第一章 过程检测技术基础
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。
第一章 检测技术及仪表基础知识
x
平衡式测量仪表： 如 ： 平衡式测量仪表 ： 电子电位差计： 电子电位差计：
∆U
图1-5电子电位差计示意图 电子电位差计示意图
六、测量仪表的基本性能及主要技术指标
1.精度：即仪表的示值与真值之间的一致。 精度：即仪表的示值与真值之间的一致。 精度
任何检测过程都存在着误差，因此在用检测仪表对过程参数进行检测时， 任何检测过程都存在着误差，因此在用检测仪表对过程参数进行检测时， 不仅需要知道仪表的指示值，还应该知道该指示值接近参数真实值的准确程度， 不仅需要知道仪表的指示值，还应该知道该指示值接近参数真实值的准确程度， 以便估计该仪表示值的误差大小。 以便估计该仪表示值的误差大小。所以我们就用仪表精度这个参量来描述仪表 示值接近真值的准确程度。 示值接近真值的准确程度。
二．测量过程
能量形式的一次或多次转换过程。 1. 能量形式的一次或多次转换过程。 2. 将被测参数与相应的测量单位进行比较的过程。 将被测参数与相应的测量单位进行比较的过程。 对此可用框图概述如下图1-1所示。 所示。 对此可用框图概述如下图 所示
图1-1 测量过程示意图
举例：1.玻璃水银温度计测量水温。 举例：1.玻璃水银温度计测量水温。 玻璃水银温度计测量水温
那么如何定义仪表的精度呢？一般人们习惯用仪表的基本误差的引 那么如何定义仪表的精度呢？ 用误差作为判断仪表精度等级的尺度。
（1）基本误差：仪表在规定条件下使用所存在的误差。它是由仪表本身的内部特 ） 基本误差： 仪表在规定条件下使用所存在的误差。 性和制作质量等方面的缺陷造成的。任何仪表都存在基本误差， 性和制作质量等方面的缺陷造成的。任何仪表都存在基本误差，只是其大小不 同而已。 同而已。 基本误差一般是由：非线性误差、变差、不完全平衡误差（ 基本误差一般是由：非线性误差、变差、不完全平衡误差（仪表可动部分的重 心与转轴不平衡） 刻度误差和调整误差等组成。 以上误差后面详讲） 心与转轴不平衡）、刻度误差和调整误差等组成。（以上误差后面详讲）（还 环境因素影响， 温度、湿度、振动、电源、电压、频率、电磁场等） 有：环境因素影响，如：温度、湿度、振动、电源、电压、频率、电磁场等）
检测技术基础知识
第1章 检测技术基础知识
2. 按测量方式分类
1）
在测量过程中，用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的 测量方法，称为偏差式测量法。应用这种方法进行测量时标准 量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准。 在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值， 决 定被测量的数值。它以直接方式实现被测量与标准量的比较， 测量过程比较简单、迅速，但是测量结果的精度较低。这种测 量方法广泛用于工程测量中。
第1章 检测技术基础知识 3）
在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立 方程组才能得到最后结果，则称这样的测量为联立测量(也称 为组合测量)。在进行联立测量时，一般需要改变测试条件， 才能获得一组联立方程所需要的数据。
联立测量的操作手续很复杂，花费时间很长，是一种特殊 的精密测量方法。它多适用于科学实验或特殊场合。
第1章 检测技术基础知识 1.2.2
1.
