第1章检测基本概念与测量误差
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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。
第1章 检测技术基础知识
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信息采集技术
2.相对误差 2.相对误差 检测系统的测量值(即示值)的绝对误差Δx 检测系统的测量值(即示值)的绝对误差Δx 与被测参 量真值X 的比值，称为检测系统测量(示值)的相对误差δ 量真值X0的比值，称为检测系统测量(示值)的相对误差δ， 常用百分数表示。 常用百分数表示。
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准确度与精密度
系统误差与随机误差一般同时存在。 系统误差与随机误差一般同时存在。
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信息采集技术
按对其测量结果的影响程度分三种情况处理： 按对其测量结果的影响程度分三种情况处理： 远大于随机误差 系统误差远大于 系统误差远大于随机误差 系统误差很小 很小， 系统误差很小，已经校正 系统误差与随机误差差不多 系统误差与随机误差差不多 按系统误差处理 按随机误差处理 分别按不同方法处理 分别按不同方法处理
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固有误差：处于基准条件下，检测仪器所反映的误差。 固有误差：处于基准条件下，检测仪器所反映的误差。 固有误差比较准确地反映仪器的技术性能。 固有误差比较准确地反映仪器的技术性能。 准确地反映仪器的技术性能 影响误差：一个参量在规定工作范围内， 影响误差：一个参量在规定工作范围内，其他参量处在基 准条件时，检测系统具有的误差。 准条件时，检测系统具有的误差。 用于分析检测仪器误差构成和减小降低误差 用于分析检测仪器误差构成和减小降低误差 分析检测仪器误差构成和减小降低 的方向。 的方向。 稳定性误差：仪表工作条件保持不变的情况下， 稳定性误差：仪表工作条件保持不变的情况下， 在规定的时间内， 在规定的时间内，检测仪器各测 量值与其标称值间的最大偏差。 量值与其标称值间的最大偏差。 评估正常测量误差，比实际测量误差偏小。 评估正常测量误差，比实际测量误差偏小。 正常测量误差 偏小
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2.相对误差 2.相对误差 检测系统的测量值(即示值)的绝对误差Δx 检测系统的测量值(即示值)的绝对误差Δx 与被测参 量真值X 的比值，称为检测系统测量(示值)的相对误差δ 量真值X0的比值，称为检测系统测量(示值)的相对误差δ， 常用百分数表示。 常用百分数表示。
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准确度与精密度
系统误差与随机误差一般同时存在。 系统误差与随机误差一般同时存在。
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按对其测量结果的影响程度分三种情况处理： 按对其测量结果的影响程度分三种情况处理： 远大于随机误差 系统误差远大于 系统误差远大于随机误差 系统误差很小 很小， 系统误差很小，已经校正 系统误差与随机误差差不多 系统误差与随机误差差不多 按系统误差处理 按随机误差处理 分别按不同方法处理 分别按不同方法处理
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固有误差：处于基准条件下，检测仪器所反映的误差。 固有误差：处于基准条件下，检测仪器所反映的误差。 固有误差比较准确地反映仪器的技术性能。 固有误差比较准确地反映仪器的技术性能。 准确地反映仪器的技术性能 影响误差：一个参量在规定工作范围内， 影响误差：一个参量在规定工作范围内，其他参量处在基 准条件时，检测系统具有的误差。 准条件时，检测系统具有的误差。 用于分析检测仪器误差构成和减小降低误差 用于分析检测仪器误差构成和减小降低误差 分析检测仪器误差构成和减小降低 的方向。 的方向。 稳定性误差：仪表工作条件保持不变的情况下， 稳定性误差：仪表工作条件保持不变的情况下， 在规定的时间内， 在规定的时间内，检测仪器各测 量值与其标称值间的最大偏差。 量值与其标称值间的最大偏差。 评估正常测量误差，比实际测量误差偏小。 评估正常测量误差，比实际测量误差偏小。 正常测量误差 偏小
测量检验基础知识培训
目录：
第一章：测量的基本概念 第二章：公差与配合基础 第三章：测量技术基础知识
第一章：测量的基本概念 一、专业术语
1. 测量：为确定量值进行的一组操作。 2. 测得值：从测量器具直接得出或经过必要计算得出的量 值。 3. 测量的准确度：测量结果与被测量约定真值的一致程度 4. 测量的重复性：在符合下列条件下，对同一被测量进行 连续测量，其测量结果之间的一致程度。相同测量方法； 同一观测者；同一测量仪器；同一位臵；相同的使用条 件；在短时间间隔内重复。
⑤在线测量和离线测量 在线测量：是指在加工过程中对工件的测量，其测量结 果可用来控制工件的加工过程，决定是否要继续加工 或调整机床，可及时防止废品的产生。 离线测量：是指在加工后对工件进行的测量，主要用来 发现并剔除废品。 ⑥等精度测量和不等精度测量 等精度测量：是指决定测量精度的全部因素或条件都不 变的测量。 不等精度测量：是指在测量过程中，决定测量精度的全 部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量。如上 述的测量中，当改变其中之一或几个甚至全部条件或 因素的测量。
11.人员误差：测量人员主观因素和操作技术所引起的误差。 12.环境误差：可随环境变化的测量误差分量 13.方法误差：测量方法不完善所致误差。 14.调整误差：未能将测量器具或被测对象调整到正确位臵 或状态所致误差。 15.读数误差：由于观测者对测量器具不准确读数所致误差。 16.视差：观测者偏离正确观测方向进行读数或瞄准时所致 误差。 17.估读误差：在分度值范围内估读时所致误差。 18.粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。 19.测量器具：是可单独地或与其他装臵一起，用以确定几 何量值的器具。
⑥测量基准与定位方式选择
ห้องสมุดไป่ตู้
