第一章检测技术的基本概念..

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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
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传感器的应用
湿 度 测 量
木材烘干
纸 品
芯片生产要求最高的湿度 稳定性
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精确的 烟草烘干
纺 织 品
湿度传感器
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三、检测技术的发展趋势
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范围、 延长使用寿命、提高可靠性: 2、应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域 例如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无 损探伤、放射性测厚、中子探测爆炸物。 3、 随着科学技术的不断发 展,检测技术继续 往数字化、智能化、远程控制方向发展。
基本误差
±0.1%
±0.2% ±0.5% ±1.0% ±1.5% ±2.5% ±5.0%
举例:在正常情况下,用0.5级、量程为100℃温度表 来 测量温度时,可能产生的最大绝对误差为: Δ m=(±0.5%)×Am=±(0.5%×100)℃=±0.5℃
对相对误差以及仪表的精度等级进行练习
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? 解:直、交流电压的满 量程为500V,最大 满度误差为: ±5.0%×500=25V
非电量 传感器 理电路
源自文库
显示器 装置
电量 信号处 Uo io f 数据处理
执行机构
或电量
1、传感器:(也可按其他形式分类,例如被测量)
参量型传感器:
输出量是电阻、电感、电容无源电参量,有电 阻式、电感式、电容式传感器等。 发电型传感器: 输出量是电压、电流,有热电式、光电式、磁 2018/7/27 电式、压电式传感器等。
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3.应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域
“惠更斯”号登陆土卫六 的效果图
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土卫六表面
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3.应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域
安全检查
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4.发展集成化、功能化的传感器
可拍照的手机
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5.采用计算机技术,使检测技术智能化
面部识别
夏天摆钟变慢的 原因是什么?
3.随机误差
测量结果与在重复条件下,对同一被测量进行无 限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。 也可以采用如下的表达: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。 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。
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就被测对象而言工业上需要检测的量有电量和 非电量两大类。早期多用非电量的方法测量,例如: 用尺测量长度;用液体热膨胀的温度计测温度;天 平测量物重。 传统的传感器与检测系统只是完成从非电量到非 电量或电量的转换。 现今 1、能够实现现代智能仪器仪表的自动测量,还 能够完成过程控制的自动检测与控制。 2、随着科学技术的发展,对测量的精确度、速 度提出新的要求。 3、尤其对动态变化的物理过程和物理量远距离 测量。
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对于各种各样的被测量,有各种各样的传感器。 下面请看几个传感器应用实例:在本课程都要学习到。 计量测试
红外测温
电子汽车衡
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超声波测流量
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传感器的应用
医疗诊断 B超与CT
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传感器的应用
家用电器
遥控器
液化气烟雾报警器
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智能洗衣机
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? 结论:不合理。指针 应在满量程的 2 处。 3
例: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? 结论:10V大。
例:某压力表准确度为2.5级,量程为0~1.5MPa,求: 1)可能出现的最大满度相对误差m。2)可能出现的 最大绝对误差m为多少kPa 。3)测量结果显示为 0.70MPa时,可能出现的最大示值相对误差x。
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2、信号处理电路: 包括放大或衰减电路、滤波电路、隔离 电路等。放大电路把传感器输出电量变成具有 一定驱动和传输能力的电压、电流或频率信号, 以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机 构。 3、显示器: 目前有模拟显示、数字显示、图像显示、 记录仪。
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4、数据处理装置: 对测试的数据进行处理、运算、逻辑判断、 线性变换,对动态测试结果进行频谱分析、相关 分析,借助计算机。 5、执行机构: 用电压、电流信号驱动继电器、电磁铁、电 磁阀门、伺服电机等,起通断、控制、调节、保 护等作用。
标准接口
模 拟 传 感 器
放 大 电 路
A/D 转 换
线 性 化 处 理
微 处 理 器
脉冲输出
控制门
显示
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三、本课程的任务和学习方法
任务:
在掌握测量基本原理 逐一分析各种传 感器是如何将非电量转换为电量 相应的测量 转换电路信号处理电路 各种传感器在工业中 的应用。
学习方法:
