检测技术的基本概念学习教案

1、会计学1检测检测(jin c)技术的基本概念技术的基本概念第一页，共74页。2022-6-212一、检测与传感器的概念一、检测与传感器的概念检测：检测： 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(dng xng)与定量结果的过程。与定量结果的过程。传感器：传感器： 从广义的角度来说，检出感知信号器件和信号处理部分总称为传感器。从广义的角度来说，检出感知信号器件和信号处理部分总称为传感器。 第1页/共73页第二页，共7

2、4页。2022-6-213检测系统的基本检测系统的基本(jbn)组成：组成：非电量非电量(dinling)或电量或电量(dinling)传感器传感器电量电量(dinling)信号处信号处理电路理电路显示器显示器Uo io f数据处数据处理装置理装置执行机构执行机构1 1、传感器：、传感器：( (也可按其他形式分类，例如被测量）也可按其他形式分类，例如被测量）参量型传感器：参量型传感器： 输出量是电阻、电感、电容无源电参量，有电阻式输出量是电阻、电感、电容无源电参量，有电阻式、电感式、电容式传感器等。、电感式、电容式传感器等。发电型传感器：发电型传感器： 输出量是电压、电流，有热电式、光电式、磁

3、电式、输出量是电压、电流，有热电式、光电式、磁电式、压电式传感器等。压电式传感器等。第2页/共73页第三页，共74页。2022-6-2142 2、信号处理电路：、信号处理电路： 包括放大或衰减电路、滤波包括放大或衰减电路、滤波(lb)(lb)电路电路、隔离电路等。放大电路把传感器输出电量、隔离电路等。放大电路把传感器输出电量变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流或频率信号，以推动后级的显示器、数据处或频率信号，以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机构。理装置及执行机构。3 3、显示器：、显示器： 目前有模拟显示、数字显示、图像显示目前有模拟显示、数字显示

4、、图像显示、记录仪。、记录仪。第3页/共73页第四页，共74页。2022-6-2154 4、数据处理装置：、数据处理装置： 对测试的数据进行处理、运算、逻辑判断、线性对测试的数据进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结果进行频谱分析、相关分析，变换，对动态测试结果进行频谱分析、相关分析，借助计算机。借助计算机。5 5、执行机构：、执行机构： 用电压、电流信号驱动继电器、电磁铁、电磁阀用电压、电流信号驱动继电器、电磁铁、电磁阀门、伺服电机等，起通断、控制门、伺服电机等，起通断、控制(kngzh)(kngzh)、调节、调节、保护等作用。保护等作用。第4页/共73页第五页，共74页。2022

5、-6-216第5页/共73页第六页，共74页。2022-6-217 就被测对象而言工业上需要就被测对象而言工业上需要(xyo)(xyo)检测的量检测的量有电量和非电量两大类。早期多用非电量的方法测有电量和非电量两大类。早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热膨胀的温度计量，例如：用尺测量长度；用液体热膨胀的温度计测温度；天平测量物重。测温度；天平测量物重。 第6页/共73页第七页，共74页。2022-6-218 对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器。下面请看对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器。下面请看几个几个(j )(j )传感器应用实例传感器应用实例: :在本课程都要

6、学习到。在本课程都要学习到。计量测试计量测试第7页/共73页第八页，共74页。2022-6-219 医疗诊断医疗诊断 B超与超与CT第8页/共73页第九页，共74页。2022-6-2110第9页/共73页第十页，共74页。2022-6-2111 湿湿 度度 测测 量量 纺纺 织织 品品精确的 烟草烘烟草烘干干木材烘干木材烘干芯片生产要求最高的湿度芯片生产要求最高的湿度稳定性稳定性纸纸 品品湿度湿度(shd)(shd)传感器传感器第10页/共73页第十一页，共74页。2022-6-2112第11页/共73页第十二页，共74页。2022-6-2113数字数字(shz)(shz)电压、欧姆表电压、欧

