自动检测技术基本概念
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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第1章第8页
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
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。
自动检测技术及应用
模拟显示：直观
数字显示：准确，但最后一位经常
跳动不止。
生物机电
图像显示：能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。
生物机电
记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程
生物机电
数据处理装置： 主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。
生物机电
执行机构：
通常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电 磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起 通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。
将量程切换到 2V时，最小显 示值为1μV
生物机电
提高可靠性
承受剧烈振动
生物机电
发展微型化、集成化、智能化、虚拟化的传感器 智能化
面部识别技术
单片机芯片
生物机电
集成化
可拍照的手机
生物机电
应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 火星车
生物机电
应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 月球车
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。
3.前沿部署(如雷达）
4.管理与控制系统
5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现
敌人导弹的发射并追踪
导弹的飞行轨道；
拦截器：能识别真假 弹头，敌友方
生物机电
检测技术的作用
检测技术在航天领域应用：举足轻重 火箭测控 --- 检测火箭状况、姿态、轨迹 飞行器测控 --- 检测飞行器姿态、发电机工 况，控制与操纵
检测技术的作用
智能电子警察监测系统
生物机电
检测技术的作用
号
生物机电
检测技术的作用
自动收费系统
生物机电
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。
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
第1章 检测技术的基本概念
测试：带有试验性质的检测。
x Ax0
二、 测量的基本概念
1 、测量的定义 • 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测量值为目 的的一系列操作。
• 测量：将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而确定 被测量相对于标准量的倍数的过程。
•
由基本方程式可知：
x Ax0
（1-1）
式（1-1）称为测量的基本方程式。式中，x为被测量；A 为测量值；x0为测量单位。 • 一个完整的测量结果应包含测量值和所选测量单位两部分 内容。 • 测量过程三要素：测量方法、测量单位和测量仪器与设备。
3）相对真值 相对真值又称为实际值，是指将测量仪表按精度不同分 为若干等级，高等级的测量仪表的测量值即为相对真值 。
Δ
2、误差的分类 按表示方法分 （1）绝对误差 （2）相对误差 (1）绝对误差 绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之 间的差值，即 Δ Ax A0 （1-2）
式中，Δ 为绝对误差；Ax为测量值；A0为被测量的 真值，可为约定真值或相对真值。
• 采用绝对误差表示测量误差, 不能很好说明测量质量 的好坏。 • 例如, 在温度测量时, 绝对误差Δ =1 ℃, 对体温测 量来说是不允许的, 而对测量钢水温度来说却是一个 极好的测量结果。 • 在实际应用中更多地是用相对误差来代替绝对误差表 示测量结果，这样可以更客观地反映测量的准确性。
（2）相对误差
产生粗大误差的一个例子
•
系统误差决定了测量的准确度，表明了测量 值偏离实际值的程度。系统误差越小，测量值的 准确度越高。所以仪表的准确度即精度常常用来 表示系统误差的大小。 随机误差决定了测量的精密度。随机误差 越小，测量值的精密度越高。
•
• 如果一个测量值的精密度和准确度都很高， 就称此测量的精确度很高。
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误差概念、分类、分析与处理方法
1.3 测量不确定度的评定(不讲)
1.1 过程检测的基本概念
1.1.1 检测
测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测：是意义更为广泛的测量，检测=测量+信号检出（极为重要） 检测过程：信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理 检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理 —— 综合性技术
解： 0.03/10×100%=0.3%
精度等级中没有0.3级仪表 ，所以仪表的准确度等级为0.5级。
1.1.4.3 线性度
定义：仪表实测输入输出特性曲线与理想线性输入输出特性曲线 的偏离程度
理想检测系统 --- 输出与输入为比例关系：y(t)=kx(t) 实际检测系统 --- 输出与输入不是理性的线性关系
