检测技术第1章(绪论)

1.1 检测技术概述
(b)数字式显示以数字形式直接显示出被测参量数 值 的大小。能有效地克服读数的主观误差，(相 对 指示式仪表)可提高显示和读数的精度，还能 方便地与计算机连接并进行数据传输。 (c)屏幕显示实际上是一种类似电视显示方法， 具有形象性和易于读数的优点，又能同时在同一 屏幕上显示一个被测量或多个被测量的(大量数据 式)变化曲线，有利于对它们进行比较、分析。
1.1 检测技术概述 最后，值得一提的是，以上七个部分不是 所有的检测系统(仪表)都具备的，而且对有 些简单的检测系统，其各环节之间的界线 也不是十分清楚，需根据具体情况进行分 析。
1.1 检测技术概述
5. 检测仪表的分类 检测仪表按照技术特点或使用范围的不同有各种 分类方法。 ① 按被测参数分类 每个检测系统一般被用来测量某个特定的参数， 这些被测参数的不向，检测仪表可分为：机械参 数、电气参数、过程参数等。
1.1 检测技术概述
(1)．传感器 传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器 件或装置。它的作用是感受指定被测参量的变化 并按照一定规律将其转换成一个相应的便于传递 的输出信号。
传感器通常由敏感元件和转换部分组成：其中， 敏感元件为传感器直接感受被测参量变化的部分， 转换部分的作用通常是将敏感元件的输出转换为 便于传输和后续环节处理的电信号。
1.2 检测系统误差基础
1．测量误差的定义 测量是一个变换、放大、比较、显示、读数等环 节的综合过程。由于检测系统(仪表)不可能绝对精 确，测量原理的局限、测量方法的不尽完善、环境 因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被 测对象的原有状态等，也使得测量结果不能准确地 反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就 是测量误差。
1.1 检测技术概述
设正向传递函数 即 为一阶滞后环节，
1.1 检测技术概述
则可以推得
式中
为反馈通道的总传递函数。
1.1 检测技术概述
由式可知，闭环结构仪表的放大倍数和时间常数 皆为开环结构仪表的
当
足够大时，总放大倍数（静态）为
闭环结构仪表相对开环结构仪表要复杂一些，稳 定性较差；但反应速度快，线性好，准确度高。
第1章 检测技术基础
3 1 2 3
检测技术的基本概念
检测仪表的基本概念
测量误差的理论基础
1.1 检测技术概述
1．检测与测量的概念 检测主要包括检验和测量两方面的含义: 检验是分辨出被测参数量值所归属的某一范围带，以此来 判别被测参数是否合格或现象是否存在。 测量是检测技术的组成部分．测量得到的是定量的结果。 2. 检测过程 检测就是人们借助于专门工具，通过试验和对试验数据 的分析、计算求得被测量的值的过程。 或者说：检测就是为了取得任一未知参数值而进行的全部 工作
(3)示值 检测仪器(或系统)指示或显示(被测参量)的数 值叫示值，也叫测量值或读数。由于传感器不可 能绝对精确，信号调理、模拟转换不可避免地存 在误差，加上测量时环境因素和外界干扰的存在 以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等， 都可使得示值与实际值存在偏差。
1.2 检测系统误差基础
3 误差的表示方法 检测系统(仪器)的基本误差通常有以下几种表示形式；
1.2 检测系统误差基础

(2)相对真值
如果高一级检测仪器(计量器具)的误差仅为低 一级检测仪器误差的1/3~1/10，则可认为前者 是后者的相对真值。例如，高精度石英钟的计时 误差通常比普通机械闹钟的计时误差小1~2个数 量级以上，因此高精度的石英钟可视为普通机械 闹钟的相对真值。