7、姆表第12页/共73页第十三页，共74页。2022-6-2114第13页/共73页第十四页，共74页。2022-6-2115月球车月球车第14页/共73页第十五页，共74页。2022-6-2116火星车火星车第15页/共73页第十六页，共74页。2022-6-2117“惠更斯惠更斯”号登陆号登陆(dng l)土卫六的效果图土卫六的效果图土卫六表面土卫六表面(biomin)第16页/共73页第十七页，共74页。2022-6-2118安全检查安全检查第17页/共73页第十八页，共74页。2022-6-2119第18页/共73页第十九页，共74页。2022-6-2120面部面部(min b)识别识别

8、技术技术第19页/共73页第二十页，共74页。2022-6-2121智能智能(zh nn)机械机械手手第20页/共73页第二十一页，共74页。2022-6-2122第21页/共73页第二十二页，共74页。2022-6-2123第22页/共73页第二十三页，共74页。2022-6-2124 传感器在总体传感器在总体(zngt)(zngt)上呈现出多功能、微上呈现出多功能、微型化、数字化、集成化、智能化和网络化的发展型化、数字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。将在第十三章检测系统的综合应用详细学趋势。将在第十三章检测系统的综合应用详细学习。习。 第23页/共73页第二十四页，共74页。2022

9、-6-2125学习学习(xux)方法：方法： 学习学习(xux)自动检测与转换技术课程自动检测与转换技术课程 ，涉及到物理，涉及到物理 、电工基础、电工基础、 电子线路等多方面知识，学习电子线路等多方面知识，学习(xux)之前应有所准备。学习之前应有所准备。学习(xux)中在弄懂基本概念的同时，配合必要的实验、实习环节，理论联系实际。中在弄懂基本概念的同时，配合必要的实验、实习环节，理论联系实际。第24页/共73页第二十五页，共74页。第25页/共73页第二十六页，共74页。2022-6-2127在线测量：在生产流水线上监视产品质量，反之离线在线测量：在生产流水线上监视产品质量，反之离线测量。

10、测量。第26页/共73页第二十七页，共74页。2022-6-2128第27页/共73页第二十八页，共74页。60 fnz第28页/共73页第二十九页，共74页。第29页/共73页第三十页，共74页。第30页/共73页第三十一页，共74页。 测量金球的密度，先测出金球的重量测量金球的密度，先测出金球的重量(zhngling)，再测量出金球的直径，再计算出金球，再测量出金球的直径，再计算出金球的体积，最后求出金球的密度。的体积，最后求出金球的密度。第31页/共73页第三十二页，共74页。接触接触(jich)测测量量第32页/共73页第三十三页，共74页。第33页/共73页第三十四页，共74页。第3

11、4页/共73页第三十五页，共74页。2022-6-2136第35页/共73页第三十六页，共74页。2022-6-21371、偏位式测量：、偏位式测量： 被测量作用于仪表被测量作用于仪表(ybio)内部的比较装置。例内部的比较装置。例如：弹簧秤测量物体质量。如：弹簧秤测量物体质量。 必须事先用标准量具对仪表必须事先用标准量具对仪表(ybio)刻度进行校刻度进行校正。正。容易产生灵敏度漂移和零点漂移。过程简单、快速。容易产生灵敏度漂移和零点漂移。过程简单、快速。但精度不高。但精度不高。第36页/共73页第三十七页，共74页。2022-6-2138第37页/共73页第三十八页，共74页。第38页/共

12、73页第三十九页，共74页。2022-6-2140某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg100kg大米、大米、10kg10kg苹果苹果、1kg1kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5kg0.5kg，但该采购员对卖，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？巧克力的商店意见最大，是何原因？绝对误差绝对误差(ju du w ch)(ju du w ch)虽然都是虽然都是0.5kg0.5kg，但巧克，但巧克力的相对误差最大。力的相对误差最大。 第39页/共73页第四十页，共74页。示值相对误差示值相对误差(xin du w ch)满度相对误差满度相对误差准确度

13、准确度(精度精度)绝对误差绝对误差 = =A Ax x0 0 %100 xxA%100mAm100mmAS第40页/共73页第四十一页，共74页。等级等级0.10.20.20.50.51.01.01.51.52.52.55.05.0基本误差基本误差0.1%0.1%0.2%0.2%0.5%0.5%1.0%1.0%1.5%1.5%2.5%2.5%5.0%5.0%举例：在正常情况举例：在正常情况(qngkung)(qngkung)下，用下，用0.50.5级、量程为级、量程为100100温度温度表表 来来 测量温度时，可能产生的最大绝对误差为：测量温度时，可能产生的最大绝对误差为：mm（0.5%0.5

