入与输出间的关系1、精确度：指标有三，精密度、准确度、精度2、稳定性：指标有二，稳定度、影响量3、静态输入/输出特性：（1）线性度（非线性误差）：实际特性曲线与拟合直线间的最大偏差和满量程输出的百分比：（2）灵敏度：（3）迟滞性：指正、反行程中输出/输入不重合的程度（4）重复性：输入按同一方向变化时，在全程内连续重复测试所得各曲线的重复程度第三章经典传感器3.1温度传感器测量温度的方法有接触式和非接触式两类。
检测技术的基本概念讲解
分压比电路的计算公式如下：
对圆盘式电位器来说，Uo 与滑动臂的旋转角度成正比：
Uo
360 Ui
直滑电位器式传感器
的输出电压Uo与滑动触点C 的位移量x成正比：
Uo
x L Ui
二、传感器分类
传感器的种类名目繁多，分类不尽相 同。常用的分类方法有：
１）按被测量分类：可分为位移、力、 力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、 流量、流速等传感器。
第一章 检测技术的基本概念
本章学习测量的基本概念、测量方法、 误差分类、测量结果的数据统计处理、测量 不确定度，以及传感器的基本特性等，是检 测技术的理论基础。
第一节 检测技术的基本概念及方法
静态测量
对缓慢变化的对 象进行测量亦属于静 态测量。
最高、最低 温度计
动态测量
地震测量 振动波形
便携式仪表
可以显示波形的 手持示波器
直接测量
电子卡尺
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算求得 被测量。
（阿基米德测量皇冠的比重）
接触式测量
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
离线测量
产品质量检验
在线测量
在流水线上，边加工， 边检验，可提高产品的一致 性和加工精度。
第二节 测量误差及分类
绝对误差：
2）按测量原理分类：可分为电阻、电 容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、 红外、光导纤维等传感器。
本教材采用哪一种分类法？
三、传感器基本特性
传感器的特性一般指输入、输出特性， 包括：灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、
稳定度、电磁兼容性、可靠性等。
灵敏度 ：
灵敏度是指传感器在稳态下输出变 化值与输入变化值之比，用K 来表示：
检测技术的基本概念
检测技术的基本概念第一节测量的一般概念及方法对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。
（须举例说明）：1. 静态测量和动态测量2. 直接测量和间接测量3. 模拟式测量和数字式测量4. 接触式测量和非接触式测量5. 在线测量和离线测量第二节测量误差及分类测量值与真值之间的差值称为测量误差（Measuring error）。
测量误差可其不同特征进行分类。
一、绝对误差和相对误差重要公式：1. 绝对误差（Absolute Error ）△=A x —A 02. 相对误差（Relative Error ）（掌握基本概念！）（1）示值（标称）相对误差x（2）满度（引用）相对误差m我国模拟仪表有下列七种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
讨论：上表说明什么？在正常工作条件下，可以认为仪表的最大绝对误差是不变的，而示值相对误差x随示值的减小而增大。
与同学一起做：例1-1 :分析讨论仪表精度等级与量程范围及示值相对误差之间的关系。
二、粗大误差、系统误差和随机误差（掌握基本概念）1. 粗大误差（举例）2. 系统误差（举例）3. 随机误差（举例）分析正态分布的规律：（举例）（1）有界性（2）对称性（3）集中性三、静态误差和动态误差1 .静态误差（Static Error ）（举例）2.动态误差（Dynamic Error ）（举例）第三节传感器及基本特性讨论传感器的组成及框图：传感器由敏感元件，传感元件及测量转换电路三部分组成。
分析：图1-3 :传感器的组成框图结合电位器式压力传感器的工作原理，可将图1-4方框中的内容具体化。
图1-5 :电位器式压力传感器原理框图（演示该传感器）二、传感器分类1）按被测量分类2）按测量原理分类三、传感器基本特性1. 灵敏度（是否越大越好？）分析：图1-6，用作图法求取传感器的灵敏度（先看多媒体动画）2. 分辨力（举例）3. 线性度（数值大好还是小好？）图1-7 :传感器线性度作图（先看多媒体动画）4. 稳定性（Regulation ）（举例说明重要性）5. 电磁兼容性（EMC （举例说明重要性）6. 可靠性（Reliability ）（1）故障平均间隔时间（MTBF⑵平均修复时间（MTTR（3）故障率或失效率（■）图1-8 :故障率变化曲线。
第1章检测技术基本知识
电桥电路将电路参量如电阻、电容、电感转换为 电压或电流信号。
③显示：将所测得信号变为一种人们可以理解的形 式，以供人们观察和分析。
课题1 检测技术的基本知识
1.1 检测的基本概念 1.2 检测方法及分类 1.3 测量误差与数据处理 1.4 检测技术的发展趋势
(b)精密度高
(c)精确度高
由图可知，若靶心为真实值，图中黑点为测量值，则 : 图 (a)表示准确却不精密的测量。 图(b)表示精密却不准确的测量。 图(c)表示既准确又精密的测量。
随机误差小，精密度高；系统误差小，准确度高；如系 统误差和随机误差均小，则精确度高
1.3.4 误差的消除方法
减小测量误差的方法：
联立求得：
Rx
U1 U3 2U 2
RN
5．补偿法
在测量系统内部采取补偿措施，消除测量过程 中由于某个条件变化或某个环节的非线性引起的 变值系统误差。（如热电偶的冷端补偿）
1.3.4 数据处理的基本方法
• 数据处理:从获得数据起到得出结论为止的
整个数据加工过程。
常用方法: 列表法、作图法和最小二乘法拟合。
对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用 误差就是一个定值。测量仪表一般采用最大引用 误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。 工业仪表常用的等级有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5， 2.5，5.0。精度为1.0级的仪表，在整个量程内其 绝对误差最大值不会超过其量程的±1.0%。
