第1章 检测的基本概念

S=（∆ /A ）*100% （
M M
种等级： 有7种等级：0.1;0.2;0.5;1.0;1.5;2.5;5.0.
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检测仪器的精度等级是引用误差大小划分的。 检测仪器的精度等级是引用误差大小划分的。 通常用最大引用误差去掉正负号和百分号后的数 字来表示精度等级，精度等级用符号G表示。 字来表示精度等级，精度等级用符号G表示。这也是 工业检测仪器常用的精度等级。 工业检测仪器常用的精度等级。检测仪器的精度等 级由生产厂商根据其最大引用误差的大小并以“选 级由生产厂商根据其最大引用误差的大小并以“ 大 不选小” 的原则就近套用上述精度等级得到。 不选小” 的原则就近套用上述精度等级得到。 例如一个电压表，其满量程为100V， 例如一个电压表，其满量程为100V， 100V 若其最大误差出现在50V处且为0.12V， 若其最大误差出现在50V处且为0.12V， 50V处且为0.12V 则可确定仪表等级为0.2级 则可确定仪表等级为0.2级。不敷出 0.2
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联立测量： 联立测量：被测物理量必须经过求解
联立方程组才能得到最后结果， 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。 的测量为联立测量。
3.接触式测量与非接触式测量 3.接触式测量与非接触式测量
非接触式测量不会干扰被测对象的运动状态。 非接触式测量不会干扰被测对象的运动状态。
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三、测量的方法
1.静态测量和 静态测量和 动态测量
静态测量
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对缓慢变化的 对象进行测量 亦属于静态测量。 亦属于静态测量。
最高、 最高、最低 温度计
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动态测量
地震测量 振动波形
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2.直接测量、 2.直接测量、间接测量和联立测量 直接测量 直接测量：优点是测量过程简单而迅速， 直接测量：优点是测量过程简单而迅速，
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2. 测量误差的分类 系统误差： 系统误差：
系统误差的规律是确定的， 系统误差的规律是确定的，我们可以设法消 除或修正的。 除或修正的。
随机误差： 随机误差：
随机误差的规律是不定的。 随机误差的规律是不定的。
粗心误差： 粗心误差：
加强责任心克服。 加强责任心克服。
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（1） 系统误差 在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量， 在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量， 如果误差按照一定规律出现， 如果误差按照一定规律出现，则把这种误差称为系 统误差（ error），简称系差。 ），简称系差 统误差（system error），简称系差。 系统误差的来源包括仪表制造、安装或使用方法 系统误差的来源包括仪表制造、 不正确，测量设备的基本误差、 不正确，测量设备的基本误差、读数方法不正确以及 环境误差等。系统误差是一种有规律的误差， 环境误差等。系统误差是一种有规律的误差，故可以 通过理论分析采用修正值或补偿校正等方法来减小或 消除。 消除。
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（1）实际相对误差
YA= （∆/A0）*100%
A0—被测量的真值, ∆--绝对误差 被测量的真值, --绝对误差 被测量的真值 （2）示值相对误差
YX= （∆/AX）*100%
AX—被测量 被测量
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（3）满度相对误差
Y = （∆/A ）*100%
M M
AM—仪表满度值 ∆--绝对误差 仪表满度值 --绝对误差 当∆取∆M时，满度相对误差常用来确定仪表的 精度等级S 精度等级S
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直接测量
电子卡尺
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间接测量
对多个被测量进行测量， 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）。 （阿基米德测量皇冠的比重）。
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接触式测量
体温计测体温
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， 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。 可提高产品的一致性和加工精度。
