检测技术及仪表 - cai2witeducn
自动检测技术及仪表 第1章 检测技术及仪表概述
五、检测技术及仪表的研究内容
（1）研究传感原理方法及相应器件设备。 （2）研究信息处理（如信号放大、滤波等）与变换的方法。
【克服干扰；从间接信号中恢复目标信息。】 （3）研究检测问题中信息传输、接收、存储、显示的方法与技术。 （4）研究抗干扰技术和故障检测、诊断的功能。 （5）研究检测方法、检测仪表及检测系统的理论分析方法、参数及结 构的最优化设计技术。 （6）研究智能仪表的设计与集成方法。
2023年8月14日
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第1章第7页
二、检测技术及仪表的应用
工业生产 医疗卫生 日常生活 军工武器 ……
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三、检测技术及仪表的地位和作用
人类正在走出机械化的过程，进入以物质手段扩展人的感官神经系统
及脑力智力的时代，而这种物质手段的首要方面正是检测技术及仪器仪表。
测。
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第1章第17页
二、直接检测、间接检测与联立检测
联立测量（也称组合测量）
其中： x1, x2, …, xm：被测量 y1，y2，…， yn：直接测得值
20第18页
二、直接检测、间接检测与联立检测
检测刻线0、1、2、3间的距离，要求每个刻线间隔测 量3次：
自动检测技术：能够自动地完成整
个检测过程的技术，以信息的获取、 转换、显示和处理的自动化为主要研 究内容。
研究新的检测方法
仪表技术 利用新的检测技术
开发现代化的检测系统
自动检测技术 检测技术
检测仪表技术
获取分辨率、准 确度、稳定性和 可靠性都很高的 对象信息
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第1章第12页
技术检测与仪表课程设计
技术检测与仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解技术检测与仪表的基本原理，掌握常用检测仪表的工作原理及其应用场景。
2. 学生能够描述各种传感器的工作原理，并列举其在工程检测中的应用。
3. 学生能够掌握检测数据的处理与分析方法，了解数据处理中的常见问题及其解决策略。
技能目标：1. 学生能够正确使用常见的检测仪表，进行简单的系统调试和故障排查。
2. 学生通过实际操作，培养解决实际工程技术问题的能力，提高动手操作和团队协作能力。
3. 学生能够运用所学的知识，设计简单的技术检测方案，并进行数据分析和解释。
情感态度价值观目标：1. 学生通过技术检测与仪表的学习，培养严谨的科学态度，增强对技术研究的兴趣。
2. 学生在学习过程中，能够体会技术检测在工程实践中的重要性，增强社会责任感。
3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，学会尊重他人意见，提高沟通与交流能力。
课程性质分析：本课程属于技术实践类课程，侧重于技术原理与实际操作的结合，旨在培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点分析：考虑到学生所在年级，他们已具有一定的理论基础，但实际操作经验相对不足，需要通过实践课程来提高技术应用能力。
教学要求分析：教学中应注重理论与实践相结合，强调学生在教师引导下的主体地位，通过项目驱动和问题导向的教学方法，提高学生的技术检测与仪表应用能力。
通过具体的学习成果分解，确保教学设计和评估的针对性和实效性。
二、教学内容1. 技术检测基础理论：- 检测仪表的分类、原理及其应用。
- 传感器的工作原理、特性及其在检测技术中的应用。
2. 常用检测仪表：- 电磁式仪表、电动式仪表、数字式仪表的结构与功能。
- 温度传感器、压力传感器、流量传感器等的使用方法和操作技巧。
3. 检测数据处理与分析：- 数据采集、处理和存储的基本方法。
- 数据分析中的误差处理、信号处理技术。
4. 实践操作与案例分析：- 设计简单的技术检测方案，进行实际操作。
检测技术及仪表课程设计
检测技术及仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握检测技术的基本原理，理解仪表的构成、分类及其工作原理；2. 使学生了解各种传感器的工作原理及其在检测技术中的应用；3. 让学生掌握检测信号的处理与分析方法，了解数据采集与传输的基本技术。
技能目标：1. 培养学生能够正确选择和使用检测仪表，进行简单检测系统的设计与搭建；2. 培养学生运用检测技术解决实际问题的能力，提高实验操作和数据处理技能；3. 培养学生通过查阅资料、开展小组合作，提高自主学习与解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对检测技术及仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与创新，树立工程意识；3. 培养学生具备良好的团队合作精神，学会尊重他人、沟通交流。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养他们具备实际操作能力和解决问题的能力。