测量基准选择 用来测量已加工面尺寸及位臵的基准称测量基准。选择 测量基准应遵守基准统一原则，即设计基准、测量基准、 装配基准、定位基准应统一。如不统一，应遵守下列原 则： （1）在工序检验时，测量基准应与定位基准一致。 （2）在终结检验时，测量基准应与装配基准一致。 定位方式选择 根据被测件的结构形式及几何形状选择定位方式，原则 如下： （1）对平面可用平面或三点支承定位。 （2）对球面可用平面或V形块定位。 （3）对外圆柱面可用V形块或顶尖、三爪定心卡盘定位 （4）对内圆柱面可用心轴或三爪自动定心卡盘定位。
第一章：测量的基本概念 第二章：公差与配合基础 第三章：测量技术基础知识
第一章：测量的基本概念 一、专业术语
1. 测量：为确定量值进行的一组操作。 2. 测得值：从测量器具直接得出或经过必要计算得出的量 值。 3. 测量的准确度：测量结果与被测量约定真值的一致程度 4. 测量的重复性：在符合下列条件下，对同一被测量进行 连续测量，其测量结果之间的一致程度。相同测量方法； 同一观测者；同一测量仪器；同一位臵；相同的使用条 件；在短时间间隔内重复。
⑤在线测量和离线测量 在线测量：是指在加工过程中对工件的测量，其测量结 果可用来控制工件的加工过程，决定是否要继续加工 或调整机床，可及时防止废品的产生。 离线测量：是指在加工后对工件进行的测量，主要用来 发现并剔除废品。 ⑥等精度测量和不等精度测量 等精度测量：是指决定测量精度的全部因素或条件都不 变的测量。 不等精度测量：是指在测量过程中，决定测量精度的全 部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量。如上 述的测量中，当改变其中之一或几个甚至全部条件或 因素的测量。
11.人员误差：测量人员主观因素和操作技术所引起的误差。 12.环境误差：可随环境变化的测量误差分量 13.方法误差：测量方法不完善所致误差。 14.调整误差：未能将测量器具或被测对象调整到正确位臵 或状态所致误差。 15.读数误差：由于观测者对测量器具不准确读数所致误差。 16.视差：观测者偏离正确观测方向进行读数或瞄准时所致 误差。 17.估读误差：在分度值范围内估读时所致误差。 18.粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。 19.测量器具：是可单独地或与其他装臵一起，用以确定几 何量值的器具。
⑥测量基准与定位方式选择
ห้องสมุดไป่ตู้
测量基准选择 用来测量已加工面尺寸及位臵的基准称测量基准。选择 测量基准应遵守基准统一原则，即设计基准、测量基准、 装配基准、定位基准应统一。如不统一，应遵守下列原 则： （1）在工序检验时，测量基准应与定位基准一致。 （2）在终结检验时，测量基准应与装配基准一致。 定位方式选择 根据被测件的结构形式及几何形状选择定位方式，原则 如下： （1）对平面可用平面或三点支承定位。 （2）对球面可用平面或V形块定位。 （3）对外圆柱面可用V形块或顶尖、三爪定心卡盘定位 （4）对内圆柱面可用心轴或三爪自动定心卡盘定位。
01第一章 检测技术基本概念
B (v1 v2 ) 2 (v2 v3 ) 2 (vn v1 ) 2
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。
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。
1-1测量的基本概念、测量误差1-2传感器及其基本特性
作图法求灵敏度过程 切点 y Δy
传感器 特性曲线
x1
y K x
0 Δx
xmax
x
2、分辨力：
指传感器能检出被测信 号的最小变化量，是有量纲 的数。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 力的数值小于等于仪表的最 大绝对误差。
传感器实例
温度传感器
压力传感器
液位传感器
三、传感器基本特性
传感器的特性一般指输入、输出特性。 包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、 电磁兼容性、可靠性等。
1、灵敏度 ：
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与 输入变化值之比，用K 来表示：
dy y K dx x
（1－6）
对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非 线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变 化。
产生粗大误差的一个例子
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？
3.随机误差
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。
测量基础知识和操作_培训_
偏位法：在测量过程中,用仪器表指针的位移(即偏差)来表示
被测量的测量方法。
累积法：把某些难以用常规仪器直接测量的物理量用累积的方 法，将小量变大量，不仅便于测量，而且还可以提高 测量准确度。如小样品的质量。
第四章 测量方法的选择
测量方法的正确选择
1、测量方法选择的基本原则： 在满足精度的前提下，选择最经济的方法。 2、选择计量器具准确度的方法： 选择计量器具准确度取决于测量方法的准确度系数K，K值一般取 1/3~1/10。测量准确度较高、测量对象的公差值小，K值可等于或 接近1/3；测量准确度较低、测量对象的公差值大，K值可以小一些， 最小为1/10；一般情况下取1/5。 K=Δ /T Δ =K·T 式中：Δ ——测量方法的极限误差； T——被测对象的公差值。 按照国家标准 GB/T3177—2009产品几何技术规范(GPS)光滑工件 尺寸的检验中规定选择计量器具。所选计量器具的测量不确定度u小 于或等于测量不确定度的允许值u1。
最小形变原则
自重变形：大小与零件的支承方式和支承点位置有关。如一长形工件，若支承点为：
l=0.2203L ,白塞尔点----杆的长度变化最小；一般线纹尺测量时采用. l=0.2113L ,艾利点----杆的两端面平行度变化最小。
测大尺寸量块量时采用。
l= 0.2232L ----杆的中间和两端变形（下降）量相等，杆的全长弯曲变形最小。
设计基准、工艺基准、加工基准、装配基准与测量基
准相一致，称为五基准统一原则。
在工艺设计和加工中力求达到与设计、装配基准相统
一，测量时也是如此。在设计基准难以与工艺、加工基 准相统一的条件下，测量基准首选与设计基准相统一。
第二章 测量的基本原则和特性
基准统一原则
被测量的测量方法。
