第1讲 检测与转换技术绪论
互换性和测量技术Ⅰ 第1章 绪论
机械工程学院机械电子工程研究所2014/2015(1)主讲：金明生Email: jinmingsheng@互换性和测量技术Ⅰ课程简介及授课计划为什么多这些标注尺寸？二者谁要求更高？精度越高越好吗？为什么要标这些尺寸(符号)？这些符号的含义是什么？怎么规定这些符号？研究对象机械设计和制造过程中的几何量公差配合与检测技术工程师的语言机械设计满足产品使用要求的创造性过程机器有确定的运动做有用功或者能量、物料等的转换或传递特征人为制造、零件是制造单元使用要求机械设计运动要求工作能力要求精度要求互换性要求配合要求运动设计结构设计强度计算刚度计算等公差与配合要求第1章绪论1课程章节及课时安排（理论）6261.521.5第2章光滑圆柱体结合的公差与配合第3章测量技术基础第4章形状和位置公差及检测第5章表面粗糙度第6章光滑工件尺寸的检测第7章滚动轴承与孔、轴结合的互换性22第10章螺纹结合的互换性第11章键和花键的互换性◎进行一定的课前预习及课后复习◎完成一定的课后作业◎掌握一定的理论基础知识◎提高一定的实践操作能力课程基本要求◎掌握尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度、滚动轴承互换性、圆锥、螺纹、键和花键结合的互换性等基本概念和理论◎学习国家公差及配合标准，具备结合实际进行精度设计的基本能力◎了解工件主要几何量的测量方法，具有工件几何量测量的基本技能机械工程学院机械电子工程研究所2014/2015(1)主讲：金明生Email: jinmingsheng@互换性和测量技术Ⅰ第一章绪论互换性的定义互换性应用大工业生产产品维修没有互换性就没有现代化的可能实现互换性的途径同一规格的一批零部件，任取其一，不需任何挑选和修理就能装在机器上，并能满足其使用功能要求的性能。
标准和标准化互换性原理始于兵器制造——战国兵器、秦始皇弩机、美国火枪等互换性的意义和作用★ 标准化与优先数★具有互换性的产品:螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表的零部件等互换性几何参数互换性机械性能互换性理化性能互换性．．．．．．对同一批零件而言，当其原材料相同时，其互换性主要在几何参数方面尺寸大小几何形状相互位置关系互换性的分类◎完全互换（绝对互换）不需选择、辅助加工和修配◎不完全互换（有限互换）当装配精度要求较高，为降低成本而采用其他技术手段来满足装配要求，如分组装配法、大数互换法、调整法等◎内互换（一般采用分组互换） 组成机构或部件的内部零件的互换◎外互换（一般采用完全互换） 同规格部件或机构的互换标准部件互换性的分类分组选配法：发动机的活塞销与活塞销孔装配精度要求很高（常温过盈量为0.0025~0.0075），采用完全互换将使零件加工困难，成本很高，甚至无法加工。
检测与转换技术1
绪论 1检测与转换技术包括自动检测技术和自动转换技术，也是信息技术的重要组成部分。
2检测与转换技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术科学3一个完整的检测与转换过程包括信息的提取、信号的分析与转换、数据的存储于传输、显示或打印。
4检测技术是科学研究的“先行官”。
第一章1检测的目的是求取被检测量的真值。
所谓的真值是指在一定的客观条件下，某物理量确切存在的的真实值。
真值永远无法获得的，因为在检测中不可避免地产生各种误差2检测结果偏离真值的大小可用检测误差来衡量。
其大小反映了检测结果的好坏即检测精度的高低。
误差常用绝对误差和相对误差来表示。
3系统误差的消除：1交换法2上、下读数法3校准法4补偿法产生测量误差的原因主要有以下四个方面：（1）理论误差与方法误差；（2）仪器误差；（3）影响误差；（4）人为误差。
4. 根据测量误差的性质和特点可分为系统误差、随机误差、粗大误差5.检测是一个过程，包括比较、平衡、误差和读数，这一过程的核心是比较。
此外，检测还必须进行的一定的变换。
1-1检测的概念是什么？检测是人们借助于专门设备，通过一定的技术手段和方法，对被测对象收集信息、取得数量概念的过程。
它是一个比较过程，即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较，获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。