二、教学内容1. 检测技术基本原理：包括检测系统的组成、分类及性能指标，仪表的基本工作原理等；参考教材章节：第一章 检测技术概述2. 传感器及其应用：介绍常见传感器（如温度、压力、流量等传感器）的工作原理、特性及应用；参考教材章节：第二章 传感器及其应用3. 检测信号处理与分析：包括信号处理的基本方法、数据采集与传输技术，滤波算法等；参考教材章节：第三章 检测信号处理与分析4. 检测仪表的使用与维护：介绍仪表的正确使用方法、维护保养技巧以及故障排除方法；参考教材章节：第四章 检测仪表的使用与维护5. 检测系统设计：结合实际案例，指导学生进行检测系统的设计与搭建，包括传感器选型、信号处理、数据采集等；参考教材章节：第五章 检测系统设计6. 实践教学环节：组织学生进行实验操作，提高实际操作能力和数据处理技能；参考教材章节：第六章 实践教学环节教学内容安排和进度：按照教学大纲，分阶段进行理论教学和实践操作，确保学生能够逐步掌握检测技术及仪表的知识和技能。
检测技术及仪表
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检测技术及仪表 ppt 课件
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2.1.2测温方法分类
1.接触式测温
膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻 温度计等。
2.非接触式测温
光学高温计、光电高温计、辐射高温计和比色高温计等。
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2.2
接触式测温方法及仪表
2）近似计算校正法
t t ' Ktn
K的取值： K型热电偶，在0～1000℃范围内，K≈1； S型热电偶，在800～1300℃，K=0.6～0.5
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6.热电偶的冷端温度补偿
例2-4
用分度号为S的铂铑10—铂热电偶测炉温，其冷端温度 为30℃，而直流电位差计测得的热电动势为9.481mV，试 求被测温度。 解：查铂铑10—铂热电偶分度表，得 E(30,0)=0.173mV，由式（2-5）得
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6.热电偶的冷端温度补偿
解：查K型热电偶分度表，得E(1000,0)=41.269mV， E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。 若用补偿导线，仪表测得热电动势值为 E(1000,20)=E(1000,0) –E(20,0)=40.471mV 查分度表得对应的温度为979.6℃ 若用铜导线，仪表测得热电动势值为 E(1000,50)=E(1000,0) –E(50,0)=39.247mV 查分度表得对应的温度为948.4℃ 两种方法测得的温度相差31.2℃，测量误差分别为– 20.4℃和–51.6℃。
2.热电偶回路特性
技术检测与仪表课程设计
技术检测与仪表课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握技术检测与仪表的基本原理、方法和应用，培养学生运用技术检测与仪表解决实际问题的能力。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：学生能够掌握技术检测与仪表的基本概念、原理、方法和应用，了解相关技术的发展趋势。
2.技能目标：学生能够运用技术检测与仪表进行实际问题的分析和解决，具备一定的实践操作能力。
3.情感态度价值观目标：学生树立正确的技术检测与仪表使用观念，增强对技术检测与仪表在生产和生活中的重要性的认识。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几个部分：1.技术检测与仪表的基本概念、原理和分类。
2.各种技术检测与仪表的方法及其应用。
3.技术检测与仪表在生产、生活中的实际案例分析。
4.技术检测与仪表的发展趋势及前景。
三、教学方法为了达到课程目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解技术检测与仪表的基本概念、原理和分类，使学生掌握基础知识。
2.案例分析法：分析实际案例，使学生了解技术检测与仪表在生产、生活中的应用。
3.实验法：安排实验课程，培养学生运用技术检测与仪表解决实际问题的能力。
4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的学习兴趣和主动性。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的技术检测与仪表教材。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果。
4.实验设备：配置齐全的实验设备，保证实验教学的顺利进行。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。
评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。
具体评估方法如下：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置适量的作业，评估学生的知识掌握和应用能力。
3.考试：进行期中考试和期末考试，全面评估学生的知识水平和实践能力。
检测技术与仪表-大连理工大学
② 灵敏度 S 检测仪表对被测量变化的灵敏程度，即在被测量 改变时，经过足够时间检测仪表输出值达到稳定 状态后，仪表输出变化量匀与引起此变化的输人 变化量酝之比; ③回差(变差) 反映检测仪表对于同一被测量在其上升和下降时 对应输出值之间的差值。 ④ 线性度 衡量检测仪表实际输入一输出特性偏离线性的程 度，用非线性误差来表示，它是实际值与理论值 之间的绝对误差的最大值.
