检测技术的基本概念1
01第一章 检测技术基本概念
B 1 若 则可能含有变化的系统误差。 1 2A n
3.粗大误差
在对重复测量所得一组测量值进行数据处理之前, 首先应将 具有粗大误差的可疑数据找出来加以剔除。但绝对不能凭主观意 愿对数据任意进行取舍, 而是要有一定的根据。因此要对测量数 据进行必要的检验。
完整描述应包括：估计值（比值+误差）、测量单位、 不确定度等。
二、 测量方法
测量方法：实现被测量与标准量比较得出比值的方法。
测量方法分类
根据获得途径可分为直接测量、间接测量、组合测量； 根据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量、微差法测量； 根据被测量变化快慢可分为静态测量、动态测量； 根据测量的精度因素情况可分为等精度测量、非等精度测量；
3）准则检查法：
马利科夫判据：将残余误差前后各半分两组，若“Σ vi
前”与“Σ vi后”之差明显不为零，则可能含有线性系
统误差。
阿贝检验法则：检查残余误差是否偏离正态分布，若偏 离，则可能存在变化的系统误差。将测量值的残余误差 按测量顺序排列，设 A v 2 v 2 v 2 1 2 n
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，传感器的基本特性等。他们是检测
与转换技术的理论基础。
第一节 一、测量
测量的基本概念及方法
测量：以确定被测量值为目的的一系列操作。 将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测 量对标准量的倍数的一系列操作。
x n u
特点：可以获得比较高的测量精度, 但测量过程比较复杂, 费 时较长, 不适用于测量迅速变化的信号。
第三章-长度测量
图 3-2 量块
3.2.3 量块 （2）量块的尺寸
量块两测量面之间的距离为其
工作尺寸L，此工作尺寸定义为上测 量面中心点与与下测量面相研合的辅 助体（如平晶）平面间的垂直距离， 它是量块的中心长度。
量块的工作尺寸被标记在量块上，
又称为公称长度。
（3）量块的尺寸标注 量块上标出的尺寸为名义上的中心长 度，称为名义尺寸（或称为标称长度）。 尺寸＜6mm的量块，名义尺寸刻在上测
检测技术是实现互换性的保证。
3.1 检测技术的基本概念 （2）测量 测量是对产品进行定量检测。将被测量与作为计量单 位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的几倍或 者几分之几的过程，就称为测量。 x = q×E (基本测量方程式 )
式中： x—被测量值
E—测量单位 q—比值
测量包括以下四个方面的内容：
3.1 检测技术的基本概念
（3）检验
“检验”是一个比“测量”含义更广泛的概念。 对于零件几何量的检验，通常只是判断被测零件是否 在规定的验收极限范围内，确定其是否合格，而不一定要 确定其具体的量值。
检验是对产品进行定性检测。将被测量和专用量具进
行比对，从而判断被测量是否合格的过程，就称为检验。
3.2 长度基准与量值传递 3.2.1 计量单位和计量基准 （1）计量单位
量面上；
尺寸 ≥ 6mm 的量块，名义尺寸刻在一个 非测量面上，而且该表面的左右侧面分别 为上测量面和下测量面。
（4）量块的组合 国家量块标准中规定了17种成套的量块系列，从国家标准 GB/T 6093—2001《几何量技术规范（GPS） 长度标准 量块》
中摘录的几套量块的尺寸系列如下表所示。
（5）量块的精度等级
为了满足不同应用场合的需要，国家标准对量块规定了 若干精度等级，可按“级”划分和按“等”划分量块精度 ◆量块的分级 按国标的规定，量块按制造精度分为5级，即 0、1、2、
《自动检测技术及应用》期末复习资料
《⾃动检测技术及应⽤》期末复习资料第1章检测技术的基本概念1. 电⼯实验中，采⽤平衡电桥测量电阻的阻值，是属于零位式测量，⽽⽤⽔银温度计测量⽔温的微⼩变化，是属于偏位式测量。
2. 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0.5kg ，但该采购员对卖巧克⼒的商店意见最⼤，在这个例⼦中，产⽣此⼼理作⽤的主要因素是⽰值相对误差。
3. 在选购线性仪表时，必须在同⼀系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1.5倍左右为宜。
4. ⽤万⽤表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz 、10V 左右的⾼频电压，发现⽰值不到2V ，该误差属于粗⼤误差。
⽤该表直流电压档测量5号⼲电池电压，发现每次⽰值均为1.8V ，该误差属于系统误差。
5. 重要场合使⽤的元器件或仪表，购⼊后需进⾏⾼、低温循环⽼化试验，其⽬的是为了提早发现故障，提⾼可靠性。
6. 各举出两个⽇常⽣活中的⾮电量电测的例⼦来说明静态测量：⽤电⼦天平称出物体的重量；⽤⽔银温度计测量⽔温；动态测量：地震测量振动波形；⼼电图测量跳动波形；直接测量：⽤电⼦卡尺测量物体的⾼度；间接测量：曹聪称象；接触式测量：⽤体温计测体温；⾮接触式测量：雷达测速；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；离线测量：产品质量检验；7. 有⼀温度计，它的测量范围为0~200℃，准确度等级为0.5级，求：(1)该表可能出现的最⼤绝对误差。