例: 现有准确度为0.5级的0~300℃的和准确度为 1.0级的0~100℃的两个温度计,要测量80℃的温 度,试问采用哪一个温度计好? 解 : 计算用0.5级表以及1.0级表测量时,可能 出 现 的 最 大 示 值 相 对 误 差 分 别 为 ±1.88% 和 ±1.25%。计算结果表明,用1.0级表比用0.5 级表 的示值相对误差的绝对值反而小,所以更合适。 由上例得到的结论:在选用仪表时应兼顾准确 度等级和量程,通常希望示值落在仪表满度值的 2/3以上。
绪论
章节导入:
在信息社会的一切活动中,从日常生活、生产活 动到科学实验,时时处处离不开检测。现代化的检测 手段在很大程度上决定了生产、科学技术的发展水平, 而科学技术的发展又为检测技术提供了新的理论基础 和制造工艺,同时对检测技术提出了更高要求。
本章要点:
1、检测与传感器基本概念以及检测系统的组成
2、检测技术的应用
测量金球的密度,先测出金球的重量,再测 量出金球的直径,再计算出金球的体积,最后求 出金球的密度。
3、接触式测量和非接触式测量
接触测量
非接触式测量不影响被测对象的运行工况 例:红外测速
4、在线测量和离线测量
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
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。
静态测量:对缓慢变化的对象进行测量。
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动态测量:测量动态过程
电涡流传感器测转速
f n 60 z
动态测量:便携式仪表
可以显示波形的手 持示波器
2、直接测量与间接测量
直接测量:用标定仪表直接读取被测量的测
量结果。
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。
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1、提高测量精度
将量程 切换到2V时, 最小显示值 为1 μ V
数字电压、欧姆表
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2、提高可靠性
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3.应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域
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月球车
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3.应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域
火星车
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二、传感器的应用
实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对 象是长度、体积、质量和时间。18世纪以来科学技 术取得飞速发展,被测对象迅速扩大。 力学领域有速度、加速度、力、功和能量等; 电磁学领域中有电流、电压、电阻、电容、磁场; 化学领域中有浓度、成分、pH值等; 工业领域 中有流量、压力、温度、黏度等被测量。 现在的被测对象更为广泛,有人体心电、脑 电波等体表电位测量,生物断面测量如B超、CT; 工业领域的光泽、触觉等品质测量;卫星上监视地 球的红外线传感器;机器人的视觉、触觉等各种传 感器。
解: 1)可能出现的最大满度相对误差可以从准确度
等级直接得到,即m=±25%。
2)m=mAm=±25%1.5MPa=
±0.0375MPa=±37.5kPa
Δm 0.0375 3) x 100% 100% 5.36% Ax 0.70
结论:x的绝对值总是大于(在满度时等于)m
的速度,更高的可靠性。
本章要点:
1、测量的基本概念、测量方法、误差分类、会进行
测量结果的数据统计处理。 2、传感器的基本特性 ,掌握传感器的静态特性。
第一节
测量的基本概念及方法
一、测量的一般概念:
测量是借助专门的技术和仪表设备,采用一定的方法取得 某一客观事物定量数据资料的认识过程。
二、测量的方法
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。
被测量量是否随时间变化,可分为静态测量和动态测量。 测量手段的不同,分为直接测量和间接测量。 测量结果的显示方式不同,分为模拟式测量和数字式测量。 测量时是否与被测对象接触,分为接触式测量和非接触式测量。 在线测量:在生产流水线上监视产品质量,反之离线测量。
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1、静态测量与动态测量
学习《自动检测与转换技术课程》 ,涉及 到《物理》 、《电工基础》、 《电子线路》 等多方面知识,学习之前应有所准备。学习中 在弄懂基本概念的同时,配合必要的实验、实 习环节,理论联系实际。
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第一章 检测技术的基本概念
章节导入:
测量是检测技术的主要组成部分。现代社会要
求测量必须达到更高的准确度,更小的误差,更快
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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根据测量的具体手段来分,分为偏位式、零
位式、微差式
1、偏位式测量:
被测量作用于仪表内部的比较装置。例如: 弹簧秤测量物体质量。 必须事先用标准量具对仪表刻度进行校正。 容易产生灵敏度漂移和零点漂移。过程简单、快 速。但精度不高。
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2、零位式测量:
被测量与仪表内部的标准量,系统达到平衡时, 用已知标准量的值决定被测量的值。例如用天平测 量物体的质量。 零位式测量的特点是精度高,但平衡复杂,多
适用于缓慢信号的测量。
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3、微差式测量:
综合了偏位式速度快和零位式测量法精度高
的优点。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。
第二节
测量误差及分类
一、绝对误差和相对误差
1、绝对误差:Δ =Ax-A0 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? 绝对误差虽然都是0.5kg,但巧克力的相对误差 最大。
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3、学习任务及学习方法
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一、检测与传感器的概念 检测:
利用各种物理、化学效应,选择合适的方法与 装置,将生产、科研、生活等各方面的有关信息通 过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。
传感器:
从广义的角度来说,检出感知信号器件和 信号处理部分总称为传感器。
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检测系统的基本组成:
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