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自动检测技术

自动检测技术. 讲授 颜学定. 第一章 检测技术的基本知识 §1.1 概述. 检测技术：人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。 检测技术包含信息的获取、转换、显示和处理，它已经发展成为一门完整的技术学科。 检测技术的含义、作用和地位 检测技术是产品检验和质量控制的重要手段。 检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用。 检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。 检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。. §1.1 概述. 检测系统的组成 检测系统的组成框图

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  1. 自动检测技术 讲授 颜学定

  2. 第一章检测技术的基本知识§1.1 概述 • 检测技术：人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。 • 检测技术包含信息的获取、转换、显示和处理，它已经发展成为一门完整的技术学科。 • 检测技术的含义、作用和地位 • 检测技术是产品检验和质量控制的重要手段。 • 检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用。 • 检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。 • 检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。

  3. §1.1 概述 • 检测系统的组成 • 检测系统的组成框图 • 传感器：把被测量转换为另一种与之有确定对应关系，并且便于测量的量的装置。 • 传感器的分类： 指示仪 被测量 传感器 测量电路 记录仪 数据处理

  4. §1.1 概述 • 按被测量的性质分： • 机械量传感器。位移传感器，力传感器等。 • 热工量传感器。温度传感器，压力传感器，流量传感器等。 • 化学量传感器。 • 生物量传感器。 • 按输出量的性质分 • 参量型传感器。输出为电阻、电感、电容。 • 发电型传感器。输出为电压、电流。光电传感器、热电偶传感器。 • 测量电路 • 将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。 • 显示记录装置 • 使人们了解检测数值的大小或变化的过程。 • 分模拟显示、数值显示的图像显示三种。

  5. §1.1 概述 • 非电量电测法的特点 • 检测中首先将被测量传感器通过转换为电量，然后进行处理或显示。 • 非电量电测法的的优点 • 能连续、自动地对被测量进行测量和记录。 • 远距离传输 • 测量范围广 • 便于数据处理 • 检测技术的发展方向 • 新型传感器的产生 • 新材料、新原理和新工艺导致更多新型传感器的产生。如光纤传感器、微生物传感器等。 • 传感器高精度小型化、集成化 • 同样功能的传感器集成化，从而使对一个点的测量变成对一个平面和空间的测量。

  6. §1.1 概述 • 不同功能的传感器集成化，一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数。 • 传感器本身小型化。将传感器和数据处理电路集成在一起。 • 检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展 • 自动调零和自动校准 • 自动量程转换 • 自动选择功能 • 自动数据处理和误差修正 • 自动定时测量 • 自动故障诊断

  7. §1.2 测量方法 • 测量的基本概念 • 测量（检测）：人们用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，并确定被测量对标准量的倍数据，从而获得关于被测量的定量信息。 • 标准量：测量单位。 • 测量结果：数值大小和测量单位两部分。 • 测量过程包括比较、示差、平衡和读数据四个步骤。 • 非电量电测 • 测量方法 • 按测量手续分：直接测量和间接测量。 • 按获得测量值的方式分：偏差式测量、零位式测量和微差式测量。 • 接触式测量和非接触式测量。 • 动态测量和静态测量。

  8. §1.2 测量方法 • 直接测量和间接测量 • 直接测量：直接读取被测量结果 • 间接测量：对和被测量有确定函数关系的几个量进行测量，然后，再将测量值代入函数关系式计算得出结果。 • 偏差式测量、零位式测量和微差式测量 • 偏差式测量：在测量过程中，利用测量仪表指针相对于初始刻度点的位移（即偏差）来决定被测量的方法。 • 仪表内无标准量具 • 经过标准量具校核过的标尺或刻度盘。 • 测量简单、迅速，但精度不高。 • 最常用。 • 零位式测量：用已知的标准量平衡或抵消被测量的作用，并用零式仪表来检测测量系统的平衡状态，从而判断被测量等于已知标准量的方法。 • 天平 • 电位差计 图1—2 电位差计原理图。 • 仪表内有标准量，被测量直接与标准量进行比较。 • 测量精度高。 • 测量过程复杂，时间长。 • 只能在实验室使用。

  9. §1.2 测量方法 • 微差式测量：将被测量x的绝大部分作用先与已知标准量N进行抵消，乘余部分既两者的差值 ，这个差值再用偏差法进行测量。 • 图1—3 微差式测量原理图。 • 其测量精度接近零位式测量，且反应速度快。

  10. §1.3 检测系统的基本特性 • 检测系统的特性分为静态特性和动态特性。 • 静态特性 • 当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为检测系统的输入量和输出量都和时间无关。在这这种关系的基础上确定的检测装置参数称为静态特性。 • 灵敏度与分辨率 • 灵敏度：传感器或检测系统在稳态下输出量变化与输入量变化之比。 或 • 灵敏度 s为常数，则输入和输出为线性关系。一般要求传感器在线性区间工作。如图1-4 检测系统的灵敏度。 • 检测系统由多个环节组成时 s =s1s2s3 y2 y1 x s1 s2 s2 y

