检测技术的基本概念
检测技术
检测技术的基本概念检测的意义为了满足机械产品的功能要求,在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。
其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检验。
“检验”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。
检验的方法可以分为两类：定性检验和定量检验。
定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。
定量检验的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法，简称为“检测”。
检测的核心是测量技术。
通过测量得到的数据，不仅能判断其合格性，还为分析产品制造过程中的质量状况提供了最直接而可靠的依据。
测量的基本要素一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量误差等四个要素。
被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长度和角度。
计量单位是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。
我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。
常用的长度单位有“毫米（mm）”、“微米（μm）”和“纳米（n m）”，常用的角度单位有“度（°）”、“分（′）”、“秒（″）”和“弧度（rad）”、“球面度（sr）”。
测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。
广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。
测量误差是被测量的测得值与其真值之差。
由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。
从测量的角度来讲，真值只是一个理想的概念。
因此，对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。
不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。
检测的一般步骤通常情况下，检测应有以下几个步骤：1、确定被检测项目认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。
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。
检测技术应用知识点总结
检测技术应用知识点总结一、检测技术的基本概念1.1 检测技术的定义检测技术是指利用特定的设备、仪器或方法对被测物体的特定物理、化学、生物性质进行测量、探测和判定的技术。
1.2 检测技术的基本要素检测技术的基本要素包括被测物体、检测设备、检测方法和检测结果等。
其中，被测物体是指需要进行检测的物质或物体，检测设备是指进行检测所需要的仪器、设备或工具，检测方法是指对被测物体进行检测的具体步骤和手段，检测结果是指通过检测得到的相关数据或信息。
1.3 检测技术的重要性检测技术在各个行业中都扮演着重要的角色。
它可以帮助人们了解被测物体的特定性质，对于产品质量控制、环境监测、医学诊断、食品安全等方面都具有重要意义。
同时，检测技术还可以为科学研究和技术创新提供重要的数据支持。
二、检测技术的分类2.1 检测技术的分类方式检测技术可以根据其检测对象、检测方法、检测原理等不同特点进行分类。
根据检测对象的不同，可以将检测技术分为物理检测技术、化学检测技术、生物检测技术等；根据检测方法的不同，可以将检测技术分为光学检测技术、声学检测技术、电磁检测技术等；根据检测原理的不同，可以将检测技术分为传感器技术、成像技术、分析技术等。
2.2 检测技术的主要应用领域根据不同的分类方式，检测技术在各个行业中都有不同的应用。
物理检测技术主要应用于工程领域和材料科学中，用于检测物体的形状、结构、物理性质等；化学检测技术主要应用于化工领域和环境保护中，用于检测物质的化学成分和性质；生物检测技术主要应用于医学诊断、食品安全、生物医药领域，用于检测生物体的生理和生化特性。
2.3 检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步，检测技术也在不断发展。
未来，检测技术将朝着智能化、精准化、高效化的方向发展。
同时，随着人工智能、大数据、云计算等技术的不断成熟，检测技术还将与这些新兴技术相结合，形成更加强大的检测系统，为各个行业提供更加全面、精准的检测解决方案。
第一章检测技术的基本概念
教师授课方案（首页）教案附页测量是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。
二、测量的方法：可分为静态测量和动态测量、直接测量和间接测量、模拟式测量和数字式测量、接触式测量和非接触式测量、在线测量和离线测量。
根据测量的具体手段来分，又可分为偏位式测量、零位式测量和微差式测量。
第二节测量误差及分类【本节内容设计】由误差分类以及产生误差的原因学习之后进行有关误差计算、测量结果的数据统计处理进行传感器的基本特性中的静态特性的学习为以后学习各种传感器以及检测转换技术做知识储备【授课内容】一、误差的分类1、介绍：真值Ａ0、绝对误差：Δ=A x–Ａ（1-1）2、示值（标称）相对误差x3、引用误差m%100m⨯∆=A m γ （1-4） 4、当取仪表的最大绝对误差值m时，引用误差常被用来确定仪表的准确度等级S ，即100mm⨯=A ΔS （1-5） 我国的模拟仪表有下列七种等级，准确度等级的数值越小，仪表的就越昂贵表1-1 仪表的准确度等级和基本误差准确度等级 0.1 0.20.51.0 1.52.5 基本误差±0.1%±0.2% ±0.5%±1.0%±1.5%±2.5%±仪表的准确度与“精度”举例：在正常情况下，用0.5级、量程为100℃温度表来测量温度时，可能产生的最大绝对误差为：Δm ＝（±0.5%）×A m ＝±（0.5%×100）℃＝±0.5℃例1-1 某压力表准确度为2.5级，量程为0～1.5MPa ，求：1）可能出现的最大满度相对误差m。
