自动检测技术第3版第1章基础知识
自动检测技术第一章 知识点
第一章 检测技术的基本概念 考核知识点和考核要求：1、领会：测量的基本概念及测量方法，测量结果的数据统计及处理2、掌握：测量误差及分类，传感器及其基本特性3、熟练掌握：绝对误差和相对误差的计算，仪表的精度等级 第一节 测量的基本概念与方法 1）根据测量是否随时间变化：静态测量。
例如：激光干涉仪对建筑物的缓慢沉降做长期监测是静态测量 动态测量。
例如：光导纤维陀螺仪测量火箭飞行速度、方向是动态测量 2）根据测量的手段不同：直接测量：直接读取被测量的测量结果。
例如：磁电式仪表测量电流电压、离子敏MOS 场效应管晶体测量PH 值和甜度间接测量：对与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，再代入函数关系式计算测量量。
例如：测量物体密度3）根据测量结果的显示方式：模拟式测量和数字式测量（其中：数字式测量比模拟式测量精度要高） 4）根据是否是在生产过程中或流水线上测量：在线测量。
例如：自动化机床边加工边测量，在实际中大多采用在线测量方式 离线测量5）根据测量的具体手段：偏位式测量：被测量作用于仪表内部的比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式（直接用偏移量的大小表示测量量）。
例如：弹簧秤测量物体质量，高斯计测量磁场强度。
特点：简单迅速但精度低。
易产生灵敏度漂移和零点漂移零位式测量：被测量与仪表内部的标准量比较，当系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值（标准量的值为测量量的值）。
例如：天平测量物体质量，平衡式电桥测量电阻值。
特点：精度高但平衡复杂。
微差式测量：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，偏位式仪表指示出变化部分的数值（先平衡再有微量变化时）。
例如：天平测量化学药品，钢板厚度测量。
特点：上述两者的综合 第二节 测量误差及分类1.真值：是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
分类：1）理论真值（例：三角形的内角之和为180°）2）约定真值（例：标准条件下，水的三相点为273.16K ，金的凝固点为1064.18℃）3）相对真值（例：凡精度高一级或几级的仪表的误差是精度低的仪表误差的1/3以下时，则精度高的仪表的测量值可认为是相对真值）2.测量误差：测量值与真值之间的差值 根据其特征不同：1）绝对误差：是指测量值A x 与真实值A 0之间的差值，即Δ＝A x －Ａ0 2）相对误差：反应测量值偏离真值程度的大小实际相对误差A γ:绝对误差Δ与被测量的真值Ａ0的百分比， %1000⨯∆=A Aγ示值（标称）相对误差x γ：绝对误差∆与被测量A x 的百分比，%100⨯∆=xxA γ满度（引用）相对误差m γ：绝对误差∆与仪器满度值A m 的百分比，%100m⨯∆=A mγ3. 准确度等级S ：当∆ 取仪表的最大绝对误差值∆m 时，满度相对误差常被用来确定仪表的准确度等级，100mm⨯=A ΔS 注意：仪表的准确度在工程中也常称为“精度”，准确度等级习惯上称为精度等级。
自动检测技术概述第1章自动检测技术的基本概念和数据处理
图1-1 糖化过程温度控制系统方框图
1.1.2 自动检测系统的基本组成
1 传感器（信号的获得）
直接感受规定的被测量并按照一定规律转换成可 用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和传 感元件组成。
敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分， 传感元件是指能将敏感元件的输出转换为电信号 的部分。
图1-3 传感器图用图形符号图 图1-4 电容式压力传感器的图用图形符号
1.2 测量方法
按测量手续分类：直接测量、间接测量、联立测 量；
按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量、微 差式测量；
按敏感元件是否与被测介质接触分类：接触式测 量、非接触式测量；
按被测量变化快慢分类：静态测量、动态测量；
自动检测技术概述 第1章 自动检测技术的 基 测量方法 1.3 传感器的一般特性 1.4 测量误差与数据处理
1.1 自动检测技术概述
1.1.1 自动检测技术在自动化专业中的地位
与作用
测量：以确定量值为目的的一组操作。
检验：分辨出被测参数的量值是否归属某一范 围带，从而判别被测参数是否合格、现象是否 存在等。
间接测量：首先对与被测物理量有确定函数关系 的几个量进行测量，将测量值代入函数关系式， 经过计算得到测量所需的结果。
优势：间接测量可以实现难以直接测量的被测量 的测量。
缺点：相对于直接测量，间接测量过程手续较多， 所需时间较长，有时可以得到较高的测量精度。 间接测量多用于实验室测量，工程测量中亦有应 用。
优点：反应快、精度高。
1.2.3 接触式测量、非接触式测量
接触检测：指在测量过程中敏感元件与被测介质 产生实际物理上的接触。
非接触检测：指利用物理、化学及声、光学的原 理，使被测对象与敏感元件之间不发生物理上的 直接接触而对被测量进行检测的方法。
自动检测技术及仪表 第1章 检测技术及仪表概述
五、检测技术及仪表的研究内容
（1）研究传感原理方法及相应器件设备。 （2）研究信息处理（如信号放大、滤波等）与变换的方法。
