检测技术的基本概念
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
检测技术
检测技术的基本概念检测的意义为了满足机械产品的功能要求,在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。
其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检验。
“检验”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。
检验的方法可以分为两类：定性检验和定量检验。
定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。
定量检验的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法，简称为“检测”。
检测的核心是测量技术。
通过测量得到的数据，不仅能判断其合格性，还为分析产品制造过程中的质量状况提供了最直接而可靠的依据。
测量的基本要素一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量误差等四个要素。
被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长度和角度。
计量单位是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。
我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。
常用的长度单位有“毫米（mm）”、“微米（μm）”和“纳米（n m）”，常用的角度单位有“度（°）”、“分（′）”、“秒（″）”和“弧度（rad）”、“球面度（sr）”。
测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。
广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。
测量误差是被测量的测得值与其真值之差。
由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。
从测量的角度来讲，真值只是一个理想的概念。
因此，对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。
不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。
检测的一般步骤通常情况下，检测应有以下几个步骤：1、确定被检测项目认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。
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。
检测技术应用知识点总结
检测技术应用知识点总结一、检测技术的基本概念1.1 检测技术的定义检测技术是指利用特定的设备、仪器或方法对被测物体的特定物理、化学、生物性质进行测量、探测和判定的技术。
1.2 检测技术的基本要素检测技术的基本要素包括被测物体、检测设备、检测方法和检测结果等。
其中，被测物体是指需要进行检测的物质或物体，检测设备是指进行检测所需要的仪器、设备或工具，检测方法是指对被测物体进行检测的具体步骤和手段，检测结果是指通过检测得到的相关数据或信息。
1.3 检测技术的重要性检测技术在各个行业中都扮演着重要的角色。
它可以帮助人们了解被测物体的特定性质，对于产品质量控制、环境监测、医学诊断、食品安全等方面都具有重要意义。
同时，检测技术还可以为科学研究和技术创新提供重要的数据支持。
二、检测技术的分类2.1 检测技术的分类方式检测技术可以根据其检测对象、检测方法、检测原理等不同特点进行分类。
根据检测对象的不同，可以将检测技术分为物理检测技术、化学检测技术、生物检测技术等；根据检测方法的不同，可以将检测技术分为光学检测技术、声学检测技术、电磁检测技术等；根据检测原理的不同，可以将检测技术分为传感器技术、成像技术、分析技术等。
2.2 检测技术的主要应用领域根据不同的分类方式，检测技术在各个行业中都有不同的应用。
物理检测技术主要应用于工程领域和材料科学中，用于检测物体的形状、结构、物理性质等；化学检测技术主要应用于化工领域和环境保护中，用于检测物质的化学成分和性质；生物检测技术主要应用于医学诊断、食品安全、生物医药领域，用于检测生物体的生理和生化特性。
2.3 检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步，检测技术也在不断发展。
未来，检测技术将朝着智能化、精准化、高效化的方向发展。
同时，随着人工智能、大数据、云计算等技术的不断成熟，检测技术还将与这些新兴技术相结合，形成更加强大的检测系统，为各个行业提供更加全面、精准的检测解决方案。
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。
《自动检测技术及应用》期末复习资料
《⾃动检测技术及应⽤》期末复习资料第1章检测技术的基本概念1. 电⼯实验中，采⽤平衡电桥测量电阻的阻值，是属于零位式测量，⽽⽤⽔银温度计测量⽔温的微⼩变化，是属于偏位式测量。
2. 某采购员分别在三家商店购买100kg ⼤⽶，10kg 苹果，1kg 巧克⼒，发现均缺少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⽰值相对误差。
3. 在选购线性仪表时，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1.5倍左右为宜。
4. ⽤万⽤表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz 、10V 左右的⾼频电压，发现⽰值不到2V ，该误差属于粗⼤误差。
⽤该表直流电压档测量5号⼲电池电压，发现每次⽰值均为1.8V ，该误差属于系统误差。
5. 重要场合使⽤的元器件或仪表，购⼊后需进⾏⾼、低温循环⽼化试验，其⽬的是为了提早发现故障，提⾼可靠性。
6. 各举出两个⽇常⽣活中的⾮电量电测的例⼦来说明静态测量：⽤电⼦天平称出物体的重量；⽤⽔银温度计测量⽔温；动态测量：地震测量振动波形；⼼电图测量跳动波形；直接测量：⽤电⼦卡尺测量物体的⾼度；间接测量：曹聪称象；接触式测量：⽤体温计测体温；⾮接触式测量：雷达测速；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；离线测量：产品质量检验；7. 有⼀温度计，它的测量范围为0~200℃，准确度等级为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20℃、100℃时的⽰值相对误差。
解:(1)由表1-1所⽰，温度计的准确度等级对应最⼤满度相对误差，即由满度相对误差的定义，可得最⼤绝对误差为：m =(±0.5%)A m =±(0.5%×200)℃=±1℃(2)当⽰值分别为20℃和100℃时，⽰值相对误差为：%5%100201%10011±=?±=??=x m x A γ %1%1001001%10022±=?±==x m x A γ 8. 欲测240V 左右的电压，要求测量⽰值相对误差不⼤于0.6%，问：若选⽤量程为250V 电压表，其准确度应选模拟仪表中常⽤的哪⼀个等级？若选⽤量程为300V 和500V 的电压表，其准确度⼜应分别选哪⼀级？解：(240×0.6%)/250=0.576%，下近0.5级，应选择0.5级。
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
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
检测技术概述
kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）
二、检测技术旳作用与意义
1、产品检验和质量控制旳主要手段
被动检测
主动检测（在线检测）
质量控制领域
2、在大型设备安全经济运营监测中得到广泛应用
故障监测系统 动态监测
确保设备和人员安全 提升经济效益
3、自动化系统中不可缺乏旳构成部分
管理 生产过程： “物流”控制 “信息流”
检测技术概述
一、检测旳基本概念
1、检测与测量： 检测是意义更为广泛旳测量
测量：以拟定被测对象旳属性和量值为目旳旳全部操作 检测技术： 测量 信号检出（极为主要） 检测过程：信息提取、信号转换存储与传播、显示统计、分析处理
检测技术：检测措施、检测构造、检测信号处理 --- 综合性技术
2、检测旳分类
*按被测量值旳物理属性分类：电量、非电量 *按检测原理分类（物理旳、化学旳、生物学旳）：
USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行 （硬件系统）
总线：传送数字信号旳公共通道 ---- 信号线旳集合 RS-232C、VXI、Centronics（并行）
（规范、构造形式）
四、检测措施
选择：被测量旳性质、特点和测量任务要求 分类：
（1）按测量手续：直接测量、间接测量 （2）按测量值旳取得方式：偏移法测量、零位法测量、