2）可能出现的最大绝对误差m为多少kPa ？3）测量结果显示为0.70MPa 时，可能出现的最大示值相对误差x。
解 1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即m＝±25%。
2） m ＝mA m ＝±25％１.5MPa ＝±0.0375MPa ＝±37.5kPa由上例可知，x的绝对值总是大于（在满度时等于）m例1-2 现有准确度为0.5级的0～300℃的和准确度为1.0级的0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？解 计算用0.5级表以及1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差分别为±1.88%和±1.25%。
传感器技术及应用：检测技术及传感器的基本概念
检测技术及传感器的基本概念
3. 显示装置 (1) 模拟显示是利用指针对标尺的相对位置来表示被测 量数值的大小，如毫伏表、毫安表等，其特点是读数方便、 直观，结构简单，价格低廉，在检测系统中一直被大量使用。 但这种显示方式的精度要受标尺最小分度的限制，而且读数 时易引入主观误差。 (2) 数字显示是指用数字形式来显示测量值，目前大多 采用LED发光数码管或液晶显示屏等，如数字电压表。这类 检测仪器还可附加打印机，打印记录测量数值，并易于计算 机联机，使数据处理更加方便。
在t1 时刻，RX上的电压为
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检测技术及传感器的基本概念
1. 绝对测量、相对误差和引用误差 1) 绝对误差 绝对误差是指测量值AX 与被测量真值 A0之间的差值， 用δ 表示，即
(1-2)
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检测技术及传感器的基本概念
由式(1-2)可知，绝对误差的单位与被测量的单位相同， 且有正负之分。用绝对误差表示仪表的误差大小也比较直观， 它被用来说明测量结果接近被测量真值的程度。在实来代替 A0，则式(1-2)可写成
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检测技术及传感器的基本概念
4. 数据处理装置和执行机构 数据处理装置就是利用微机技术，对被测结果进行处理、 运算、分析，对动态测试结果进行频谱、幅值和能量谱分析 等。 在自动测控系统中，经信号处理电路输出的与被测量对 应的电压或电流信号还可以驱动某些执行机构动作，为自动 控制系统提供控制信号。
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检测技术及传感器的基本概念 37
检测技术及传感器的基本概念
测量结构为
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检测技术及传感器的基本概念
2. 粗大误差的判别与坏值的舍弃 在重复测量得到的一系列测量值中，首先应将含有粗大 误差的坏值剔除后，才可进行有关的数据处理。但是也应当 防止无根据地随意丢掉一些误差大的测量值。对怀疑为坏值 的数据，应当加以分析，尽可能找出产生坏值的明确原因， 然后再决定取舍。实在找不出产生坏值的原因，或不能确定 哪个测量值是坏值时，可以按照统计学的异常数据处理法则， 判别坏值并加以舍弃。
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。
第1章检测技术基本知识
电桥电路将电路参量如电阻、电容、电感转换为 电压或电流信号。
③显示：将所测得信号变为一种人们可以理解的形 式，以供人们观察和分析。
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
(b)精密度高
(c)精确度高
由图可知，若靶心为真实值，图中黑点为测量值，则 : 图 (a)表示准确却不精密的测量。 图(b)表示精密却不准确的测量。 图(c)表示既准确又精密的测量。
随机误差小，精密度高；系统误差小，准确度高；如系 统误差和随机误差均小，则精确度高
1.3.4 误差的消除方法
减小测量误差的方法：
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。
对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用 误差就是一个定值。测量仪表一般采用最大引用 误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。 工业仪表常用的等级有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5， 2.5，5.0。精度为1.0级的仪表，在整个量程内其 绝对误差最大值不会超过其量程的±1.0%。
（4）允许误差：根据技术条件的要求，规定某一类 器具误差不应超过的最大范围。
Rx
Ux UN
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解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从
准确度等级直接得到，即γm＝±25%。
2）Δm＝γmAm＝±25％1.5MPa ＝±0.0375MPa＝±37.5kPa
3）
x
Δm Ax
100%
静态测量
在检测技术中，对 缓慢变化的对象所进 行的测量，亦属于静 态测量。工程中，有 时可认为几十赫兹以 上的测量称为动态测 量。
最高、最低 温度计
动态测量
地震测量 振动波形
便携式仪表显示 动态波形
.