1.1.5 检测仪表的分类
1.1.5.1 按被测参数性质分类： ① 电气参数：电能、电流、电压、频率等； ② 机械参数：重量、距离、振动、缺陷检查、故障诊断等; ③ 过程参数：主要指热工参数，包括 温度、压力、流量、物位、成 份分析等。
1.1.5.2 按使用性质分类 ① 实用型：用于实际测量，包括工业用表与实验用表； ② 范 型：用于复现和保持计量单位，或用于对实用仪表进行校准 和刻度； ③ 标准型：具有更高准确度的范型仪表，用以保持和传递国家计量 标准，并用于对范型仪表的定期检定。
i
f m a x 仪表量程
100%
式中，δf为线性度（又称非线性误 差）；Δfmax为校准曲线对于理论直线的 最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
1.1.4.4 变差
变差也叫回差，是指在外界条件不变的情况下，同一台仪表对 某一参数在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间的 示值之差。变差反映仪表的上升曲线和下降曲线的不重合程度。
产生原因：弹性元件的弹性滞后、 传动机构中的间隙、运动部件的 摩擦、磁性材料的磁滞等。
最大相对变差 x上行 x下行 max 100% A
1.1.4.5 重复性
重复性指在测量装置在同一工作环境，被测对象参量不变的 条件下，输入量按同一方向做多次（三次以上）全量程变化时， 输入输出特性曲线的一致程度。
过温压流物
过自自
程度力量位 显程动动
检检检检检 示控控控
测测测测测 仪制制制
基仪仪仪仪 表概仪系
础表表表表
念表统
自动检测及控制的实际应用
1.人与机器的机能对应关系：
2.检测及控制技术在各领域的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用
丙烯冷却器的控制
换热器的控制
精馏塔的控制
反应器的控制
夜视瞄准机系统（非冷却红外传感器技术）；激光测距仪（可精确的定位目标）
自动检测及控制
李忠虎
2008.08
教材
刘元扬.自动检测和过程控制(第3版).冶金工业出版社
主要参考书：
厉玉鸣.化工仪表及自动化（第四版）.化学工业出版社 潘永湘.过程控制与自动化仪表.机械工业出版社
课程内容：
本课程主要介绍工业过程参数（温度、压力、流量、 物位、成分等）的自动检测与自动控制。
具体内容如下：
1.1.5.3 其他分类方式 按仪表功能：指示仪、记录仪、积算仪等 按仪表系统的组成方式：基地式和单元组合式。 按仪表结构：开环式与 闭环式（反馈式）
1.1.6 检测技术的发展趋势
1.1.2 检测的基本方法
1.1.2.1 接触测量与非接触测量
接触测量：检测元件与被测对象（或介质）直接接触，感受被 测量的作用或变化，从而获得测量信号。
非接触测量：不直接接触被测对象（或介质），而是间接感受 被测量的作用或变化达到检测目的。
1.1.2.2 直接测量、间接测量与组合测量
直接测量：直接将被测量与标准量进行比较
火箭测控（检测火箭状况、姿态、轨迹 ） 飞行器测控 （检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵） 阿波罗10（火箭部分2077个传感器；飞船部分1218个传感器） 神州飞船（ 185台（套）仪器装置）
第一章 过程检测技术基础
本章主要内容：
1.1 过程检测的基本概念
检测的概念和基本方法 检测仪表的组成、主要性能指标和分类 检测技术及仪表的发展。
⑵ 准确度等级
准确度等级也叫精度等级。仪表的精度等级按国家规定的允许 误差的大小划分为若干等级 。 我国自动化仪表准确度等级： 0.005、0.02、0.05、0.1、0.2（标准仪表） 0.5、1.0、1.5、2.5、4.0（工业仪表）
实例：某压力表的量程为10MPa，测量值的允许误差为0.03MPa， 求仪表的准确度等级。
变换器（transmitter）：对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理 或经A/D变换后用软件进行信号分析。
显示仪表：将测量结果显示出来，提供给观察者。有模拟显示、数字显 示和屏幕显示之分。
1.1.4 检测仪表的主要性能指标
1.1.4.1 测量范围与量程
测量范围:指在正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的 总范围，测量范围用下限值至上限值来表示a～b；
零位法：利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡， 根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值
微差法：偏差法和零位法的结合
1.1.3 检测仪表的组成
检测仪表由传感器、变换器和显示仪表三部分组成。
传
被
输
测
通
量
道
传 输 通 道
传感器
变换器
显示仪表
传感器（transducer）：将被测物理量(如温度) 检出并转换为电量。
测量量程:测量范围上限a与下限b的代数差。
1.1.4.2 准确度
⑴ 定义：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值相一致的程度，是测 量的一个基本特征。
准确度
仪表的允许误差 仪表的量程
100 %
max 100 % ab
式中，△max——仪表所允许的误差界限，即允许误差；
a和b——分别为仪表测量范围的上限值与下限值。
间接测量：通过测量与被测量有一定函数关系的参量，进而由计算 获得被测量
如测导线的导电率ρ的测量：
4l
d 2R
组合测量：为了同时确定多个未知量，将各个未知量组合成不同的 函数形式，用直接测量或间接测量方法获得一组数据， 通过解方程组来求得被测量的方法。
1.1.2.3 偏差法、零位法和微差法
偏差法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示 测量的数值