（3） 电容式检测元件 电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将 被测量的变化转换为电容量的变化。 ① 变极距式电容器 ② 变面积式电容器 ③ 变介电常数式电容器 利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参 数。 在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响， 并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确 度。
I I 0e
x
第3章.检测仪表的设计方法
1. 知识要点 1.1检测仪表的信号变换 信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变换、差动 式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。 ①简单直接式变换
简单直接式的特点 简单直接式变换仪表是一种开环式仪表，结构简单，工作可 靠，但仪表的准确度较低，信息能量传递效率较低。
第2章 检测技术与检测元件
各种元件的工作原理及特点 2.1 知识要点 （1）机械式检测元件 机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号 （如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式 检测元件和振动式检测元件。
（2）电阻式检测元件 电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换 成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻 应变元件、热电阻等。 应变式检测元件（电阻应变片） 电阻应变片是基于“应变效应”工作的，即导体 或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起 其电阻值的改变。 热电阻式检测元件 物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热 电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为 热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电 阻两大类。
检测技术及仪表
1999 年 5 月 1 日起，国内正式实施国家计量技术规范 JJF1059-1999《测量不确定度评 定与表示》代替旧规范 JJF1027-1991《测量误差及数据处理》中的有关误差部分内容，与 国际惯例接轨。
1） 测量不确定度含义：表示测量结果正确与否的可疑程度，是给定条件下测量结 果的分散性描述，表明了随机效应和系统效应对测量结果所造成影响的大小。
工业测量：对测量结果只需考虑误差的最大可能性。（技术测量）
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实验室测量：对取得的测量结果要估计器误差，并评定其不确定度（精密测量）。 测量方法的不同：
直接测量：单位与被测量直接比较即可获得比值。 间接测量：通过测量值的函数运算后才能获得被测量。（如电阻率）。 接触测量：测量工具直接接触被测对象，感受其变化后得出测量结果。 非接触测量：测量工具无需直接接触被测对象，就能感受其变化得出测量结果。 能量变换型：将被测参数的能量转换成另一种易测量的能量类型。（电、光等） 能量控制型：被测参数的变化使其它参数发生变化，从而控制外部能量。 偏位法测量：被测参数使测量装置的参数产生偏差，以此进行刻度；（开环） 平衡法测量：上述偏差用已知参数进行平衡，偏差为零时由已知量刻度被测量； 微差法测量：综合上两种方法的优点。 被测参数时变状态不同： 静态测量：被测量在测量过程中无需考虑时间因素。 动态测量：测量过程中，被测量处于时变状态中。 测量条件的不同： 等精度测量：在相同条件下进行测量，数据无论偏差大小，具有相同的可信度 不等精度测量：在不同的条件下测量的数据。
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1.5.2 仪表的性能指标：
1）用户关心的内容 计量性能 可靠性（抗干扰能力、防护能力） 防爆性能 能耗 使用方便性 价格
2）用户的选表原则 满足计量指标、使用安全可靠、维护量小、投资少；反对盲目追求高、精、尖。
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产生随机误差的主要原因包括： n ①测量仪器元器件产生噪声，零部件配
合的不稳定、摩擦、接触不良等. n ②温度及电源电压的无规则波动，电磁
干扰，地基振动等. n ③测量人员感觉器官的无规则变化而造
例如某电阻标称值为1000 Ω ，误差范围为±1%，即该电阻的 实陈值在990 Ω到1010 Ω之间。
5. 示值 示值也称测得值、测量值或读数。它是指由测量器具给出的被测
量的量，由数值和单位两部分组成。
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6.测量误差 由测量器具测得的结果与被测量真值之间的差异称为测量误差。
(2-1-17)
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n 2.2 测量误差的分类
