1.3模塊一、認(rèn)識(shí)傳感器與檢測技術(shù)（下）

機(jī)、電類

《傳感器與檢測技術(shù)項(xiàng)目教程》

多媒體課件（前言下）

前言（下）《傳感器與檢測技術(shù)項(xiàng)目教程》共10個(gè)模塊。模塊一是認(rèn)識(shí)傳感器與檢測技術(shù)；模塊二~模塊十：按檢測對(duì)象，從易到難，逐一介紹：“重量檢測”、“溫度檢測”、“壓力檢測”、“流量檢測”、“液位檢測”、“振動(dòng)檢測”、“光學(xué)檢測”、“小位移檢測”、“數(shù)字式位移檢測”。模塊二~模塊十均有“知識(shí)鏈接”、“項(xiàng)目”、“任務(wù)”及“知識(shí)拓展”的安排。現(xiàn)在時(shí)間是：

*建議教學(xué)課時(shí)分配表

（各學(xué)?？筛鶕?jù)專業(yè)與具體情況作適當(dāng)調(diào)整）

模塊順序與名稱課時(shí)模塊順序與名稱課時(shí)模塊一認(rèn)識(shí)檢測技術(shù)與傳感器2模塊九小位移檢測3模塊二重量檢測3模塊十?dāng)?shù)字式位置檢測3模塊三溫度檢測4理論課時(shí)32模塊四壓力檢測4實(shí)驗(yàn)6模塊五流量檢測3實(shí)訓(xùn)6模塊六液位檢測3討論課、習(xí)題課2模塊七振動(dòng)檢測3考試（建議開卷）2模塊八光學(xué)量檢測4合計(jì)48本模塊介紹傳感器及檢測技術(shù)的定義、檢測技術(shù)涉及的領(lǐng)域、檢測系統(tǒng)的組成、檢測技術(shù)的發(fā)展、傳感器的組成、基本原理、傳感器的特性、制圖法求取靈敏度、線性度、滯差等參數(shù)的方法。簡要介紹了測量誤差及處理。主要內(nèi)容介紹項(xiàng)目一、認(rèn)識(shí)檢測技術(shù)項(xiàng)目二、認(rèn)識(shí)傳感器項(xiàng)目三、測量方法及測量誤差模塊一、認(rèn)識(shí)傳感器與檢測技術(shù)目錄進(jìn)入進(jìn)入項(xiàng)目三測量方法及測量誤差【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】?知識(shí)目標(biāo)1）熟悉常用的測量方法。2）熟悉誤差的分類。?技能目標(biāo)掌握有關(guān)準(zhǔn)確度和絕對(duì)誤差的計(jì)算。回目錄現(xiàn)在時(shí)間是：

*一、測量的一般概念測量過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)比較的過程，即將被測量與一個(gè)同性質(zhì)的、作為測量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比例關(guān)系的過程。用天平測量物體的質(zhì)量就是一個(gè)典型的例子。二、測量方法分類靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量、直接測量和間接測量、模擬式測量和數(shù)字式測量、接觸式測量和非接觸式測量、在線測量和離線測量、偏位式測量、零位式測量和微差式測量。測量分類（續(xù)）對(duì)于測量方法，從不同的角度出發(fā)，有不同的分類方法。根據(jù)被測量是否隨時(shí)間變化，可分為靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量。根據(jù)測量的手段不同，可分為直接測量、間接測量和組合測量。根據(jù)測量結(jié)果的顯示方式，可分為模擬式測量和數(shù)字式測量。測量分類（續(xù)）根據(jù)測量時(shí)是否與被測對(duì)象接觸，可分為接觸式測量和非接觸式測量。為了監(jiān)視生產(chǎn)過程，或在生產(chǎn)流水線上監(jiān)測產(chǎn)品質(zhì)量的測量稱為在線測量，反之，則稱為離線測量。根據(jù)測量的具體手段來分，又可分為偏位式測量、零位式測量和微差式測量。靜態(tài)測量靜態(tài)測量是相對(duì)于動(dòng)態(tài)測量而言的。在檢測技術(shù)中，對(duì)緩慢變化的對(duì)象所進(jìn)行的測量，亦屬于靜態(tài)測量。工程中，有時(shí)可認(rèn)為幾十赫茲以上的測量稱為動(dòng)態(tài)測量。