累积法：把某些难以用常规仪器直接测量的物理量用累积的方 法，将小量变大量，不仅便于测量，而且还可以提高 测量准确度。如小样品的质量。
第四章 测量方法的选择
测量方法的正确选择
1、测量方法选择的基本原则： 在满足精度的前提下，选择最经济的方法。 2、选择计量器具准确度的方法： 选择计量器具准确度取决于测量方法的准确度系数K，K值一般取 1/3~1/10。测量准确度较高、测量对象的公差值小，K值可等于或 接近1/3；测量准确度较低、测量对象的公差值大，K值可以小一些， 最小为1/10；一般情况下取1/5。 K=Δ /T Δ =K·T 式中：Δ ——测量方法的极限误差； T——被测对象的公差值。 按照国家标准 GB/T3177—2009产品几何技术规范(GPS)光滑工件 尺寸的检验中规定选择计量器具。所选计量器具的测量不确定度u小 于或等于测量不确定度的允许值u1。
最小形变原则
自重变形：大小与零件的支承方式和支承点位置有关。如一长形工件，若支承点为：
l=0.2203L ,白塞尔点----杆的长度变化最小；一般线纹尺测量时采用. l=0.2113L ,艾利点----杆的两端面平行度变化最小。
测大尺寸量块量时采用。
l= 0.2232L ----杆的中间和两端变形（下降）量相等，杆的全长弯曲变形最小。
设计基准、工艺基准、加工基准、装配基准与测量基
准相一致，称为五基准统一原则。
在工艺设计和加工中力求达到与设计、装配基准相统
一，测量时也是如此。在设计基准难以与工艺、加工基 准相统一的条件下，测量基准首选与设计基准相统一。
第二章 测量的基本原则和特性
基准统一原则
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
20
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
22
6.发展网络化传感器及检测系统
区域网与上位机
2018/7/27
23
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
第1章 测量的基本知识
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1. 3 传感器的基本特性
• (1)端基拟合直线是由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输 出平均值连成的一条直线。由此所得的线性度称为端基线性度。这种 拟合方法简单直观，应用较广，但拟合精度很低，尤其对非线性比较 明显的传感器，拟合精度更差。
• (2)独立拟合直线方程是用最小二乘法求得的，在全量程范围内各处 误差都最小。独立线性度也称最小二乘法线性度。这种方法拟合精度 最高，但计算很复杂。
• 4.变差(回差、迟滞) • 变差是在外界条件不变的情况下，当输入变量由小变大和由大变小时，
仪表对于同一输入所给的两相应输出值不相等，二者在全行程范围内 的最大差值即为变差。如图1-5所示。
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1. 3 传感器的基本特性
• 5.重复性 • 如图1一6所示，重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一向在全
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1. 1 测量方法及检测系统的组成
• 信号处理电路的主要作用就是把传感器输出的电学量变成具有一定功 率的模拟电压(或电流)信号或数字信号，以推动后级的输出显示或记 录设备、数据处理装置及执行机构。
• 3.显示装置 • 测量的目的是使人们了解被测量的数值，所以必须有显示装置。显示
或按某一确定规律变化，此类误差称为系统误差。其误差的数值和符 号不变的称为恒值系统误差;按照一定规律变化的，称为变值系统误 差。变值系统误差又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的 等多种类型。
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1. 2传感器的测量误差
• 系统误差是有规律的，因此可通过实验或分析的方法，查明其变化规 律和产生原因，通过对测量值的修正或者采用一定的预防措施，就能 够消除或减小它对测量结果的影响。
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1. 3 传感器的基本特性
• (1)端基拟合直线是由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输 出平均值连成的一条直线。由此所得的线性度称为端基线性度。这种 拟合方法简单直观，应用较广，但拟合精度很低，尤其对非线性比较 明显的传感器，拟合精度更差。
• (2)独立拟合直线方程是用最小二乘法求得的，在全量程范围内各处 误差都最小。独立线性度也称最小二乘法线性度。这种方法拟合精度 最高，但计算很复杂。
• 4.变差(回差、迟滞) • 变差是在外界条件不变的情况下，当输入变量由小变大和由大变小时，
仪表对于同一输入所给的两相应输出值不相等，二者在全行程范围内 的最大差值即为变差。如图1-5所示。
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1. 3 传感器的基本特性
• 5.重复性 • 如图1一6所示，重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一向在全
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1. 1 测量方法及检测系统的组成
• 信号处理电路的主要作用就是把传感器输出的电学量变成具有一定功 率的模拟电压(或电流)信号或数字信号，以推动后级的输出显示或记 录设备、数据处理装置及执行机构。
• 3.显示装置 • 测量的目的是使人们了解被测量的数值，所以必须有显示装置。显示
或按某一确定规律变化，此类误差称为系统误差。其误差的数值和符 号不变的称为恒值系统误差;按照一定规律变化的，称为变值系统误 差。变值系统误差又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的 等多种类型。
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1. 2传感器的测量误差
• 系统误差是有规律的，因此可通过实验或分析的方法，查明其变化规 律和产生原因，通过对测量值的修正或者采用一定的预防措施，就能 够消除或减小它对测量结果的影响。
