自动检测技术总结.ppt

1、1 检测系统基本特性,1.2 检测系统的特性及性能指标,1.2.1 静态特性及其指标,（1）线性度（非线性误差） 定义：在规定条件下，系统校准曲线 与拟合直线间最大偏差与满量程（F.S） 输出值的百分比，称为线性度。,校准曲线与拟合直线间的最大偏差；,系统满量程输出,必须先确定基准线,的取法,端基法: 连接最大与最小标定值的直线 - 端基直线 特点： 拟合精度较低，一般用在特性曲线非线性较小的情况 最小二乘法： 标定值相对于该直线的误差平方和最小。 特点： 拟合精度高,1.2 检测系统的特性及性能指标,1.2.1 静态特性及其指标,（1）线性度（非线性误差）,问题：为什么差动方法设计的检测系统

2、可以改善非线性？,1.2 检测系统的特性及性能指标,1.2.1 静态特性及其指标,(1) 线性度（非线性误差）,如：某位移传感器特性方程：,另一与之完全相同的位移传感器，感受相反方 向位移(即-x)，则特性方程式为,在差动输出情况下，其特性方程式可写成,优点： 消除了 偶次幂项，非线性误差； 灵敏度1倍； 消除了零点偏移；,定义：灵敏度是指检测系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极限值。即：,量纲相同时：灵敏度增益放大倍数,非线性检测装置：常用灵敏度误差表示检测系统的线性度。,1.2 检测系统的特性及性能指标,1.2.1 静态特性及其指标,（2）灵敏度,静态特性曲线 （直线）的线

3、斜率越大，其灵敏度越高。,线性检测系统：,为常数；,线性不太好的检测装置：使用平均灵敏度,（3）精度 （4）迟滞:正反行程最大偏差与满量程输出值的百分比 （5）重复性 （6）测量范围 （7）稳定性：输入信号不变，输出信号随时间或温度变化而出现的缓慢变化程度,第2章测量误差与数据处理,2.1 误差的基本概念,2.1.1测量误差的定义,测量误差：,测量所得数据与其相应真值之差。,式中 测量误差 测量结果 0 真值,测量误差绝对误差。,真值： 是被测量本身所具有的真实大小，只有通过完善的测量才能获得。实际上，由于被测量的定义和测量都不可能完善，因而真值往往未知，只是一个理想的概念。,2.1 误差的基

4、本概念,2.1.1测量误差的定义,示值相对误差（读数误差）： 测量的绝对误差与被测量的真值之比 （当绝对误差很小时） 引用误差（满度误差、额定误差）： 式中：L最大刻度与最小刻度之差,最大引用误差,2.1.3 误差的分类,按特性规律：系统误差、随机误差、粗大误差, 系统误差（System error） - 有规律可循 由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生，如装置、环境、动力源变化、人为因素。 再现性 - 偏差（Deviation） 理论分析/实验验证 - 原因和规律 - 减少/消除, 随机误差（Random error） 因许多不确定性因素而随机发生 偶然性（不明确、无规律） 概率

5、和统计性处理（无法消除/修正） 性质：有界性、单峰性、对称性、抵偿性。, 粗大误差（Abnormal error） 检测系统各组成环节发生异常和故障等引起异常误差,例题：2.1（p46）,用光学高温计测量某金属铸液的温度，得到如下个测量数据 （）：975，1005，988，993，987，设金属铸液温度稳定，测温随机误差属于正态分布。试求铸液的实际温度（取 P=95）。,2.3.5 小子样误差分布t分布,2.3 有限次测量误差与分析处理,解：因测量次数较少，采用分布推断给定置信概率下的误差限。 求次测量的平均值, 求,的均方根误差的估计值, 根据给定的置信概率P=95%和自由度=5-1=4，查

6、表,得tp=2.78,即被测金属铸液温度95的可能在温度区间976.6，1003之内。,测量结果为：,第4章 压力测量,13,(5)差压（压差）：两个相关压力之差。 符号P 注意：基准点任意且相同,不同压力间的关系,14,4.1.2 压力测量系统的分类,静重式,弹性式,远传式,15,弹簧管式 膜片式 膜盒式 波纹管式,弹性式,远传式,电阻式 电感式 电容式 振弦式,16,金属材料,影响很小,为材料的泊松比。,为应变；,式中：,K =1.73.6,测量桥路及温度补偿,18,整理,若,说 明 电桥输出Uo R /R P(被测压力)； 与U的大小和精度有关； 当0时，还与温度有关； 恒压源供电原理的