最高、最低溫度計(jì)

動(dòng)態(tài)測量

地震測量振動(dòng)波形便攜式儀表顯示

動(dòng)態(tài)波形

直流電壓表測量的是靜態(tài)電壓。

交流電壓表測量的是動(dòng)態(tài)電壓。直接測量

電子卡尺間接測量

在多個(gè)直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出被測量的量值。（測量皇冠的比重、密度的聯(lián)想）接觸式測量

非接觸式測量

例：雷達(dá)測速車載電子警察離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量的手工檢驗(yàn)離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)電路板焊接質(zhì)量檢驗(yàn)（離線檢測）.在線測量防護(hù)罩內(nèi)為測量行程的傳感器例：安裝有直線光柵的數(shù)控機(jī)床，一邊加工、一邊測量直徑和螺紋,到達(dá)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)退刀。在流水線上，邊加工，邊檢測，可提高產(chǎn)品的一致性和加工準(zhǔn)確度。

三、測量誤差

絕對(duì)誤差：被測量值A(chǔ)x與真值A(chǔ)0之間總是存在著一個(gè)差值，這種差值稱為絕對(duì)誤差，用Δ表示：Δ=Ax－Ａ0

真值有理論真值、約定真值、相對(duì)真值之分。準(zhǔn)確度高2級(jí)以上的儀表的誤差與準(zhǔn)確度低的儀表的誤差相比，則高一級(jí)儀表的測量值可以認(rèn)為是相對(duì)真值。

某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg（絕對(duì)誤差相同），但該采購員對(duì)賣巧克力的商店意見最大，是何原因？

相對(duì)誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)

示值相對(duì)誤差γx

：引用誤差γm（也稱滿度相對(duì)誤差）：準(zhǔn)確度等級(jí)S

我國的工業(yè)模擬儀表有下列常用的7種等級(jí)：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。例某壓力表準(zhǔn)確度為2.5級(jí),量程為0～1.5MPa，求:1）可能出現(xiàn)的最大滿度相對(duì)誤差γm。2）可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差Δm為多少千帕？3）測量結(jié)果顯示為0.70MPa時(shí)，可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差γx。解:1）可能出現(xiàn)的最大滿度相對(duì)誤差可以從準(zhǔn)確度等級(jí)直接得到，即γm＝±2

5%。

2）Δm＝γmAm＝±2

5％

1.5MPa

＝±0.0375MPa＝±37.5kPa

3）例：用同一臺(tái)磅秤測量三個(gè)不同重量物體的示值相對(duì)誤差的比較（動(dòng)畫），請(qǐng)得出結(jié)論！γx100kg

=0.5%

γx10kg

=5%

γx1kg

=50%

儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差

例：某指針式電壓表的準(zhǔn)確度為2.5級(jí)，用它來測量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的最大滿度相對(duì)誤差為2.5%。某公司生產(chǎn)測量溫度的儀表，滿度誤差均在1.1~1.6％之間，該系列產(chǎn)品屬于哪一級(jí)溫度表？某車間希望測量溫度的儀表滿度相對(duì)誤差控制在1.1~1.6％之間，應(yīng)購買哪一級(jí)溫度表？例：某指針式萬用表的面板如圖所示，問：

用它來測量直流、交流（~）電壓時(shí)，可能產(chǎn)生的滿度相對(duì)誤差分別為多少？

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？用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較（與10V量程相比），示值相對(duì)誤差哪一個(gè)大？四．測量誤差的表現(xiàn)型式