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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。
1检测技术基础知识-概述
1. 时域测量（瞬态测量）
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
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
第一章 检测技术与检测系统理论基础
静态特性指标
• 1）测量范围(measuring range) • 检测系统所能测量到的最小输入量xmin与最 大输入量xmax之间的范围称为传感器的测量范 围。 • 2) 量程(span) • 检测系统测量范围的上限值 xmax与下限值的代 数差xmax-xmin，称为量程。 • 3) 精度(accuracy) • 检测系统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
2、误差的性质
• (2) 随机误差(简称随差，又称偶然误差) (Random error) • 由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为 随机误差。 • 对同一被测量进行多次重复测量时，随机误差 的绝对值和符号将不可预知地随机变化，但总 体上服从一定的统计规律。 • 随机误差决定了测量的精密度。 • 随机误差不能用简单的修正值法来修正，只 能通过概率和数理统计的方法去估计它出现的 可能性。
ห้องสมุดไป่ตู้ • (3) 工具误差和方法误差
• 工具误差是指由于测量工具本身不完善引 起的误差。 • 方法误差也称理论误差，是指测量方法不 精确、理论依据不严密及对被测量定义不 明确等因素所产生的误差。
2、误差的性质
• (1) 系统误差(简称系差)(System error) • 在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测 量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差 称为系统误差。 • 系统误差由特定原因引起，具有一定的因果关系并 按确定规律产生；无论是由装置引起的、环境变化 引起的、动力源变化引起的还是人为因素造成的， 只要有规律可循，这类误差均属系统误差。 • 系统误差具有再现性，它形成测量值的偏差 （Deviation）。对于系统误差，可以在作一定的理 论分析和实验验证，掌握其产生的原因和规律后， 采取妥善的办法使之减少或消除。
传感器与检测技术知识点
第一章传感与检测技术理论基础1．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
2．用测量范围为-50～+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2140142=-=∆kPa 实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ3．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。
第二章传感器概述2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？答：传感器是能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的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部份；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。
第1章测量仪表基本知识
2、检测仪表的恒定度——变差
在外界条件不变的情
况下，使用同一仪表对
被测变量在全量程范围 仪
表
内进行正反行程（即逐 输
出
下行程
渐由小到大和由大到小）
测量时，对应于同一被
m a x
测值的仪表输出可能不
上行程
相等，二者之差的绝对
被测变量
值即为变差。
变差的大小，根据在同一被测值下正反特性 间仪表输出的最大绝对误差和测量仪表量程之 比的百分数来表示 ：
虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后 者较前者精度高。
在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来 衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。
由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上 是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的 最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百 分数表示，称为最大相对百分误差:
f
m ax
100 ％
测 量 范 围 上 限 － 测 量 范 围 下 限
5、重复性 重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全
量程连续多次变动时所得的标定特性曲线不一致的 程度。若标定的特性曲线一致， 重复性就好，重复 性误差就小。
6、动态误差
相对百分误差、非线性误差、变差都是静态误差。 动态误差是指检测系统受外扰动作用后，被测变量 处于变动状态下仪表示值与参数实际值之间的差异。
虚拟仪器技术发展非常迅速，所有测量测试仪 器的主要功能可由①数据采集②数据测试和分析 ③结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析 和结果输出是由基于计算机的软件系统来完成， 因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构 成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机 的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器。
0.005 ， 0.02 ， 0.05 ， 0.1 ， 0.2 ， 0.4 ， 0.5 ， 1.0，1.5，2.5，4.0等。
传感器与自动检测技术
成分量传感器 如：气敏传感器等