直接测量
电子卡尺
间接测量
（测量皇冠 比重的联想）
在多个直接测量值的基础上，根据已知的函 数关系，计算出被测量的量值。
零位式测量例3：
自动平衡电位差计式记录仪表
平衡时间： 小于1s
匀速走纸
微差式测量
微差式测量法是综合了偏位式测量法速度快 和零位式测量法准确度高的优点的一种测量方 法。这种方法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。用偏位式仪表指示出其变化 部分的数值。
第一节 检测技术的基本概念及方法
测量是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过程。
所谓“定量”，就是使用一定准确度等级的测 量仪器、仪表，比较准确地测得被测量的数值。
测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测 量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行 比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分 之几的比较过程。
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
产品质量的 手工检验
离线测量
产品质量检验
电路板焊接质量检验
.
在线测量
在流水线上， 边加工，边检 测，可提高产 品的一致性和 加工准确度。
例：安装有直 线光栅的数控 机床，一边加 工一边测量直 径和螺纹,到 达设定值时自 动退刀。
防护罩内为测量行程的传感器
第二节 测量误差及分类 回目录
绝对误差：被测量值Ax与真值A0之间总是存在着一个 差值，这种差值称为绝对误差，用Δ表示：
Δ=Ax－Ａ0
真值有理论真值、约定真值、相对真值之分。准确度 高2级以上的仪表的误差与准确度低的仪表的误差相比， 则高一级仪表的测量值可以认为是相对真值。
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（绝对误差相 同），但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何 原因？
《传感器及工程测试技术》
2020/7/10
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第一章 检测技术的基本概念
本章介绍测量的基本概念、测量方法、引用 误差、准确度等级及计算、粗大误差、系统误 差、随机误差的数据处理、动态误差、误差合 成，传感器分类、传感器特性：灵敏度、分辨 力、线性度、迟滞误差、稳定性、可靠性等基 本特性，是检测技术的理论基础。
相对误差及Δ Ax
100%
引用误差γm（也称满度相对误差）：
m
Δ Am
100%
准确度等级S
S Δm 100 Am
我国的工业模拟仪表有下列常用的7种等级： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
例 某压力表准确度为2.5级,量程为0～1.5MPa，
求: 1）可能出现的最大满度相对误差γm。
例如，用天平（零位式仪表）测量化学药品， 当天平平衡之后，又增添了少许药品，天平将 再次失去平衡。这时我们即使用最小的砝码也 称不出这一微小的差值。但是我们可以从天平 指针在标尺上移动的格数来读出这一微小差值。
微差式测量
1－被测钢板 2－轧辊 3－γ射线源 4－铅盒 5－γ射线 6－γ射线探测器
7－差动放大器 8－指示仪表a 9－指示仪表b
0.0375 100% 0.70
5.36%
例：用同一台磅秤测量三个不同重量物体的示 值相对误差的比较（动画），请得出结论！
γ x100kg =0.5%
γ x10kg =5% γ x1kg =50%
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它 来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为 2.5%。
偏位式测量
直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式 称为偏位式测量 。
零位式测量例1：天平
被测量
已知标准量
当测量系统达到平衡（天平指针处于中间零位）时， 用已知标准量的值决定被测量的值。准确度高，决定于 标准量，但平衡比较费时。
零位式测量例2：自动平衡电桥
1－滑线电阻 2－电刷 3－指针 4－刻度尺 5－丝杆螺母传动 6－检零放大器 7－伺服电动机
根据测量结果的显示方式，可分为模拟式测量和数字 式测量。
根据测量时是否与被测对象接触，可分为接触式测量 和非接触式测量。
为了监视生产过程，或在生产流水线上监测产品质量 的测量称为在线测量，反之，则称为离线测量。
根据测量的具体手段来分，又可分为偏位式测量、零 位式测量和微差式测量。
静态测 量是相对 于动态测 量而言的
测量结果可以表现为一定的数字，也可表现为 一条曲线，或者显示成某种图形等，测量结果包 含数值（大小和符号）以及单位。有时还要给出 误差范围。
测量分类
对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方 法。根据被测量是否随时间变化，可分为静态测量和动 态测量 。
根据测量的手段不同，可分为直接测量、间接测量和 组合测量。
某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在 1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？
某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控 制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？
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？
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？
微差式测量
在线测量钢板厚度前，先将标准厚度的钢板放置于γ 射线源和射线探测器之间，调节电位器RP，使差动放 大器的输出Uo1为零，测量系统达到平衡。若被测钢板 的厚度不等于标准厚度，Ui将大于或小于UR，其差值经 差动放大器放大后，由指示仪表a指示出厚度的偏差值。 微差式测量的分辨力较高，但量程较小。