1）
在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算， 就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。例如，用磁 电式电流表测量电路的支路电流，用弹簧管式压力表测量锅炉 压力等就为直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速， 缺点是测量精度通常较低。这种测量方法是工程上大量采用的 方法。
第1章 检测技术基础知识 3. 网络化检测系统
总线和虚拟仪器的应用，使得组建集中和分布式测控系统 比较方便，可满足局部或分系统的测控要求，但仍然满足不了 远程和范围较大的检测与监控的需要。近十年来，随着网络技 术的高速发展，网络化检测技术与具有网络通信功能的现代网 络检测系统应运而生。例如，基于现场总线技术的网络化检测 系统，由于其组态灵活、综合功能强、运行可靠性高，已逐步 取代相对封闭的集中和分散相结合的集散检测系统。又如，面 向Internet的网络化检测系统，利用Internet丰富的硬件和软 件资源，实现远程数据采集与控制、高档智能仪器的远程实时 调用及远程监测系统的故障诊断等功能；
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：
自动检测技术第3版第1章基础知识
精度低，但简单迅速。
线圈
圆柱形
铁心
指针
永久磁铁 旋转弹簧
2.零位式测量
调节已知标准量与被测量达到平衡状 态（相等），读取标准量作为被测值。
特点：测量装置中有标准量具（如天平 的砝码、电桥的标准电阻），测量过程是 将被测量与标准量具比较，在平衡或指针 指零时，读取标准量具的大小。
1.接触式测量 2.非接触式测量
按被测对象的变化特点分类
1.静态测量：被测量不随时间变化或变化缓慢， 测比较稳定的量值。
2.动态测量：被测量随时间变化，测变化过程。
按获得测量结果的方式分类 1.偏差式测量
2.零位式测量
3.微差式测量
1.偏差式测量
利用测量仪表指针对于刻度初始点的 偏移来读出被测量的的测量方法。如万用 表测量。
精度等级
测量仪表均具有精度等级。
二．动态特性
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的 输入量的响应特性。
当被测量随时间变化,是时间的函数时, 则传感 器的输出量也是时间的函数,其间的关系要用动特 性来表示。 一个动态特性好的传感器, 其输出将再 现输入量的变化规律, 即具有相同的时间函数。实 际上除了具有理想的比例特性外, 输出信号将不会 与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与输入 间的差异就是所谓的动态误差。
m 为实测直线与拟合曲 线的最大偏差。
Y FS 为输出满量程值。
线性度定义：
Ef
m 100% YFS
分辨力
指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测 量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化 无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附 加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值 就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于 仪表的最大绝对误差。
检测技术基础
第一章1.1 检测的概念：检测是人们借助于专门的设备，通过一定的技术手段和方法，对被测对象收集信息、获取数量概念的过程。
它是一个比较的过程，即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较，获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。
1.2系统误差的特点：遵循一定的规律，检测条件一经确定，误差为一确定值。
处理方法：多次求平均值。
随机误差特点：没有规律，不可预订，不能控制，也不能用实验的方法消除。
在多次检测中具有抵偿性。
处理方法：多次检测，按随机误差处理。
粗大误差特点：检测值明显偏离实际值所形成的误差称为粗大误差。
处理方法：剔除不用。
1.3检测系统组成：敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路和信号传输组成。
敏感元件：将被测量转换称为易于处理和变换的信号形式（如电、光）。
信号的转换和处理电路：将敏感元件所获得的代表被测量特征的信号变换成能显示或输出的信号。
显示电路：将被测对象已人感知的形式表现出来。
信号输出：一是以数字的形式显示出来，二是为上位系统或自动控制系统提供数据，并将信号传输一定的距离。
第二章2.1接触式测温特点：感温元件直接和被测对象接触，两者充分进行热交换，最后到达热平衡，此时感温元件必定与被测对象温度相等，温度计的示值就是被测温度。
接触式测温的测温精度相对较高，直观可靠，测温仪表价格低，结构简单，体积小。