1.4检测系统由哪几部分组成，各部分的作用是什么？检测系统主要由敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路和信号传输电路组成。
敏感元件：将非电量转换为电信号；信号处理电路：将代表被测量特征的信号变换成能进行显示或输出的信号；显示电路：将被测对象以人能感知的形式表现出来；信号传输电路：将信号（数据）从一点（或一个地方）送另一点（或地方）。
第二章参数检测以自然规律为基础，利用某些敏感元件特有的物理、化学和生物等效应，把北侧变量的变化转换为敏感元件某一物理化学量的变化参数检测的一般方法：1、光学法2、力学法、3热学法4电学法5声学法6磁学法7射线法常用的流量检测仪表：1.节流式差压流量计2．容积式流量计3．速度式流量计4．质量流量计5．涡街流量计常用的测温方法：接触式测温：膨胀式温度计，压力式温度计，热电阻、热电偶测温，热敏电阻测温非接触式测温：辐射测温常用的压力计有1．弹性压力计2．液柱式压力计3．压力变送器2.4 流量检测方法有（1）节流差压法（2）容积法（3）速度法（4）流体阻力法（5）流体振动法（6）质量流量检测第四章1传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
检测与转换技术总复习教材
解： 测量25V电压，选用准确度0.5级、量程150V的电压表，测量结果中可能 出现的最大绝对误差由公式可得 Δx m1 ＝±0.5%×150＝±0.75V
测量25V时的最大相对示值误差为
x1
U m1 0.75 100 % 100 % 3% U 25
如果选用准确度1.5级、量程30V的电压表，测量结果中可能出现的 最大绝对误差为
图3-3 热电偶的原理结构与热电势示意图
图3-3（a）、（b）所示热电偶的总接触电势（珀尔帖电势）为
KT n A (T ) KT0 n A (T0 ) e AB (T ) e AB (T0 ) ln ln e nB (T ) e nB (T0 )
(3-6)
总温差电势（汤姆逊电势）为
eA (T , T0 ) eB (T , T0 ) ( A B )dT
热电效应是由珀尔帖效应和汤姆逊效应引起的，则热电 势EAB（T,T0）由接触电势（珀尔帖电势）和温差电势（汤姆 逊电势）组成。
1．珀尔帖效应
当A、B两种不同材料的导体相互紧密地连接在一起时，如图 3-1所示，由于导体中都有大量自由电子，而且不同导体材料的 自由电子的浓度不同（假设导体A的自由电子浓度大于导体B的自 由电子浓度），那么在单位时间内，由导体A扩散到导体B的电子 数要比由导体B扩散到导体A的电子数多。这时导体A因失去电子 而带正电，导体B得到电子而带负电，于是在接触处便形成了电 位差。该电位差称为接触电势（即珀尔帖电势）。这个电势将阻 碍电子进一步扩散；当电子扩散能力与电场的阻力平衡时，接触 处的电子扩散就达到了动平衡，接触电势则达到一个稳态值。接 触电势的大小与两导体材料的性质和接触点的温度有关，其数量 级约为0.001～0.01 V。
检测与转换技术教学方法
《检测与转换技术》教学方法学分： 3 总学时：54理论学时：54 面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：李有安大纲审定人：赵法起一、说明1.课程的性质、地位和任务本课程是电气工程及其自动化本科专业自动化方向的专业选修课程。
是信息技术的重要组成部分，它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。
本课程的教学任务是通过本课程的教学使学生系统掌握检测与转换技术的有关理论知识和信息处理的方法。
通过本课程的学习，应使学生掌握传感技术、误差理论、测试计量技术、抗干扰技术以及电量间互相转换技术。
以便进行预报、报警、检测、计量、保护、控制、调度和管理等等，以期达到预防自然灾害、预报事故、提高劳动生产率、正确计量、改善产品质量、顺利进行科学试验、进行文明生产和科学管理等目的。
2.课程教学的基本要求检测与转换技术是一门实践性较强的课程，该课程有关内容直接应用于工程，可安排在高等数学、电路分析、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、单片机技术等课程之后开设。