【克服干扰；从间接信号中恢复目标信息。】 （3）研究检测问题中信息传输、接收、存储、显示的方法与技术。 （4）研究抗干扰技术和故障检测、诊断的功能。 （5）研究检测方法、检测仪表及检测系统的理论分析方法、参数及结 构的最优化设计技术。 （6）研究智能仪表的设计与集成方法。
2023年8月14日
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第1章第7页
二、检测技术及仪表的应用
工业生产 医疗卫生 日常生活 军工武器 ……
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第1章第8页
三、检测技术及仪表的地位和作用
人类正在走出机械化的过程，进入以物质手段扩展人的感官神经系统
及脑力智力的时代，而这种物质手段的首要方面正是检测技术及仪器仪表。
测。
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第1章第17页
二、直接检测、间接检测与联立检测
联立测量（也称组合测量）
其中： x1, x2, …, xm：被测量 y1，y2，…， yn：直接测得值
20第18页
二、直接检测、间接检测与联立检测
检测刻线0、1、2、3间的距离，要求每个刻线间隔测 量3次：
自动检测技术：能够自动地完成整
个检测过程的技术，以信息的获取、 转换、显示和处理的自动化为主要研 究内容。
研究新的检测方法
仪表技术 利用新的检测技术
开发现代化的检测系统
自动检测技术 检测技术
检测仪表技术
获取分辨率、准 确度、稳定性和 可靠性都很高的 对象信息
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第1章第12页
第1章 认识传感器与自动检测系统测讲解
1.2 认识传感器
（2）灵敏度
灵敏度是指传感器输出量的变化量ΔY与引起此变化的 输入量的变化量ΔX之比，用K表示，即
K
输出量的变化量 输入量的变化量
=
Y X
对于线性传感器来说，它的灵敏度K是个常数。
第1
迟滞是指在相同的工作条件下，传感器正行程特性曲线和反行程 特性曲线的不一致程度，如图1-4所示。
图1-6 传感器的阶跃响应曲线
上升时间tr：指输出值上升到稳 态值的90%所需的时间。
响应时间ts：指输出值进入稳定 值所规定的范围内所需的时间。
峰值时间tp：指输出值到达最大 值使所需的时间。
超调量σ：指输出量最大值y（tp ）与稳态值的最大偏差与稳态值之
比。
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
1.2 认识传感器
1.2.1传感器的组成及其分类
传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号（一般为的电信号）的器件或装置。
1．传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路和辅助电源组 成，如图1-2所示。
图1-2 传感器的基本组成
迟滞大小一般要由实验方法确定，其值用正反行程输出值间最大
偏差ΔLmax对满量程输出ym的百分比表示：
t
Lmax ym
100%
图1-4 迟滞特性
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
（4）重复性
重复性是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测 量所得结果之间的不一致程度的指标，如图1-5所示。产生不一致的 原因与产生迟滞现象的原因相同。多次重复测试的曲线越重合，说明 该传感器重复性好，使用时误差越小。
自动检测技术及应用》教案
自动检测技术及应用教案章节：第一章自动检测技术概述教学目标：1. 了解自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 掌握常见自动检测技术的原理和应用。
3. 理解自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教学内容：1. 自动检测技术的定义和作用2. 自动检测技术的分类3. 常见自动检测技术及其原理4. 自动检测技术在工程实践中的应用案例教学过程：1. 引入：通过生活中常见的自动检测实例，如自动门、自动感应灯等，引发学生对自动检测技术的兴趣。
2. 讲解：详细讲解自动检测技术的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见自动检测技术的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验自动检测技术的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考自动检测技术在工程实践中的应用价值，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见自动检测技术的原理和应用。
3. 学生能认识到自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教案章节：第二章传感器技术基础教学目标：1. 了解传感器的定义、作用和分类。
2. 掌握常见传感器的原理和应用。
3. 理解传感器在自动检测系统中的重要性。
教学内容：1. 传感器的定义和作用2. 传感器的分类3. 常见传感器的原理和应用4. 传感器在自动检测系统中的重要性教学过程：1. 引入：通过生活中的传感器实例，如温度计、光敏电阻等，引发学生对传感器的兴趣。
