自动检测技术的基本知识
自动检测技术第一章 知识点
第一章 检测技术的基本概念 考核知识点和考核要求：1、领会：测量的基本概念及测量方法，测量结果的数据统计及处理2、掌握：测量误差及分类，传感器及其基本特性3、熟练掌握：绝对误差和相对误差的计算，仪表的精度等级 第一节 测量的基本概念与方法 1）根据测量是否随时间变化：静态测量。
例如：激光干涉仪对建筑物的缓慢沉降做长期监测是静态测量 动态测量。
例如：光导纤维陀螺仪测量火箭飞行速度、方向是动态测量 2）根据测量的手段不同：直接测量：直接读取被测量的测量结果。
例如：磁电式仪表测量电流电压、离子敏MOS 场效应管晶体测量PH 值和甜度间接测量：对与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，再代入函数关系式计算测量量。
例如：测量物体密度3）根据测量结果的显示方式：模拟式测量和数字式测量（其中：数字式测量比模拟式测量精度要高） 4）根据是否是在生产过程中或流水线上测量：在线测量。
例如：自动化机床边加工边测量，在实际中大多采用在线测量方式 离线测量5）根据测量的具体手段：偏位式测量：被测量作用于仪表内部的比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式（直接用偏移量的大小表示测量量）。
例如：弹簧秤测量物体质量，高斯计测量磁场强度。
特点：简单迅速但精度低。
易产生灵敏度漂移和零点漂移零位式测量：被测量与仪表内部的标准量比较，当系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值（标准量的值为测量量的值）。
例如：天平测量物体质量，平衡式电桥测量电阻值。
特点：精度高但平衡复杂。
微差式测量：预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡，当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡，偏位式仪表指示出变化部分的数值（先平衡再有微量变化时）。
例如：天平测量化学药品，钢板厚度测量。
特点：上述两者的综合 第二节 测量误差及分类1.真值：是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。
分类：1）理论真值（例：三角形的内角之和为180°）2）约定真值（例：标准条件下，水的三相点为273.16K ，金的凝固点为1064.18℃）3）相对真值（例：凡精度高一级或几级的仪表的误差是精度低的仪表误差的1/3以下时，则精度高的仪表的测量值可认为是相对真值）2.测量误差：测量值与真值之间的差值 根据其特征不同：1）绝对误差：是指测量值A x 与真实值A 0之间的差值，即Δ＝A x －Ａ0 2）相对误差：反应测量值偏离真值程度的大小实际相对误差A γ:绝对误差Δ与被测量的真值Ａ0的百分比， %1000⨯∆=A Aγ示值（标称）相对误差x γ：绝对误差∆与被测量A x 的百分比，%100⨯∆=xxA γ满度（引用）相对误差m γ：绝对误差∆与仪器满度值A m 的百分比，%100m⨯∆=A mγ3. 准确度等级S ：当∆ 取仪表的最大绝对误差值∆m 时，满度相对误差常被用来确定仪表的准确度等级，100mm⨯=A ΔS 注意：仪表的准确度在工程中也常称为“精度”，准确度等级习惯上称为精度等级。
自动检测技术概述第1章自动检测技术的基本概念和数据处理
图1-1 糖化过程温度控制系统方框图
1.1.2 自动检测系统的基本组成
1 传感器（信号的获得）
直接感受规定的被测量并按照一定规律转换成可 用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和传 感元件组成。
敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分， 传感元件是指能将敏感元件的输出转换为电信号 的部分。
图1-3 传感器图用图形符号图 图1-4 电容式压力传感器的图用图形符号
1.2 测量方法
按测量手续分类：直接测量、间接测量、联立测 量；
按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量、微 差式测量；
按敏感元件是否与被测介质接触分类：接触式测 量、非接触式测量；