常用方法：膨胀式温度计，压力式温度计，热电阻温度计测温，热电偶温度计测温，热敏电阻温度计非接触式测温特点：感温元件直接不与测温对象直接接触，而是通过被测物体的热辐射实现热交换，不改变被测物体的温度分布、热惯性小，温度上限可以设计的很高，便于测量运动物体和快速变化的温度优点。
常用方法：亮度法、全辐射法、比色法、多色法第四章4.1传感器组成：传感器主要由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。
各部分功能：1敏感元件能直接感应或响应与检测被测对象的待测信息（非电量）的部分。
2转换元件：传感器中能将敏感元件所感受或响应的信息直接转换成电信号的部分。
检测技术基础知识
x L
*100%
（2-6）
最大引用误差是检测系统的基本误差，是 检测系统的最主要质量指标，能很好地表征 检测系统的测量精确度。
2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差
1 精度等级
取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）
精度等级的标志，也即|△x|，精度等级用符号G表示。 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个等级，是我 国工业检测仪器（系统）常用精度等级 。 检测仪器（系统）的精度等级按选大不选小的 原则套用标准化精度等级值 。
2.2.2 系统误差的判别和确定
1 恒差系统误差的确定
实验比对 对于不随时间变化的恒差型系统误差，通常 可以采用通过实验比对的方法发现和确定。实 验比对的方法又可分为标准器件法（简称标准 件法）和标准仪器法（简称标准表法）两种。
2.2.2 系统误差的判别和确定
原理分析与理论计算 对恒差型系统误差，可通过原理分析与理 论计算来加以修正。
2.1.3检测仪器的精度等级与容许误差
仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈高。如0.5 级的仪表精度优于1.0级仪表，而劣于0.2级仪表。 值得注意的是：精度等级高低仅说明该检测仪表的 引用误差最大值的大小，它决不意味着该仪表某次实际 测量中出现的具体误差值是多少。
2 容许误差
容许误差是指检测仪器在规定使用条件下可能产生 的最大误差范围。 检测仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差 来表征。
2.2.2 系统误差的判别和确定
阿贝—赫梅特准则
阿贝—赫梅特准则适用于判断、发现和确定周期 性系统误差。准则的使用方法是将同一条件下重复测 量得到的一组测量值X1、X2 、…、Xn按序排列，并 根据（2-8）式求出残差ν1、ν2 、…、νn，然后计算
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
2018/7/27
20
采用计算机技术，使检测技术智能化
智能机械手
2018/7/27
21
采用计算机技术，使检测技术智能化
单片机芯片
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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
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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
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。
1检测技术基础知识-概述
主要测量被测量随时间的变化规律。
2.频域测量（稳态测量）
主要目的是获取待测量与频率之间的关系。
3.数据域测量（逻辑量测量）
主要是用逻辑分析仪等设备对数字量或电路的逻辑状
态进行测量。
4.随机测量（统计测量）
主要是对各类噪声信号进行动态测量和统计分析。
1.5 xm m xm 100 1.5V 100
可见：同一量程内，测得值越小，示值相对误差 越大。因此测量中所用仪表的准确度并不是测量 结果的准确度，一般测得值的准确度是低于仪表 的准确度，在示值和满度值相等时两者才相等。 例2：某1.0级电流表，满度值Xm=100uA，求测量值 测量时，为减小误差，示值应尽量接近满度值， 一般也不小于满度值的2/3为宜。 X1=100uA，X2=80uA，X3=20uA时的绝对误差和示值
小依次划分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七级。 如某电压 表S=0.5，即表明它的准确度等级为0.5级，也就是它的满度相对 误差不超过0.5%，即 m 0.5% ，习惯上写成 m 0.5%。
例1：某电压表S=1.5，试标出它在0-100V量程中的最
大绝对误差。 解：该表在0-100V量程内上限值（仪表满度值）为 Xm=100V，而S=1.5，所以
第三节 误差理论
3.1 测量误差的基本概念
误差公理 真值 指定真值（约定真值） 实际值（相对真值） 标称值 示值（测量值）
3.2 测量误差的分析
