检测技术及仪表

检测技术及仪表第一页，共二十七页，2022年，8月28日教学目录：1.1概述1.2测量误差返总目录第二页，共二十七页，2022年，8月28日1.1.1测量的概念测量：就是借助专用的工具或装置，通过适当的实验方法或计算，对被测对象收集信息的过程。包括：狭义测量，广义测量

X为被测量；X0为标准量，即单位；K为比值倍数。返本章目录返本节目录第三页，共二十七页，2022年，8月28日1.1.2测量方法直接测量法：用测量精确程度较高的仪器测量被测量，直接得到测量结果的方法。间接测量法：利用被测量与某些物理量间的函数关系，先测出这些物理量（间接量），再得出被测量数值的方法。测量球的密度，先测出球的重量，再测量出球的直径，再计算出球的体积，最后求出球的密度。组合测量法：被测量与多个量存在多元函数关系时，可以直接测量出这几个相关的量，然后解方程组求出被测量。返本章目录返本节目录电子卡尺第四页，共二十七页，2022年，8月28日1.1.3测量仪表的基本功能1.变换功能：利用物质的物理、化学性质，把被测量转变成便于测量、传输和处理的另一种物理量的过程。2.选择功能：实现测量，在设计制造仪表或变换元件时，应使其具有选择的功能，即选择有用测量信号而抑制其他干扰信号的功能。3.比较功能4.显示功能：测量仪表将测量结果指示或记录下来的功能。返本章目录返本节目录第五页，共二十七页，2022年，8月28日1.1.4测量仪表的基本性能指标1、静态性能指标（1）非线性度（2）灵敏度（3）变差（4）基本误差和精度2、动态性能指标返本章目录返本节目录第六页，共二十七页，2022年，8月28日1、静态性能指标测量仪表的非线性度（1）非线性度

是指仪表的特性曲线与端基直线最大输出偏差值的绝对值与量程比值的百分数，即：量程=Y上-Y下测量量程=X上-X下返本章目录返本节目录第七页，共二十七页，2022年，8月28日（2）灵敏度在稳定状态下，仪表的输出增量对输入增量的比值，称为仪表的灵敏度。它就是仪表静态特性曲线上相应点的斜率：返本章目录返本节目录第八页，共二十七页，2022年，8月28日（3）变差变差：是指测量仪表在同一输入量下，其上行程与下行程输出量的最大差值。变差通常也表示成相对百分数的形式，即：原因：主要由于传动机构的间隙、摩擦或者仪表元器件吸收、释放能量所造成的。返本章目录返本节目录第九页，共二十七页，2022年，8月28日（4）基本误差和精度在测量仪表量程范围内，输出量和理论值的最大偏差与量程比值的百分数，称做仪表的基本误差。即：用来表征测量仪表基本误差允许值等级的量，称做仪表的精度。例如：0.5级精度的仪表，其允许基本误差是-0.5%≤δ允≤0.5%；也就是说，精度数值前加上正、负号后加％即为其允许误差范围。反过来，把允许误差限值去掉正负号及％即为精度。返本章目录返本节目录第十页，共二十七页，2022年，8月28日2、动态性能指标仪表的输入量随时间而变化的工作状态，称为动态。仪表在动态下工作出现的输出特性，称为动态特性。仪表输入发生变化，必然引起输出值的变化，即引起动态响应。输出值随时间变化的曲线，称为动态响应曲线。

（1）阶跃响应

（2）频率响应返本章目录返本节目录第十一页，共二十七页，2022年，8月28日（1）阶跃响应上升时间tr：y(t)从10%yH到达90%yH所需的时间。峰值时间tp：y(t)到达第一次峰值所需要的时间，称为峰值时间。稳定时间ts：y(t)到达误差允许范围±5%所需的时间称为稳定时间。二阶仪表阶跃响应性能指标返本章目录返本节目录第十二页，共二十七页，2022年，8月28日（2）频率响应当测量仪表的输入信号为一定频率和幅值的波动信号时，其输出值所引起的响应，称做频率响应。返本章目录返本节目录第十三页，共二十七页，2022年，8月28日3、测量仪表的可靠性（1）可靠度（2）失效率（3）平均无故障工作时间