2. 讲解：详细讲解传感器的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见传感器的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验传感器的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考传感器在自动检测系统中的重要性，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答传感器的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见传感器的原理和应用。
教案章节：第三章信号处理与分析教学目标：1. 了解信号处理的定义、作用和分类。
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
《传感器与自动检测技术》第3版 课后习题解答
选用。其缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便于使用者掌握其基本原理及分析 方法。
较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于 10kN 的力，空心圆柱形可测量 1～10kN 的力，应力变化 均匀。
（2） 圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。 但它的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。
2
传感器的分辩力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量 ∆min 。有时也用该值相对满量程
输入值的百分数表示，称为分辨率。阈值通常又称为死区、失灵区、灵敏限、灵敏阈、钝感区，是输入量 由零变化到使输出量开始发生可观变化的输入量的值。
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器常用长期稳定性表示，它是指在室温条件下,经过相 当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。通常又用其不稳 定度来表征其输出的稳定度。
1
例 4： ±20g 压电式加速度传感器。 在侧重传感器科学研究的文献、报告及有关教材中，为方便对传感器进行原理及其分类 的研究，允许只采用第 2 级修饰语，省略其他各级修饰语。 传感器代号的标记方法：一般规定用大写汉字拼音字母和阿拉伯数字构成传感器完整代号。传感器完 整代号应包括以下 4 个部分：（1）主称（传感器）；（2）被测量；（3）转换原理；（4）序号。4 部分 代号格式为：
（4）序号 （3）转换原理 （2）被测量 （1）主称
在被测量、转换原理、序号 3 部分代号之间有连字符“-”连接。 例 5：应变式位移传感器，代号为：CWY-YB-10； 例 6：光纤压力传感器，代号为：CY-GQ-1； 例 7：温度传感器，代号为：CW-01A； 例 8：电容式加速度传感器，代号为：CA-DR-2。 有少数代号用其英文的第一个字母表示，如加速度用“A”表示。 4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？ 答：传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨力和阈值、稳定性、漂移及量程 范围等几种性能指标来描述。 含义：线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理论拟合直线的程度，又称非线性误 差。通常用相对误差表示其大小； 灵敏度是指传感器在稳态下，输出增量与输入增量的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态 特性曲线的斜率，对于非线性传感器，其灵敏度是一个随工作点而变的变量，它是特性曲线上某一点切线 的斜率。 重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。 迟滞是传感器在正向行程(输入量增大)和反向行程(输入量减小)期间，输出—输入特性曲线不一致的 程度。
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
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采用计算机技术，使检测技术智能化
智能机械手
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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
自动检测技术及应用第一章
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
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2
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
Lmax L 100% ymax ymin
作图法求端基线性度演示
首先作一根理论直线——将仪表输出起始 点与满量程点连接起来的直线。