（4）允许误差：根据技术条件的要求，规定某一类 器具误差不应超过的最大范围。
Rx
Ux UN
第1章 检测技术的基本概念
测试：带有试验性质的检测。
x Ax0
二、 测量的基本概念
1 、测量的定义 • 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测量值为目 的的一系列操作。
• 测量：将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而确定 被测量相对于标准量的倍数的过程。
•
由基本方程式可知：
x Ax0
（1-1）
式（1-1）称为测量的基本方程式。式中，x为被测量；A 为测量值；x0为测量单位。 • 一个完整的测量结果应包含测量值和所选测量单位两部分 内容。 • 测量过程三要素：测量方法、测量单位和测量仪器与设备。
3）相对真值 相对真值又称为实际值，是指将测量仪表按精度不同分 为若干等级，高等级的测量仪表的测量值即为相对真值 。
Δ
2、误差的分类 按表示方法分 （1）绝对误差 （2）相对误差 (1）绝对误差 绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之 间的差值，即 Δ Ax A0 （1-2）
式中，Δ 为绝对误差；Ax为测量值；A0为被测量的 真值，可为约定真值或相对真值。
• 采用绝对误差表示测量误差, 不能很好说明测量质量 的好坏。 • 例如, 在温度测量时, 绝对误差Δ =1 ℃, 对体温测 量来说是不允许的, 而对测量钢水温度来说却是一个 极好的测量结果。 • 在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表 示测量结果，这样可以更客观地反映测量的准确性。
（2）相对误差
产生粗大误差的一个例子
•
系统误差决定了测量的准确度，表明了测量 值偏离实际值的程度。系统误差越小，测量值的 准确度越高。所以仪表的准确度即精度常常用来 表示系统误差的大小。 随机误差决定了测量的精密度。随机误差 越小，测量值的精密度越高。
•
• 如果一个测量值的精密度和准确度都很高， 就称此测量的精确度很高。
第一章检测技术的基本概念..
产生粗大误差的一个例子 雷电产生尖峰干扰
2.系统误差
在重复性条件下，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，称为系统误差。 凡误差的数值固定或按一定规律变化 者，均属于系统误差。
系统误差是有规律性的，因此可 以通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正，也可以重新调整测量仪 表的有关部件予以消除。
技术
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20
采用计算机技术，使检测技术智能化
智能机械手
2018/7/27
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采用计算机技术，使检测技术智能化
单片机芯片
2018/7/27
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6.发展网络化传感器及检测系统
区域网与上位机
2018/7/27
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传感器的数字化和网络化结构
传感器在总体上呈现出多功能、微型化、数 字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。将 在第十三章检测系统的综合应用详细学习。
二、误差产生的性质：
1.粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失 误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及 电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如 测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的 误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条 件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。
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2、相对误差及精度等级
几个重要公式： 绝对误差 示值相对误差 满度相对误差 准确度(精度) Δ = A x –Ａ 0
100% Ax
x
m 100% Am
S Δm 100 Am
3、仪表的准确度等级和基本误差表
等级
0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0
传感器题库及答案
第一章检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有、、组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。
4、下面公式是计算传感器的。
5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。
二、选择题：12A3、?PA0.54A3倍5A微差式678A9A三、123、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（）4、灵敏度其实就是放大倍数（）5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（）6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（）7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（）四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
