第1章 检测技术基本知识

(3)微差法： (3)微差法： 综合了偏差法与零示法的优点的一种测量方法。 它是将被测量与已知的标准量进行比较得到差值 后，再用偏差法测得该差值。 主要优点：反应快、测量精度高，特别适用于在 线控制参数的测量。
三．按测量时是否与被测对象接触的原则
根据检测敏感元件与被测介质的接触关系可分为 接触式测量和非接触式测量。 1. 接触式测量：将仪表敏感元件与被测对象相接触。 敏感元件从被测对象获得能量，使得敏感元件产 生转换作用。如热电偶，适合静态或运动速度缓 慢的物质参数检测。 2. 非接触式测量：敏感元件与被测对象之间无机械 性接触，当被测物体的能量变化，检测仪表的辐 射能量随之变化，如红外测温仪，适合高速运动 或环境恶劣场合检测。
第1章 检测技术的基本知识
本章主要内容： 本章主要内容： 1.1 检测的基本概念 1.2 检测方法及分类 1.3 检测误差及分类 1.4 检测技术的发展趋势 教学要求 了解信息获取与处理的基本概念 掌握常用非电量的测量方法 掌握测量误差及其常用处理方法
1.1 检测基本概念
一. 测量、计量、测试及检测 1.测量：是以确定被测对象的量值为目的的全部操 1.测量：是以确定被测对象的量值为目的的全部操 作过程 2.计量：如果测量的目的是实现测量单位统一和量 2.计量：如果测量的目的是实现测量单位统一和量 值准确传递，则这种测量被称为计量。 3.测试：是具有试验性质的测量，或者可以理解为 3.测试：是具有试验性质的测量，或者可以理解为 测量和试验的综合。试验是对未知事物的探索 过程。 4. 检测(Detection)就是对系统中各被测对象的信息 检测(Detection)就是对系统中各被测对象的信息 进行提取、转换以及处理
二. 被测量的分类
一般分为二类：电量和非电量
电量：电压、电流、功率以及电阻、电容、电
感等。 非电量：温度、热量、压力、流量、液位等。 本课程介绍被测量--------非电量的测量。 本课程介绍被测量--------非电量的测量。
三.检测系统的组成
一个完整的检测系统通常由传感器、测量电路、 显示记录装置或调节执行装置和电源等几部分组 成。检测系统按信号在系统中的传递情况可以分 为开环检测系统和闭环检测系统，如图（a）和(b) 为开环检测系统和闭环检测系统，如图（a）和(b) 所示。
二．检测误差分类 二．检测误差分类
1. 按表示的方法分类：绝对误差、相误差、允许 误差 ⑴绝对误差：是指被测量值（器具示值或标称值） 与被测量真值之间的差值。即
式中— 式中— 绝对误差； —真值，其值可为相对真 值或约定真值；x—测量值。 绝对误差说明了系统示值偏离真值的大小，其值 可正可负，具有和被测量相同的量纲。
本课程的主要教学内容
第1章 检测技术的基本知识 第2章 传感器的基础知识 第3章 电阻式传感器原理与应用 第4章 电感式传感器原理与应用 电感式 第5章 电容式传感器原理与应用 第6章 霍尔传感器原理与应用 霍尔传感器原理与应用 第7章 压电式传感器原理与应用 第8章 光电式传感器原理与应用 第9章 热电偶传感器 第10章 超声波传感器原理与应用 10章 超声波传感器原理与应用
①传感器：是测试系统第一环节，传感器的基本功 能是进行信号检测与转换，即用来感受被测信号， 并将被测信号转换为适合于后续处理的电信号的 装置。其性能的好坏将直接影响整个测试系统， 对测量精确度起着决定性作用。 ②信号调理电路：对传感器的输出电信号作进一步 加工与处理，主要是进行电信号之间的转换，整 形、放大、滤波等。 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。
⑶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。 2. 按误差出现的规律分 可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差 可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差 三大类。 ⑴系统误差： 在相同的条件下多次测量同一量值时，误差的绝 对值和符号保持不变，或测量条件改变时按一定 规律变化的误差，称为系统误差。 ⑵随机误差： 在相同的条件下，多次测量同一量值时，绝对值 和符号均以不可预定的方式变化的误差，称为随 机误差，又称为偶然误差。
本课程在内容选择上，突出理论知识的 本课程在内容选择上，突出理论知识的 系统性、完整性、应用性及新颖性，在教 学方法上将先进的多媒体手段和板书结合 起来，着力解决课堂教学中的难点，突出 内容上的重点以增强教学的生动性。本课 内容上的重点以增强教学的生动性。本课 程从基本理论入手，在介绍典型非电量测 试时，以测试原理与测试方法为主，着重 强调传感器的应用，力求提高学生解决问 题的实际能力。
四．按被测量是否随时间变化的原则
可分为静态测量和动态测量 1. 静态测量：被测信号在测量过程中恒定不变或相对 于仪表的动态特性变化缓慢，称~ 于仪表的动态特性变化缓慢，称~。 2. 动态测量：被测信号在测量过程中随时间变化的， 称~。如噪声测量、弹道轨迹测量等
