第一章：檢測技術(shù)基礎(chǔ).

1、第一節(jié)第一節(jié) 測量方法及分類測量方法及分類第二節(jié)第二節(jié) 真值和平均值真值和平均值第三節(jié)第三節(jié) 檢測裝置的基本性能檢測裝置的基本性能第四節(jié)第四節(jié) 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第五節(jié)第五節(jié) 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性2 2、掌握各種檢測方法的特點和應(yīng)用場合掌握各種檢測方法的特點和應(yīng)用場合1 1、掌握檢測技術(shù)的基本原理和基本概念掌握檢測技術(shù)的基本原理和基本概念3 3、了解檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的特點和指標了解檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性的特點和指標4 4、了解檢測系統(tǒng)動態(tài)特性的特點和指標了解檢測系統(tǒng)動態(tài)特性的特點和指標采用各種手段將被采用各種手段將被測量與同類標準量測量與同類標準量進行比較，從而確進

2、行比較，從而確定出被測量大小的定出被測量大小的方法。方法。 測量結(jié)果與被測量真測量結(jié)果與被測量真值的差別。值的差別。測量測量：誤差誤差： 第一節(jié)第一節(jié) 測量方法及分類測量方法及分類被測量被測量同類標準量同類標準量1 1、測重量、測重量砝碼砝碼2 2、測氣體、測氣體標準氣體標準氣體 測量方法的分類測量方法的分類 根據(jù)獲得測量結(jié)果的方法不同，可以分為根據(jù)獲得測量結(jié)果的方法不同，可以分為直接測量、間接測量和組合測量。直接測量、間接測量和組合測量。在儀表上直接讀出被測量的在儀表上直接讀出被測量的大小而無須經(jīng)過任何運算。大小而無須經(jīng)過任何運算。直接測量：直接測量：如汽車油如汽車油位表、油位表、油溫表溫表

3、優(yōu)點：簡單、迅速優(yōu)點：簡單、迅速 缺點：精度差缺點：精度差1.1 1.1 直接測量、間接測量和組合測量直接測量、間接測量和組合測量間接測量：間接測量：首先測出與被測量有確定函數(shù)關(guān)系首先測出與被測量有確定函數(shù)關(guān)系的物理量，再經(jīng)過函數(shù)運算求出被的物理量，再經(jīng)過函數(shù)運算求出被測量的大小。測量的大小。 如：測如：測電阻率電阻率組合測量：組合測量：又稱又稱“聯(lián)立測量聯(lián)立測量”，即被測物理量必，即被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程才能導(dǎo)出結(jié)果。須經(jīng)過求解聯(lián)立方程才能導(dǎo)出結(jié)果。2/ 4d Rl組合測量舉例：組合測量舉例：測量一金屬導(dǎo)線的溫度系數(shù)測量一金屬導(dǎo)線的溫度系數(shù))1 (0TRRTT故不同故不同 、，測得、

4、，測得 、1T2T1TR2TR由由 )1 (101TRRTT)1 (202TRRTT由近似值得由近似值得T0R溫度系數(shù)溫度系數(shù)動腦筋想想？動腦筋想想？測量人體肥胖的程度應(yīng)采用什么測量方法？測量人體肥胖的程度應(yīng)采用什么測量方法？直接測量法直接測量法測量脂肪測量脂肪間接測量法間接測量法測量身高和體重測量身高和體重組合測量法組合測量法測量身高、體重和脂肪測量身高、體重和脂肪 根據(jù)測量條件相同與否，分為等精度測根據(jù)測量條件相同與否，分為等精度測量和不等精度測量。量和不等精度測量。 1.1.2 2等精度測量和不等精度測量等精度測量和不等精度測量等精度測量：等精度測量：在測量過程中，在測量過程中，影響測量

5、誤差的影響測量誤差的各種因素不改變。各種因素不改變。不等精度測量：不等精度測量：改變測量條件改變測量條件的測量。的測量。名名 詞詞 解解 釋釋等精度測量：等精度測量：不等精度測量：不等精度測量：例如測量一高爐的溫度例如測量一高爐的溫度 采用同一測溫儀器，采用同一測溫儀器，用相同的測量方式，在用相同的測量方式，在相同的條件下測量多次。相同的條件下測量多次。測量次數(shù) 1 2 3 4測量溫度 1010 1008 1014 1005例如對瓦斯檢測儀器進行溫度試驗例如對瓦斯檢測儀器進行溫度試驗 采用相同的儀器，在采用相同的儀器，在不同的溫度條件下對某不同的溫度條件下對某一濃度的甲烷氣體測量。一濃度的甲烷