(2)当⽰值分别为20℃、100℃时的⽰值相对误差。
解:(1)由表1-1所⽰，温度计的准确度等级对应最⼤满度相对误差，即由满度相对误差的定义，可得最⼤绝对误差为：m =(±0.5%)A m =±(0.5%×200)℃=±1℃(2)当⽰值分别为20℃和100℃时，⽰值相对误差为：%5%100201%10011±=?±=??=x m x A γ %1%1001001%10022±=?±==x m x A γ 8. 欲测240V 左右的电压，要求测量⽰值相对误差不⼤于0.6%，问：若选⽤量程为250V 电压表，其准确度应选模拟仪表中常⽤的哪⼀个等级？若选⽤量程为300V 和500V 的电压表，其准确度⼜应分别选哪⼀级？解：(240×0.6%)/250=0.576%，下近0.5级，应选择0.5级。
第1章检测技术基本知识
3.实际值：在排除系统误差前提下，对精密测量，当测 量次数无限多时，测量结果算术平均值接近于真值，可 将它视为被测量真值。但测量次数有限时，把精度更高 一级的标准器具所测得的值作为真值，其实并非“真 值”，故称为实际值。它是在满足规定准确度时用以代
联立求得：
Rx
U1 U3 2U 2
RN
5．补偿法
在测量系统内部采取补偿措施，消除测量过程 中由于某个条件变化或某个环节的非线性引起的 变值系统误差。（如热电偶的冷端补偿）
1.3.4 数据处理的基本方法
• 数据处理:从获得数据起到得出结论为止的
整个数据加工过程。
常用方法: 列表法、作图法和最小二乘法拟合。
四．按被测量是否随时间变化的原则
可分为静态测量和动态测量
1. 静态测量：被测信号在测量过程中恒定不变或相对 于仪表的动态特性变化缓慢，称~。
2. 动态测量：被测信号在测量过程中随时间变化的， 称~。如噪声测量、弹道轨迹测量等
课题1 检测技术的基本知识
1.1 检测的基本概念 1.2 检测方法及分类 1.3 测量误差与数据处理 1.4 检测技术的发展趋势
⑶粗大误差：
在测量条件一定的情况下，测量值明显偏离 实际值所形成的误差称为粗大误差，也称为疏 失误差、差错或粗差。
产生粗大误差的主要原因是读数错误、测量 方法错误、测量仪器有缺陷以及测量条件的突 然变化等。凡是含有粗大误差的测量数据称为 坏值，应剔除不用。
举例
1.3.3 测量精度
测量精度是从另一角度评价测量误差大小的量，它与 误差大小相对应，即误差大，精度低；误差小，精度高。 测量精度可细分为：准确度、精密度、精确度。 1．准确度
检测技术的基本概念讲解
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
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。
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
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：
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。
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：
检测技术的基本概念
检测技术的基本概念第一节测量的一般概念及方法对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。
（须举例说明）：1. 静态测量和动态测量2. 直接测量和间接测量3. 模拟式测量和数字式测量4. 接触式测量和非接触式测量5. 在线测量和离线测量第二节测量误差及分类测量值与真值之间的差值称为测量误差（Measuring error）。
测量误差可其不同特征进行分类。
一、绝对误差和相对误差重要公式：1. 绝对误差（Absolute Error ）△=A x —A 02. 相对误差（Relative Error ）（掌握基本概念！）（1）示值（标称）相对误差x（2）满度（引用）相对误差m我国模拟仪表有下列七种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
讨论：上表说明什么？在正常工作条件下，可以认为仪表的最大绝对误差是不变的，而示值相对误差x随示值的减小而增大。
与同学一起做：例1-1 :分析讨论仪表精度等级与量程范围及示值相对误差之间的关系。
二、粗大误差、系统误差和随机误差（掌握基本概念）1. 粗大误差（举例）2. 系统误差（举例）3. 随机误差（举例）分析正态分布的规律：（举例）（1）有界性（2）对称性（3）集中性三、静态误差和动态误差1 .静态误差（Static Error ）（举例）2.动态误差（Dynamic Error ）（举例）第三节传感器及基本特性讨论传感器的组成及框图：传感器由敏感元件，传感元件及测量转换电路三部分组成。
分析：图1-3 :传感器的组成框图结合电位器式压力传感器的工作原理，可将图1-4方框中的内容具体化。
图1-5 :电位器式压力传感器原理框图（演示该传感器）二、传感器分类1）按被测量分类2）按测量原理分类三、传感器基本特性1. 灵敏度（是否越大越好？）分析：图1-6，用作图法求取传感器的灵敏度（先看多媒体动画）2. 分辨力（举例）3. 线性度（数值大好还是小好？）图1-7 :传感器线性度作图（先看多媒体动画）4. 稳定性（Regulation ）（举例说明重要性）5. 电磁兼容性（EMC （举例说明重要性）6. 可靠性（Reliability ）（1）故障平均间隔时间（MTBF⑵平均修复时间（MTTR（3）故障率或失效率（■）图1-8 :故障率变化曲线。