1.按表示方法分析 （1）绝对误差：示值AX与被测量真值A0之间的差值。
Δ A=AX-A0 式中： Δ A为绝对误差，AX为示值（测量值）， A0为被测量的真值，但该值一般很难得到，所以 一般用实际值A来代替被测量的真值。即绝对误差一般表 示为Δ X=AX-A 修正值：实际值A与示值AX之间的差值。 C=A-AX C为修正值，其绝对值和绝对误差Δ X相等，但符号相反。 即： C= -Δ X =A-AX
第一章 检测技术与检测系统理论基础
静态特性指标
• 1）测量范围(measuring range) • 检测系统所能测量到的最小输入量xmin与最 大输入量xmax之间的范围称为传感器的测量范 围。 • 2) 量程(span) • 检测系统测量范围的上限值 xmax与下限值的代 数差xmax-xmin，称为量程。 • 3) 精度(accuracy) • 检测系统的精度是指测量结果的可靠程度，是 测量中各类误差的综合反映
2、误差的性质
• (2) 随机误差(简称随差，又称偶然误差) (Random error) • 由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为 随机误差。 • 对同一被测量进行多次重复测量时，随机误差 的绝对值和符号将不可预知地随机变化，但总 体上服从一定的统计规律。 • 随机误差决定了测量的精密度。 • 随机误差不能用简单的修正值法来修正，只 能通过概率和数理统计的方法去估计它出现的 可能性。
ห้องสมุดไป่ตู้ • (3) 工具误差和方法误差
• 工具误差是指由于测量工具本身不完善引 起的误差。 • 方法误差也称理论误差，是指测量方法不 精确、理论依据不严密及对被测量定义不 明确等因素所产生的误差。
2、误差的性质
• (1) 系统误差(简称系差)(System error) • 在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测 量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差 称为系统误差。 • 系统误差由特定原因引起，具有一定的因果关系并 按确定规律产生；无论是由装置引起的、环境变化 引起的、动力源变化引起的还是人为因素造成的， 只要有规律可循，这类误差均属系统误差。 • 系统误差具有再现性，它形成测量值的偏差 （Deviation）。对于系统误差，可以在作一定的理 论分析和实验验证，掌握其产生的原因和规律后， 采取妥善的办法使之减少或消除。
(完整版)自动检测题库(最终版)
第一章检测技术的基础知识一、填空题1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息变换以及信息办理的理论和技术为主要内容的应用技术学科。
2．一个完好的检测系统或检测装置往常由传感器、丈量电路和输出单元及显示装置等部分构成。
3．传感器一般由敏感元件、变换元件和变换电路三部分构成，此中敏感元件是必不行少的。
4．在采纳仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的地区。
5．正确度表征系统偏差的大小程度，精细度表征随机偏差的大小程度，而精准度则指正确度和精细度的综合结果。
6．仪表正确度等级是由系统偏差中的基本偏差决定的，而精细度是由随机偏差和系统偏差中的附带偏差决定的。
7．若已知某直流电压的大概范围，选择丈量仪表时，应尽可能采纳那些其量程大于被测电压而又小于被测电压倍的电压表。
（因为 U≥2/3Umax）8．有一温度计，它的量程范围为0～ 200℃，精度等级为0.5 级。
该表可能出现的最大偏差为1℃，当丈量100℃时的示值相对偏差为1%。
9．传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它的作用是将非电量变换成与之拥有必定关系的电量。
10．传感器一般由敏感元件和变换元件两部分构成。
11．某位移传感器，当输入量变化5mm 时，输出电压变化300mv ，其敏捷度为60 mv/mm。
二、选择题1．在一个完好的检测系统中，达成信息收集和信息变换主要依赖A。
A ．传感器B ．丈量电路C．输出单元2．构成一个传感觉器必不行少的部分是B。
A ．变换元件B ．敏感元件C．变换电路D．嵌入式微办理器3．有四台量程均为0-600 ℃的丈量仪表。
今要测一约为500℃的温度，要求相对偏差≤ 2.5%，采纳精度为D的最为合理。
A ．5.0 级B．2.5 级C．2.0 级D． 1.5 级4．有四台量程不一样，但精度等级均为 1.0 级的测温仪表。
今欲测250℃的温度，采纳量程为C的最为合理。
A ．0～ 1000℃B． 300～ 500℃C． 0～300℃ D ． 0～ 500℃5．某采买员分别在三家商铺购置100kg 大米、 10kg 苹果、 1kg 巧克力，发现缺乏约，但该采买员对卖巧克力的商铺建议最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要要素是Ｂ。
传感器与检测技术完整版本
.
1、线性度 也称为非线性误差，是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax10% 0 YFS
.