1.2 检测系统误差基础
1.1 检测技术概述
(7) ．输入设备 输入设备是操作人员和检测仪表或检测系统联系 的另一主要环节，用于输入设置参数，下达有关 命令等。最常用的输入设备是各种键盘、条码阅 读器等。近年来，随着工业自动化、办公自动化 和信息化程度的不断提高，通过网络或各种通信 总线利用其他计算机或数字化智能终端，实现远 程信息和数据输入的方式愈来愈普通。
1.1 检测技术概述
通常检测仪器、检测系统设计师对传感器有如下要求； (a)精确性 传感器的输出信号必须准确地反应其输入量， 即被测量的变化。因此，传感器的输出与输入关系必须是 严格的单值函数关系，最好是线性关系； (b)稳定性 传感器的输入、输出的单值函数关系最好不 随时间和温度而变化，受外界其他因素的干扰影响也应很 小，重复性要好； (c)灵敏度 即要求被测参量较小的变化就可使传感器获 得较大的输出信号。
(a)能准确转换、稳定放大、可靠地传翰信号 (b)信嗓比高，抗干扰性能要好。
1.1 检测技术概述
(3) ．数据采集 数据采集(系统)在检测系统中的作用是对信号调 理后的连续模拟信号进行离散化并转换成与模拟 信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以 一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器 或依次自动存储。数据采集系统通常以各类模拟 (A／D)转换器为核心．辅以模拟多路开关、采样 保持器、输入缓冲器、输出锁存器等。
1.1 检测技术概述
(4) ．信号处理 信号处理模块是现代检测仪表、检测系统进行数 据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人的大 脑相类似。现代检测仪表、检测系统中的信号处 理模块通常以各种型号的单片机、微处理器为核 心来构建，对高频倍号和复杂信号的处理有时需 增加数据传输和运算速度快、处理精度高的专用 高速数据处理器(DSP)或直接采用工业控制计算 机。

1.2 检测系统误差基础
2．真值 一个量严格定义的理论值通常叫理论真值，如 三角形三内角和为180o等。许多且由于理论真值 在实际工作中难以获得，常用约定真值或相对真 值来代替理论真值。 (1)约定真值 根据国际计量委员会通过并发布的各种物理 参量单位的定义，利用当今最先进科学技术复现 这些实物单位基准
1.1 检测技术概述
电动式仪表用电源作为仪表能源，其输出信号也 是电信号。由于电动式仪表所需电源容易取得， 输出信号易于传输和显示，因此这类检测仪表获 得了广泛的使用。 气动式仪表多用压缩空气作为仪表的能源和信号 的传递。由于仪表中没有使用电源，这类仪表可 以使用在周围环境有易燃易爆气体或粉尘的场所。 但是用压缩空气传递信号，滞后比较大。传输距 离受到限制。
1.1 检测技术概述

光电式仪表是近年来发展起来的一种新型检测 仪表，它的信号传递的速度非常快，不仅具有良 好的抗干扰和绝缘隔离能力，且易于实现仪表的 信号处理、信号隔离、信号传输和信号显示。
1.1 检测技术概述
④ 按仪表是否具有远传功能分类 可分为就地显示仪表和远传式仪表。 ⑤ 按仪表信号的输出（显示）形式分类 可分为模拟式仪表和数字式仪表。 ⑥ 按仪表应用的场所分类 可分为普通型仪表、隔爆型仪表及本安型仪表。 ⑦ 按仪表的结构方式分类 可分为开环结构仪表和闭环结构仪表。
检测技术与检测元件 检测仪表、显示仪表、 检测系统设计方法
任务及要求
本课程的任务是 通过本课程的学习使学生系统地了解掌握自动检 测的基础理论、基本方法、及相关知识；
较全面的掌握信息的采集、变换、分析、显示、 等应用技术；
掌握工业过程主要参数的检测原理及实现方法；
任务及要求
熟悉各类仪表的工作原理、特点、技术指标和使 用要求； 根据需要能够制定正确的检测方案，设计检测系 统，合理选择、正确使用各种检测仪表。
1）．绝对误差 检测系统的测量值(即示值)X与被测量的真值X0之间的 代数差值△ x称为检测系统测量值的绝对误差，即 △x = x 一 x0 式中，真值x0可为约定真值，也可是由高精度标准器所测 得的相对真值。绝对误差△ x说明了系统示值偏离真值的 大小，其值可正可负，具有和被测量相同的量纲
1.1 检测技术概述
机械参数有质量、位移、力等。 电气参数有电压、电流、功率等。 过程参数有温度、压力、流量、物位、成分等。 所以就可以称电压检测系统、温度检测系统、流 量检测系统等。 ② 按仪表对被测参数的响应形式分类 可分为连续式检测仪表和开关式检测仪表。 如水银温度计、电饭煲保温是利用开关时温度仪 表实现的。
1.1 检测技术概述
3.检测技术的作用与意义 （1）产品检验和质量控制的重要手段 （2）在大型设备安全经济运行监测中得到广 泛应用 （3）自动化系统中不可缺少的组成部分 （4）检测技术的完善和发展推动着现代科学 技术的进步