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可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规
定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一 种综合性的质量指标。 磨合期又称 早期失效期 稳定期又称 偶然失效期 失效期又称 衰老失效期
测量转换电路的作用是将传感元件输出 的电参量转换成易于处理的电压、电流或频 率量。 在左图中，当电 位器的两端加上电源 后，电位器就组成分 压比电路，它的输出 量是与压力成一定关 系的电压Uo 。
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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：
测量不确定度的分类
为了正确地评定测量结果的不确定度，应 全面分析影响测量结果的各种因素，仔细列出 测量结果的所有不确定度来源。 不确定度评定得太大，会造成资源浪费， 评定得太小，将影响工程质量。在完成不确定 度的分析和评定后，应给出不确定度报告 。
测量不确定度的来源
①对被测量的定义不完善；②被测量定义复 现的不理想；③被测量的样本不能代表定义的 被测量；④环境条件对测量过程的影响考虑不 周，或环境条件的测量不完善；⑤模拟仪表读 数时人为的偏差；⑥仪器分辩力或鉴别阈不 够；⑦赋予测量标准或标准物质的值不准；⑧ 从外部来源获得并用以数据计算的常数及其他 参数不准；⑨测量方法和测量过程中引入的近 似值及假设；⑩在相同条件下被测量重复观测 值的变化等 。
自动检测技术第一章复习题(附答案)
第一章检测技术的基础知识一、填空题1．传感器一般由、和三部分组成。
（敏感元件；转换元件；转换电路）2．传感器中的敏感元件是指被测量，并输出与被测量的元件。
（直接感受；成确定关系的其它量）3．传感器中转换元件是指感受由输出的、与被测量成确定关系的，然后输出的元件。
（敏感元件；另一种非电量；电量）4、直接测量方法中，又分、 和。
（零位法 偏差法 微差法）5、零位法是指与在比较仪器中进行 ，让仪器指零机构 ，从而确定被测量等于。
该方法精度。
（被测量 已知标准量 比较 达到平衡/指零 已知标准量 较高）6、偏差法是指测量仪表用相对于 ，直接指出被测量的大小。
该法测量精度一般不高。
（指针、表盘上刻度线位移）7、微差法是和的组合。
先将被测量与一个进行 ，不足部分再用测出。
（零位法 偏差法 已知标准量 比较 偏差法）9、测量仪表的精确度简称 ，是和的总和，以测量误差的来表示。
（精度 精密度 准确度 相对值）10、显示仪表能够监测到被测量的能力称分辨力。
（最小变化） 2．通常用传感器的和来描述传感器输出-输入特性。
（静态特性；动态特性）3．传感器静态特性的主要技术指标包括、、、、和。
（线性度；灵敏度；灵敏度阈；迟滞；重复性）5．传感器线性度是指实际输出-输入特性曲线与理论直线之间的与输出。
（最大偏差；满度值之比）6．传感器灵敏度是指稳态标准条件下，与之比。
线性传感器的灵敏度是个。
（输出变化量；输入变化量；常数）7．传感器迟滞是指传感器输入量增大行程期间和输入量减少行程期间，曲线。
（输入-输出；不重合程度）8．传感器的重复性是指传感器输入量在同一方向（增大或减小）做全程内连续所得输出-输入特性曲线。
（重复测量；不一致程度/重复程度）9．传感器变换的被测量的数值处在状态时，传感器的的关系称传感器的静态特性。
（稳定；输入-输出）二、单项选择题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 C 级，另一家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 B 级的压力表。
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
自动检测技术_马西秦_第三版_习题答案
思考题与习题解 马西秦第一章、思考题与习题1、检测系统由哪几部分组成?说明各部分的作用。
答：1、检测系统由：传感器、测量电路、显示记录装置三部分组成。
2、传感器部分的作用：是把被测量变换成另一种与之有确定的对应关系，并且便于测量的量的装置。
测量电路部分的作用：是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
显示记录装置部分的作用：是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。
2、非电量的电测法有哪些优点?答：P33、测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法?如何进行?答：1）、采用微差式测量 ；2）、微差式测量是综合零位式测量和偏差式测量的优点而提出的一种测量方法。
基本思路是：将被测量x的大部分作用先与已知标准量N的作用相抵消，剩余部分即两者差值Δ=x-N。
这个差值 再用偏差法测量。
微差式测量中：总是设法使差值Δ很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量之。
即使差值的测量精度不高，但最终结果仍可达到较高的精度。
例如：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，输出电压U。
可表示为U0=U+ ΔU，其中ΔU是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U。
