第1章 监测技术的基本概念PPT课件

1、绪论、检测技术和故障诊断、2、主要教学内容、测量的基本概念和方法测量误差和数据处理传感器及其基本特性、3、第一节测量的基本概念和方法、一、测量的一般概念二、测量方法的分类、4、第一节测量技术的基本概念和方法、一、测量的一般概念测量是利用专业技术和仪器设备取得某客观事物定量数据的过程所谓“定量”，就是使用一定精度水平的测量仪表，测量比较正确的数值。 测量过程基本上是比较的过程，比较与测量相同性质的测量单位即基准量，测量为基准量的几倍或几分钟的比较过程。 测量结果包括数字(大小和符号)和单位。 有时也给出误差范围。5、2、测量的分类可以根据测量的时间是否变化，分为静态测量和动态测量。 根据测量的手段，可分为直接测量、间接测量、组合测量。 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量对象接触，可分为接触式测量和非接触式测量。 为了监视生产过程，或者在生产线上监视产品质量的测定称为在线测定，反之称为离线测定。 根据测量的具体手段，也可分为偏位式测量、零点式测量和微差式测量。 6、静态测量和动态测量、最高、最低温度计、 7、直接测量和间接测量、电子游标卡尺、8、非接触测量示例：雷达速度、车载电子警察、9、离线测量、产品质量检查、10、在线测量、防护罩内测量行程的传感器，示例：在加工安装有直线网格的数控机床的同时测量直径和螺纹在生产线上，边加工边检查，可以提高产品的一致性和加工精度。 11、1 .偏位式测量将测量的测量方式直接用仪器的偏移量表示称为偏位式测量。12、2零点式测量：例1天平在测量系统达到平衡(天平针处于中间零点)时，决定用已知的基准量值测量的值。 精度高，取决于标准量，但平衡需要时间。 另外，知道标准量而测定的、13、2 .零点式测定例2 :自动平衡电位差计式记录仪、平衡时间：不足1s、等速通纸、14、3 .微差式测定、微差式测定法是综合了偏差式测定法的速度快则零点式测定法的精度高的优点的测定方法。 该方法使被测量与测量装置内部的基准量平衡。 测量有微小的变化会破坏测量装置的平衡。 用位移计表示其变化部分的数值。 例如，用天平(零度计)测量化学药品的话，当天的平衡被破坏后，药品会稍微增加，天平会再次失去平衡。 这时候，我们用最小的平衡锤也不会出现这微小的差别。 但是，从天平的针在标尺上移动的栅格数中，可以读出这一微小的差别。15、微差式测定、微差式测定的分辨率高，但量程小。 16、第二节的测定误差和数据处理，一、测定误差二、测定结果的数据处理，17、一、测定误差、测定误差：测定值与真值之差的绝对误差：被测定值Ax与真值A0之间总是有差异，该差异被称为绝对误差，用表示：=Ax-A0真值中有理论真值、约束真值、相对真值的分布精度高的2级以上的仪表误差与精度低的仪表误差相比，1级以上的仪表的测量值可以看作是相对真实值。18、某采购员在3家店买了100公斤米、10kg苹果、1kg巧克力，结果发现都不足约0.5公斤(绝对误差相同)，为什么这个采购员对卖巧克力的店意见最大呢？19、相对误差和精度等级、显示值相对误差引用误差m (也称满意度相对误差):精度等级s我国的工业模拟仪表有以下7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。20、仪表精度等级和基本误差，例如某指针式电压计的精度为2.5级，用它测量电压时可能发生的最大满意度相对误差为2.5%。 某公司生产测温仪表，满意度误差在1.11.6%之间，该系列产品属于哪个级别的温度计，某厂想测温仪表满意度的相对误差在1.11.6%之间，应该购买哪个温度计，21，例如压力计的精度在2.5级，雷2 )可能的最大绝对误差m是多少公里？ 3 )测量结果显示0.70MPa时可能发生的最大指示值相对误差x。 此外，解：1 )中可能出现的最大满意度相对误差可以直接从精度等级中得到，m=25%。 2 )m=mam=25 %1.5MPa=0. 0375 MPa=37.5 kpa，3 )、22，例如用同一台秤测定三个不同重物体的显示值的相对误差的比较(动画)，并得出结论，x100kg=0.5%、x10kg=5%、x1kg=50%。 