λ(t)-t曲线返本章目录返本节目录第十四页，共二十七页，2022年，8月28日1.2测量误差误差存在的绝对性1.2.2误差的表示形式1.2.3误差的的分类1.2.4仪表的准确度重点：误差的表示形式、误差的分类。难点：误差的表示形式。返本章目录第十五页，共二十七页，2022年，8月28日1.2测量误差

误差的表示形式（1）绝对误差测量值与真实值的差值：Δx=x-x0

返本章目录返本节目录

某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg香蕉、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？

由于绝对误差不能确切地反映出测量的准确度，所以引出相对误差的概念。结论第十六页，共二十七页，2022年，8月28日（2）相对误差测量结果的绝对误差与真值比值的百分数称为相对误差，即：（3）引用误差

所谓引用误差，就是测量仪表的在量程范围内某点的示值的绝对误差与其量程比值的百分数。用最大引用误差确定仪表精度和选择仪表精度的方法通过例题讲解。第十七页，共二十七页，2022年，8月28日解：该测温仪表的最大引用误差为

去掉%后，该表的精度值为0.6，介于国家规定的精度等级中0.5和1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差δ表允分别为±0.5%和±1.0%。则这台测温仪表的精度等级只能定为1.0级。例1-1某台温度检测仪表的测温范围为100～600℃，校验该表时得到的最大绝对误差为3℃，试确定该仪表的精度等级。例题返本章目录返本节目录第十八页，共二十七页，2022年，8月28日例1-2现需选择一台测温范围为0～500℃的测温仪表。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±4℃，试问：应选哪一级精度等级的仪表？解：工艺允许相对误差为

去掉±和%后，该表的精度值为0.8，也是介于0.5～1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差δ表允分别为±0.5%和±1.0%。应选择0.5级的仪表才能满足工艺上的要求。例题返本章目录返本节目录第十九页，共二十七页，2022年，8月28日

［练习］被测电压实际值大约为21.7V，现有1.5级、量程为0～30V的A表，1.5级、量程为0～50V的B表，1.0级、量程为0～50V的C表，0.2级、量程为0～360V的D表，四种电压表，请问选用哪种规格的电压表进行测量所产生的测量误差较小?

第二十页，共二十七页，2022年，8月28日A表有,B表有,C表有,D表有,答：四者比较，选用A表进行测量所产生的测量误差通常较小。

［解］：根据（1-15）式分别用四种表进行测量。第二十一页，共二十七页，2022年，8月28日

［练习］一台精度等级为0.5级，量程范围600~1200摄氏度的仪表，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4摄氏度，问此表是否合格？

摄氏度因为4摄氏度大于3摄氏度，所以不合格

第二十二页，共二十七页，2022年，8月28日

误差的的分类系统误差大小和方向保持固定，或按一定规律变化的误差。随机误差各次测量误差的大小和方向没有规律性。但是，若对这些误差进行大量统计，其出现是符合统计规律的。疏忽误差由于操作者的粗心大意或失误所造成的测量误差，称为疏忽误差。缓变误差误差的数值随着时间而缓慢变化的误差，称为缓变误差（按照产生的原因及其性质来分）返本章目录返本节目录第二十三页，共二十七页，2022年，8月28日

(1)系统误差：

误差举例

(1)系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？钟摆会热胀冷缩，夏天钟摆变长因为T=2π√(L/G)L变大导致周期T变长，所以钟不准把钟摆调短点就好了第二十四页，共二十七页，2022年，8月28日

(2)随机误差：

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。随机误差的正态分布规律次数统计长度相对测量值

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。第二十五页，共二十七页，2022年，8月28日1.2.4仪表的准确度1.正确度系统误差直接影响测量值与真值的差值，它是表征测量结果正确度的误差。2.精密度用随机误差来表征测量结果的精密度。3.准确度同时表征测量结果与真值的接近程度和多次测量值的离散程度的物理量，又称精确度。它是反