的要求，因此对ΔU这个小量造成的U0的变化就很难测准。
当然，可以改用零位式测量，但最好的方法是采用如图1-3所示的微差式测量。
微差式测量：⑴、微差式测量电路图中；①、使用了高灵敏度电压表：毫伏表和电位差计；②、Rr和E分别表示稳压电源的内阻和电动势；③、RL表示稳压电源的负载；④、E1、R1和Rw表示电位差计的参数。
⑵、微差式测量过程①、在测量前调整R1，使电位差计工作电流I1为标准值。
②、然后使稳压电压负载电阻RL为额定值，调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。
③、正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻RL的值，负载变动所引起的稳压电压输出电压U0的微小波动值ΔU即可由毫伏表指示出来。
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。
自动检测技术及应用答案
二、第二章的提问及回课程组答
问：有一额定荷重为20′103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V，桥路电压Ｕi为12V，求：
1）在额定荷重时的输出电压Uom；
2）当承载为5′103N时的输出电压Uo为请选择ABCD；
2."三位半"数字显示的分辨力主要看最后一位的数值。
最大显示1999,分辨力就是1
最大显示199.9,分辨力就是0.1
最大显示19.99,分辨力就是0.01
是这样的。
3.(1)P11页,算一算:最大绝对误差是7.5V,但是假设读数是230V时,为什么绝对误差是10V？
我没看明白，
(2)P20,第一章习题的3,4题,要计算示值相对误差,需要知道绝对误差和示值,在不知道真实值时是求不出绝对误差的,…………
例如上述3，1/2的数字电压表的满量程为19.99V时，分辨力是0.01V，对吧！
那么“将分辨力除以仪表的满度量程就是仪表的分辨率”，0.01V/19.99V×100%≈0.05%。
光盘中提到：“仪表的最大显示值的倒数就是仪表的分辨率”，最大显示值为19.99V。
它的倒数是1/1999也约等于0.05%。意思一样的吧。要注意去掉小数点才会一样。
请梁老师说明下这两个题目的不同谢谢
课程组答：1最大误差超过（6÷800）×100%=0.75%，选的是1.0级
2计算出满度相对误差为1.25%，选国家标准的时候，1.25级达不到了所以选1.0级的的不同
1.我们使用的教材是<自动检测与转换技术>第三版,
普通中等职业教育电气规划类教材
机械工业出版社
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
自动检测原理第1章
X 0 X x X C
修正值与示值的绝对误差数值相等，但符号相反，即
C x X 0 X
2．相对误差
检测系统测量值（即示值）的绝对误差 △x与被测参量真值Xo的比值，称为检测系统 测量值（示值）的相对误差，常用百分数表示， 即 X X0 x
X0 100% X0 100%
4、测量精度
测量精度可细分为准确度、精密度和精确度。 （1）准确度。表明测量结果偏离真值的程度，它反映
系统误差的影响，系统误差小，则准确度高。 （2）精密度。表明测量结果的分散程度，它反映随机 误差的影响，随机误差小，则精密度高。 （3）精确度。精确度反映测量中系统误差和随机误差 综合影响的程度，简称精度。精度高，说明准确度与 精密度都高，意味着系统误差和随机误差都小。
1.1.3 检测技术的发展趋势
（1）不断提高检（2）应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。 （3）采用微型计算机技术，使检测技术智能化。 （4）不断开发新型、微型、智能化传感器，如智 能传感器、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。
传感器的动态特性。 （1）一阶检测系统的时域特性 设一阶检测系统的传递函数为 当输入一个单位阶跃信号 时，系统的输出信号为:
k H ( s) s 1
y(t ) k (1 e ）
1
根据检测系统的输出特性曲线，可以选择以下
几个特征时间点作为其时域动态性能指标：
1）时间常数：输出由零上升到稳态值的63%所需的时
x max 100% L
第1章传感器与检测技术概述
第1章传感与检测技术概述
第1章 传感器与检测技术概述
1.1 传感器的概念、组成和分类 1.2 传感器的基本特性
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第1章传感与检测技术概述
第1章 传感器与检测技术的理论 基础
1.1 传感器的概念、组成和分类
一、传感器的概念、组成与应用
1、 现代信息技术的三大要素：信息获取————传感器技术
第1章传感与检测技术概述
传感器的主要应用
需要量
111 110 103 81 61 47 34 31 31 78 70 61 55 59 47 111 76 93
36
27
26
21 24 20 14
信 息 处 理
电 信 电 话
科 技 测 试
设 备 控 制
交 通 控 制
输 机 机 家 照 汽 飞 船 气海 环 医防光 热 机 电 床 器 用 相 车 机 舶 象洋 境 疗火能 能 械 人 电 机 系 污 利 利 能 统 器 染 用 用 利 用