状态量传感器 如：各种接近开关 等 探伤传感器等 如：超声波探伤仪等
模拟传感器 （3）按输出量种类来分 数字传感器 直接传感器 （4）按传感器结构来分 差动传感器
补偿传感器
（2）命名
传感器常常按工作原理及被测量性质两种分 类方式合二为一进行命名。 例如：①电感式位移传感器 ②光电式转速计 ③压电式加速度计 光电式转速计
弹簧管受力动画演示
（2）波纹管
压力p
自由端的位移x
波纹管示意图
波纹管受力动画演示
（3）等截面薄板 压力 p 或者 压力 p 应变ε 等截面薄板示意图 位移 x
（4）波纹膜片和膜盒 压力差p 位移x 膜盒示意图
（5）薄壁圆筒和薄壁半球 压力 p 应变ε
薄壁圆筒和薄壁半球示意图
光敏电阻
铂电阻测温传感器
解：按最坏的情况考虑，每次误差都达到技术指标 规定的极限值，即： 基本误差 x1 1.25% 附加误差 x 2 0.5%
x x1 x 2 (1.25% 0.5%) 1.75%
求其均方根值为：
x
2 xi
1.25 % 0.5% 1.35 %
例：木块刚度小，铁块刚度大 2．灵敏度
dx K 1/ k dF
弹性特性曲线图
灵敏度为常数，此弹性特性是线性
二、弹性敏感元件的形式及应用范围 等截面轴 变换力 1．弹性敏感 元件的形式 环状弹性敏感元件 悬臂梁
扭转轴
弹簧管 波纹管 变换压力 等截面薄板 波纹膜片和膜盒 薄壁圆筒和薄壁半球
2．变换力的弹性敏感元件 （1）等截面轴 力F 应变ε
等截面轴示意图
等截面轴受 力动画演示
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
《检测仪表基本知识》PPT课件
检测仪表的品质指标
例1 某台测温 仪表的测温范围为200-700℃，校验该表 时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对 百分误差与准确度等级。
解：该仪表的相对百分误差为
如果将该仪表的去掉“±”号与“％”号，其数值为0.8。 由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误 差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的 精度等级为1.0级。
检测仪表与测量方法的分类
1、检测仪表的分类
④ 根据所测参数的不同，可分为压力（包括差压、负压） 检测仪表、流量检测仪表、物位（液位）检测仪表、温 度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。
⑤ 按表达示数的的方式不同，可分成指示型、记录型、讯 号型、远传指示型、累积型。
⑥按精度等级及使用场合的不同，可分为实用仪表、范型 仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室和标定室。
2、测量方法的分类
按照测量结果的获得过程
直接测量
间接测量
测量方法的分类
按测量结果的获得过程分类：
➢直接测量法 ➢间接测量法
直接测量：用事先分度或标定好的测量仪表，直接 读取被测量测量结果的方法。直接将被 测量与标准量进行比较。
如：
测量结果：20.1 mm
特点：简单、直观、明了、精确度较高
（1）偏差法 （2）零值法 （3）微差法
检测仪表的品质指标相对百分误差δ Nhomakorabea允许误差δ允
检测仪表的品质指标
精确度等级
仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号
仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允
越小，表示仪表的精确度越高。目前常用的精确度等级有
0.005，0.02，0.05，0.1，0.2， 0.4，0.5，1.0，1.5， 2.5，4.0等。
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测量设备是指测量仪器、测量物质、参考物质、辅助设备 以及进行测量所必需的资料的总称
理解和掌握测量仪器的特性是设计、选购、使用仪器并正 确处理和表达测量结果的基础
由于历史的原因，特性指标在不同的领域可能有不同的名 称，同一个指标也可能有不同的含义
23
一、测量仪器的准确度及其定量指标 测量仪器准确度是测量仪器最主要的计量性能指标 测量仪器的准确度是指测量仪器给出的示值接近于真值的
中国著名科学家钱学森（1911- 2009）： 信息技术包括测量技术、计算机技术和通 信技术，测量技术是信息技术的关键和基 础
3
精密测量技术是一门重要的技术学科 在机械、仪器仪表等制造工业中，计量测试始终都是不可
缺少的组成部分 计量检测水平是衡量一个国家工业技术水平的重要尺度 世界工业发达国家都把计量检测、原材料和工艺装备作为
28
三、灵敏度、分辨力、鉴别力阈和信噪比 灵敏度定义为测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。
它反映了仪器对一定大小的输入量响应的能力。当灵敏度S 与激励（输入量）x的大小无关时，灵敏度是常数，可用仪 器响应（输出量）y的增量Dy与激励x增量Dx之比来表示
S Dy k const Dx
0.01V，分辨率为0.05%
30
标尺刻度与分辨力 计量器具标尺或分度盘上相邻两
工业生产的三大支柱 随着科学研究和工业技术的发展，许多新技术、新工艺已
经把计量检测在生产中的作用，从过去的逐级传递量值和 间接控制产品质量，推进到生产和科研的第一线
4
测量是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要手段 通过测量和试验能使人们对事物获得定性或定量的概念，
并发现客观事物的规律性 广义地讲，测量是对被测量进行检出，变换分析处理、判
断、控制等的综合认识过程
5
测量技术是工业发展的基础，高科技的工业一刻也离 不开测量技术。
千分尺（螺旋测微仪）的出现， 使加工精度达到了0.01mm
6
测微比较仪的出现，使 加工精度达到了1mm
有了激光干涉仪，使测量 精度达到0.01mm
机械工业的发展与精密测 量息息相关
二、检测系统 检测与测试技术包含“检”与“测”两个内容 “检”就是力图发现被测对象中的某些待测量并以信号形式
如果灵敏度S与激励（输入量）x的大小有关时，应该用仪 器响应（输出量）y对激励x的导数来表示
S dy f x
dx
29
分辨力是指显示装置中对其最小示值差的辨别能力。通常 模拟式显示装置的分辨力为标尺分度值的一半，即用肉眼 可以分辨到一个分度值的1/2，当然也可以采取其他工具， 如放大镜、读数显微镜等提高其分辨力
17