按被测量变化快慢分类：静态测量、动态测量；
自动检测技术概述 第1章 自动检测技术的 基 测量方法 1.3 传感器的一般特性 1.4 测量误差与数据处理
1.1 自动检测技术概述
1.1.1 自动检测技术在自动化专业中的地位
与作用
测量：以确定量值为目的的一组操作。
检验：分辨出被测参数的量值是否归属某一范 围带，从而判别被测参数是否合格、现象是否 存在等。
间接测量：首先对与被测物理量有确定函数关系 的几个量进行测量，将测量值代入函数关系式， 经过计算得到测量所需的结果。
优势：间接测量可以实现难以直接测量的被测量 的测量。
缺点：相对于直接测量，间接测量过程手续较多， 所需时间较长，有时可以得到较高的测量精度。 间接测量多用于实验室测量，工程测量中亦有应 用。
优点：反应快、精度高。
1.2.3 接触式测量、非接触式测量
接触检测：指在测量过程中敏感元件与被测介质 产生实际物理上的接触。
非接触检测：指利用物理、化学及声、光学的原 理，使被测对象与敏感元件之间不发生物理上的 直接接触而对被测量进行检测的方法。
自动检测技术及应用
自动检测技术及应用自动检测技术是一种基于先进的电子、计算机和通信技术的创新领域。
随着科技的进步和人们对效率和准确性的要求不断提高，自动检测技术在多个领域得到了广泛应用。
本文将介绍自动检测技术的背景和重要性，并概述接下来章节的结构。
自动检测技术基于一系列的基本原理和工作方式，其中包括传感器、数据处理和决策系统。
传感器传感器是自动检测技术的核心组成部分。
它们可以采集和测量环境中的各种物理量和信号，如温度、压力、湿度、光强度等。
传感器将这些信号转换为电信号，并传输给数据处理系统进行进一步分析。
数据处理数据处理是自动检测技术中不可或缺的步骤。
将传感器收集到的原始数据进行处理，包括滤波、去噪、校准和标定等。
数据处理的目的是提取有用的信息，并对数据进行合理的解释和分析。
决策系统决策系统是自动检测技术中的最终环节。
它根据传感器采集到的数据和经过处理后的信息，进行决策和判断。
决策系统可以根据设定的规则或算法，自动触发相应的动作或反馈。
以上是自动检测技术的基本原理和工作方式，传感器、数据处理和决策系统共同构成了自动检测技术的核心部分。
通过这些技术，我们可以实现对环境、物体或过程中的各种参数和状态进行实时监测和检测，为科学研究和工程应用提供了可靠的手段。
自动检测技术在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：工业生产自动检测技术在工业生产中扮演着重要角色。
它可以用于质量控制、产品检测和故障诊断。
通过自动检测技术，可以实现对产品质量的实时监测，提高生产效率和产品质量。
例如，在汽车制造业中，自动检测技术可用于检测零部件的尺寸、外观和功能，确保产品符合标准要求。
医疗诊断自动检测技术在医疗诊断中有广泛的应用。
它可以用于实验室检测、影像诊断和生理监测等方面。
通过自动检测技术，医生可以获得更准确、快速的诊断结果，并及时采取相应的治疗措施。
例如，在临床化验中，自动检测技术可以对患者的血液、尿液和体液样本进行快速而准确的分析，帮助医生做出正确的诊断。
检测技术基础知识
第1章 检测技术基础知识
2. 按测量方式分类
1）
在测量过程中，用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的 测量方法，称为偏差式测量法。应用这种方法进行测量时标准 量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准。 在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值， 决 定被测量的数值。它以直接方式实现被测量与标准量的比较， 测量过程比较简单、迅速，但是测量结果的精度较低。这种测 量方法广泛用于工程测量中。
第1章 检测技术基础知识 3）
在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立 方程组才能得到最后结果，则称这样的测量为联立测量(也称 为组合测量)。在进行联立测量时，一般需要改变测试条件， 才能获得一组联立方程所需要的数据。
联立测量的操作手续很复杂，花费时间很长，是一种特殊 的精密测量方法。它多适用于科学实验或特殊场合。
第1章 检测技术基础知识 1.2.2
1.