划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、 体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等
传感器的研究。
第1章传感与检测技术概述
第1章传感与检测技术概述
光纤流速传感器 生物酶血样分析传感器 荧光材 料制作 的电子 鼻传感 器
热/光
电量
第1章传感与检测技术概述
传感器与航空及航天
第1章传感与检测技术概述
陀螺仪、阳光传
第1章传感与检测技术概述
软驱:速度,位置伺服
麦克风:电容传声器
第1章传感与检测技术概述
楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环
境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应 用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯 运行状况。
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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。
一.测量的基本概念
测量：用实验方法，借助于一定的仪器或设备， 将被测量与同性质的单位标准量进行比较，确 定被测量对标准量的倍数，获得被测量的定量 信息。 测量的四个步骤：比较、示差、平衡、读数。 测量的重要概念：转换 非电量量方法
按测量手续分类 1.直接测量：利用测量仪器，直接读取被测量 的测量结果。 2.间接测量：已知被测量与其他几个量有 确定 的函数关系，可以分别测出其他几个量,再利用 函数关系求出被测量。 根据传感器是否与被测对象接触分类
精度高，操作复杂，反应速度较慢。
3.微差式测量
零位式与偏差式测量的综合应用。
测量前先把被测量U调到基准数值大 小，调节已知标准量使二者相等，读取被 测值的基准大小U0。
测量中只读取被测值的微小变化 U
计算得测量结果为：
UU0 U
自动检测技术第3版第1章基础知识
特点：测量装置中有标准量具，测量始条件 是指针指零或平衡。
主要作用： 产品检验和质量控制 大型设备的安全、经济运行监测 自动化系统中的重要组成部分 检测技术的发展推动着科学技术的发展
（科学技术的发展带动检测技术发展） 地位：
与生产、生活、科技关系密切，在人类 的一切活动领域都占有地位。
二.检测系统的组成 传感器 （非电量---------电量） 测量电路 （微弱电量---------较强电信号） 显示记录装置（可能远程输出）
对微小信号实行偏差式测量。
减小了偏差式测量的范围，精度高，小信号 反应速度快，适合于在线测量。
第三节 检测系统的 基本特性
一.静态特性 二.动态特性
一.静态特性（测量已经达到稳定状态时，检测装置或传
感器呈现的特性）
灵敏度与分辨率
灵敏度：输出变化与输入变
化的比值。相当于放大倍数。 分辨率：输入量最小增 s
y x
加多少，能被测量出来。
*灵敏度太大影响测量范围。
*灵敏度越高，分辨率越好。
*模拟仪表的分辨率=最小刻度分格值/2 *数字仪表的分辨率=最后一位数字为1
所代表的值。 *如果串联环节组成检测系统， 总灵敏度为各部分灵敏度的乘积。
线性度
图中曲线为检测系统的实 际输入输出关系。
直线为理论上的输入输出 关系，称为拟合直线。
传感器按被测量的性质分为：机械量、 热工量、化学量、生物量传感器等。
按输出量的性质分为：参量型、发电型传 感器等。
三.非电量电测法的特点
能够连续、自动测量和记录 测量精度高、动态特性好 可以远程传输，实现远距离测量和集中 控制 可以方便地变换量程，测量范围广 能借助于计算机进行运算、分析和数据 处理。
四.检测技术的发展方向
应用新原理、新材料、新工艺方面的成果制造 各种新型传感器：光纤传感器、压敏传感器、 微生物传感器、仿生传感器、超常参数传感器 等。 传感器集成化（如CCD器件进行文字、图象处 理，扫描仪 数码相机）传感器和测量电路集 成化。 整个检测系统智能化。
第二节 测量方法
一.测量的基本概念 二.测量方法
动态误差
为了说明传感器的动态特性, 下面简要介绍动态测温的 问题。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测介质 中以及传感器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况 下, 都存在动态测温问题。如把一支热电偶从温度为0 ℃ 环境中迅速插入一个温度为t℃的恒温水槽中（插入时间忽 略不计）, 这时热电偶测量的介质温度从0突然上升到t, 而热 电偶反映出来的温度从t0℃变化到t ℃需要经历一段时间, 即有一段过渡过程, 如图 所示。热电偶反映出来的温度与 介质温度的差值就称为动态误差。
迟滞
迟滞特性指检测系统 在输入量增大过程中的检 测结果曲线，与输入量增 小过程中的检测结果曲线 不一致程度。
m 为正反向检测曲 线的最大差值。
迟滞的定义：
Ef
m 100% YFS
测量范围与量程
测量范围：正常工作条件下，检测系统能够测 量的下限值与上限值。
量程 =（代数）差 =上限值 - 下限值
第一章 检测技术的基础知识 第一节 概 述
一.检测技术的含义、作用和地位 二.检测系统的组成 三.非电量电测法的特点 四.检测技术的发展方向
一.检测技术的含义、作用和地位
检测：对基本参数和物理量进行检查测 量，从而获得定量信息的过程。 检测技术：完成检测过程所采取的技术 措施。 检测技术的主要内容：信息的获取、转 换、显示、处理