粗大误差主要是由于测量者的疏忽和电子测量仪突然受到强烈干扰而引起的。 例如测量错误、读取错误、记忆错误、外部过电压尖峰噪声等引起的误差。 数值大小，粗大误差明显超过正常条件下的误差。 如果发现粗大的误差，必须除去。24、产生粗大误差的一例：电磁干扰、25、重复测定同一被测定物的结果的平均值与被测定物的真实值之差称为系统误差。 误差数值按恒定或恒定规律变化的人通常属于系统误差。 由于系统误差是有规律性的，可以通过实验方法或引入校正值的方法来计算校正，或者重新调整仪表的相关部件来消除。 2 .系统错误：夏天摆晚的原因是什么？26、系统误差的另一个表现是在再现性条件下，无限次重复测定同一被测定物的结果的平均值与被测定物的真实值之差，即系统误差=(无限次测定的平均值) -真实值引起系统误差的主要原因：环境温度与湿度的变动、电源电压的降低、电子部件的劣化、机械部件的变形位移、仪表零位移等。 另外，用没有调整零点的天平测量物体的话，测量结果会变高或变低。27、3 .随机误差、测定结果和重复条件下，对同一被测定物无限次测定结果的平均值之差称为随机误差。 或者，在相同的条件下，多次测量相同的被测物体时，测量值大时会变小，误差的绝对值或正、负会发生变化，无法预见，这种误差称为随机误差。 测定值的随机误差=测定结果-算术平均值=测定结果- (真值系统误差)、28、各测定值的随机误差等于自身的数值减去算术平均值。、平均值、真值、系统误差、正态分布、差是正还是负，大小每次都不同。 具有随机误差的测量值的分布为正态分布。 29、2、测定结果的数据处理，1 .随机误差的统计特性单峰性对称型有界性， 30、1 )单峰性：大量的测定值集中分布在算术平均值附近(不是真值)。 随机误差的正态分布规律分析，2 )对称性： xi基本对称地分布在算术平均值的两侧。xi与算术平均值之间的差被称为馀数误差，并且也被称为残差Vi :残差Vi被基本抵消，并且否3360的算术平均值不包括随机误差分量，但是不是真实值，而是真实值x0之间的差被认为是系统误差。 31，1 .正态分布规律，3 )有界性：在一定条件下Xi有一定的分布范围，超出该范围的可能性非常小，即绝对误差较大时较少。 在工程测量中，使用随机误差时的测量结果：算术平均值的均方根误差、算术平均值的标准偏差、3原则：均方根误差检查测量结果中是否存在粗大误差，将残差超过3(极限误差)的测量值称为“差值”，应排除。32、算术平均值的均方根误差与均方根误差之间的关系：均方根误差、33、2 .测定结果的数据整理顺序，1 )依次表示一系列的等精度测定的读出Xi (I=1，2，2，n ) (测定时应尽量减少系统误差)。 2 )计算测定列xi的算术平均值的3 )在各测定值的旁边，示出是否相应地满足残差Vi4 )检查条件。 如果不满足，则说明计算错误，需要重新计算5 )在各残差旁列出Vi2，检查是否有求均方根误差的Vi3的读取值。 如果存在，则读取xi被向下舍入，以根据第二条件重新计算7 )在确定不存在粗大误差(Vi3)之后，计算算术平均值的标准偏差。 8 )写出测量结果，明确记载信赖概率(99.7% )。 34、例如用放射线式厚度计以16次等精度测定钢板的厚度，得到的16个数据分别为39.44、39.27、39.94、39.44、38.91、39.69、39.48、40.55、39.78、39.68、39.35、39.71、39.46、40.12 解1 )按测量读数的顺序列出。 2 )计算测量列xi的算术平均值：=(633.97/16)mm=39.623mm。 3 )在测定值xi的右侧写入残差： Vi进行验证4 )在各残差的右侧并列计算计算中间过程值Vi2: 35，钢板厚度测定结果的数据列表， 36，钢板厚度计算处理(接着)，5 )计算方法平均根误差：6)计算界限误差3=1.134mm。 检查的结果是没有发现Vi3，因此16个测定值中没有差的值。 7 )算术平均值的标准偏差：8)写入钢板厚度的测定结果：在上述计算过程中，因为只有测定列xi的小数点以下2位，所以各个中间值留下小数点以下3位，最后留下小数点以下2位。37，结论：38，不确定度，测定结果只是测定的推定值之一，所以测定结果必定有不确定性。 