从检测技术所涉及的领域看，微米纳米检测（包括MEMS 检测、纳米检测）已成为一种前沿的检测技术并引起了广 泛的关注
它对微纳米技术的发展起着极其关键的支撑作用。由于 MEMS具有结构尺寸小、集成度高等特点，纳米技术更是 集中于纳米尺度上的操作、分析，当尺寸缩小到一定范围 时，许多物理现象将与宏观世界有很大差别
20
随着信号处理技术的迅速发展和计算机技术在信号处理中 的广泛应用，计算机（包括其硬件和相应软件）已成为现 代测试系统的有机组成部分
测试系统的基本要求是信号不失真。其次，系统的信噪比 必须充分大
信噪比过小甚至信号淹没在噪声中，带来很大的不确定 度。为此，必须努力降低损耗，提高信号转换中的效率， 提高灵敏度
测试仪器仪表近20年来发展的突出特点是： 向着智能仪器、虚拟仪器和网络化仪器及远程测控方向发
展 计算机视觉检测技术近年来也异乎寻常地受到极大的关注
13
智能仪器是将人工智能的理论、方法和技术较大范围内应 用于仪器，使其具有类似于人类智能化的特性或功能
智能仪器中一般都使用嵌入式微处理机系统芯片 （SOC）、数字信号处理器（DSP）、专用电路（ASIC） 或可编程逻辑门阵列（PLD、CPLD、FPGA等），带有处 理能力很强的软件
好奇号火星车
16
机器视觉检测技术之所以得到快速发展是因为视觉是一个 有待于进一步开发的巨大的信息资源宝库
因为人们从外界所获取的信息有一半以上是由视觉获得 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断 已经历了大约三个发展阶段 第一阶段是色差传感器阶段 第二阶段是各种视频卡纷起阶段 第三阶段是嵌入式视觉系统和视频卡并存的阶段
对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为 该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力
分辨力高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起 的对测量结果的影响
分辨率是指将分辨力除以仪表的满量程 如 某 3½ 位 数 字 式 电 压 表 量 程 为 0-19.99V ， 分 辨 力 为
能力 示值与真值的这种偏差仅仅是由于仪器本身的原因所造成
的 测量仪器准确度是表征测量仪器品质和特性的最主要的性
能，因为任何测量的目的就是为了得到准确可靠的测量结 果，实质就是要求示值更接近于真值
24
在实际应用中这一表述是用其他的术语来定义的，如准确 度等级、测量仪器的示值误差、测量仪器的最大允许误差 或测量仪器的引用误差（相对于满量程的误差）等等
表示出来，回答“有无”待测量的操作 “测”则是将待测量的信号加以量化，以一定的精确度回答
待测量“大小”的问题 国家标准对测量定义为：测量是指以确定对象属性和量值
为目的的全部操作 对应的英语词：measure，test，detect
9
测量、测试、检验、检定及比对，这几个名词都是计量学所 表现的具体方式。
27
二、重复性 测量仪器的重复性是指在相同的测量条件下，重复测量同
一个被测量时测量仪器示值的一致程度（不包括回差、漂 移的影响），重复性是测量仪器的重要指标 在重复性定义中，相同的测量条件称为重复性条件。它包 括：相同的测量程序，相同的观察者，在相同条件下使用 相同的测量仪器，相同地点和短时间(观测者能力、仪器参 数及使用条件均保持不变的时间段)内重复测量 仪器示值的一致程度就是指仪器示值分散在允许的范围 内。所以重复性可以用示值的分散性来定量地表示
第
1
章
检测基本概念与 测量误差
1.1 检测的基本概念 1.2 检测技术的发展方向 1.3 测试系统的组成 1.4 测量仪器的特性 1.5 测量误差
1.1 检测的基本概念
一、检测的地位与作用 检测技术是信息工业的基础，没有现代化的检测技术，也
就没有现代化的生产和现代化的社会生活
游标卡尺
测量显微镜
15
网络化仪器则把远在千里的测控任务犹如放在本实验室进 行
现场网络化、智能化仪器（或传感器）通过嵌人式TCP/IP 协议软件，使它们与计算机一样，成为网络中独立的节 点，用户可通过浏览器或符合规范的应用程序即可实时浏 览这些测试信息
无线传感器网络具有自组网的能力，使散布的各别检测节 点能灵活地根据现场情况组合起来，发挥群体的优势
测量：是以确定量值为目的的一组操作，也就是为确定被测 对象的量值而进行的实验过程
测试：是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的 全过程
检验：是判断被测物理量是否合格，通常不一定要求测出具 体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验 的主要对象是工件（通常用量规）
10
一个完整的检测系统应该包括： 信息的提取，通过传感器来完成。信号是信息的载体，一
般将被测信息转换成电信号，即把被测信号转换成电压、 电流、频率等电信号输出 信号的转换、存储与传输，由中间转换装置来完成。一般 是把信号转换成传输方便、有足够功率和驱动能力的电压 量 信号的显示和记录，用显示器、指示器各类磁或半导体存 储器和记录仪完成
11
测试系统框图
12
1.2 检测技术的发展方向
包括尺度效应和表面效应、微流体力学、微观力学和热力 学、微机械特性和微摩擦学、微光学等
传统的精密检测技术与方法已不能完全满足需要，一些新 型的检测手段的研究开发是摆在检测工作者面前的一个迫 切任务
18
1.3 测试系统的组成
包含对被测对象的特征量进行检出、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，称 为测试系统
如长度用半径样板，就是以名义半径尺寸规定的允许工作 尺寸偏差值来确定其准确度
测量仪器示值接近于真值的能力也可以用测量仪器引用误 差或最大允许误差来表述。测量仪器引用误差是指测量仪 器的误差与某特定值（如量程或标称范围等）的比值。最 大允许误差是指对特定的测量仪器，规范、规程等所允许 的误差极限值
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任何动态测试都有过渡过程。但只有稳态输出才能得到稳 定可靠的数据。因此良好的动态测试系统应该具有尽可能 短的过渡过程和尽可能小的超调量
对于任何一个测试系统的基本要求是可靠性高而实用，通 用性好而经济。这亦应成为考虑测试系统组成的前提条件
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1.4 测量仪器的特性
测量仪器是一种技术工具或装置。它单独地或连同辅助设 备一起进行测量，并能得到被测对象的确切量值。测量仪 器是测量设备的组成部分