7、测量桥路，不能消除温度的影响。,恒压源供电电桥,19,假设：两个支路的电阻相等，即,桥路输出,说 明 电桥输出Uo R P(被测压力)； 与电流源I的大小和精度有关； 与无关； 恒流源供电原理的测量桥路， 能消除温度的影响。,恒流源供电电桥,20,（1）结构,隔离膜片,隔离膜片,测量膜片,中心轴,可动电极,固定电极,固定电极,蒸镀金属层,平行板式差动电容 和,节流孔,通道,绝缘体,硅油,过压保护 “全型面”,4.4.2 电容式压力（差压）变送器,1室结构,第五章 温度测量,5.1.2 温标,5.1 概述,温标三要素： 可实现的固定点温度； 表示固定点之间温度的内插仪器； 确定相邻固定温度点之间

8、的内插公式；,5.2.1 热电效应,TT0 ; A和B的材料不同； T:工作端、热端、测量端； T0:自由端、冷端、参比端。,5.2 热电偶测温,热电势：,热电势的构成： 两种导体的接触电势； 单一导体的温差电势。,5.2.2 热电偶基本定律,（1）均质导体定律,回路中总的热电势：,一种均质导体组成闭合回路： nA= nB 则：,不产生热电势。,5.2.2 热电偶基本定律,（2）中间导体定律,从热电偶原理电路可见，回路中虽有热电势，但无法测量；必须接入测量仪表及连接导线；接入仪表相当于接入第三种导体。,5.2.2 热电偶基本定律,（2）中间导体定律:回路中总的热电势,式中：,故：,（4）连接导

9、体定律与中间温度定律,意义：工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。,5.2.2 热电偶基本定律,连接导体定律：在热电偶回路中，若导体A和B分别与导线A和B相接；接点温度分别为T、Tn、T0，如图所示，则回路总电势等于热电偶电势EAB(T,Tn) 与连接导线电势EAB(Tn,T0)之和。,中间温度定律：当A与A、B与B材料分别相同时，则有,意义：只要得到参考端温度T0=0时，工作点温度为Tn的热电势EAB(Tn, T0) ，则通过测量中间温度的热电势EAB(T,Tn)，将两者直接求和，即可反映出测量端温度。这是利用热电势修正法进行热电偶冷端补偿的基础。也是热电势分度的理论基础。,（4）连接导

10、体定律与中间温度定律,5.2.2 热电偶基本定律,5.2.4热电偶的参比端（冷端）温度补偿,（1）冰点法；,（3）冷端补偿器法；,（4）补偿导线法；,（2）热电势修正法；,热电偶测温原理：只有参比端温度恒定时，回路总热电势EAB(T,T0)才是温度T的单值函数。,热电偶分度表中，热电势-温度的对应值以 0为基础。,补 偿 方 法,硬件法、软件法,（5）采用集成电路。,不稳定,（1）工业用常用线路 三线制,方法一： 热电阻有三个引线； 第三根接到电源线上； 电源与电桥的连接点a从仪表内部的桥路上移到热电阻附近； 另外两根引线和连接导线的电阻分别加到电桥相临两桥臂中。 效果：引线与连接导线电阻变化

11、影响减小。,Rac=Rr+r+r+Rt Rad=R1+Rr+r+ r Rl=r+r+Rr,5.3.5 热电阻测温电桥,辐射测温是利用物体辐射能与其温度有关的原理进行测温，测温元件与被测物不直接接触，以辐射方式进行热交换，实现非接触测温。,5.5 辐射式测温法,光学辐射式高温计 全辐射高温计 比色高温计,第6章 流量测量,6.1 概述 6.2 涡轮流量计 6.3 容积式流量计 6.4 浮子流量计 6.5 旋涡流量计 6.6 节流流量计 6.7 靶式流量计 6.8 电磁流量计 6.9 超声流量计 6.10 质量流量计 6.11 流量计校验,6.4.2 浮子流量计的刻度换算,流量公式： (1) 液体

12、流量的刻度换算： 刻度状态： 下标 “0” 工作状态： 无下标 可得到：,(2) 气体流量的刻度换算： 气体： 故： 刻度状态气体密度， 工作状态气体密度,气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为同种气体 ， 刻度状态气体密度， 工作状态气体密度 由理想气体状态方程： ，得 刻度状态压力、温度 工作状态压力、温度,气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为不同气体 ， 刻度状态标定气体密度， 工作状态实际气体密度 理想气体状态方程： ：工作实际气体在刻度状态下的密度；,6.8.2 电磁流量计的励磁方式,（1）直流励磁：最简单的一种方式。但两电极表面上形成固定的正负极性，引起被测介质电解而产生正负离子。这种电极间不均衡的电化学干扰严重影响流量测量，已不再使用。,（2）工频正弦波励磁：采用50 Hz工频交流电，曾经是使用最广泛的一种励磁方式: 则被测体积流量为,正交干扰