14、%）AmAm（0.5%0.5%100100）0.50.5第41页/共73页第四十二页，共74页。对相对误差以及仪表的精度对相对误差以及仪表的精度(jn d)(jn d)等级进行练习等级进行练习第42页/共73页第四十三页，共74页。32第43页/共73页第四十四页，共74页。第44页/共73页第四十五页，共74页。例：某压力表准确度为例：某压力表准确度为2.5级，量程级，量程(lingchng)为为01.5MPa，求：，求：1）可能出现的最大满度相对误差）可能出现的最大满度相对误差m。2）可能出现的）可能出现的最大绝对误差最大绝对误差m为多少为多少kPa 。3）测量结果显示为）测量结果显示为0

15、.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差时，可能出现的最大示值相对误差x。 解解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度）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，即等级直接得到，即m25%。 2）mmAm25.5MPa 0.0375MPa37.5kPa 结论：结论：x的绝对值总是大于（在满度时等于）的绝对值总是大于（在满度时等于）m%36. 5%10070. 00375. 0%100 3)mxxA第45页/共73页第四十六页，共74页。例：例： 现有准确度为现有准确度为0.5级的级的0300的和准确度为的和准确度为1.0级的级的0100的两个温度计，要测量的两个温度计，要

16、测量80的温度，试的温度，试问采用问采用(ciyng)哪一个温度计好？哪一个温度计好？ 解解 ： 计算用计算用0.5级表以及级表以及1.0级表测量时，可能出级表测量时，可能出现的最大示值相对误差分别为现的最大示值相对误差分别为1.88%和和1.25%。计。计算结果表明，用算结果表明，用1.0级表比用级表比用0.5 级表的示值相对误差级表的示值相对误差的绝对值反而小，所以更合适。的绝对值反而小，所以更合适。 由上例得到的结论：在选用仪表时应兼顾准确度等由上例得到的结论：在选用仪表时应兼顾准确度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。以上。第46页

17、/共73页第四十七页，共74页。 明显偏离真值的误差称为粗大明显偏离真值的误差称为粗大(cd)(cd)误差，也叫过失误差。粗大误差，也叫过失误差。粗大(cd)(cd)误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大(cd)(cd)误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大(cd)(cd)误差时，应予以剔除。误差时

18、，应予以剔除。 第47页/共73页第四十八页，共74页。第48页/共73页第四十九页，共74页。 在重复性条件在重复性条件(tiojin)下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。 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。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

19、重新调整测量仪表的有关部件予以消除。 第49页/共73页第五十页，共74页。第50页/共73页第五十一页，共74页。随机误差的正态分布随机误差的正态分布第51页/共73页第五十二页，共74页。 前面所述为静态误差，当前面所述为静态误差，当被测量随时间迅速变化时，系被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误测量的变化精确吻合，这种误差称为差称为(chn wi)(chn wi)动态误差。动态误差。 第52页/共73页第五十三页，共74页。长度相对长度相对(xingdu)测量值测量值三、对测量三、对测量(cling)(cling)结果的数

20、据处理：结果的数据处理：第53页/共73页第五十四页，共74页。1 1）集中）集中(jzhng)(jzhng)性：大量的测量值集中性：大量的测量值集中(jzhng)(jzhng)分布于算术平均值分布于算术平均值 附近。附近。61 .13211nxxxxxnxnnii2）对称）对称(duchn)性：测量值大致对称性：测量值大致对称(duchn)地分布于地分布于两侧。两侧。 ）有界性：在一定的条件下，测量值有一定的分布）有界性：在一定的条件下，测量值有一定的分布 范围，超过这个范围的可能性非常小，范围，超过这个范围的可能性非常小， 即出现绝对误差很大的情况很少即出现绝对误差很大的情况很少 。粗大粗

21、大 误差的测量值应予以剔除。误差的测量值应予以剔除。第54页/共73页第五十五页，共74页。nxi / mm18.0428.0237.9645.9959.3367.98第55页/共73页第五十六页，共74页。nxi / mm18.0428.0237.9645.9959.3367.981236118.00mm4niixxxxxxn第56页/共73页第五十七页，共74页。（1 1）绝对值合成）绝对值合成(hchng)(hchng)法法)(211mnnii （2 2）方均根合成）方均根合成(hchng)(hchng)法法 22221mnx1n32y1y2y3yn1yn第57页/共73页第五十八页，共