2.迟滞。传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程） 变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。即，对于同一大小的 输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差，又称为回差或变差（最大滞环率）。
xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.1.2传感器的组成
1、敏感元件 敏感元件是指传感器中能灵敏地直接感受或响应被测量（非电量，如位移、 应变）器件或元件。 2．转换元件 转换元件也称传感元件，是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量 (非电量)转换成适于传输或测量的电量(电信号)的器件或元件。它通常不 直接感受被测量。 3.转换电路 作用是，将转换元件的输出量进行处理，如信号放大、运算调制等，使输 出量成为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号或电量，如电压、电 流或频率等。 4．辅助电路 辅助电路就是指辅助电源，即交、直流. 供电系统。
自动检测技术题库
第一章检测技术的基础知识一、填空题1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的应用技术学科。
2．一个完整的检测系统或检测装置通常由传感器、测量电路和输出单元及显示装置等部分组成。
3．传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，其中敏感元件是必不可少的。
4．在选用仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的区域。
5．准确度表征系统误差的大小程度，精密度表征随机误差的大小程度，而精确度则指准确度和精密度的综合结果。
6．仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的，而精密度是由随机误差和系统误差中的附加误差决定的。
7、若已知某直流电压的大致范围，选择测量仪表时，应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小于被测电压1.5倍的电压表。
（因为U≥2/3Umax）二、选择题1．在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠 A 。
A．传感器 B. 测量电路 C. 输出单元2．构成一个传感受器必不可少的部分是 B 。
A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．嵌入式微处理器3．有四台量程均为0-600℃的测量仪表。
今要测一约为500℃的温度，要求相对误差≤2.5%，选用精度为 D 的最为合理。
A．5.0级B．2.5级C．2.0级D．1.5级4．有四台量程不同，但精度等级均为1.0级的测温仪表。
今欲测250℃的温度，选用量程为 C 的最为合理。
A．0～1000℃B．300～500℃C．0～300℃D．0～500℃5．某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是Ｂ。
A．绝对误差B．示值相对误差C．满度相对误差D．精度等级6．在选购线性仪器时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的Ｃ左右为宜。
现代检测技术(1)
1 ∆H max rH = ± ×100% 2 YFS
1.2
传感器的一般特性
4．重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次 变化时，所得特性曲线不一致的程度，如图所示: 变化时，所得特性曲线不一致的程度，如图所示:
( 2 ~ 3 )σ rR = ± ×100% YFS
1 ∆Rmax × 100% rR = ± 2 YFS
检测技术——发展趋势 发展趋势 检测技术
不断提高检测系统的测量精度、量程范围、 (1) 不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿 提高可靠性等。 命、提高可靠性等。 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。 (2) 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。 采用微型计算机技术，使检测技术智能化。 (3) 采用微型计算机技术，使检测技术智能化。 不断开发新型、微型、智能化传感器，如智能型传感器， (4) 不断开发新型、微型、智能化传感器，如智能型传感器， 生物传感器，高性能集成传感器等。 生物传感器，高性能集成传感器等。 (5) 不断开发传感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工 提高仪器的性能、可靠性，扩大应用范围， 艺，提高仪器的性能、可靠性，扩大应用范围，使测试仪 器向高精度和多功能方向发展。 器向高精度和多功能方向发展。 不断研究和发展微电子技术、微型计算机技术、 (6) 不断研究和发展微电子技术、微型计算机技术、现场总 线技术与仪器仪表和传感器相结合的多功能融合技术， 线技术与仪器仪表和传感器相结合的多功能融合技术，形 成智能化测试系统，使测量精度、自动化水平进一步提高。 成智能化测试系统，使测量精度、自动化水平进一步提高。 不断研究开发仿生传感器， (7) 不断研究开发仿生传感器，主要是指模仿人或动物的感 觉器官的传感器，即视觉传感器、听觉传感器、 觉器官的传感器，即视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感 器、味觉传感器、触觉传感器等。 味觉传感器、触觉传感器等。 参数测量和数据处理的高度自动化。 (8) 参数测量和数据处理的高度自动化。