1）
在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算， 就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。例如，用磁 电式电流表测量电路的支路电流，用弹簧管式压力表测量锅炉 压力等就为直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速， 缺点是测量精度通常较低。这种测量方法是工程上大量采用的 方法。
第1章 检测技术基础知识 3. 网络化检测系统
总线和虚拟仪器的应用，使得组建集中和分布式测控系统 比较方便，可满足局部或分系统的测控要求，但仍然满足不了 远程和范围较大的检测与监控的需要。近十年来，随着网络技 术的高速发展，网络化检测技术与具有网络通信功能的现代网 络检测系统应运而生。例如，基于现场总线技术的网络化检测 系统，由于其组态灵活、综合功能强、运行可靠性高，已逐步 取代相对封闭的集中和分散相结合的集散检测系统。又如，面 向Internet的网络化检测系统，利用Internet丰富的硬件和软 件资源，实现远程数据采集与控制、高档智能仪器的远程实时 调用及远程监测系统的故障诊断等功能；
自动检测技术ppt课件
特点： 综合性（机、光、电一体）,先进性（学科发展）, 广泛性,传成性 软硬件结合
应用： 1、产品检测和质量控制 2、安全经济运行监测 3 、自动化技术四个支柱之一 4、推动科技发展
检测技术在国民经济中的地位和作用
一目了然
数字式仪表
数字式仪表 的特点： 准确，但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
LED、LCD的特点：
LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高， 但不利于夜间观察。
带背光板的LCD可以在夜间观看
特点——
能显示复杂的 图形和曲线，
但价格昂贵。
图像显示
图像显示（续）
带RS-232接口的万用表及图像显示
工业检测涉及的内容（续）
物体的性质和成分量： 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、
液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 状态量：
工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态 （超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）
电工量（U、I、f、R、Z、E、B ……在电工、电子等课程
一种典型的自动检测系统
（检测系统在发电厂的应用） .
传感器简介：
①传感器是测量装置，能完成检测任务；
②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、
生物量等；
V、I、F、P
③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，
可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；
④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
检测技术在卫星中的应用 红外扫 描区域
人造卫星
检测技术在海啸预报中的应用
自动检测技术
第十一章自动检测技术检测是利用各种物理效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活中的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测技术。
目前，非电量的检测多采用电测量法，即首先将各种非电量转变为电量，然后经过一系列的处理，将非电量参数显示出来。
一个完整的自动检测系统，主要包括传感器、信号处理电路、执行机构、数据处理装置及显示器等组成部分。
传感器首先将被测的非电量变换成电量，经信号处理电路处理后变成具有一定功率的电压、电流等电量，以推动后级的显示电路、数据处理电路及执行机构。
现在的检测系统越来越多地使用计算机来控制执行机构的工作。
检测技术、计算机技术与执行机构等配合就能构成工业生产中的控制系统。
传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。
传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。
传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成，如图11－1所示。
图11－1 传感器组成框图图中敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过传感器的敏感元件转换成与之有确定关系、更易于转换的非电量。
这一非电量通过传感元件后就被转换成电参量。
测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
应该指出，不是所有的传感器都有敏感、传感元件之分，有些传感器已将二者合二为一。
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、流量、流速等传感器。
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。
3．按输入、输出特性的线性与否分类可分为线性传感器和非线性传感器两大类。
