检测与转换技术最新课件第二章(检测与转换的基本理论)

例： 在正常情况下，用0.5级、量程为100oC温度表来测量温度时， 可能产生的最大绝对误差为
Am
(
0.5
0 0
)
Am
(
0.5
0 0
100
)C
0.5C
--检测技术的误差及处理
例: 某压力表精度为2.5级，量程为0～1.5MPa，测量结果显 示为0.7MPa，
试求：
1）可能出现的最大满度相对误差 m
--非线性特征补偿方法
模拟非线性补偿法
智能测控系统的测量信号大都为非线性的，检测信号线 性化是提高检测系统测量准确性的重要手段。非线性信号在 示波器中显示存在如图的4种现象。
--非线性特征补偿方法
实线表示测量真实信号，虚线表示虚假信号，其 中图(a)表示不符合采样定理出现的插空、混叠现象； 图(b)表示采样频率分别是信号频率的3倍和4倍时出现 的失真现象；图(c)表示采样频率是在5个信号频率周期 里采样了4个点时出现的混叠现象；图(d)表示将图(c) 中虚线在x轴方向压缩后显示的虚假信号。
--自动检测系统的组成
3、显示器 目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字 显示、图像显示及记录仪等。模拟量是指连续变化量。模拟 显示是利用指针对标尺的相对位置来表示读数的，常见的有 毫伏表、微安表、模拟光柱等。
4、数据处理装置 数据处理装置用来对测试所得的实验 数据进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结 果作频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）、相关分析等， 完成这些工作必须采用计算机技术。
4、实际值（相对真值）:实际测量中，不可能都直接与国家基 准相 比对，所以国家通过一系列的各级实物计量标准 构成量值传递网，将 国家基准所体现的计量单位逐级比较传递到日常工作仪器或量具上去。 在每一级的比较中，都以上一级标准所体现的值当做准确无误的值。 例如：精度高的仪表的误差是精度低的仪表的误差的三分之一以下时， 则高精度的测量值可认为是相对真值。
--检测技术的误差及处理
4、动态误差
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
--检测技术的误差及处理
4、动态误差
一般静态测量要求仪器的带宽从0HZ～10HZ左右。 而动态测量要求带宽超过10KHZ。这就要求采用高速 的运算放大器，并尽量减小电路的时间常数。 对用于动态测量、带有机械结构的仪表而言，应尽量 减小机械惯性，提高机械结构的谐振频率，才能尽可能 反应被测量的迅速变化。
测量 ； 3、按被测量的性质分类:时域测量、频域测量、数据域
测量和随机测量。
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
静态测量
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
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
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
动态测量
地震测量 振动波形
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
虽然能测出产品质量合格与否，但无法实时监控 生产质量。
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
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。
--检测技术的误差及处理
一、测量误差的基本概念
1、误差公理:测量误差的存在是不可避免的，也就是说“一切测量 都具有误差，误差自始至终存在于所有科学实验之中”，这就是误差 公理。
--检测技术的误差及处理
二、测量误差的分析
绝对误差：绝对误差定义为示值与被测量真值 之差。
ΔA=AX－Ａ0
式子中ΔA为绝对误差；Ax为示值(可以用测量结 果的测量值、标准量具的标称值代替)；A0为被测量 的真值；真值A0一般很难得到，所以用实际值A代替 被测量的真值A0 ，因而绝对误差更有实际意义的定 义是
5、执行机构 所谓执行机构通常是指各种继电器、电磁 铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中 是起通断、 控制、调节、保护等作用的电器设备。许多检 测系统能输出与被测量有关的电流或电压信号，作为自动控 制系统的控制信号，去驱动执行机构。
--自动检测系统的组成
传感器：将被测的非电量转换成与之有确定对应关系电量 输出的器件。
国电工仪表的准确度等级S就是按满度相对误差分级的，大小依次划 分成0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5及5.0七级。它们分别表示对应仪表的 引用误差所不应超过的百分比。从仪表面板上的标志可以判断出仪表的 等级。仪表的准确度等级和基本误差如下表所示。准确度等级的数值越 小，仪表的就越昂贵。
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% 。