22、74页。 222m(5%)(2%)(1%)5.5% 2 2）用绝对值合成）用绝对值合成(hchng)(hchng)法计算测量误差法计算测量误差%8%)1%2%5 ()(21m n解：解：1）用方均根合成）用方均根合成(hchng)法法结论：结论：1、用方均根合成法估算测量的总误差较为合理、用方均根合成法估算测量的总误差较为合理2、不必提高显示仪表的精度，应提高误差最大的某、不必提高显示仪表的精度，应提高误差最大的某 个环节的测量精度。个环节的测量精度。第58页/共73页第五十九页，共74页。非电量非电量(dinling)或电量或电量(dinling)敏感敏感元件元件非电量非电量传感元传感元件件

23、电参量电参量测量转测量转换电路换电路电量电量敏感元件：敏感元件：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被测量有确定关系、更易于转换的非电量感元件转换成被测量有确定关系、更易于转换的非电量传感元件：传感元件：将非电量转换成电量。将非电量转换成电量。测量转换电路：测量转换电路：传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流、频率传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流、频率。 第59页/共73页第六十页，共74页。2022-6-21611-弹簧弹簧(tnhung)管（敏感元件）管（敏感元件） 2-电位器（传感元件、

24、测量转电位器（传感元件、测量转换电路）换电路） 3-电刷电刷 4-传动机构（齿轮、齿条）传动机构（齿轮、齿条） 举例举例(j l)(j l)测量压力的电位式压力传感器测量压力的电位式压力传感器 第60页/共73页第六十一页，共74页。2022-6-2162传感器的特性：传感器的特性： 一般一般(ybn)(ybn)指输入、输出特性。有静态、动指输入、输出特性。有静态、动态特性。本课程学习静态特性的有关指标。态特性。本课程学习静态特性的有关指标。 静态特性包括：静态特性包括： 灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。电磁兼容性、可靠性。 第6

25、1页/共73页第六十二页，共74页。 在稳定在稳定(wndng)(wndng)条件下输出微小增量与输入微小增量的条件下输出微小增量与输入微小增量的比值比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S = Y/X S = Y/X 对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量： S = dy/dx S = dy/dx 灵敏度单位，灵敏度单位，mv/mm mv/mv/mm mv/yyxxYYX X S = Y/XS = Y/XS = dy/dx S = dy/dx 第62页/共73页第六十三页，共74页。2022-6-2164第63页/共73页第六十四页，共74

26、页。max100%FSLLY YXYiXiLmaxY=kx+b线性度：线性度： 又称非线性误差又称非线性误差(wch)，处理的方法是：作图法、端，处理的方法是：作图法、端基曲线法、最小二乘法，准确度依次升高，现多用计算机处基曲线法、最小二乘法，准确度依次升高，现多用计算机处理。理。Lmax 最大非线性绝对误差 YFS 满量程输出 线性度 线性度是表征实际特性(txng)与拟合直线 不吻合的参数第64页/共73页第六十五页，共74页。yoxy1y2yFSHmax24-1 %10021maxmaxHHy第65页/共73页第六十六页，共74页。产生迟滞误差的原因：产生迟滞误差的原因： 由于敏感元件材

27、料的物理性质缺陷造成的。由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。 如弹如弹性元件的滞后、外加性元件的滞后、外加(wiji)(wiji)磁场、电场作用的铁磁磁场、电场作用的铁磁体、铁电体。迟滞误差的存在使输入输出不能一一对体、铁电体。迟滞误差的存在使输入输出不能一一对应。出现的误差大、小视具体情况而定。应。出现的误差大、小视具体情况而定。例：一电子秤例：一电子秤 增加增加(zngji)(zngji)砝码砝码 10g 50g 100g 200g 10g 50g 100g 200g 电桥输出电桥输出 0.5mv 2mv 4mv 10mv 0.5mv 2mv 4mv 10mv 减砝码输出减砝码输出 1mv 3mv 6mv 10mv 1mv 3mv 6mv 1