检测技术基础知识课件

项目项目1 1 检测技术基础知识检测技术基础知识 一教学目的一教学目的1.学习测量的基本概念、误差的概念以及传感学习测量的基本概念、误差的概念以及传感器的基本特性。器的基本特性。2.熟悉实训仪各种设备、采集软件和使用放大熟悉实训仪各种设备、采集软件和使用放大模块。模块。7/2/20241 二任务分析二任务分析 在各种现代装备系统的设计和制造工作在各种现代装备系统的设计和制造工作中，检测技术已占到首位。检测系统的成本中，检测技术已占到首位。检测系统的成本已达到总成本的已达到总成本的5070，它是保证现代，它是保证现代工程装备系统性能指标和正常工作的重要手工程装备系统性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能和实用水平的重要标志。段，是其先进性能和实用水平的重要标志。检测技术基础知识是我们学好这门课程检测技术基础知识是我们学好这门课程的重要条件，只有打牢基础才能为以后的学的重要条件，只有打牢基础才能为以后的学习奠定基础。习奠定基础。7/2/20242三三.基础知识基础知识 1.1.测量概念和分类测量概念和分类 静态测量静态测量 7/2/20243 对缓慢变化的对对缓慢变化的对象进行测量亦属于静象进行测量亦属于静态测量。态测量。最高、最低最高、最低温度计温度计7/2/20244 动态测量动态测量 地震测量地震测量振动波形振动波形7/2/20245便携式仪表便携式仪表 可以显示波形可以显示波形的便携式仪表的便携式仪表7/2/20246直接测量直接测量 电子卡尺电子卡尺7/2/20247间接测量间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算求得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）。被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。7/2/20248接触式测量接触式测量 7/2/20249非接触式测量非接触式测量 例：雷达测速例：雷达测速车载电子警察车载电子警察7/2/202410离线测量离线测量 产品质量检验产品质量检验7/2/202411在线测量在线测量 在流水线上，边加工，边检验，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。可提高产品的一致性和加工精度。7/2/2024122.2.测量误差及分类测量误差及分类 绝对误差：绝对误差：=A Ax x0 0 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100kg大大米、米、10kg苹果、苹果、1kg巧克力，发现均缺少约巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？最大，是何原因？7/2/202413相对误差及精度等级相对误差及精度等级 几个重要公式：几个重要公式：7/2/202414仪表的准确度等级和基本误差仪表的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压表的精度为例：某指针式电压表的精度为2.52.5级，用它来测量电压时可能产生的满度级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为相对误差为2.5%2.5%。7/2/202415例：例：用指针式万用用指针式万用表的表的10V量程测量量程测量一只一只1.5V干电池的干电池的电压，示值如图所电压，示值如图所示，问：选择该量示，问：选择该量程合理吗？程合理吗？7/2/202416 用用2.5V量程量程测量同一只测量同一只1.5V干电池的电压，干电池的电压，与上图比较，问与上图比较，问示值相对误差哪示值相对误差哪一个大？一个大？7/2/202417误差产生的因素误差产生的因素：1 1）粗大误差）粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员叫过失误差。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，粗大误差明显超过正常条件下的误小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。差。当发现粗大误差时，应予以剔除。7/2/202418产生粗大误差的一个例子产生粗大误差的一个例子 7/2/202419 2 2）系统误差：）系统误差：系统误差也称装置误差，它反映了测量值系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。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。以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。7/2/2024203 3）随机误差）随机误差 在在同同一一条条件件下下，多多次次测测量量同同一一被被测测量量，有有时时会会发发现现测测量量值值时时大大时时小小，误误差差的的绝绝对对值值及及正正、负负以以不不可可预预见见的的方方式式变变化化，该该误误差差称称为为随随机机误误差差，也也称称偶偶然然误误差差，它它反反映映了了测测量量值值离离散散性性的的大大小小。随随机机误误差差是是测测量量过过程程中中许许多多独独立立的的、微微小小的的、偶偶然的因素引起的综合结果。然的因素引起的综合结果。存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量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。随机误差都服从正态分布规律。7/2/202421随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值长度相对测量值次次数数统统计计7/2/202422随机事例的几个例子随机事例的几个例子 彩票摇奖彩票摇奖7/2/202423 下图是射击弹着点示意图，请你分别下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图说出图a、b、c各是什么原因造成的，应各是什么原因造成的，应如何克服？如何克服？偏差特别大偏差特别大弹着点接近弹着点接近正态分布正态分布弹着点均偏弹着点均偏向右上侧向右上侧7/2/2024243.3.传感器及基本特性传感器及基本特性 1）传感器的组成）传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器 1-弹簧管弹簧管 2-电位器电位器7/2/202425弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感受被测量，敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。的非电量。7/2/202426弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位移在下图中，弹簧管将压力转换为角位移7/2/202427弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。角位移。