能将温度转换为电压的传感器—热电偶
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
测量概念（Measurement） ： 借助专门的技术和仪器仪表，采用一定方法取得某一
客观事物定量数据的过程。 测量是对非量化实物的量化过程。
测量方法： 1、按测量手续分类:直接测量、间接测量和组合测量； 2、按测量方式分类:偏差式测量、零位式测量和微差式
--检测技术的误差及处理
5、标称值:测量器具上标定的数值称为标称值，如标准砝码上标 出的1kg，标准电阻上标出的1Ω，标准信号发生器度盘上标出的输出 正弦波的频率100kHz等。由于制造和测量精度不够以及环境等因素的 影响，标称值并不一定等于它的真值或实际值。为此，在标出测量器 具的标称值时，通常还要标出它的误差范围或准确度等级。如XD-7型 低频信号发生器频率刻度的工作误差≤±3%±1Hz，如果在额定工作条 件下该仪器频率刻度是100Hz，这就是它的标称值，而实际值是100× （1±3%）±1Hz，即实际值在96Hz到104Hz之间。
--检测技术的误差ຫໍສະໝຸດ 处理相对误差及精度等级实际相对误差(绝对误差与实际值的百分比值)：
A
A A
100%
示值相对误差(绝对误差与示值的百分比值 )：
x
A 100% Ax
满度相对误差(仪器量程内最大绝对误差与测量仪器满度
值的百分比值
)：
m
Am 100% Am
--检测技术的误差及处理
仪表的准确度等级和基本误差
2）可能出现的最大绝对误差Am为多少kPa?
3）可能出现的最大示值相对误差 x
例: 现有0.5级的0～300 oC的和1.0级的0～100 oC 的两个温度 计，要测量100oC 的温度，试分析各自产生的示值误差？ 试问采用哪一个温度计好？
--检测技术的误差及处理
误差产生的因素 1、粗大误差(Gross Error)
检测与转换技术
第二章
2015年 11月
检测技术及其基本特性 2016年 3、7月 2016年 11月 2017年 6月 2017年 12月
--自动检测系统的组成
不带数据处理装置时
自动检测技术系统原理框图
1、传感器:传感器是指一个能将被测的非电量转换成与 之有确定对应关系电量输出的器件或装置。
2、信号处理电路 信号处理电路的作用是把传感器输出 的电量变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流或频率 信号等，以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机构。
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
间接测量
对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量。 • 例如：（阿基米德测量皇冠的比重）。
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
接触式测量
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
非接触式测量 例：雷达测速
车载电子警察
--测量的基本方法和检测方法的选择原则
离线测量
直接测量
电子卡尺： 电子游标卡尺的结构分为机械部分、传感器部分和数显部分，其中
机械部分和一般的游标卡尺类似 传感器部分一般采用容栅位 移传感器 实现，它包括主栅和副栅两部分。主栅与尺身等长，固定 在尺身上；副栅固定在移动装置上。当主栅和副栅之间有相对位移产生 时，这种位移就会转换为数字量，通过显示部分（液晶屏）显示出来， 我们就可以直观的读出所测量的长度值。电感线圈相互影响。一 个固 定的长线圈，一个移动的短线圈。
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。
存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差 的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修 正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态 分布规律。
--非线性特征补偿方法
开环式非线性补偿法 开环式非线性补偿法是将非线性补偿环节串接在系统的 模拟量处理环节中，实现非线性补偿目的。具有开环式非线 性补偿的结构原理如图所示，假设第一个环节是非线性环节， 其特征方程为 u1 f ( x)，系统的其他环节均为线性特性，可 以等效为一个特征方程 u2 ku1 ，这是一个线性放大器，若
ΔA=AX－Ａ
--检测技术的误差及处理
对于绝对误差，应注意下面几个特点：
1、绝对误差是有单位的量，其单位与测量值和实际 值相同。
2、绝对误差是有符号的量，其符号表示出测量值与 实际值的大小关系，若测量值较实际值大，则绝对误差为 正值，反之为负值。
3、测量值与实际值之间的偏离程度和方向通过绝对 误差来体现，但仅用绝对误差通常不能说明测量质量的好 坏 。 例 如 ： 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？
要求整个系统的输出特征方程为线性，即 y sx （s为系统的
灵敏度)，则可由各环节的特性方程和总特性方程，求出非