6、氣體測量。試驗溫度 0 0C20 0C40 0C檢測結(jié)果 0.96%1.00%1.05% 1. 1.3 3其它測量方法其它測量方法接觸測量和非接觸測量接觸測量和非接觸測量靜態(tài)測量和動態(tài)測量靜態(tài)測量和動態(tài)測量 接觸被測對象的測量接觸被測對象的測量遠離被測對象的測量遠離被測對象的測量測量對象的穩(wěn)態(tài)值測量對象的穩(wěn)態(tài)值如重量、壓力等等如重量、壓力等等測量對象隨時間的變化值測量對象隨時間的變化值如振動、加速度等等。如振動、加速度等等。 接觸測量接觸測量非接觸測量非接觸測量舉例說明：舉例說明：請判斷下面的檢測屬哪種檢測方法？請判斷下面的檢測屬哪種檢測方法？1.1.接觸測量或非接觸測量？接觸測量或非接觸測量

7、？2.2.靜態(tài)測量或動態(tài)測量靜態(tài)測量或動態(tài)測量? ?體溫測量體溫測量測量塔的傾角測量塔的傾角電動機轉(zhuǎn)速測量電動機轉(zhuǎn)速測量: :1.1.用測速發(fā)電機用測速發(fā)電機? ? 2.2.用光電檢測法用光電檢測法? ?煙霧報警煙霧報警紅外測溫紅外測溫汽車速度測量汽車速度測量地震測量地震測量振動波形振動波形 測量的目的在于尋求被測量的真值。測量的目的在于尋求被測量的真值。 設(shè)設(shè) 、代表各次的觀測值，代表各次的觀測值，n n為測為測量次數(shù)，則平均值有如下幾種：量次數(shù)，則平均值有如下幾種：1x2xnx第二節(jié)第二節(jié) 真值和平均值真值和平均值在科學試驗中，通常用平均值代替真值。在科學試驗中，通常用平均值代替真值。nx

8、nxxxniinx121nnGxxxx21nxxxxnu222211.1.算術(shù)平均值：算術(shù)平均值：2.2.幾何平均值：幾何平均值：3.3.均方根平均值：均方根平均值：常用來表示常用來表示測量真值測量真值 衡量檢測裝置性能的指標主要有精度，衡量檢測裝置性能的指標主要有精度，穩(wěn)定性等等穩(wěn)定性等等. .1.1.精度：精度：精密度精密度在相同條件下，對同一在相同條件下，對同一個量進行重復(fù)測量時，個量進行重復(fù)測量時，這些測量值之間的相互這些測量值之間的相互接近程度（離散程度）接近程度（離散程度）反映了隨機反映了隨機誤差的大小誤差的大小第三節(jié)第三節(jié) 檢測裝置的基本性能檢測裝置的基本性能準確度準確度 它表示

9、測量儀器指它表示測量儀器指示值對真值的偏離示值對真值的偏離程度程度反映系統(tǒng)誤反映系統(tǒng)誤差的大小差的大小精確度精確度它是精密度和準確它是精密度和準確度的綜合反映度的綜合反映反映系統(tǒng)綜反映系統(tǒng)綜合誤差的大小合誤差的大小例：打靶結(jié)果評價：例：打靶結(jié)果評價：精密度高精密度高準確度差準確度差精密度高精密度高準確度好準確度好精密度低精密度低準確度差準確度差2.2.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 測值隨時間的變化程度測值隨時間的變化程度在一定條件下，保持輸在一定條件下，保持輸入信號不變，輸出信號入信號不變，輸出信號隨時間而變化隨時間而變化時間時間t t延長延長靈敏度下降靈敏度下降零點漂移：零點漂移： 靈敏度變化：靈敏度變