答：指传感器的静态输入、输出特性。
有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
2、产生随机误差的原因是什么，如何减小随机误差对测量结果的影响。
答：是测量中独立的、微小的、偶然的因素引起的结果。
既不能用实验的方法消除，也不能修正。
可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的方法进行数据结果处理，服从正态分布。
3、系统误差分几类，怎样减小系统误差。
答：分为恒值误差，例如刻度盘分度差错。
变值误差，环境温度的影响、零点漂移等。
系统误差有规律。
可以通过实验的方法引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以剔除。
4、如何判断系统中存在粗大误差。
答：粗大误差是测量人员的粗心大意及电子测量仪器收到突然强大的干扰所引起的，粗大误差明显超过正常条件下的误差。
五、分析与计算题1、有一温度计，它的测量范围为0—2000C，精度为0.5级，求1）该表可能出现的最大绝对误差。
2）当示值分别为200C、1000C的示值相对误差。
2、预测123、围为04电桥5、12.03mV、6012.15mV、31234123、4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。
5、应变测量电桥的三种接法是、、。
输出电压分别为、、。
检测技术基础
1.2.2 检测仪表的分类
(1) 按参数分类：如：温度 压力 流量 液位
(2) 按响应形式分类： 连续式：水银温度计、压力表等。 开关式：电饭煲温度计
(3) 按使用的能源分类：机械式、电式、气式、光式 (4) 按是否具有远传功能分类：就地式、远传式
(5) 按信号的输出形式分类：模拟式、数字式、 数模混合式
因为 0.5<0.7<1.0
所以应选0.5级的仪表。
例3：某仪表厂生产测温范围为200～700℃测温仪 表,校验时得到的最大绝对误差为±4℃,最 大变差为-6℃,试确定该仪表的精度等级。
解：该表的最大相对百分误差为：
4 100% 0.8%
700 200
0.5—1.0
去掉“±”与“％”号,其数值为0.8。等级中无0.8 级，而最大引用误差又超过了0.5级仪表的允许 误差(±0.5％),则该仪表的精度等级应为1.0级。
被测参数（measured parameter ）（也称被测量）
敏感元件直接感受的参数。
待测参数（parameter to be measured） 需要获取的测量参数。
直接测量（direct measurement） 被测参数 直接测量 待测参数 此时待测参数就是被侧参数
间接测量（indirect measurement） 直接测量多个参数 运算 待测参数
0.005；0.02；0.05；
（Ⅰ级标准表）
0.1；0.2；0.25；0.4；0.5；（Ⅱ级标准表）
1.0 ；1.5；2.5；
（工业用表）
③ 准确度等级的确定 确定方法： 计算仪表满刻度相对误差，去掉“±”与“％”号, 便可以确定仪表的精度等级。
根据国家统一划分的准确度等级，选其中数值上 最为接近又比准确度大的准确度等级作为该仪表的 准确度等级。 仪表的精度等级一般用不同的符号标志在仪表面板上。
检测与转换技术
第一章检测技术的基本概念1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为多少级？答：1 .02、某仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买精度等级为多少级的压力表？答：0 .5 a3、对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性，该误差称为什么误差？答：随机误差4、多次重复测量时，误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），该误差称为什么误差？答：系统误差5、检测中使用一次仪表，新的国家标准规定电流输出和电压输出是多少？答：4～20mA、1～5V6、检测中由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在一次仪表中多采用电流输出型，新的国家标准规定电流输出为多少？答：4～20mA7、什么是系统误差？答：在重复性条件下，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，称为系统误差。
8、什么是粗大误差？答：超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差，应予以剔除。
9、什么是测量答：测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分之几的比较过程。
10、什么是测量结果？答：测量结果可以表现为一定的数字，也可表现为一条曲线，或者显示成某种图形等，测量结果包含数值（大小和符号）以及单位。
有时还要给出误差范围11、什么是静态测量？什么是动态测量？答：在检测技术中，对缓慢变化的对象所进行的测量，亦属于静态测量。
工程中，有时可认为几十赫兹以上的测量称为动态测量。
12、传感器有哪三部分组成？答：传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
13、某数字表满量程为99.9A，该表的分辨力和分辨率为多少？答：数字表满量程为99.9A，该表的分辨力=0.1A，分辨率=0.1A÷99.9≈0.1%14、测量结果的正态分布的规律是怎样的？测量结果的正态分布的规律有：（1）集中性、（2）对称性、（３）有界性15、用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据为2.04mm、2.02mm、1.96mm、0.99mm、3.33mm、1.98mm，为粗大误差的值是什么？，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度等于多少？答：为粗大误差的值是0.99和3.33mm，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度=2.00mm。