不确定性越大，测量结果的质量越差。 所谓“测量不确定度”，是因测量误差的存在而对测量值不确定的程度，也表示其结果的可靠度。 这是测量结果的质量指标。 不确定度越小，其结果越接近测定的真值越高。 在报告测定结果时，必须给出相应的不确定度，使用该测定结果的人容易评价可靠性。 测量不确定度包括a类评估和b类评估。 完成不确定度的分析和评定后，必须提交不确定度的报告。39、测量系统静态误差的合成、(1)绝对值合成法、(2)方均根合成法、40、例如用放射钢板厚度计测量钢板厚度，求出PIN型射线二极管的测量误差为5%、微电流放大器误差为2%、指针计算误差为1%、测量出的合成误差m。 解：结论：测量系统中射线二极管的测量误差最大，应提高其精度水平。、41、第三节传感器和基本特性、1 .传感器的定义(参见GB7665-87 ) :传感器可以在一个测量装置中感受到规定的测量，它可以按一定规则将测量的信息转换成电信号或其他必要形式的信息输出，满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求.4-2、2 .传感器的配置，大部分传感器包括三个部分：传感器元件、传感器元件、以及测量/转换电路。 例如：测量压力的电位计式压力传感器、43、电位计式压力传感器的原理框图，当被测量压力p增大时，单簧管被直接支撑，通过齿条旋转齿轮，使电位计的刷子发生角位移。 电位器电阻的变化量反映了被测量压力p的值的变化。 在该传感器中，单簧管是传感器元件，将压力转换为角位移。 电位计是传感器元件，并将角位移转换成电气参数中的电阻变化r。 当电位计的两端接通电源时，电位计构成分压比电路，其输出量是与压力有一定关系的电压Uo。 在本例中，卷属于分压比公式的测量转换电路。44、2、传感器的分类，常用的分类方法，1 )按被测量，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。 2 )按测量原理分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦合、超声波、激光、红外线、光纤等传感器。 3 )根据传感器输出信号的性质进行分类，分为开关量(“1”和“0”或“on”和“off”)输出的开关型传感器的输出为模拟型传感器，输出为脉冲或代码的数字型传感器。45、3、传感器基本特性staticcharacteristics、 灵敏度分辨率和阈值非线性度滞后误差稳定性容量适应性可靠性sensitivityresolutionandshentlityshererregrationselecommenticbityreliabity，46，1 .灵敏度sensitivity 此外，所谓灵敏度，是传感器在稳定状态下输出变化值与输入变化值之比，经常用k来表示，47、2分辨率resolution、分辨率：能够检测的输入量的最小变化量、分辨率：分辨率/全标度输入值、48、3 .非线性度linearity、传感器的实际输入-输出曲线(检量线)和菲Lmax选择最大非线性绝对误差yF.S全标度输出值、拟合直线的过程是传感器的线性化过程。49，4 .滞后Hysteresiserror，传感器为正、反行程，输入-输出曲线的重叠情况。 Hmax正反冲程输出的最大差yF.S全刻度输出、50、5 .稳定性Regulations、稳定性：表示传感器保持长时间性能参数的能力，也称为长期稳定性。 理想情况下，传感器的性能不应随时间变化。 二、实际上，许多传感器的特性会随着使用时间的延长而变化或漂移。51、5 .稳定性Regulations，例如，如果某个仪表输出电压值的8h内的最大变化量为1.2mV，则表示该仪表的稳定性为1.2mV/(8h )。 环境影响量：由外部环境的变化引起的显示值的变化量：1.零漂移drift :计算器(调零)受到外部环境的影响后，用于说明输出不等于零，有一定的漂移。 2 .温度稳定性：也称为温度漂移，是指传感器在外部气温下的输出量的变化。 每当温度变化时由1引起的绝对误差或相对误差表示，也称为温度误差系数。 52、仪表的零漂移、零漂移的修正方法：测量前，将仪表的输入侧短路，调节仪表的“调零音量”，使仪