10、化：靈敏度的衰減反映使用的壽命指標！靈敏度的衰減反映使用的壽命指標！對任何一個測量系統(tǒng)，在一定條對任何一個測量系統(tǒng)，在一定條件下，輸出輸入存在著一定的函件下，輸出輸入存在著一定的函數(shù)關(guān)系，即靜態(tài)特性數(shù)關(guān)系，即靜態(tài)特性)(xfy 輸出量輸出量輸入量輸入量一般形式有：一般形式有：nnxaxaxaay2210第四節(jié)第四節(jié) 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1.1.靈敏度靈敏度靈敏度靈敏度傳感器或檢測儀表在穩(wěn)態(tài)傳感器或檢測儀表在穩(wěn)態(tài)下輸出量的變化量下輸出量的變化量y y與與輸入量的變化量輸入量的變化量x x之比，之比，用用K K表示表示xyK 如果輸入輸出特性為線性的傳感器或儀表，則如果輸入輸出特性

11、為線性的傳感器或儀表，則xyKnnxaxaxaay2210 對一般的非線性對一般的非線性輸出靈敏度可近似認為輸出靈敏度可近似認為: K: Ka a1 1例如：例如： 某鉑絲熱敏傳感器某鉑絲熱敏傳感器1.1.在小測量溫度范圍內(nèi)，其阻值與溫度可近似在小測量溫度范圍內(nèi)，其阻值與溫度可近似 看作線性關(guān)系，有看作線性關(guān)系，有 R RR R0 0(1+(1+ t tT)T)R RT T0 00 0C C時的阻值時的阻值溫度系數(shù)溫度系數(shù)靈敏度為：靈敏度為：K KdR/dTdR/dT=R=R0 0 t t2.2.將此鉑絲構(gòu)成電橋進行溫度測量，輸出電壓將此鉑絲構(gòu)成電橋進行溫度測量，輸出電壓 信號與溫度的關(guān)系呈非

12、線性關(guān)系，有信號與溫度的關(guān)系呈非線性關(guān)系，有 U=aU=a0 0+a+a1 1T-aT-a2 2T T2 2a a1 1、a a2 2、a a3 3是常數(shù)。是常數(shù)。U UT T靈敏度為：靈敏度為：K=aK=a1 12. 2. 分辨率分辨率分辨率分辨率靈敏度閾值，引起輸出量靈敏度閾值，引起輸出量產(chǎn)生微小變化所需的最小產(chǎn)生微小變化所需的最小輸入量的變化量輸入量的變化量1. 1. 對數(shù)字顯示的測量系統(tǒng)，分辨率是對數(shù)字顯示的測量系統(tǒng)，分辨率是數(shù)字顯示的最后一位所代表的量度。數(shù)字顯示的最后一位所代表的量度。2. 2. 對指針式測量儀表，分辨率與人們對指針式測量儀表，分辨率與人們的觀察能力和儀表的靈敏度有

13、關(guān)。的觀察能力和儀表的靈敏度有關(guān)。舉例說明：舉例說明：1.1.數(shù)字天平數(shù)字天平2.2.指針式稱重計指針式稱重計天平的分辨率是多少天平的分辨率是多少? ?0.01g0.01g 人們所能觀察的指針偏移量為人們所能觀察的指針偏移量為0.3mm0.3mm。設(shè)稱重計的靈敏度設(shè)稱重計的靈敏度S S10mm/Kg10mm/Kg分辨率分辨率 x/S=0.3/10=0.03Kgx/S=0.3/10=0.03Kg3. 3. 線性度線性度線性度線性度檢測輸入輸出特性對理想線性輸檢測輸入輸出特性對理想線性輸入輸出特性的近似程度。入輸出特性的近似程度。用實測輸入輸出特性與理想輸入用實測輸入輸出特性與理想輸入輸出特性的最

14、大偏差對量程之比輸出特性的最大偏差對量程之比的百分數(shù)表示。的百分數(shù)表示。 maxmax0 0A A輸出輸出輸入輸入100100線性度線性度= =%100Amax最大偏差最大偏差量程量程1.1.某一天平壓力傳感檢測裝置某一天平壓力傳感檢測裝置, ,測量量程為測量量程為1000g1000g， 實測輸入輸出特性與理想輸入輸出特性的最實測輸入輸出特性與理想輸入輸出特性的最 大偏差為大偏差為5g5g，其線性度為：，其線性度為： =5/1000=0.5%=5/1000=0.5%線性度線性度 也叫也叫“非線性誤差非線性誤差”2.2.某超聲波測距傳感裝置，檢測范圍為某超聲波測距傳感裝置，檢測范圍為0 0500