1.1 检测技术概述
4.检测系统的组成
现代检测仪器和检测系统的种类、型号繁多，用途、性能千差 万别，但它们的作用都是用于各种物理或化学成分等参量的检 测所示。
1.1 检测技术概述
一个完整的检测过程一般包括:信息的提取、信 号的转换存储与传检、信号的分析处理以及信号 的显示记录 检测可分为两个过程： (1).能量形式的转换过程； (2).把被测未知量与同性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个 倍数的过程。 测量单位：国际单位制（SI）
1.1 检测技术概述
开环结构仪表由若干个环节串联组成，如图 所 示。
1.1 检测技术概述
总的传递函数为各环节传递函数之积
总的误差为各环节相对误差之和
1.1 检测技术概述
开环式的仪表一般结构较为简单、稳定性好，但 测量误差较大，特别是当组成仪表的环节较多时， 其准确度较低。 闭环结构仪表也称为平衡变换式仪表，由正向通 道和反馈通道组成，如图 所示。
检测技术及仪表
电信学院先进控制技术研究所
课程介绍(1)
课程说明
自动化系百度文库必修课
考核方式
1、平时成绩30% 3、期末考试70%
计划学时
56 学时
课程介绍(2)
教材
十五国家规划教材《自动检测技术与装
置》. 张宏建等. 化学工业出版社.
参考书
1、自动化仪表与过程控制. 施仁等. 电子工业出版 社. 2003.3 2、自动检测技术及仪表控制系统. 张毅等. 化学工 业出版社. 2005,3
1.1 检测技术概述
③ 按仪表中使用的能源和主要信息的类型分类可 分为机械式仪表、电式仪表、气式仪表和光式仪 表。 机械式仪表一般不需要使用外部能源，通常利用 敏感元件的位移带动仪表的传动机构，使指针产 生偏转，通过仪表盘上的刻度显示被测参数的大 小。这种仪表一般安装在现场，属就地显示式仪 表。
1.1 检测技术概述
(5) ．信号显示 显示器是检测系统与人联系的主要环节之一，显 示器一般可分为模拟式、数字式和屏幕式三种。 (a)模拟式显示又称指示式显示。被测参量数 值大小由光指示器或指针在标尺上的相对位置来 表示。用有形的指针位移模拟无形的检测量是较 方便、直观的。结构简单、价格低廉、显示直观 的特点。
1.1 检测技术概述
(6) .信号输出 在许多情况下，检测仪表和检测系统在信号处理 器计算出被测参量的瞬时值后,除送显示器进行实 时显示外，通常还需把测量值及时传送给控制计 算机、可编程控制器(PLC)或其他执行器、打印 机、记录仪等，从而构成闭环控制系统或实现打 印(记录)输出。检测仪表和检测系统的信号输出 通常有4—20mADC的电流信号，经D／A转换和 放大后的模拟电压、开关量、脉宽调制PWM、串 行数字通信和并行数字输出等多种形式，需根据 测控系统的具体要求确定。
课程介绍(3)
2006秋季 授课情况
0401 0402 0403 1馆309 (1)
0404 0405 0406
教员信息(1)
姓 名 : 张志君 办公室 : 创新园大厦 A0726 电 话 : 84706007-3726
课程内容组成
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检测技术与检测仪表基础
测量误差的理论基础
1.1 检测技术概述
(2) ．信号调理 信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号 进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续环 节处理或显示。由于信号中往往夹杂着50HZ工频等噪声 电压，故其信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等 环节。对信号调理电路的一般要求是：