27984自动检测技术课堂笔记(全)
绪论1、什么是检测：指利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量的过程。
2、什么是自动检测与转换技术：指能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为。
一、检测技术在国民经济中的地位和作用答：1.在机械制造行业中2.在电力等行业中3.在交通领域中4.在国防科研中5.在导弹、卫星研制中6.在日常生活中二、工业检测技术的内容1.热工量，2.机械量，3.几何量，4.物体的性质和成分量，5.状态量，6.电工量三、自动检测系统的组成1.自动检测系统的组成：1.传感器，2.信号调理，3.数据处理装置，4.显示器，5.执行机构2.传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（确切定义如1-3）四、检测技术的发展趋势1.不断提高检测系统的测量准确度，量程范围，延长使用寿命，提高可靠性。
2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。
3.发展集成化、功能化的传感器4.采用计算机技术，使检测技术智能化。
5.发展网络化传感器及检测系统。
五、学习方法1.本书配套或第一章检测技术的基本概念测量得到的定量的结果&1-1测量的基本概念及方法1.测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程2.测量方法的分类：1.静态和动态测量根据被测量是否随时间变化2.直接和间接测量间接测量比较复杂（用函数关系计算求得）3.模拟式和数字式测量4.接触式和非接触式测量5.在线和离线测量生产过程边生产边测量称在线测量。
&&1-2 测量误差及分类1.真值：指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
2.真值分类：1.理论真值：三角形内角和为180度2.约定真值：银的凝固点为961.78度3.相对真值：凡准确度高两级的仪表的误差与准确度低的仪表的误差比在1/3以下时，则高两级仪表的测量值可以认为是相对真值3.测量误差：指测量值与真值之间的差值4.测量误差的分类：1.绝对误差和相对误差2.粗大误差、系统误差和随机误差3.静态误差和动态误差一、绝对误差和相对误差1.绝对误差Δ：测量值Ax与真值A0之间的差值：Δ= Ax- A02.相对误差1.示值（标称）相对误差γx : 指用绝对误差Δ与被测量值Ax的百分数比来表示γx = Δ/ Ax *100%2. 满度（引用）相对误差γm :测量下限为0的仪表的γm= =Δ/A m *100%（A m仪表满度值）（A m =Amax-Amin)3. 满度（引用）相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S：S= Δm/A m *100 ( Δm指最大误差值）准确度等级也称为精度等级例1-1（P11)某压力表准确度为2.5级，量程0-1.5MPa,测量结果显示为0.7MPa，试求：1.可能出现的最大满度相对误差γm，2.可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕，3.可能出现的最大示值相对误差γx解：1.可能出现的最大满度相对误差即为准确度等级：γm=2.5%2.Δm=γm*A m=2.5%*1.5=0.0375MPA=37.5KPA3.γx=Δm/Ax*100%=0.0375/0.7*100%=5.36%例1-2（P12）现有0.5级的0-300度的和1.0级的0-100度的两个温度计，要测量80度的温度，试问哪一个好？解：本题是要确定两个温度计的γx，选小的。
检测技术概述
kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）
二、检测技术旳作用与意义
1、产品检验和质量控制旳主要手段
被动检测
主动检测（在线检测）
质量控制领域
2、在大型设备安全经济运营监测中得到广泛应用
故障监测系统 动态监测
确保设备和人员安全 提升经济效益
3、自动化系统中不可缺乏旳构成部分
管理 生产过程： “物流”控制 “信息流”
检测技术概述
一、检测旳基本概念
1、检测与测量： 检测是意义更为广泛旳测量
测量：以拟定被测对象旳属性和量值为目旳旳全部操作 检测技术： 测量 信号检出（极为主要） 检测过程：信息提取、信号转换存储与传播、显示统计、分析处理
检测技术：检测措施、检测构造、检测信号处理 --- 综合性技术
2、检测旳分类
*按被测量值旳物理属性分类：电量、非电量 *按检测原理分类（物理旳、化学旳、生物学旳）：
USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行 （硬件系统）
总线：传送数字信号旳公共通道 ---- 信号线旳集合 RS-232C、VXI、Centronics（并行）
（规范、构造形式）
四、检测措施