重点：1.测量的概念 重点：1.测量的概念 2.测量的特征 2.测量的特征 3.测量的方法 3.测量的方法 4.测量误差 4.测量误差 难点： 难点：仪表精度等级的确定
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第一节 测量的基本知识
一、测量的概念 G=X/V； G=X/V；X=GV 被测量； 标准量 标准量； 比值 比值。 X—被测量；V—标准量；G—比值。 被测量 测量的三要素：单位、方法、仪器。 测量的三要素：单位、方法、仪器。 二、测量的特征 比较； 比较；转换。 是核心。 其中比较是核心。
4.在线测量和非在线测量 4.在线测量和非在线测量
在线测量是在工件加工过程中进行测量， 在线测量是在工件加工过程中进行测量，它 可直接用来控制零件的加工过程。 可直接用来控制零件的加工过程。能在生产线 上监控产品质量，称为主动测量。 上监控产品质量，称为主动测量。 非在线测量完工后测量，称为被动测量。 非在线测量完工后测量，称为被动测量。
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第二节 检测装置的基本特性
重点：1.检测装置组成 重点：1.检测装置组成 2.检测装置的评价特性 2.检测装置的评价特性
难点： 难点：检测装置的动态特性
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检测装置：输入装置、中间环节、输出装置。 一、检测装置：输入装置、中间环节、输出装置。 检测装置的评价特性（动态\静态） 二、检测装置的评价特性（动态\静态） 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化（或 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化（ 变化极缓慢） 变化极缓慢）时，其输出输入 关系特性称为静态特 传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述。 性。传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述。 （一）静态特性指标 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性， 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性， 即系统输出信号。 即系统输出信号。
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常用的拟合方法： 常用的拟合方法：
理论拟合、 理论拟合、 过零旋转拟合、 过零旋转拟合、 端点拟合、 端点拟合、 端点平移拟合、 端点平移拟合、 最小二乘法拟合等。 最小二乘法拟合等。
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4.回程误差 4.回程误差 迟滞特性表明传感器在正（输入量增大） 迟滞特性表明传感器在正（输入量增大）反 输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合的程度。 （输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合的程度。
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（一）静态特性 1.灵敏度S 1.灵敏度S 灵敏度 灵敏度是指传感器输出的变化量与引起 该变化量的输入变化量之比， 该变化量的输入变化量之比，即
S= ∆Y/∆X
输出变量； ∆Y—输出变量； 输出变量 ∆X—输入变量 输入变量
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2.分辨力： 2.分辨力： 分辨力 指传感器能检出被测信号的最 小变化量。 小变化量。 当被测量的变化小于分辨力时， 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。 传感器对输入量的变化无任何反应。 对数字仪表而言， 对数字仪表而言，如果没有其他附 加说明， 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。 所表示的数值就是它的分辨力。一 般地说， 般地说，分辨力的数值小于仪表的 最大绝对误差。 最大绝对误差。
四、测量的误差 1.测量误差的基本概念 测量误差的基本概念
测量结果与被测量真值之差称为测量误差。 测量结果与被测量真值之差称为测量误差。在 实际测试中真值无法确定， 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。 对真值代替真值来确定测量误差。 a.绝对误差 ∆=AX -A0 式中:A0－真实值； 式中:A 真实值； AX－测量值 b.实际相对误差 b.实际相对误差
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第一节 测量的基本知识
产生粗大误差的一个例子
小结：1.测量是比较与转换的过程 测量是比较与转换的过程。 小结：1.测量是比较与转换的过程。 2.测量的方法有静态、动态测量； 2.测量的方法有静态、动态测量； 测量的方法有静态 直接、间接测量；接触、非接触测量； 直接、间接测量；接触、非接触测量； 在线、非在线测量。 在线、非在线测量。 3.测量误差就是测量值与真值之差。 3.测量误差就是测量值与真值之差。 测量误差就是测量值与真值之差