  11. §1.3 检测系统的基本特性 • 灵敏度s具有量纲。 • 灵敏度高，测量精度高。 • 灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性愈差。 • 分辨率：检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。可用绝对值，也可用是量程的百分比来表示。 • 灵敏度愈高，分辨率愈好。 • 模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字仪表的分辨率为最后一位的一个字。 • 线性度 • 实测的检测系统输入-输出我曲线与拟合直线之间最大偏差与满是量程的百分比。 • 输出值与拟合直线的最大差值。YFS满量程时的输出。 • 图1-6 理论线性度示意图

  12. §1.3 检测系统的基本特性 • 迟滞 • 检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入-输出我曲线不一致的程度。图1-7迟滞特性示意图。 • 输出值在正、反行程期间的最大差值。YFS满量程时的输出。 • 测量范围与量程 • 测量范围：在正常测量条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的总范围。通常以测量范围的下限值和上限值来表示。如某高温测量计的测量范围为：600ºC-- 1000ºC。 • 量程是测量范围的上限值和下限值的代数差。 • 量程大，灵敏度小。 • 精度等级 • 与误差有关。

  13. §1.3 检测系统的基本特性 • 动态特性 • 当被测量发生变化时，检测系统再次稳定地测量到被测量这段时间输出量变化的过程。 • 动态过程比静太过程复得多。 • 检测系统的动态过程通常有实验方法求得。 • 动态过程的主要性能指标：超调量、上升时间、响应时间。

  14. §1.4 误差的概念 • 检测结果和被测量的客观真值之间的差值为测量误差。 • 误差自始至终存在于一切科学实验和测量之中，被测量的真值永远难以得到。 • 高一级仪表的测量值可作为下一级仪表的相对真值。 • 按误差的的表示方法可以分为绝对误差和相对误差。 • 按误差出现的规律可以分为系统误差、随机误差和粗大误差。 • 按被测量与时间的关系可以分为静态误差和动态误差。 • 绝对误差和相对误差 • 绝对误差 • 绝对误差：仪表指示值与被测量真值之间的差值，记做 • 绝对误差愈小，测量精度愈高。 • 绝对误差不能反应误差的程度。

  15. §1.4 误差的概念 • 相对误差 • 相对误差是仪表指示值的绝对误差与被测量真值x0的比值的百分比。 • 相对误差比绝对误差更能说明测量的精确程度。 • 实际测量中，由于被测量真值是未知的，故可指示真值x代替真值x0. • 引用误差 绝对误差与仪表量程L的百分比。 最大引用误差：以测量仪表在整个测量过程中可能出现的绝对误差的最大值来代替绝对误差，即为最大引用误差。

  16. §1.4 误差的概念 • 仪表的精度等级：按允许的最大引用误差划分。常见的精度等级有0.1级，0.2级，0.5级，1.0级，1.5级 ，2.0级 2.5级,5.0级。 • 仪表允许的最大绝对误差 = 仪表量程X精度等级/100 • 仪表的选用：应当根据被量的大小和测量精度要求，合理选用仪表量程和精度等级。在满足要求的情况下，尽可能选用精度低的仪表。 • 系统误差和随机误差 • 系统误差 • 在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的符号和大小保持不变，或按照一定的规律变化，既为系统误差。 • 系统误差的大小表明测量结果的正确度。 • 随机误差 • 在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化。 • 用精密度表示随机误差的大小。 • 精确度：正确度和精密度的综合反应。

  17. §1.4 误差的概念 • 系统误差与随机误差的关系 • 已经掌握其规律的误差即系统误差，反之为随机误差。 • 系统误差可以修正或预防。 • 随机误差只能通过统计方法加以处理。 • 粗大误差 • 明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差。 • 人为因素造成 • 含粗大误差的测量值称为坏值，应从测量结果中剔除。

  18. §1.6 系统误差的消除方法 • 系统误差虽然有规律，但实际处理起来比无规则的随机误差更难。 • 消除产生误差的来源 • 采取一些有效的测量方法 • 交换法 • 在测量中将引起系统误差的某些条件相互交换，而保持其它条件不变，使产生系统误差的因素对测量结果所起作用相反，从而抵消系统误差。 • 抵消法 • 改变测量中的某些条件，使前后两次测量的结果的误差符号相反，取其平均值以消除系统误差。 • 代替法 • 在测量条件不变的情况下，用已知量替换被测量。图1-12 • 对称测量法 • 可用于消除线性变化的误差。图1-13

  19. 作业 • 第19页 • 1、3、4、6

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