第1章 检测技术与检测系统概述
图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数 包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试， 工程师可以了解产品质量。
汽车扭距测量
第1章 检测技术与检测系统概述
5、检测技术在日常生活中的应用与日俱增
在家电产品和办公自动化产品设计中，大量的应用了传感器和测试技术 来提高产品性能和质量。
测量原理：实现测量所依据的物理、化学、生物等现象及有 关定律的总体。
测量方法：是指测量原理确定后，根据测量任务的具体要求 所采用的不同策略。
测试系统：包含对被测量进行检出、变换、传输、分析、处 理、判断和显示等不同功能环节所构成的一个总体。
简单的测试系统可以只有一个模块， 如玻璃管温度计。它直接将被温度变 化转化液面示值。
第1章 检测技术与检测系统概述
1.2 检测技术的作用与地位
1、检测技术的出现是人类社会发展的必然
社会发展历程：手工化
机械化
自动化 信息化
…
对应生产方式：人单与工简具
动力机 与机械
自动测 量控制
智能机 电装置
…
检测技术是 应人类文明 生活的需求 而产生，起 着人类的感 官的作用。
第1章 检测技术与检测系统概述
➢ 2003年伊拉克战争
90%
航天测控网是完成运载火箭、航天器跟踪测轨、遥测信号接收与处理、
遥控信号发送任务的综合电子系统。
“阿波罗10”： 火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器
神州5号：185套科学仪器
第1章 检测技术与检测系统概述
4. 检测技术在工业生产领域的应用 4.1 工业过程监测
1、发现和应用新的测量原理，从事相应传感器的开发 研究； 2、选择合适的测量原理，确定测量方法； 电测法和非电测法、直接测量与间接测量、绝对测量 与相对测量、开环测量与闭环测量等。 3、设计或选用各类装置组成测试系统； 4、测量数据的分析处理，得出符合客观实际的结论。
第1章 生物医学检测技术-基本概念
理论值与实际测量值的误差为：
…
v1 l1 (a11 x1 a12 x2 a1m xm ) v2 l2 (a21 x1 a22 x2 a2m xm )
vn ln (an1 x1 an 2 x2 anm xm )
最小二乘法则是“残余误差的平方和为最小”， 即 小
a、b均为零。
y(D) y( j) b 0 微分方程形式： k x (D) x ( j) a 0
K——静态灵敏度
例如，右图所示线性电
位器就是一个零阶传感 器。 设电位器的阻值沿
长度L是线性分布的，则输出电压USC和电刷位移 U SR 之间的关系为。 U SC x Kx L
USC——输出电压； x——电刷位移。 USR——输入电压；
系统精确度等级A以—系列标准百分数值
(0.001，0.005，0.02，0.05，…，1.5，2.5，4.0…)
分档。它代表的误差指系统测量的最大允许误差。
（四）最小检测量和分辨率
最小检测量 —— 指系统能确切反映被测量的 最低极限量。
最小检测量愈小，表示系统检测微量的 能力愈高。由于系统的最小检测量易受噪 声的影响，所以一般用相当于噪声电子若 干倍的被测量为最小检测量。
例题
某传感器给定相对误差为2%FS，满度值 输出为50mV，求可能出现的最大误差δ （以mV计）。当传感器使用在满刻度的 1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。并 由此说明使用传感器选择适当量程的重要 性。
拟合直线建立常用方法：（若曲线不过零，作过零处理）
1、绝对法：方法简单，误差大 2、独立法：曲线过零，误差小
解得
x=70.8 Ω
y=0.288Ω/℃
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机械量
几何量
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应用领域
实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象 是长度、体积、质量和时间。 18世纪以来科学技术取得飞速发展，被测对 象迅速扩大。力学领域有速度、加速度、力、功和 能量等；电磁学领域中有电流、电压、电阻、电容、 磁场； 化学领域中有浓度、成分、pH值等； 工 业领域中有流量、压力、温度、黏度等被测量。 现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑 电波等体表电位测量，生物断面测量如B超、CT； 工业领域的光泽、触觉等品质测量；卫星上监视地 球的红外线传感器；机器人的视觉、触觉等各种传 感器。
标准接口
模 拟 传 感 器
放 大 电 路
A/D 转 换
线 性 化 处 理
微 处 理 器
脉冲输出
控制门
显示
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第一章 检测技术的基本概念
章节导入：
测量是检测技术的主要组成部分。现代社会要
求测量必须达到更高的准确度，更小的误差，更快
的速度，更高的可靠性。
本章要点：
1、测量的基本概念、测量方法、误差分类、会进行
三、检测技术的发展趋势
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范切换到2V时，最小显示值为1μ V，提高数字电压 表的精度
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2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 例如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无 损探伤、放射性测厚、中子探测爆炸物。
间接测量：对多个被测量进行测量，经过计算求得 被测量。 测量金球的密度，先测出金球的重量，再测量出金 球的直径，再计算出金球的体积，最后求出金球的 密度。
3、接触式测量和非接触式测量
接触测量
非接触式测量不影响被测对 象的运行工况 例：红外测速
4、在线测量和离线测量
在线测量在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
