自動檢測技術及應用 第1章

第一章檢測技術的基本概念

本章學習測量的基本概念、測量方法、誤差分類、測量結果的數據統計處理、測量不確定度，以及傳感器的基本特性等，是檢測技術的理論基礎。

2/1/20231第一節檢測技術的基本概念及方法

靜態測量

2/1/20232對緩慢變化的對象進行測量亦屬于靜態測量。

最高、最低溫度計2/1/20233

動態測量

地震測量振動波形2/1/20234便攜式儀表可以顯示波形的手持示波器2/1/20235直接測量

電子卡尺2/1/20236間接測量

對多個被測量進行測量，經過計算求得被測量。

（阿基米德測量皇冠的比重）2/1/20237接觸式測量

2/1/20238非接觸式測量

例：雷達測速車載電子警察2/1/20239離線測量

產品質量檢驗2/1/202310在線測量

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產品的一致性和加工精度。2/1/202311第二節測量誤差及分類

絕對誤差：

Δ=Ax－Ａ0某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發現均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？2/1/202312相對誤差及精度等級

幾個重要公式：示值相對誤差滿度相對誤差準確度(精度)2/1/202313儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的準確度為2.5級，用它來測量電壓時可能產生的最大滿度相對誤差為2.5%。某公司生產測量溫度的儀表，滿度誤差均在1.1~1.6％之間，該系列產品屬于哪一級溫度表？某車間希望測量溫度的儀表滿度相對誤差控制在1.1~1.6％之間，應購買哪一級溫度表？2/1/202314例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問：選擇該量程合理嗎？2/1/202315

用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？2/1/202316誤差產生的因素：

1.粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發現粗大誤差時，應予以剔除。

2/1/202317產生粗大誤差的一個例子

2/1/202318在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差，稱為系統誤差。凡誤差的數值固定或按一定規律變化者，均屬于系統誤差。系統誤差是有規律性的，因此可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調整測量儀表的有關部件予以消除。

2.系統誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？2/1/2023193.隨機誤差

測量結果與在重復條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值之差稱為隨機誤差。也可以采用如下的表達：在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發現測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差。

存在隨機誤差的測量結果中，雖然單個測量值誤差的出現是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數隨機誤差都服從正態分布規律。2/1/202320隨機事件與隨機誤差有區別，并不一定符合正態分布規律。

彩票搖獎2/1/202321隨機誤差的正態分布規律長度相對測量值次數統計2/1/202322隨機誤差的正態分布規律長度相對測量值次數統計2/1/202323

1）集中性：大量的測量值集中分布于算術平均值附近。隨機誤差的正態分布規律2）對稱性：測量值大致對稱地分布于兩側。３）有界性：在一定的條件下，測量值有一定的分布范圍，超過這個范圍的可能性非常小，即出現絕對誤差很大的情況很少。2/1/2023244.動態誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態誤差

當被測量隨時間迅速變化時，系統的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態誤差。

2/1/202325第四節傳感器及基本特性

一、傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器請畫出右圖所示傳感器的組成框圖2/1/202326彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉換成與被測量有確定關系、更易于轉換的非電量。2/1/202327彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉換為角位移α2/1/202328彈簧管放大圖

當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉動，從而帶動電位器的電刷產生角位移。2/1/202329其他各種彈性敏感元件

在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉換為角位移或直線位移。2/1/202330壓力傳感器的外形及內部結構2/1/202331被測量通過敏感元件轉換后，再經傳感元件轉換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉換為電參量——電阻的變化（ΔR）2/1/202332

360度圓盤形電位器傳感器(測量角位移)右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地2/1/202333測量轉換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關系的電壓Uo

。

2/1/202334分壓比電路的計算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比：對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉角度成正比：2/1/202335二、傳感器分類傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有：１）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

2）按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器。

本教材采用哪一種分類法？

2/1/202336三、傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、分辨率、線性度、穩定度、電磁兼容性、可靠性等。

2/1/202337靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩態下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：

2/1/202338作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax2/1/202339分辨力：指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應。對數字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位所表示的數值就是它的分辨力。一般地說，分辨力的數值小于儀表的最大絕對誤差。右表的分辨力為多少？

2/1/202340分辨率：將分辨力除以儀表的滿量程就是儀表的分辨率，分辨率常以百分比或幾分之一表示，是量綱為1的數。

右表的滿量程為199.9A，問：該表的分辨率為多少？

2/1/202341線性度：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計算公式如下：2/1/202342作圖法求端基線性度演示首先作一根理論直線——將儀表輸出起始點與滿量程點連接起來的直線。

2/1/202343

可靠性：可靠性是反映檢測系統在規定的條件下，在規定的時間內是否耐用的一種綜合性的質量指標。

浴盆曲線磨合期又稱早期失效期穩定期又稱偶然失效期失效期又稱衰老失效期期2/1/202344

“老化”試驗：在檢測設備通電的情況下，將之放置于高溫環境

低溫環境

高溫環境……反復循環。老化之后的系統在現場使用時，故障率大為降低。老化試驗臺2/1/202345附:國際單位制長度單位-m(米)光在真空中1/299792458s時間間隔內所經路程的長度質量單位-kg(千克)千克等于國際千克原器的質量時間單位-s(秒)秒是銫-133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9192631770個周期的持續時間電流強度單位-A(安)安是一恒定電流值,若使此電流通過處于真空中相距1m的兩根無限長而圓截面可忽略的平行直導線內,則此兩導線之間產生的力在每米長度上等于2×10-7N2/1/202346附:國際