选择：被测量旳性质、特点和测量任务要求 分类：
（1）按测量手续：直接测量、间接测量 （2）按测量值旳取得方式：偏移法测量、零位法测量、
米 ----光在真空中1s时间内传播距离旳1/299792485
实物单位----公斤原则原器
SI 组合单位： 由基本单位导出
能量（J）=力 距离 =质量 加速度 距离
J = kg（m/s2）m = m2·kg/s2
能量 --- 焦（耳）：长度、质量、时间 （科学家） 大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）；
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静态测量
2020/5/1
1
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
2020/5/1
2
动态测量
地震测量 振动波形
2020/5/1
3
便携式仪表
可以显示波形 的便携式仪表
2020/5/1
4
直接测量
电子卡尺
2020/5/1
5
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）。
由心电图仪放大器 带宽不够引起的动 态误差
2020/5/1
23
本章第1、2节 作业
P13-14： 第3、4题
2020/5/1
24
休息一下
2020/5/1
25
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。
2020/5/1
21
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
2020/5/1
22
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。
2020/5/1
17
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。
2020/5/1
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产生粗大误差的一个例子
2020/5/1
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2.系统误差：
系统误差也称装置误差，它 反映了测量值偏离真值的程度。 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
消除。
在选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常 希望示值落在仪表满度值的2/3以上。
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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？
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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？
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接触式测量
2020/5/1
7
非接触式测量
例：雷达测速
车载电子警察
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离线测量
产品质量检验
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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。
2020/5/1
10
第二节 测量误差及分类
绝对误差：
Δ=Ax－Ａ0
(1-1)
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：
x
Ax
100%
m
Am
100%
S m 100 Am
1-2
1-3
1-4
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为2.5 级，用它来测量电压时可能产生的满度 相对误差为2.5% 。
2020/5/1
13
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？
2020/5/1
14
例1.1
某压力表精度为2.5级，量程为0~1.5Mpa，测量结 果显示为0.7Mpa，试求：1）可能出现的最大满度 相对误差；2）可能出现的最大绝对误差；3)可能 出现的最大示值相对误差。
例1.2
现有0.5级的0~300ºC的和1.0级0~100ºC的两个温 度计，要测量80ºC的温度，问用哪个温度计好。
夏天摆钟变慢的原 因是什件下，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， 也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。 随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶 然的因素引起的综合结果。