通过该课程的教学使学生能够系统掌握传感技术、误差理论、测试计量技术、抗干扰技术以及电量间互相转换技术，为将来走向生产岗位奠定扎实的工程设计安装基础。
3.课程教学改革鉴于本课程的特点，通过参观实际工程与课堂教学相结合提高工程能力，增大信息量。
二、教学大纲内容第一章绪论、检测与转换技术的理论基础（讲课4学时）1.1检测与转换技术的基本概念检测与转换技术、自动监测技术、传感器。
1.2测量误差误差的基本概念、随机误差、系统误差1.3传感器的一般特性传感器的静态特性、传感器的动态特性。
要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：测量误差及传感器的特性。
要求一般理解与掌握的内容有：检测与转换技术的发展趋势。
建议教学方法：结合生产、生活实际和实例进行教学思考题：课后思考题与习题第二章电阻、电感和电容传感器（讲课12学时）2.1电位器传感器基本工作原理、电位器函数转换器、电位器传感器的噪声和结构2.2电阻应变传感器电阻丝的应变效应、电阻应变片的结构和粘贴、电阻应变传感器测量电路、半导体应变片2.3 热电阻传感器热电阻、热敏电阻、热电阻传感器的应用2.4`自感传感器自感电动势与电感、简单的自感传感器原理、差动自感传感器原理、自感传感器结构原理、测量电路。
检测与转换技术理论基础课件 (一)
检测与转换技术理论基础课件 (一)
随着科技的不断发展，数字化时代一直在发展中。
检测与转换技术作为数字化时代中的一项重要技术，得到了广泛的应用。
因此，掌握检测与转换技术的理论基础对于现今的大多数人而言，显得十分必要。
一、什么是检测技术
检测技术是指通过特定的手段，对被检测对象进行检测，并将被检测对象识别出来的技术。
例如：自动识别技术、图像分析技术、生物检测技术等等常见的技术均属于检测技术。
二、什么是转换技术
转换技术是指通过某种方式，将被检测对象转变为另一种形式，以便我们更好地进行分析和应用。
例如：数字转换、信号转换、语音转换等均属于转换技术。
三、检测与转换技术的应用
检测与转换技术的应用相当广泛，其中常见的如：
1. 医学影像处理：通过图像检测技术和图像转换技术，医生可以更好地捕捉病人的异常情况。
2. 无人驾驶：无人驾驶所使用的雷达和摄像头便是常见的检测技术。
3. 自然语言处理：自然语言处理涉及到了信号检测与转换技术，将人类语言转换为计算机可以理解的语言后，再进行计算处理。
四、检测与转换技术的不足之处
检测与转换技术虽然应用十分广泛，但现有技术还存在一些缺陷。
如精确度低、噪声干扰等问题仍待解决。
因此，今后仍需要不断深化这一领域的研究。
总的来说，学习检测与转换技术的理论基础，将有助于我们更好地应用这一技术。
未来，检测与转换技术将会发挥更加重要的作用，成为数字化时代的重要支持。
检测与转换技术第一章
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(1)绝对误差 ) =Ax-Ao 举例
某采购员分别在三家商店购买100kg大米, 大米, 某采购员分别在三家商店购买 大米 10kg香蕉 1kg牛肉干 发现均缺少约0.5kg, 10kg香蕉,1kg牛肉干,发现均缺少约0.5kg,但该 香蕉, 牛肉干, 采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因? 采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因? 结 论 绝对误差的大小有时不足以反映测量值所偏离 约定真值大小程度
敏感元件
非电量
传感元件
电参量
测量转换电路
电量
《传感器与自动检测技术》吴旗主编
高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
二 ,分类及命名 参量传感器
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(3)实际值 通常只能把精度更高一级的标准器具所测 得的值作为"真值" 得的值作为"真值". (4)标称值 测量器具上所标出来的数值. 测量器具上所标出来的数值. (5)示值 由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值. 由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值.