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夏天摆钟变慢的 原因是什么？ 原因是什么？
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（2） 随机误差 当对某一物理量进行多次重复测量时， 当对某一物理量进行多次重复测量时，若误 差出现的大小和符号均以不可预知的方式变化， 差出现的大小和符号均以不可预知的方式变化， 则该误差为随机误差（ error）。 ）。随机误 则该误差为随机误差（random error）。随机误 差 产生的原因比较复杂， 产生的原因比较复杂，虽然测量是在相同条件下 进行的，但测量环境中温度、湿度、压力、振动、 进行的，但测量环境中温度、湿度、压力、振动、 电场等总会发生微小变化，因此， 电场等总会发生微小变化，因此，随机误差是大 量对测量值影响微小且又互不相关的因素所引起 的综合结果。 的综合结果。
3.线性度 3.线性度 所谓传感器的线性度是指其输出量与输入 量之间的关系曲线偏离理想直线的程度， 量之间的关系曲线偏离理想直线的程度，又称 为非线性误差。 为非线性误差。 采用直线拟合的方法来线性化时，输入采用直线拟合的方法来线性化时，输入-输 出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差， 出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差， 称为非线性误差， 称为非线性误差，通常用相对误差 Єl=（δ/YMAX）*100%； 100%； YMAX---满量输出值； MAX---满量输出值； 实际曲线与理论直线之间的最大偏差。 δ—实际曲线与理论直线之间的最大偏差。 实际曲线与理论直线之间的最大偏差
第一章
检测的基本概念
本章学习测量的基本概念、测量 本章学习测量的基本概念、 方法、误差分类、 方法、误差分类、测量结果的数据统 计处理，以及传感器的基本特性等， 计处理，以及传感器的基本特性等， 他们是检测与转换技术的理论基础。 他们是检测与转换技术的理论基础。
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第一节 测量的基本知识
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随机事例的几个例子
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（3） 粗大误差 明显超出规定条件下的预期值的误差称为粗大 误差（ error）。 误差（abnormal error）。 粗大误差一般是由于操作人员粗心大意、 粗大误差一般是由于操作人员粗心大意、操作 不当或实验条件没有达到预定要求就进行实验等造 成的。如读错、测错、记错数值、 成的。如读错、测错、记错数值、使用有缺陷的测 量仪表等。 量仪表等。含有粗大误差的测量值称为坏值或异常 所有的坏值在数据处理时应剔除掉。 值，所有的坏值在数据处理时应剔除掉。
缺点是测量精度不容易做到很高。 缺点是测量精度不容易做到很高。
间接测量：对与被测物理量有确定函数关系 间接测量：
的几个量进行测量， 的几个量进行测量，然后将测量值代入函数关系 经过计算得到所需的结果。 式，经过计算得到所需的结果。 间接测量比直接测量来得复杂， 间接测量比直接测量来得复杂，但是有时可以 得到较高的测量精度。 得到较高的测量精度。
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7.漂移 7.漂移 传感器的漂移是指在外界的干扰下， 传感器的漂移是指在外界的干扰下，在一定 时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关的、 时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关的、 不需要的变化。 不需要的变化。 漂移分： 漂移分： 零漂－当输入X=0时产生的漂移； X=0时产生的漂移 零漂－当输入X=0时产生的漂移； 动漂－ 为某一值时产生的漂移。 动漂－当X为某一值时产生的漂移。
ЄH=（ Hmax /Ymax）*100% /Ymax）
---满量输出值 满量输出值； Ymax---满量输出值；
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5.精确度 5.精确度 传感器的精度是指测量结果的可靠程度， 传感器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。 中各类误差的综合反映。用满度误差的形式来表示其 精确度。 100%；以其值为依据分出等级; 精确度。Ym= （∆/Am）*100%；以其值为依据分出等级; 如0.05;0.0.1;0.2;0.5;1.0;1.5 6.稳定性 6.稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性 能参数的能力。 能参数的能力。一般以室温条件下经过一规定时间间 隔后， 隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异 来表示，称为稳定性误差。 来表示，称为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差 表示，也可用绝对误差来表示。 表示，也可用绝对误差来表示。