7/2/202428压力传感器的压力传感器的外形及内部结构外形及内部结构7/2/2024292）传感器分类）传感器分类 传传感感器器的的种种类类名名目目繁繁多多，分分类类不不尽尽相相同。常用的分类方法有：同。常用的分类方法有：）按按被被测测量量分分类类：可可分分为为位位移移、力力、力力矩矩、转转速速、振振动动、加加速速度度、温温度度、压压力力、流量、流速等传感器。流量、流速等传感器。2）按按测测量量原原理理分分类类：可可分分为为电电阻阻、电电容容、电电感感、光光栅栅、热热电电耦耦、超超声声波波、激激光光、红红外、光导纤维等传感器。外、光导纤维等传感器。本教材采用第一种分类法。本教材采用第一种分类法。7/2/2024303）传感器基本特性）传感器基本特性 传感器的特性一般指输入、输出特性，传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。电磁兼容性、可靠性等。7/2/202431灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化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，用值与输入变化值之比，用K 来表示：来表示：7/2/202432作图法求灵敏度过程xyx1xy0切点切点传感器 特性曲线xmax7/2/202433作图法求灵敏度的过程作图法求灵敏度的过程 有一台测量流量的仪表，测量范围为有一台测量流量的仪表，测量范围为010m3/s，输入输，输入输出特性曲线如下图所示，请用作图法求该仪表在出特性曲线如下图所示，请用作图法求该仪表在1m3/s和和7m3/s时的灵敏度时的灵敏度K1、K2，和该仪表的端基线性度。，和该仪表的端基线性度。分别过分别过1m3/s和和7m3/s点作切线，得到点作切线，得到以以x 和和y为边的三角为边的三角形，利用下式得到灵形，利用下式得到灵敏度敏度K。17q/q/（m m3 3/s/s）7/2/202434线性度：线性度又称非线性误差，是指传感器实际线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线性度，非线性误差越小越好性度，非线性误差越小越好 。线性度。线性度的计算公的计算公式如下：式如下：7/2/202435作图法求端基线性度的过程演示作图法求端基线性度的过程演示 将传感器输出将传感器输出起始点与满量程点起始点与满量程点连接起来的直线称连接起来的直线称为拟合直线或端基为拟合直线或端基理论直线。找出传理论直线。找出传感器实际特性曲线感器实际特性曲线与拟合直线之间的与拟合直线之间的最大偏差最大偏差 Lmax，再除以传感器量程，再除以传感器量程，就得到就得到 L。量量程程1拟合直线拟合直线y=ax+b 2实际特性实际特性曲线曲线 7/2/202436 用一台用一台3 位（俗称位（俗称3位半或位半或3 位）、精度为位）、精度为0.5级（已包含最后一位的级（已包含最后一位的+1误差）的数字式电误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的为分辨力，求该仪表的 （提示见下页）（提示见下页）关于数字表显示位及位数的概念介绍关于数字表显示位及位数的概念介绍7/2/202437 数字多用表（数字多用表（Digital Multimeter,简称简称DMM）的）的显示位数目前一般为显示位数目前一般为3 3位位8 8 位（即位（即8 8 位，以下同）位，以下同）。具体地说，有。具体地说，有3 3位、位、3 3 位、位、3 2/33 2/3位、位、3 3/43 3/4位、位、4 4 位、位、4 3/44 3/4位、位、5 5 位、位、6 6 位、位、7 7 位、位、8 8 位等。位等。最近国外还推出最近国外还推出8 3/48 3/4位、位、10 10 位等规格，使数字测位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题，抗干扰等诸多技术问题，A/DA/D转换器只是其中的一个转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的精确度，还必须掌握正确环节，能否真正达到额定的精确度，还必须掌握正确的使用方法。的使用方法。7/2/202438判定数字仪表位数的两条原则判定数字仪表位数的两条原则 1.能能显显示示09所所有有数数字字的的“位位”是是“整位整位”；2.分分数数位位的的判判定定：在在最最大大显显示示值值中中，以以最最高高位位所所能能显显示示的的数数值值作作为为分分子，用满量程的最高位作为分母。子，用满量程的最高位作为分母。例如，当某一数字表最大显示值例如，当某一数字表最大显示值为为1999（不考虑小数点），满量程（不考虑小数点），满量程计数值为计数值为2000时，则它共有时，则它共有3个整位。个整位。最高位只能显示最高位只能显示1，满量程最高位为，满量程最高位为2，所以它是，所以它是3 位表位表。7/2/202439判定数字仪表位数（续）判定数字仪表位数（续）又如，一台数字表最大值为又如，一台数字表最大值为2999 2999，满量，满量程为程为30003000，则它是，则它是3 2/33 2/3位表；右下图所示的位表；右下图所示的温度数字表最大值为温度数字表最大值为399 399，满量程为，满量程为400400，则，则它是它是2 3/42 3/4位表。位表。7/2/202440判定数字仪表位数的练习判定数字仪表位数的练习请判断下图数字表的位数请判断下图数字表的位数 7/2/202441分辨力分辨力 分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的最小变化量，分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为差。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为0.1，若该仪，若该仪表的精度为表的精度为1.0级，则最大绝对误差将达到级，则最大绝对误差将达到2.0，与分辨力，与分辨力相比差得多。有时在没有其它附加说明的少数情况下，也可相比差得多。有时在没有其它附加说明的少数情况下，也可以认为分辨力就等于它的最大绝对误差。以认为分辨力就等于它的最大绝对误差。在右图中，温度每变化在右图中，温度每变化0.1，数字，数字表就能跳变表就能跳变1个字，这个温度的相对变个字，这个温度的相对变化基本上是可信的，但该数字表所显示化基本上是可信的，但该数字表所显示的绝对数值是有较大误差的。的绝对数值是有较大误差的。7/2/202442分辨率分辨率 数字表的最大示值的倒数数字表的最大示值的倒数为数字表的分辨率。为数字表的分辨率。例如，例如，3 位表的最大示值位表的最大示值为为1999，则分辨率为：，则分辨率为：1/19991/2000=0.0005=0.05%即万分之五。即万分之五。请判断右图数字表的请判断右图数字表的位数、位数、分辨力分辨力及及分辨率。分辨率。仪表背面的接线端子仪表背面的接线端子7/2/202443 可靠性可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。种综合性的质量指标。浴盆浴盆曲线曲线7/2/20244445写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way讲师：XXXXXX XX年XX月XX日