测试系统的组成框图
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从被测特征量的检出到最后的处理和显示所连成的一个完 整的测试系统，还可以进一步划分成由若干个较小的分系 统所组成
例如，以将被测特征量转换成以电量为主要信号形式的传 感器为中心的检出分系统；对检出信号进行变换，以提高 测量效率和便于作数据处理的信号变换分系统
进行测量的测量分系统；按测试目的对数据进行分析、处 理的数据分析处理分系统；以及将所测得的有用信号及其 变化过程显示或记录下来的显示或记录分系统等
万能工具显微镜
三维扫描仪
测量投影仪
三坐标测量机
三维激光扫描测量臂
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俄 罗 斯 著 名 化 学 家 门 捷 列 夫 （ 18341907）：科学始于测量，没有测量，便没 有精密的科学
理解和掌握测量仪器的特性是设计、选购、使用仪器并正 确处理和表达测量结果的基础
由于历史的原因，特性指标在不同的领域可能有不同的名 称，同一个指标也可能有不同的含义
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一、测量仪器的准确度及其定量指标 测量仪器准确度是测量仪器最主要的计量性能指标 测量仪器的准确度是指测量仪器给出的示值接近于真值的
中国著名科学家钱学森（1911- 2009）： 信息技术包括测量技术、计算机技术和通 信技术，测量技术是信息技术的关键和基 础
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精密测量技术是一门重要的技术学科 在机械、仪器仪表等制造工业中，计量测试始终都是不可
缺少的组成部分 计量检测水平是衡量一个国家工业技术水平的重要尺度 世界工业发达国家都把计量检测、原材料和工艺装备作为
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三、灵敏度、分辨力、鉴别力阈和信噪比 灵敏度定义为测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。
它反映了仪器对一定大小的输入量响应的能力。当灵敏度S 与激励（输入量）x的大小无关时，灵敏度是常数，可用仪 器响应（输出量）y的增量Dy与激励x增量Dx之比来表示
S Dy k const Dx
0.01V，分辨率为0.05%
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标尺刻度与分辨力 计量器具标尺或分度盘上相邻两
工业生产的三大支柱 随着科学研究和工业技术的发展，许多新技术、新工艺已
经把计量检测在生产中的作用，从过去的逐级传递量值和 间接控制产品质量，推进到生产和科研的第一线
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测量是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要手段 通过测量和试验能使人们对事物获得定性或定量的概念，
并发现客观事物的规律性 广义地讲，测量是对被测量进行检出，变换分析处理、判
断、控制等的综合认识过程
5
测量技术是工业发展的基础，高科技的工业一刻也离 不开测量技术。
千分尺（螺旋测微仪）的出现， 使加工精度达到了0.01mm
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测微比较仪的出现，使 加工精度达到了1mm
有了激光干涉仪，使测量 精度达到0.01mm
机械工业的发展与精密测 量息息相关
二、检测系统 检测与测试技术包含“检”与“测”两个内容 “检”就是力图发现被测对象中的某些待测量并以信号形式
如果灵敏度S与激励（输入量）x的大小有关时，应该用仪 器响应（输出量）y对激励x的导数来表示
S dy f x
dx
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分辨力是指显示装置中对其最小示值差的辨别能力。通常 模拟式显示装置的分辨力为标尺分度值的一半，即用肉眼 可以分辨到一个分度值的1/2，当然也可以采取其他工具， 如放大镜、读数显微镜等提高其分辨力
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从检测技术所涉及的领域看，微米纳米检测（包括MEMS 检测、纳米检测）已成为一种前沿的检测技术并引起了广 泛的关注
它对微纳米技术的发展起着极其关键的支撑作用。由于 MEMS具有结构尺寸小、集成度高等特点，纳米技术更是 集中于纳米尺度上的操作、分析，当尺寸缩小到一定范围 时，许多物理现象将与宏观世界有很大差别
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随着信号处理技术的迅速发展和计算机技术在信号处理中 的广泛应用，计算机（包括其硬件和相应软件）已成为现 代测试系统的有机组成部分
测试系统的基本要求是信号不失真。其次，系统的信噪比 必须充分大
信噪比过小甚至信号淹没在噪声中，带来很大的不确定 度。为此，必须努力降低损耗，提高信号转换中的效率， 提高灵敏度
测试仪器仪表近20年来发展的突出特点是： 向着智能仪器、虚拟仪器和网络化仪器及远程测控方向发
展 计算机视觉检测技术近年来也异乎寻常地受到极大的关注
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智能仪器是将人工智能的理论、方法和技术较大范围内应 用于仪器，使其具有类似于人类智能化的特性或功能
智能仪器中一般都使用嵌入式微处理机系统芯片 （SOC）、数字信号处理器（DSP）、专用电路（ASIC） 或可编程逻辑门阵列（PLD、CPLD、FPGA等），带有处 理能力很强的软件
好奇号火星车
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机器视觉检测技术之所以得到快速发展是因为视觉是一个 有待于进一步开发的巨大的信息资源宝库
因为人们从外界所获取的信息有一半以上是由视觉获得 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断 已经历了大约三个发展阶段 第一阶段是色差传感器阶段 第二阶段是各种视频卡纷起阶段 第三阶段是嵌入式视觉系统和视频卡并存的阶段
对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为 该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力