第一温度传感器节温度是表征物体冷热程度的物理量，是工、农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。
自动检测技术及应用第一章
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
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2
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
Lmax L 100% ymax ymin
作图法求端基线性度演示
首先作一根理论直线——将仪表输出起始 点与满量程点连接起来的直线。
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可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规
定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一 种综合性的质量指标。 磨合期又称 早期失效期 稳定期又称 偶然失效期 失效期又称 衰老失效期
测量转换电路的作用是将传感元件输出 的电参量转换成易于处理的电压、电流或频 率量。 在左图中，当电 位器的两端加上电源 后，电位器就组成分 压比电路，它的输出 量是与压力成一定关 系的电压Uo 。
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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：
测量不确定度的分类
为了正确地评定测量结果的不确定度，应 全面分析影响测量结果的各种因素，仔细列出 测量结果的所有不确定度来源。 不确定度评定得太大，会造成资源浪费， 评定得太小，将影响工程质量。在完成不确定 度的分析和评定后，应给出不确定度报告 。
测量不确定度的来源
①对被测量的定义不完善；②被测量定义复 现的不理想；③被测量的样本不能代表定义的 被测量；④环境条件对测量过程的影响考虑不 周，或环境条件的测量不完善；⑤模拟仪表读 数时人为的偏差；⑥仪器分辩力或鉴别阈不 够；⑦赋予测量标准或标准物质的值不准；⑧ 从外部来源获得并用以数据计算的常数及其他 参数不准；⑨测量方法和测量过程中引入的近 似值及假设；⑩在相同条件下被测量重复观测 值的变化等 。
自动检测专题知识
霍尔元件
磁铁
只要黑色金属（导磁体）旋转体旳表面存在缺口 或突起，就可产生磁场强度旳脉动，从而引起霍尔电 势旳变化，产生转速脉冲。
汽车点火线圈
高压输出 电缆接头
12V低压电 源输入接头
采用霍尔式无触 点电子点火装置能很 好地克服汽车合金触 点点火时间不精确、 触点易烧坏、高速时
动力不足等缺陷。
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
板显示出磁感应强度。单位为高斯(Gs)或特斯拉(T)。
１T（特斯拉)
＝1 000mT（毫特斯拉）
霍尔元件
＝10 000Ｇs（高斯）
测量范围：+/-19999. 9Gs
信噪比：0.01Gs
辨别力：0.01Gs
被测物 (剩磁)
在被测转速旳转轴上安装一种齿盘，也可选用机械 系统中旳一种齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统接近 齿盘。齿盘旳转动使磁路旳磁阻随气隙旳变化而周期性 地变化，霍尔器件输出旳微小脉冲信号经隔直、放大、 整形后能够拟定被测物旳转速。
尔电动势EH可用下式表达：
EH
IB
ne
式中旳n、e、δ在薄片旳尺寸、材料拟定后均 为 常 数 ， 可 令 KH=1/(neδ) ， 则 上 式 可 简 化 为 ： EH=KH IB
式中： KH——霍尔元件旳敏捷度。 因为金属材料中旳电子浓度n很大，所以敏捷 度KH非常小。而半导体材料中旳电子浓度较小，所 以敏捷度比较高。所以作用在半导体薄片上旳磁场
流入鼓励电流端（a、b）旳电流Iab越大，电子和 空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。
作用在薄片上旳磁感应强度B越强，电子受到旳
洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。
薄片旳厚度、半导体材料中旳电子浓度等原因对
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1.1 测量的基本概念及方法
零位法是指被测量与已知标准量进行比较，使这两种量对仪 器的作用抵消为零(指机构达到平衡)，从而可以肯定被测量 就等于已知标准量。如天平测量质量就是零位法的典型例子。 天平的祛码就是已知标准量。零位法的测量误差显然主要来 自标准量的误差和比较仪器的误差。此法的误差很小，因此 零位法的测量精度较高，但平衡复杂。多用于静态信号或缓 慢信号的测量。
测量误差可用绝对误差表示，也可用相对和引用误差表示。
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1.2 测量误差及其分类
1.2.1误差的表达方式
(1)绝对误差某量值的测量值Ax与真值A0，之间(2)相对误差绝对误差△与被测量的真值A0，之比称为相对
误差γ，用百分比形式表示。即
在测量中，即使测得的差值△L精度不高，但因其值较小， 其误差对总的误差影响较小。另外微差法不必进行反复的平 衡操作。因而微差法是综合了偏差法速度快和零位法测量精 度高的优点而提出的测量方法，在工程测量中广泛使用。