第一章_检测技术概述shg
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
19
城市生活污水处理
主要有流量检测、液 位检测和成分量检测。
通 风 口
通 风 口
通 风 口
装有温湿度探头的粮仓示意图
55
将各层探
头输出接至 温湿度巡检 仪上，通过 巡检仪监视 器监视各点 温湿度情况。 通过通风口 保持温湿度 在要求范围 内。
1.3检测系统的构成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度
电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式
电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
交通运输、海关缉私、医药卫生、航空航天、
军事等方面的应用。仔细查找其中之一， 并进行整理，做出ppt，15分钟左右。
49
1.2检测技术的基本概念
50
1.2检测技术的基本概念
检测（Detection）：
在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、 被控对象的有关信息而实时或非实时的对一些参量进行定 性检查和定量测量。 包括：利用各种物理、化学效应，
30
空中力量是非线性作战的忠实执行者
巡航导弹是非对称作战的利器
31
空军一直是美军非接触作战的主力之一
32
海湾战争中的一角
33
技术 ：精确制导武器 （PGM，也被称为“制导弹药”）
爱国者导弹 全球定位系统
34
1.1检测的地位和作用
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
第1章 检测技术基础
第1章检测技术基础1.1 检测仪表的基本概念1.1.1 检测仪表的定义检测技术是研究如何获取被测参数信息的一门科学，涉及到数学、物理学、化学、生物学、材料学，机械学、电子学、信息学和计算机科学等很多学科。
因此，这些学科的发展都会不同程度地推进检测技术的发展。
检测的过程就是利用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过显示或其他形式被人们所认识。
检测仪表通常包括两个过程（如图）：一是能量（信息）形式一次或多次的转换，这一过程的目的是将人们无法感受的被测信息转换成可以被人直接感受（或利用已有成熟的仪表可以感受）的信息（如机械位移、电压、电流等），它一般包括敏感元件、信号变换、信号传输和信号处理等四个部分；二是根据规则将被测参数与相应的单位进行比较，通过合适的形式给出被测参数的具体信息，如数值显示、带刻度的指针显示、声音的变化等，这个过程包括显示装置和与显示装置配套的相关测量电路。
在检测过程中的检测仪表要完成的主要任务有：物理量的变换、信号的放大传输和处理、测量结果的显示等。
任何一个检测仪表必须要有敏感元件和显示装置，其余环节视测量的要求和敏感元件的性能等不同而已。
主要名称术语①敏感元件（sensor）敏感元件也称检测元件，是一种能够灵敏地感受被测参数并将被测参数的变化转换成另一种物理量的变化的元件。
例如，用铜丝绕制而成的铜电阻能感受其周围温度的升降而引起电阻值的增减，所以铜电阻是一种敏感元件。
又由于它能感受温度的变化，故称这种铜电阻为温度敏感元件。
②传感器（transducer）传感器它能直接感受被测参数，并将被测参数的变化转换成一种易于传送的物理量。
很显然，有些传感器就是一个简单的敏感元件，例如，上面提到的铜电阻。
由于很多敏感元件对被测参数的响应输出不便于远传，因此，需要对敏感元件的输出进行信号变换，使之能具有远传功能。
这种信号变换可以是机械式的、气动式的，更多的是电动式的。
例如，作为检测压力常用的膜片是一种压力敏感元件，虽然它能感受压力的变化并引起膜片的形变（位移），但由于该位移量非常小（一般为微米级），不便于向远方传送，所以它只是一个敏感元件，不是传感器。
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。
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10kg苹果、1kg巧克力，发现分别缺少了1kg、0.5kg、 0.3kg，但他对卖巧克力的小贩意见最大，是何原因？
– 精度：用仪表的相对百分误差来衡量
☆☆仪表的精确度等级☆☆
仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。 把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“％”号，便可以用来确定仪表的精度等级。 目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有： 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。 所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为±0.5％，以此类推。
检测的两个过程：
能量形式的一次或多次转换过程 被测变量与其相应的测量单位进行比较
被测 变量
一次敏 感元件
变换
传输
处理
测量 电路
显示装置
第一过程
第二过程
二、检测系统与检测仪表
1.检测系统
由若干个检测仪表实现一个或多个参数的测量
敏感元件1 敏感元件2 ……. 信号 变换 处理
显示 装置
敏感元件n
检测系统包括被测对象级检测的全过程。检测元 件和显示装置使必需的，其他部分视具体结构而 定。