（1）粗大誤差

超出在規(guī)定條件下預(yù)計(jì)的誤差，或明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差、疏忽誤差或粗差。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(qiáng)大的干擾所引起的。如測錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子：電磁干擾

產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子：

高壓放電造成ECG系統(tǒng)的干擾

在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差，稱為系統(tǒng)誤差。

凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，多屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的,因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正,也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

（2）系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原因是什么？系統(tǒng)誤差的另一種表達(dá)在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次重復(fù)測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差，即：系統(tǒng)誤差=(無限次測量的平均值)－真值系統(tǒng)誤差可分為恒值誤差和變值誤差兩大類。恒值誤差在整個(gè)測量過程中，其數(shù)值和符號(hào)都保持不變。例如，由于刻度盤分度差錯(cuò)或刻度盤移動(dòng)而使儀表刻度產(chǎn)生的誤差等。（還有……，見后頁）系統(tǒng)誤差的另一種表達(dá)（續(xù)）引起系統(tǒng)誤差的因素：環(huán)境溫度及濕度波動(dòng)、電源電壓下降、電子元件老化、機(jī)械零件變形移位、儀表零點(diǎn)漂移等。又如，用零點(diǎn)未調(diào)整好的天平稱量物體，稱量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生偏高或偏低。由于系統(tǒng)誤差、產(chǎn)生的原因以及真值不能完全知曉，因此通過修正和調(diào)整只能有限程度地對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)誤差會(huì)比修正前的要小，但不可能為零。（3）隨機(jī)誤差

測量結(jié)果與在重復(fù)條件下,對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差稱為隨機(jī)誤差。也可以采用如下的表達(dá)：在同一條件下，多次測量同一被測量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差。

存在隨機(jī)誤差的測量結(jié)果中，雖然單個(gè)測量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。測量值的隨機(jī)誤差=測量結(jié)果－算術(shù)平均值

每一個(gè)測量值的隨機(jī)誤差，等于自身的數(shù)值減去算術(shù)平均值。

瞬時(shí)測量值瞬時(shí)測量值均值真值系統(tǒng)誤差正態(tài)分布差值可能是正的或負(fù)的,大小每次均不相同。具有隨機(jī)誤差的測量值的分布呈正態(tài)分布。

隨機(jī)事件與隨機(jī)誤差有區(qū)別，隨機(jī)事件不具備正態(tài)分布規(guī)律。

隨機(jī)事件——彩票搖獎(jiǎng)大多數(shù)無法計(jì)算規(guī)律隨機(jī)誤差的正態(tài)分布示意圖在同一條件下，對(duì)同一個(gè)工件的直徑進(jìn)行測量，相對(duì)于基準(zhǔn)量之差的多次測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)符合正態(tài)分布（高斯分布）次數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差的關(guān)系

（直徑的多次測量統(tǒng)計(jì)）次數(shù)統(tǒng)計(jì)多個(gè)測量值的算術(shù)平均值x與真值x0之間的誤差為系統(tǒng)誤差隨機(jī)測量值隨機(jī)測量值ixi/mm18.0428.0237.9645.9959.3367.98例：用核輻射式測厚儀對(duì)鋼板的厚度進(jìn)行6次等精度測量，所得數(shù)據(jù)如下表（單位為mm），請(qǐng)指出哪幾個(gè)數(shù)值為粗大誤差？在剔除粗大誤差后，用算術(shù)平均值公式計(jì)算鋼板厚度。

粗大誤差的剔除舉例ixi/mm18.0428.0237.9645.9959.3367.985.99以及9.33為粗大誤差（壞值），予以剔除，剩余4個(gè)測量值計(jì)算算術(shù)平均值：（4）動(dòng)態(tài)誤差

