检测技术的基本概念

消除。
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。
12mA 10mA
仪表的零漂
斜率不变
K1＝ K2 ＝ 10mA/mV
K1＝
10mA/mV
2mA
零漂
0
1mV Uin
零漂的校正方法：测量之前，将仪表的输入
端短路，调节仪表的“调零电位器”，使仪
表的输出为零。
Iout
12mA
10mA
仪表的灵敏度漂移
斜率 ？变大
K2＝
12mA/mV
K1＝
10mA/mV
零点 不变
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？
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？
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？
m (5%)2 (2%)2 (1%)2 5.5%
结论：测量系统中的γ射线二极管的测量误 差最大，应提高其精度等级。
第三节 传感器及基本特性
一、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
1-弹簧管 2-电位器
请画出
右图所示 传感器的 组成框图
电位器式压力传感器原理框图
弹性敏感元件（弹簧管）
接地
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 。
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：
Uo
360 Ui
直滑电位器式传感器
可以显示波形的 手持示波器
直接测量
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。
（阿基米德测量皇冠的比重）
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
产品质量检验
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。
第二节 测量误差及分类
绝对误差：
第一章 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、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
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
动态测量
地震测量 振动波形
便携式仪表
分辨率：将分辨力除以仪表的 满量程就是仪表的分辨率，分 辨率常以百分比或几分之一表 示，是量纲为1的数。
右表的满量程为199.9A，问： 该表的分辨率为多少？
线性度：
线性度又称非线性误差，是指传感器实际 特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之 间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百 分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起 来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理 论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线 性度，非线性误差越小越好 。线性度的计算 公式如下：
0
灵敏度漂移的校正方法：测量之前
1mV
Uin
（1）消除仪表的零漂；（2）将“满量程”1mV
的电压接到仪表的输入端，调节仪表的“调满度
电位器”，使仪表的输出为10mA。
第一章 补充作业
上网查阅某一仪表的资料（类型不限，独立 完成，雷同无分数！），写出它的分类、型号、 性能指标，画出其中一种外形图。
休息一下
作业讲评
“第三节 测量不确定度”的关键词 错误的选取：认为本章学习中，对学生较为 关键的内容，如：“重要”、“概念”、“定义 ”、“区别”、“分类”、“评定”、“报告” 等一般性的单词。 正确的选取：测量不确定度，不确定度评定 ，置信水平，约定概率，分布密度，不确定度合 成，仪器误差，真值，等等。
2）对称性：测量值大致对称地分布于两侧。
３）有界性：在一定的条件下，测量值有一定 的分布范围，超过这个范围的可能性非常小， 即出现绝对误差很大的情况很少 。粗大误差的 测量值应予以剔除。
例1：用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度 测量，所得数据如下表（单位为mm），请指出哪几个数 值为粗大误差？在剔除粗大误差后，用算术平均值公式 求出钢板厚度。
产生粗大误差的一个例子
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 夏天摆钟变慢的
1-4
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的准确度为2.5级， 用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误 差为2.5% 。
某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在 1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？
某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控 制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？
随机事件与随机误差有区别， 并不一定符合正态分布规律。
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随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
随机误差的正态分布规律
1）集中性：
大量的测量值集中分布于算术平均值附近。
x
1 n
n i 1
xi
x1
x2
x3 n
...
xn
1 6
n
xi / mm
1
8.04
2
8.02
3
7.96
4
5.99
5
9.33
6
7.98
根据P13的例1-3，经计算可知，5.99以及9.33 为粗大误差，予以剔除，剩余4个测量值计算 算术平均值：
n
x
1 n
n i 1
xi
x1
x2
4
x3
x6
8.00mm
1 2
3
4
5
6
xi / mm 8.04 8.02 7.96 5.99 9.33 7.98
“老化”试验：在检测设备通电的情况下，
将之放置于高温环境 低温环境 高温环 境……反复循环。老化之后的系统在现场使用 时，故障率大为降低 。
老化 试验台一、P26：3；4；6 二、上网查阅某一仪表的资料（类
型不限，独立完成，雷同无 分数！），写出它的分类、 型号、性能指标，画出其中 一种外形图。
Iout
敏感元件在传感器中直接感受被测量， 并转换成与被测量有确定关系、更易于转换 的非电量。
弹性敏感元件（弹簧管）
在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α
弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
作业讲评
“第三节 测量不确定度”的关键词
关键词是用来描述文献资料主题和给出检索文献资 料的一种新型的情报检索语言词汇。正是由于它的出现 和发展，才使得情报检索（计算机检索）成为可能。
关键词一定是实词，一般是用来概括你的论文所涉 及的领域，以及你认为重要的研究方法。
比如，一篇关于水处理的论文关键词可以是：饮用 水、紫外消毒、有机物、氯化物等。一篇论文可选取 3~8个词作为关键词。
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？
相对误差及精度等级
几个重要公式：
示值相对误差 满度相对误差 准确度(精度)
x
Ax
100%
m
Am
100%
S m 100 Am
1-2
1-3
本教材采用哪一种分类法？
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、分辨率、线性度、
稳定度、电磁兼容性、可靠性等。
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：
K dy y dx x
作图法求灵敏度过程
y
切点
传感器 特性曲线
Δy
的输出电压Uo与滑动触点C 的位移量x成正比：
Uo
x L Ui
二、传感器分类
传感器的种类名目繁多，分类不尽相 同。常用的分类方法有：
１）按被测量分类：可分为位移、力、 力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、 流量、流速等传感器。
2）按测量原理分类：可分为电阻、电 容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、 红外、光导纤维等传感器。
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
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。右表的分辨力为多少？
L
Lmax ymax ymin
100%
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。
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
期
稳定期又称 偶然失效期
失效期又称 衰老失效期
浴盆曲线
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。
压力传感器的外形及内部结构
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量——电阻 的变化（ΔR）
360度圆盘形电位器传感器(测量角位移)
右图所 示的360度圆 盘形电位器 的中间焊片 为滑动片， 右边焊片接 地，左边焊 片接电源。
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
误差的合成
（1）绝对值合成法
n
m i ( 1 2 n )
i 1
（2）方均根合成法
m
2 1
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百度文库
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例1-4 用图1-2核辐射钢板测厚仪测钢板厚度， 已知PIN型γ射线二极管的测量误差为±5%， 微电流放大器误差为±2%，指针表误差为±1%， 求测量的总误差。