本章主要介绍检测技术的基本概念、测 量中误差的处理方法。
化学工业出版社
第一节 一、检测：
过程检测的基本概念
什么是检测：门捷列也夫：检测是认识自然界的主要手段 西门子：检测就是去认识 从信息论角度：检测就是信息获取
所以检测是人类日常生活、科学研究、工农业
生产、军事等领域必不可少的过程
举例：人通过感觉器官获取信息，认识世界
xl
– 按使用的工作条件分类
• 基本误差 • 附加误差
– 按误差的特性分类
• 静态误差 • 动态误差
– 误差产生原因
• 系统误差 • 环境误差 • 人员误差
自动控制系统中的检测，反弹导导弹系统
检测的定义：
在生产、科研、生活等各个领域，为及时获得所关心的有关信 息，利用各种物理、化学等效应，选择合适的方法与装置，将 有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程 称为检测。 例：曹冲称象
方法：比较法；
装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到： 定性、定量 的结果。
精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：
1.0
1.5
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。 精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级 数值一般大于等于0.5。
☆☆仪表的精确度等级☆☆
例1：某压力变送器测量范围为0～400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误
0.5 *100% 1.25% 40 0
因此该流量计必须选择1.0级的流量计 结论：
工艺要求得允许误差 ≥
仪表的允许误差 ≥ 校验所得到的相对百分误差
☆☆仪表的精确度等级☆☆
例3：某被测温度信号在70℃左右波动，工艺要求测量误差不超过±1％，现有两
台温度测量仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围是0～ 100℃，另一台仪表的测量范围是0～200℃，试问这两台仪表能否满足上述 测量要求。
•回差（变差）
检测装置或元件的储能效应（如弹性变形、磁滞等）、游隙等 ，使得检测系统在相同的测量条件下实际上升曲线和下降曲线 出现不重合的情况，对于同一输入量所得的两个输出量存在的 差值。
''max 变差 100% 测量范围上限值 测量范围下限值
输出
下降曲线
上升曲线
• 非线性误差 又称线性度，是指检测系统实际特性曲线与拟合直线 （也称理论直线）之间的最大偏差与检测系统量程的 百分比。
'max 非线性误差 100% 测量范围上限值 测量范围下限值
• 灵敏度和灵敏限
灵敏度指在稳态下输出变化值与输入变化值之比
S
a x
灵敏限：引起仪表可见变化的被测量的最小变化值
• 动态误差
– 时间常数 – 传递滞后时间（纯滞后）
输入 1 0.632
输出
T
t
第二节
• 系统误差
误差的产生及分类
检测元件 光纤温度传感器
显示装置
2.检测仪表
– 开环结构仪表
x
K1 K2
K3
……
Kn
y
– 闭环结构仪表
x
K0
xs
＋ —
x xf
K
y
β
三、检测仪表的基本性能
• 精度
– 相对百分误差
绝对误差
x x0 100% 测量范围上限值 测量范围下限值
测量范围 例：某人分别在三个小贩处购买了100kg大米、
差为—5kPa，请确定该仪表的精度等级。 解：先求最大相对百分误差
5 *100% 1.25% 400 0
去掉和%为1.25，因此该变送器精度等级为1.5级 例2：根据工艺要求选择一测量范围为0~40m3/h的流量计，要求测量误差不超过 0.5 m3/h，请确定该仪表的精度等级。 解：同样，先求最大相对百分误差
解：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：|△max|＝70×1％＝0.7℃ 测量范围为0～100℃的仪表的最大允许绝对误差为：|△max|1＝100×0.5％＝0.5℃ 测量范围为0～200℃的仪表的最大允许绝对误差为：|△max|2＝200×0.5％＝1.0℃
根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.5级，但只有测量范围是0～100℃ 的温度测量仪表才满足本题的测量要求。
例如：测粉笔的 长度或直径
长度相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测量值
•粗大误差
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。
– 按误差本身因次分类 ：
• 绝对误差 绝对误差 = 测量值－真值 • 相对误差 仪表指示值的绝对误差与被测量的真值的比值 相对百分误差 实际相对误差 标称相对误差
– 按误差出现的规律分类
系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程 度（准确度）。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。
夏天摆钟变慢的 原因是什么？
• 随机误差 随机误差也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大 小（精密度）。随机误差是测量过程中许多独立的、微 小的、偶然的因素引起的综合结果。 在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测 量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方 式变化。