由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動(dòng)態(tài)誤差

當(dāng)被測量隨時(shí)間迅速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。

對(duì)用于動(dòng)態(tài)測量、帶有機(jī)械結(jié)構(gòu)的儀表而言，應(yīng)盡量減小機(jī)械慣性，提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的諧振頻率，才能盡可能真實(shí)地反映被測量的迅速變化。一般靜態(tài)測量要求儀器的帶寬0～10Hz左右，而動(dòng)態(tài)測量要求帶寬上限較高（例如要求大于10kHz）。這就要求采用高速運(yùn)算放大器，并盡量減小電路的時(shí)間常數(shù)。圖為學(xué)生參加檢測技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組裝

本課程涉及的學(xué)科面廣，需要理論聯(lián)系實(shí)際，舉一反三，富于聯(lián)想，善于借鑒，關(guān)心和觀察周圍的各種機(jī)械、電氣、儀表等設(shè)備，重視實(shí)驗(yàn)，才能學(xué)得活、學(xué)得好。本課程的任務(wù)和

學(xué)習(xí)方法

可以根據(jù)專業(yè)方向選擇各章中的思考題與習(xí)題。解題之前，必須理解各章的例題和應(yīng)用實(shí)例。還必須掌握上網(wǎng)查閱資料的技巧，收集網(wǎng)絡(luò)有關(guān)資料后，才能完成課后的一些習(xí)題，這種學(xué)習(xí)方法有助于讀者掌握最新的技術(shù)發(fā)展和學(xué)科動(dòng)態(tài)。可以從課程配套教輔網(wǎng)站（或）下載有關(guān)章節(jié)的多媒體課件和眾多的專業(yè)拓展閱讀資料，了解檢測技術(shù)的發(fā)展歷史，了解傳感器的選型、安裝、調(diào)試和使用，以便于更好地理解學(xué)習(xí)本書各部分時(shí)所遇到的知識(shí)難點(diǎn)。各章的思考題與習(xí)題2023/10/1747作者編寫了各個(gè)模塊的習(xí)題的“分析過程”，但不是直接給出答案，有利于學(xué)生的自學(xué)與提高，而非照抄答案。該習(xí)題分析已經(jīng)掛到與本教材配套的“檢測技術(shù)教輔網(wǎng)站”、“梁老師答疑網(wǎng)”（或），以及機(jī)械工業(yè)出版社的“中國科技金書網(wǎng)”（/）上。同學(xué)們可以點(diǎn)擊這些網(wǎng)址，搜索并下載該文件（共十個(gè)文件）。關(guān)于各章的思考題與習(xí)題的“分析參考”下載希望每位學(xué)生都要輪到上講臺(tái)來講5分鐘自己的PPT，下面的同學(xué)可以提問，鼓掌、大笑什么的，學(xué)生會(huì)很有成就感。教師在緒論課就布置持續(xù)一整個(gè)學(xué)期的PPT演講任務(wù)，學(xué)生自由報(bào)名。

鼓勵(lì)學(xué)生上講臺(tái)學(xué)生自己確定一個(gè)有關(guān)《傳感器與檢測技術(shù)》的題目，收集資料。每堂課安排幾位（例如三位），一節(jié)課學(xué)生一共花掉十五分鐘，然后就是才正式上課。

特別是女同學(xué)，要積極爭取機(jī)會(huì)上講臺(tái)鍛煉自己。畢業(yè)后多年，聚會(huì)的時(shí)候，可能還會(huì)說自己當(dāng)年如何上講臺(tái)，印象如何深刻，記得老師……，記得同學(xué)當(dāng)時(shí)……

鼓勵(lì)學(xué)生上講臺(tái)學(xué)生上講臺(tái)的前提就是需要確定自己演講的題目，然后有的放矢地收集資料。以下介紹收集資料的一些方法。

百度網(wǎng)上

檢索資料

谷歌網(wǎng)上檢索資料

可以從本課程配套網(wǎng)站下載與課程同步的50萬字以上的專業(yè)閱讀資料

“壓力傳感器”的百度圖片搜索界面2023/10/1754

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百度的“學(xué)術(shù)”搜索舉例。“網(wǎng)絡(luò)傳