在线检测滚珠 是否脱离
离线产品质量检验
根据测量的具体手段来分，分为偏位式、零
位式、微差式
1、偏位式测量：
被测量作用于仪表内部的比较装置。例如： 弹簧秤测量物体质量。
必须事先用标准量具对仪表刻度进行校正。
容易产生灵敏度漂移和零点漂移。过程简单、快 速。但精度不高。
本门课程的任务及学习方法
课程任务： 以检测的基本知识为基础，学习多种传感 器的测量原理、使用方法，并加以实验进行巩 固，最后简单检测技术中的学习抗干扰知识。 学习方法： 前序课程《电工基础》 《电子技术》 《单片机技术》 《变流技术》结合进行学习。
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绪论
一、检测与传感器的概念 检测：
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1、静态测量与动态测量 静态测量：对缓慢变化的对象进行测量。
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动态测量：测量动态过程
电涡流传感器测转速 f n 60 2019/2/1 z
可以显示波形的手 持示波器
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2、直接测量与间接测量
直接测量：用标定仪表直接读取被测量的测量结果。
电子卡尺直接测量长度
月球车
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安全检查
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3、 随着科学技术的不断发 展，检测技术继续往 数字化、智能化、远程控制方向发展。
面部识别技术 智能机械手
单片机芯片
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区域网与上位机
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传感器的数字化和网络化结构
传感器在总体上呈现出多功能、微型化、数 字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。将 在第十三章检测系统的综合应用详细学习。
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显示器：目前有模拟显示、数字显示、图像显示、 记录仪。
数据处理装置：对测试的数据进行处理、运算、 逻辑判断、线性变换，对动态测试结果进行频 谱分析、相关分析，借助计算机。
执行机构：用电压、电流信号驱动继电器、电磁 铁、电磁阀门、伺服电机等，起通断、控制、 调节、保护等作用。
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利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与 装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通 过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。
传感器： 从广义的角度来说，检出感知信号器件和 信号处理部分总称为传感器。
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一、检测技术的应用
工业检测涉及的内容
被测量类型 被测量 热工量 被测量类型 被测量 温度、热量、比热容、 物体的性质 气体、液体固体的化 和成分量 热流、热分布、压力 学成分、浓度、粘度、 （压强）、压差、真空 湿度、密度、酸碱度、 浊度、透明度、颜色 度、流量、流速、物位、 液位、界面 直线位移、角位移、速 状态量 度、加速度、转速、应 力、应变、力矩、振动、 噪声、质量（重量） 长度、厚度、角度、直 径、间距、形状、干行 度、同轴度、粗糙度、 硬度、材料缺陷 电工量 启停、生产设备异常 状态（超温、过载、 泄漏、变形、磨损、 堵塞、断裂等） 电压、电流、功率、 电阻、阻抗、频率、 脉宽、 相位、波形、频谱、 磁场强度、电场强度、 3 材料的磁性能
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对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器。 下面请看几个检测应用实例:在本课程都要学习到。 计量测试
红外测温
电子汽车衡
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超声波测流量
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医疗诊断 B超与CT
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家用电器
遥控器
液化气烟雾报警器
智能洗衣机
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二、检测系统的基本组成：
非电量 传感器 理电路
显示器 装置
电量 信号处 Uo io f 数据处理
执行机构
或电量
传感器：如前定义还可理解成将非电量或电量转换 成信号处理电路所需的电量的器件。 信号处理电路：包括放大或衰减电路、滤波电路、 隔离电路等。把传感器输出电量变成具有一定驱动 和传输能力的电压、电流或频率信号，以推动后级 的显示器、数据处理装置及执行机构。
测量结果的数据统计处理。 2、传感器的基本特性 ，掌握传感器的静态特性。
第一节
测量的基本概念及方法
一、测量的一般概念：
测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得 某一客观事物定量数据资料的认识过程。
二、测量的方法
被测量量是否随时间变化，可分为静态测量和动态测量。 测量手段的不同，分为直接测量和间接测量。 测量结果的显示方式不同，分为模拟式测量和数字式测量。 测量时是否与被测对象接触，分为接触式测量和非接触式测量。 在线测量：在生产流水线上监视产品质量，反之离线测量。