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1.2 测量误差及其分类
测量的目的是对被测量求取真值。所谓真值是指某被测量在 一定条件下其本身客观存在的真实的实际值。但由于实验方 法和实验设备的不完善、周围环境的影响及人们认识能力所 限等，测量和实验所得的数据和被测量的真值间不可避免地 存在着差异，在数值上即表现为误差。这种测量值与真值之 间的差值称为测量误差。
可见，比值A的大小取决于标准量X0 ，的单位大小。因此在 表示测量结果时必须包含两个要素:一个是比值大小及符号 (正或负);另一个是说明比值A所采用的单位，不注明单位， 测量结果失去实际意义。
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1.1 测量的基本概念及方法
1.1.2 测量方法
测量的方法多种多样，就测量方法而言，测量分为直接测量 和间接测量。如用电压表、电流表等测量属于直接测量。它 们的共同点是用一块分度(标定)好的仪表盘对被测量进行直 接测量，从表盘上直接读出被测数值;若直接测量不方便，或 直接测量的仪表不够精确，就利用被测量与某中间量间的函 数关系，先测出中间量，然后通过相应的函数关系计算出被 测量的数值，此法称之为间接测量。如伏安法测量电阻的阻 值。
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1.1 测量的基本概念及方法
偏差法是指测量仪表用指针相对于表盘上分度线的位移来直 接表示被测量大小。如用弹簧秤测物体的质量是直接从指针 偏移的大小来表示被测量。在这种测量方法中，必须事先用 标准量具对仪表分度进行校正。该方法由于表盘上分度的精 确度不易做的很高，测量精度一般不高。但测量过程简单、 迅速、比较通用。
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1.2 测量误差及其分类
1.2.2测量误差的分类
误差产生的原因和类型很多，其表现形式也多种多样，根据 造成误差的不同原因，有不同的分类方法。
因测量值与真值相近，故也可近似用绝对误差与测量值之比 作为相对误差，此误差也称示值相对误差。即
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1.2 测量误差及其分类
由于绝对误差可能为正值或负值，因此相对误差也可能为正 值或负值。
(3)引用误差相对误差可用来比较两种测量结果的准确程度， 但不能用来衡量不同测量仪器或仪表的质量。因为同一测量 设备在整个测量范围内的相对测量误差不是定值，随着被测 量的减小，相对误差也增大。当被测量接近于量程的起始零 点时，相对误差趋于无限大。为了合理地评价仪表的测量质 量引人了引用误差。所谓引用误差γm是指被测量的绝对误 差△与测量仪表的上限(满度或称量程)值Am的百分比之值， 即
测量是获取被测对象量值的唯一手段。它是将被测量与同性 质的标准量通过专用的技术和设备进行比较，获得被测量对 比标准量的倍数。“标准量”是由国际上或国家计量部门所 指定的，其特性是足够稳定的。
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1.1 测量的基本概念及方法
测量结果一般表示为:
式中，X——被测量;
X0——标准量;
A——比值。
第一章 自动检测技术的基本知识
1.1 测量的基本概念及方法 1.2 测量误差及其分类 1.3 测量结果的数据分析及其处理 1.4 传感器及其基本特性 1.5 传感器中的弹性敏感元件
1.1 测量的基本概念及方法
1.1.1测量的基本概念
测量是借助专用的技术和设备，通过实验和计算等方法取得 被测对象的某个量的大小和符号;或者取得一个变量与另一个 变量之间的关系，如变化曲线等，从而掌握被测对象的特性、 规律或控制某一过程等。
根据测量结果的显示方式，测量分为模拟量测量和数字量测 量。如用示波器测量交流电压属模拟量测量。
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1.1 测量的基本概念及方法
按被测量是否随时间变化，测量分为静态测量和动态测量。 如在磨削加工中使用无杠杆传动的电触式传感器进行圆工件 检测就是动态测量。
根据测量时是否与被测量对象接触，测量分为接触式测量和 非接触式测量。
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1.2 测量误差及其分类
对于相同的被测量，绝对误差可以评定其测量精度的高低， 但对于不同的被测量及不同的物理量，绝对误差就难以评定 其测量精度的高低，而采用相对误差来评定较为确切。
例如，对L1=100 mm的尺寸两次测量，其测量误差分别为 △1=10mm, △2=8 mm,显然后者测量精度高，但若对 L2=80 mm的尺寸测量，测量误差为△3=7 mm，此时用 绝对误差就难以评定与前两次精度的高低，必须用相对误差 来评定。
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1.1 测量的基本概念及方法
微差法是零位法和偏差法的组合。先将被测量与一个已知标 准量进行比较，使该标准量尽量接近被测量，这相当于不彻 底的零位法。而不足部分即被测量与该标准量之差，再用偏 差法测量。例如图1-1的长度测量中标准长度LB;与被测量Lx 进行比较后的差值△L用偏差法测出，则所得被测物体长度 Lx = LB + △L 。