分辨力高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起 的对测量结果的影响
分辨率是指将分辨力除以仪表的满量程 如 某 3½ 位 数 字 式 电 压 表 量 程 为 0-19.99V ， 分 辨 力 为
能力 示值与真值的这种偏差仅仅是由于仪器本身的原因所造成
的 测量仪器准确度是表征测量仪器品质和特性的最主要的性
能，因为任何测量的目的就是为了得到准确可靠的测量结 果，实质就是要求示值更接近于真值
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在实际应用中这一表述是用其他的术语来定义的，如准确 度等级、测量仪器的示值误差、测量仪器的最大允许误差 或测量仪器的引用误差（相对于满量程的误差）等等
表示出来，回答“有无”待测量的操作 “测”则是将待测量的信号加以量化，以一定的精确度回答
待测量“大小”的问题 国家标准对测量定义为：测量是指以确定对象属性和量值
为目的的全部操作 对应的英语词：measure，test，detect
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测量、测试、检验、检定及比对，这几个名词都是计量学所 表现的具体方式。
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二、重复性 测量仪器的重复性是指在相同的测量条件下，重复测量同
一个被测量时测量仪器示值的一致程度（不包括回差、漂 移的影响），重复性是测量仪器的重要指标 在重复性定义中，相同的测量条件称为重复性条件。它包 括：相同的测量程序，相同的观察者，在相同条件下使用 相同的测量仪器，相同地点和短时间(观测者能力、仪器参 数及使用条件均保持不变的时间段)内重复测量 仪器示值的一致程度就是指仪器示值分散在允许的范围 内。所以重复性可以用示值的分散性来定量地表示
第
1
章
检测基本概念与 测量误差
1.1 检测的基本概念 1.2 检测技术的发展方向 1.3 测试系统的组成 1.4 测量仪器的特性 1.5 测量误差
1.1 检测的基本概念
一、检测的地位与作用 检测技术是信息工业的基础，没有现代化的检测技术，也
就没有现代化的生产和现代化的社会生活
游标卡尺
测量显微镜
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网络化仪器则把远在千里的测控任务犹如放在本实验室进 行
现场网络化、智能化仪器（或传感器）通过嵌人式TCP/IP 协议软件，使它们与计算机一样，成为网络中独立的节 点，用户可通过浏览器或符合规范的应用程序即可实时浏 览这些测试信息
无线传感器网络具有自组网的能力，使散布的各别检测节 点能灵活地根据现场情况组合起来，发挥群体的优势
测量：是以确定量值为目的的一组操作，也就是为确定被测 对象的量值而进行的实验过程
测试：是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的 全过程
检验：是判断被测物理量是否合格，通常不一定要求测出具 体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验 的主要对象是工件（通常用量规）
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一个完整的检测系统应该包括： 信息的提取，通过传感器来完成。信号是信息的载体，一
般将被测信息转换成电信号，即把被测信号转换成电压、 电流、频率等电信号输出 信号的转换、存储与传输，由中间转换装置来完成。一般 是把信号转换成传输方便、有足够功率和驱动能力的电压 量 信号的显示和记录，用显示器、指示器各类磁或半导体存 储器和记录仪完成
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测试系统框图
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1.2 检测技术的发展方向
包括尺度效应和表面效应、微流体力学、微观力学和热力 学、微机械特性和微摩擦学、微光学等
传统的精密检测技术与方法已不能完全满足需要，一些新 型的检测手段的研究开发是摆在检测工作者面前的一个迫 切任务
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1.3 测试系统的组成
包含对被测对象的特征量进行检出、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，称 为测试系统
如长度用半径样板，就是以名义半径尺寸规定的允许工作 尺寸偏差值来确定其准确度
测量仪器示值接近于真值的能力也可以用测量仪器引用误 差或最大允许误差来表述。测量仪器引用误差是指测量仪 器的误差与某特定值（如量程或标称范围等）的比值。最 大允许误差是指对特定的测量仪器，规范、规程等所允许 的误差极限值
21
任何动态测试都有过渡过程。但只有稳态输出才能得到稳 定可靠的数据。因此良好的动态测试系统应该具有尽可能 短的过渡过程和尽可能小的超调量
对于任何一个测试系统的基本要求是可靠性高而实用，通 用性好而经济。这亦应成为考虑测试系统组成的前提条件
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1.4 测量仪器的特性
测量仪器是一种技术工具或装置。它单独地或连同辅助设 备一起进行测量，并能得到被测对象的确切量值。测量仪 器是测量设备的组成部分
测试系统的组成框图
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从被测特征量的检出到最后的处理和显示所连成的一个完 整的测试系统，还可以进一步划分成由若干个较小的分系 统所组成
例如，以将被测特征量转换成以电量为主要信号形式的传 感器为中心的检出分系统；对检出信号进行变换，以提高 测量效率和便于作数据处理的信号变换分系统
进行测量的测量分系统；按测试目的对数据进行分析、处 理的数据分析处理分系统；以及将所测得的有用信号及其 变化过程显示或记录下来的显示或记录分系统等
万能工具显微镜
三维扫描仪
测量投影仪
三坐标测量机
三维激光扫描测量臂
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俄 罗 斯 著 名 化 学 家 门 捷 列 夫 （ 18341907）：科学始于测量，没有测量，便没 有精密的科学