15、m500m， 在整個測量范圍內(nèi)，與理想線性輸出的最大誤差在整個測量范圍內(nèi)，與理想線性輸出的最大誤差 為為3m3m，其非線性誤差為：，其非線性誤差為： =3/500=0.6%=3/500=0.6%舉例說明：舉例說明：4.4.遲滯（滯環(huán)）遲滯（滯環(huán)）滯環(huán)滯環(huán) 說明測量系統(tǒng)正向（輸入量說明測量系統(tǒng)正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┰龃螅┖头聪颍ㄝ斎肓繙p?。┨匦圆灰恢碌某潭忍匦圆灰恢碌某潭茸畲鬁h(huán)誤差率：最大滯環(huán)誤差率：%100AmmE輸出輸出輸入輸入0 0A A100100 m m5.5.重復(fù)性重復(fù)性 在同樣的工作條件下，輸入按在同樣的工作條件下，輸入按同一方向作全量程多次（三次以同一方向作全量

16、程多次（三次以上）往復(fù)變化時，測量系統(tǒng)刻度上）往復(fù)變化時，測量系統(tǒng)刻度特性曲線的一致性特性曲線的一致性%100Amm輸出輸出輸入輸入0 0A A100100 m m動態(tài)特性是描述系統(tǒng)輸入輸出與時間的關(guān)系。動態(tài)特性是描述系統(tǒng)輸入輸出與時間的關(guān)系。動態(tài)特性常用微分方程表示。動態(tài)特性常用微分方程表示。檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性又稱檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性又稱“動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)”。 分析檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性常用時域分析方法，分析檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性常用時域分析方法，如用傳遞函數(shù)進行分析。通常取輸入信號為階如用傳遞函數(shù)進行分析。通常取輸入信號為階躍信號，分析輸出的響應(yīng)。躍信號，分析輸出的響應(yīng)。第五節(jié)第五節(jié) 測量系統(tǒng)的動態(tài)

17、特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性1.1.一階檢測系統(tǒng)一階檢測系統(tǒng) 一階檢測系統(tǒng)又稱慣性系統(tǒng)，它的運動方程一階檢測系統(tǒng)又稱慣性系統(tǒng)，它的運動方程是：是：KxKydtdyfy y輸出量輸出量x x輸入量輸入量f f阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)K K常數(shù)常數(shù)( (動力學的剛度動力學的剛度 系數(shù)系數(shù)) )檢測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：檢測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：1111)(TssKfsWT=f/KT=f/K稱為時間常數(shù)稱為時間常數(shù)表示檢測系統(tǒng)的滯后表示檢測系統(tǒng)的滯后程度。程度。 一階檢測系統(tǒng)在階躍輸入下的響應(yīng)特性一階檢測系統(tǒng)在階躍輸入下的響應(yīng)特性: :Tteyyy00y y0 0Y Yt t0 0T T響應(yīng)時間響應(yīng)時間 輸出達到穩(wěn)態(tài)值的

18、輸出達到穩(wěn)態(tài)值的90%90%或或95%95%所需的時間所需的時間. .時間常數(shù)時間常數(shù)T T反映反映響應(yīng)的快慢響應(yīng)的快慢. .2.2.二階檢測系統(tǒng)二階檢測系統(tǒng)二階檢測系統(tǒng)又稱振蕩系統(tǒng)，它的運動方程二階檢測系統(tǒng)又稱振蕩系統(tǒng)，它的運動方程是：是：KxKydtdyfdtydm22傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為: :11)(2skfsKmsW12122TssT式中式中, ,KmT Tw10W W0-0-系統(tǒng)固有頻率系統(tǒng)固有頻率mKf2阻尼比阻尼比 二階檢測系統(tǒng)在階躍輸入下的響應(yīng)特性二階檢測系統(tǒng)在階躍輸入下的響應(yīng)特性: :y yt t0 0 =0.2=0.2 =0.6=0.6 =1=1 =2=2 =5=5 1 1 1 慣性特性慣性特性響應(yīng)時間定義與一階響應(yīng)時間定義與一階系統(tǒng)相同系統(tǒng)相同. .超調(diào)量超調(diào)量 %=%=峰值峰值/ /穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值 100%100%第第 一一 章章 小小 結(jié)結(jié)1 1、