¨ 2.2.1 系统误差
在多次等精度测量同一量值时，误差的绝对值和符号 保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差称为系 统误差，简称系差。如果系差的大小、符号不变而保持恒 定，则称为恒定系差，否则称为变值系差。变值系差又可 分为累进性系差、周期性系差和按复杂规律变化的系差。
实际测量中，主、客观诸多因素都将影响测量结果。例如，测量系 统不可能做到绝对精确，测量方法有些可能还不尽完善，测量人员 的操作可能不熟练或在测量中存在疏忽；此外，还有环境影响，外 界干扰等。这些因素都会导致测量误差。测量误差不可能完全消除， 只能根据需要和可能将其限制在一定范围内。
7.等精度测量和非等精度测量 短时期内，在对同一被测量进行多次测量的过程中，保持影响
设双口网络(比如放大器，或衰减器)输入、输出电压的测得值 分别为Ui和Uo，则电压增益Au，的测得值为
(2-1-10)
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n 用对数表 示为
(2.1-11)
Gx称为增益测得值的分贝值。
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第五节 热电式检测元件
热电偶的基本定律
均质导体定律 由一种导体组成的闭合回路，不论导体的截面 积和长度如何，也不论各处的温度如何都不产 生热电势 C t t0 中间导体定律 0 在A、B构成的热电偶接入 A B 第三种导体C，并使AC和 t BC接触的温度均为t0
kT I e Vbe ln q I se
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第五节 热电式检测元件
dVbe dT
图2.5.6硅晶体管的Vbe与温度T的特性曲线
图2.5.7硅晶体管的Vbe及dVbe/dT 与温度的特性曲线
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第五节 热电式检测元件
中间温度定律 热电偶A、B在接点温度为T， T0时的热电势等于 热电偶A、B在接点温度为 T , Tc和 Tc , T0 的热电 势 E AB T , Tc 和 E AB Tc , T0 的代数和，即：
E AB T , T0 E AB T , TC E AB TC , T0
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第五节 热电式检测元件
下式表明了PN结的正向电压与温度的关系
kT I d Vd ln q IS
图2.5.5 二极管的温度特性
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第五节 热电式检测元件
晶体三极管温度检测元件 当发射结处于正向偏置时，其发射极电流 Ie与基极—发射极间的电压Vbe的关系可表 示为
e A T , T0 A dT
T T0
ห้องสมุดไป่ตู้
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第五节 热电式检测元件
热电偶回路热电势 对于由导体A、B组成的热电偶闭合回路，当温 度为 T＞T0， ＞N B时，闭合回路总的热电势 NA 为
E AB T , T0 e AB T e AB T0 e A T , T0 eB T , T0
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第五节 热电式检测元件
接触电势 两者电子密度不同，扩散速度不同
kt N At e AB t ln e N Bt
图2.5.2 接触电势原理图
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第五节 热电式检测元件
温差电势 导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因 而向低温端扩散 ，当达到动态平衡时，在导体 的两端便产生一个相应的电位差。该电位差就 称为温差电势。可表示为：
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第五节 热电式检测元件
热电偶的误差
分度引起的误差 冷端温度引起的误差 测量线路及仪表误差 干扰和漏电引起的误差
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第五节 热电式检测元件
二、晶体管温度检测元件
PN结温度检测元件 根据半导体原理，晶体管的PN结的伏安特 性与温度有关，利用这一特性可构成温度 检测元件
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第五节 热电式检测元件
热电式检测元件是利用敏感元件将温度变 化转换为电量的变化，从而达到测量温度 的目的
一、热电偶检测元件
热电效应及测温原理 T
A
T0
B
热电偶结构图
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第五节 热电式检测元件
将热电极A、B的两个接点分别置于温度为T 及T （设 T ＞ T0）的热源中，则在该回路内 0 就会产生热电动势。这种现象称之为热电 效应。 温度高的接点称为热端（或工作端），温 温度低的接点称为冷端（或自由端）