1.3 检测误差及分类
一． 测量误差的基本概念
本课程教学目标
检测与转换技术是自动化，电子技术， 测控技术等相关专业的一门必修的专业基础 课程。学生学习本课程后，应掌握传感器与 检测技术方面的基础知识和基本技能，在生 产实际和工程实践中能应对检测系统的设计 以及传感器的选型、调试、数据处理等方面 的基本问题，初步形成解决实际问题的能力
教学思路
优点：测量精度一般要比直接测量高。 缺点：测量比较复杂，花费时间较长。
(3) 组合法： 在一个测量过程中同时采用直接测量和间接测 量两种方法进行测量的方法。即先检测出若干个 的中间量，再经过联立方程组求解后才能得到所 需要的结果。 组合测量是一种特殊的精密测量方法，测量过程 长而且复杂，多适用于科学试验或特殊场合。
1.2 检测方法及分类
检测方法是指在实施测试中所涉及的理论运算 和实际操作方法，可按多种原则分类。 一．按检测过程分类 可分为直接法、间接法和组合法 (1)直接法：在用仪表或传感器进行测量时，对仪表 (1)直接法：在用仪表或传感器进行测量时，对仪表 读数不需要经过任何运算，就能得到被测量值的 方法。 如电压表测量某一元件的电压就属于直接测量。 优点：是测量过程简单、快速。 缺点：测量精度一般不是很高。
⑵相对误差：是仪表指示值的绝对误差△x与被测
量真值x 量真值x0之比的百分数，即
实际相对误差： 示值相对误差： 满度相对误差：
（引用误差） 引用误差）
（3）仪表的精度 仪表的最大引用误差： 仪表的最大引用误差：最大绝对误差与量程之 百分） （百分）比。 *该式分子是指整个量程中最大绝对误差，为定 该式分子是指整个量程中最大绝对误差， 该式分子是指整个量程中最大绝对误差 分母也是确定的。因此， 值，分母也是确定的。因此，对于一台确定的检 测仪表或系统，最大引用误差就是定值， 测仪表或系统，最大引用误差就是定值，可以用 来衡量仪表精度。 来衡量仪表精度。 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， 工业仪表常用的等级有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5， 2.0，2.5，5.0。精度为1.0级的仪表，在整个量程 2.0，2.5，5.0。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%。 内其绝对误差最大值不会超过其量程的±1.0%。
1.真值：被测量本身所具有的真正值。一般情况下， 1.真值：被测量本身所具有的真正值。一般情况下， 理论真值是未知的。但在某些特定情况下，真值 又是可知的，例如三角形的内角和恒为180° 又是可知的，例如三角形的内角和恒为180°, 一 个圆周角是360° 个圆周角是360°。 2.实际值：把精度更高一级的标准器具所测得的值 2.实际值：把精度更高一级的标准器具所测得的值 作为真值，其实并非“真值” 作为真值，其实并非“真值”，故称为实际值。 3.标称值：测量器具上所标出来的数值。 3.标称值：测量器具上所标出来的数值。 4.示值：由测量器具读数装置所指示出来的数值。 4.示值：由测量器具读数装置所指示出来的数值。 5.测量误差：测量结果与被测量真值之差。 5.测量误差：测量结果与被测量真值之差。 在实际测试中真值无法确定，因此常用约定真 值或相对真值代替真值来确定测量误差。
⑶粗大误差： 在测量条件一定的情况下，测量值明显偏离 实际值所形成的误差称为粗大误差，也称为疏 失误差、差错或粗差。 产生粗大误差的主要原因是读数错误、测量 方法错误、测量仪器有缺陷以及测量条件的突 然变化等。凡是含有粗大误差的测量数据称为 坏值，应剔除不用。
三. 系统误差的消除方法
减小测量误差的方法： 减小测量误差的方法： 粗大误差的消除：采用准则，剔除坏值。 粗大误差的消除：采用准则，剔除坏值。 随机误差的处理（不能消除）：可通过多次重复 随机误差的处理（不能消除）： ）：可通过多次重复 测量，利用平均值作为结果， 测量，利用平均值作为结果，并利用统计方法估算 出随机误差的范围。 出随机误差的范围。 系统误差如何消除？ 系统误差如何消除？ * 思路： 思路： -----从系统误差的规律性特点入手，找到误差规 从系统误差的规律性特点入手， 从系统误差的规律性特点入手 律！ 测量前，预见测量误差来源，取得修正表格。 测量前，预见测量误差来源，取得修正表格。 测量中，采取能消除系统误差的测量方法 能消除系统误差的测量方法。 测量中，采取能消除系统误差的测量方法。
(2) 间接法： 在使用仪表进行测量时，先对与被测量有确 定函数关系的几个量进行直接测量，然后再将测 量值代入已知的函数关系式，经过计算得到所需 要结果的测量方法。 一般用用于直接测量不方便，或者缺乏直接测 量手段的场合。 如要测量一个三角形的面积，必须先测量出一条 边长，再测量出对应的高，然后利用公式计算出 三角形的面积。
检测与转换技术
学 学 期： 2010-2011年第1学期 时： 32