米 ----光在真空中1s时间内传播距离旳1/299792485
实物单位----公斤原则原器
SI 组合单位： 由基本单位导出
能量（J）=力 距离 =质量 加速度 距离
J = kg（m/s2）m = m2·kg/s2
能量 --- 焦（耳）：长度、质量、时间 （科学家） 大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）；
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。
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
2018/7/27
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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
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。
2018/7/27 40
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。
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。
自动检测技术及应用-检测技术的基本概念精选全文
n
xi / m
解：6个测量值中，2.90m明显是“坏
1
2.2000
值”，给予剔除，将剩下5个带有随机 2
2.2001
误差的测量值求算术平均值x=2.2000m 。 3
可以认为激光干涉测长仪的测量值为 4
相对真值A0=2.204m。
5 6
2.2002 2.1999 2.1998 2.9000
则算术平均值与真值x0之间的误差为系统误差,为负的 0.004m。因此必须在上述校验后,将该磁栅的基准向左调
零位式测量例3：自动平衡电桥
1－滑线电阻 2－电刷 3－指针 4－刻度尺 5－丝杆螺母传动 6－检零放大器 7－伺服电动机
零位式测量例4：
自动平衡电位差计式记录仪表
平衡时间： 小于1s
匀速走纸
微差式测量
微差式测量法是综合了偏位式测量法速度快 和零位式测量法准确度高的优点的一种测量方 法。这种方法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。用偏位式仪表指示出其变化 部分的数值。
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
产品质量的 手工检验
离线测量
产品质量检验
电路板焊接质量检验
.
在线测量
在流水线上， 边加工，边检 测，可提高产 品的一致性和 加工准确度。
例：安装有直 线光栅的数控 机床，一边加 工一边测量直 径和螺纹,到 达设定值时自 动退刀。
防护罩内为测量行程的传感器
2）可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕？ 3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大 示值相对误差γx。
解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从
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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随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
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随机事例的几个例子
彩票摇奖
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4.动态误差
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产生粗大误差的一个例子
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2.系统误差：
系统误差也称装置误差，它 反映了测量值偏离真值的程度。 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？
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3.随机误差
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，该误差称为随机误差， 也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。 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。
相对误差及精度等级
几个重要公式：
x
Ax
100%
Am
100%
S m 100 Am
1-2
1-3
1-4
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为2.5 级，用它来测量电压时可能产生的满度 相对误差为2.5% 。
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例：某指针式万 用表的面板如图 所示，问：用它 来测量直流、交 流（~）电压时， 可能产生的满度 相对误差分别为 多少？
当被测量随时间迅速变化 时，系统的输出量在时间上不 能与被测量的变化精确吻合， 这种误差称为动态误差。
由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
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本章第1、2节 作业
P13： 第2、3、4、5、6题
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休息一下
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例：用指针式万用 表的10V量程测量 一只1.5V干电池的 电压，示值如图所 示，问：选择该量 程合理吗？
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用2.5V量程 测量同一只1.5V 干电池的电压， 与上图比较，问 示值相对误差哪 一个大？
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误差产生的因素：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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离线测量
产品质量检验
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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。
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第二节 测量误差及分类
绝对误差：
Δ=Ax－Ａ0
(1-1)
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
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，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。
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第一节 检测技术的基本概念及方法
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。
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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便携式仪表
可以显示波形 的便携式仪表
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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，经过计算求得 被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。
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接触式测量
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非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察