普通高等教育"十一五"国家级规划教材
(2)灵敏度 传感器的灵敏度是指传感器在稳定 ) 标准条件下,输出变化量与输入变化量的比值, 标准条件下,输出变化量与输入变化量的比值,
dy y K= ≈ dx x
检测与转换技术复习.doc
检测与转换技术第一章绪论1.传感器组成框图2. 静态特性是指传感器在稳态（输入量为常量，或变化极慢时）输入信号作用下，传感器输岀与输入信号之间的关系，一般用曲线、数学表达式或表格表示。
3. 传感器的静态特性曲线可以通过实际测试得到。
衡量静态特性的主要参数包括测量范围线性度、灵敏度、分辨率、灵敏限、迟滞、重复性、稳定性等。
4. 研究动态特性可以从时域和频域两个方面分别釆用瞬态响应法和频率响应法来分析。
5. 二阶传感器的阶跃响应特性指标“1 r一T----t上升时间® 响应时间ts 峰值时间切超调量66.变送器的传统输岀直流电信号有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等，目前工业上最广泛采用的是用4〜20mA电流来传输模拟量。
第二章检测技术基本知识1. 检测技术是自动化技术四大支柱之_。
（检测技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术）2. 检测系统构成框图3. 转换电路的主要作用如下：(1)将信号检测传感器输出的微弱信号进行放大、滤波，以满足测量、记录仪表需要；(2)完成信号的组合、比较，系统间阻抗匹配及反相等工作，以实现自动检测和控制；(3)完成信号的转换。
4. 在信号检测技术中，常用的中间转换电路有电桥、放大器、滤波器、调频电路、阻抗匹配电路等。
5. 误差指测量值与真值之差。
误差常用绝对误差和相对误差表示。
Ax = X-如Ax x — u,ny = —x 100% =———x 100%Mo Mo△x、y ---- 绝对误差和相对误差。
X、如 --- 测量值和真值。
6. 可能知道的真值有三类：理论真值、约定真值、相对真值。
7. 误差的分类(1)按误差的表示方法分类(2)按误差的使用条件分类(3)按误差的性质分类(4)按被测量与时间的关系分类8•国家标准规定：仪表的精度等级是根据引用误差(最大允许满度误差)来确定的。
第三章温度检测1. 热电效应：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果两个接点的温度不同，则在回路内就会产生热电势，这种现象称为热电效应。
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检 测 与 转 换 技 术 概 述
★科学研究的先行官
检 测 与 转 换 技 术 概 述
诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的 进步越来越依靠尖端仪器的发展”。
俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开 始的”。 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖 获得者达38人
★军事战斗力
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★检测技术在日常生活中的应用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传 感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热 电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD
第1讲
检测技术概述
授课内容：
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★检测的地位与作用
★检测的基本概念
★检测系统的构成 ★检测系统的发展趋势
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★信息化是科学技术发展的必然
历史时代： 手工化 机械化 自动化 信息化
…
生产方式：
人与简 单工具
动力机 与机械
★军事斗争 战斗力
★社会生活 物化法官
★工业生产倍增器
检 测 与 转 换 技 术 概 述
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
检测技术在工业生产领域的应用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位、 过程控制….
1991年海湾战争：精确制导炸弹和导弹占8%。 2003年伊拉克战争：精确制导炸弹和导弹占 90%。
检测技术在军事上的应用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 美军研制的未来单兵作战武器---OICW
检测技术在航天领域举足轻重
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 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 与 转 换 技 术 概 述
“阿波罗10”： 火箭部分---2077个 传感器 飞船部分---1218个 传感器， 神舟飞船： 185台（套）仪器装 置 检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、 应变、 声学、
★“物化法官”
检 测 与 转 换 技 术 概 述
检查产品质量 监测环境污染 查服违禁药物 识别指纹假钞 侦破刑事案件
自动测 量控制
智能机 械装置
…
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★测控系统中人与机器的机能对应关系
检测机器的相互参与程度
100% 100%？！
人力 远古 社会发展时间轴
机器 未来
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
检查轴承/滚珠是否脱漏
检查容器内的液位
检测技术在汽车中的应用日新月异
检 测 与 转 换 技 术 概 述 发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的 工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器 等 底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动 防抱死系统等。 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等
例：曹冲称象
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 方法：比较法； • 装置：船、石头 、小秤； • 检查、测量，从 而得到：定性、 定量的结果。
检测系统的构成
检 测 与 转 换 技 术 概 述
检测技术的发展趋势
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 不断提高仪器的性能、可靠性，扩大应用范 围； • 开发新型传感器； • 开发传感器的新型敏感元件材料和采用新的 加工工艺； • 新一代的智能测试系统； • 研究集成化、多功能和智能化传感器或测试 系统。
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预 报、环境监测、交通运输、海关缉私、医 药卫生 ……
涵盖: 吃穿用、农轻重、海陆空
检测的基本概念
检 测 与 转 换 技 术 概 述
• 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 定量结果的过程称为检测技术。
★检测技术在日常生活中的应用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
办公商务： 扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏 三极管 医疗卫生： 数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式--红外传感器 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
★信息流是客观世界的一个主流
• 物料流 • 能量流 • 信息流
客观世界
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★信息获取是信息流的一环
信息流组成
… 信息流 获取 传输 处理 控制
传感器 仪器仪表
通信
计算机
自动化
检测的地位和作用
检 测 与 转 换 技 术 概 述
★工业生产 倍增器
★科学研究 先行官