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1、自动检测技术 简单的测试系统可以只有一个模块，也 可以是一个复杂的系统。如图所示。 体温计1第一章 检测技术的基础知识 第一节 概 述一. 检测技术的含义、作用和地位 检测技术的含义、 二.检测系统的组成 三.非电量电 测法的特点 四.检测技术的发展方向一.检测技术的含义、作用和地位 检测技术的含义、 检测： 检测：对基本参数和物理 量进行检查测 从而获得定量信息的过程。 量，从而获得定量信息的过程。 检测技术： 检 测技术：完成检测过程所采取的技术 措施。 措施。检测技术的主要内容：信息的获取、检 测技术的主要内容：信息的获取、转 换、显示、处理 显示、主要作用： 主要作用： 产品检验和质量
2、控制 大型设备的安全、 大型设备的安全、经 济运行监测 自动化系统中的重要组成部分 检测技术的发展推动着科学技术的发展 科学技 术的发展带动检测技术发展） （科学技术的发展带动检测技术发展） 地位： 地位： 与生 产、生活、科技关系密切， 与生产、生活、科技关系密切，在人类 的一切活动领域都占有 地位。 的一切活动领域都占有地位。二. 检测系统的组成 检测系统的组成 传感器：把被测量转换为另一种与之有确定对应 传感器 关系，并且便于测量的量的装 置。 传感器的分类：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
3、、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 小结： 小 结：非电量电量）电量）传感器（非电量 电量 微弱电量较强电信号）较强电信号）测 量电路 （微弱电量 较强电信号 显示记录装置（可能远程输出） 显示记录装置（可能远程 输出）三. 非电量电测法的特点 能够连续、能够连续、自动测量和记录 测量精度高、测量精 度高、动态特性好 可以远程传输， 可以远
4、程传输，实现远距离测量和集中 控制 可以方便 地变换量程，可以方便地变换量程，测量范围广 能借助于计算机进行运算、能借助于计算 机进行运算、分析和数据 处理。 处理。四. 检测技术的发展方向 应用新原理、新材料、新工艺方面的成果制造 应用新原理、新材料、 各种新型传感器： 光纤传感器、压敏传感器、 各种新型传感器：光纤传感器、压敏传感器、 微生物传感器、 仿生传感器、 微生物传感器、仿生传感器、超常参数传感器 等。 传感器集成化（ 器件进 行文字、传感器集成化（如CCD器件进行文字、图象处器件进行文字 数码相机）理，扫 描仪 数码相机）传感器和测量电路集 成化。 成化。 整个检测系统智能化。
5、整个检测系统 智能化。第二节二.测量方法测量方法一.测量的基本概念一、 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，从而获得 关于被测量的定量信息。 标 准量：应该是国际或国内公认的性能稳定的量， 称为测量单位。 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 。 非电量电测二、 测量方法按测量手段分：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。 （一）直接测量 和间
6、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。（二）偏差式测量、零位式测量和微差式 偏差式测量、1. 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。2. 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 仪表内有标准 量，被测量直接与标准量进行比较。 测量精
7、度高、测量过程复杂，时间长。 只能在实验室 使用。线圈 指针 永久磁铁 旋转弹簧圆柱形 铁心3. 微差式测量 微差式测量 零位式与偏差式测量的综合应用。零位式与偏差式测量的综 合应用。测量前先把被测量u调到基准数值大测量前先把被测量调到基准数值大调节已 知标准量使二者相等，小，调节已知标准量使二者相等，读取被测值的基准大小u测值的 基准大小 0。 测量中只读取被测值的微小变化 ?u 计算得测量结果为： 计算得测量结果为： u = u 0 + ?u特点：测量装置中有标准量具， 特点：测量装置中有标准量具，测量始条 件是指针指 零或平衡。 件是指针指零或平衡。 对微小信号实行偏差式测量。 对微小信
8、号实行偏差式测 量。 减小了偏差式测量的范围，精度高， 减小了偏差式测量的范围，精度高，小信 号反应 速度快，适合于在线测量。 号反应速度快，适合于在线测量。第三节 检测系统的 基本特性一.静态特性 二.动态特性一.静态特性:当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为 静态特性:当被测量不随 时间变化或变化很慢时，检测系统的输入量和输出量都和时间无关。 检测系统的输入量和输出量都和时间无关。 在这种关系的基础上确 即测量已经达到稳定状态时， 定的检测装置参数称为静态特性。即 测量已经达到稳定状态时，检 测装置或传感器呈现的特性。 测装置或传感器呈现的特性 灵敏度与分辨率 灵敏度： 灵敏度：传感
9、器或检测系统 在稳态下输出量变化与输入量变化 之比。相当于放大倍数。 之比。相当于放大倍数。y s= ?x若灵敏度 s 为常数，则输入和输出为 若灵敏度 为常数 为常数， 线性关系。 线性关 系。一般要求传感器在线性区 间工作。 间工作。如右图为检测系统的灵敏度。 ?如果串联 环节组成检测系统，总灵 如果串联环节组成检测系统， 如果串联环节组成检测系统 度为各 部分灵敏度的乘积。 敏 度为各部分灵敏度的乘积。灵敏度 具有量纲。 灵敏度 s 具有量纲 灵敏度 具有量纲。 ?灵敏度高，测量精度高。 灵 敏度高， 灵敏度高 测量精度高。 ?灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性 灵敏度愈高， 灵 敏度愈高
10、 测量范围愈窄， 愈差。 愈差。 分辨率： 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。出被测量的最小变化的能力。 ?分辨率可用绝对值，也可用量程 分 辨率可用绝对值， 分辨率可用绝对值 的百分比来表示。 的百分比来表示。 ?输入量最小增 加多少，能被测 输入量最小增加多少， 输入量最小增加多少 量出来。 量出来。 *灵敏度 太大影响测量范围。 灵敏度太大影响测量范围。 灵敏度太大影响测量范围*模拟仪表的分辨率 最小刻度分格值 模拟仪表的分辨率 =最小刻度分格值 模拟仪表的 分辨率 最小刻度分格值/2 *数字仪表的分辨率 最后一位数字为 数字仪表的分辨率=最后一 位数字为 数字仪
11、表的分辨率 1 所代表的值。 所代表的值。 所代表的值*灵敏度越高，分辨率越好。 灵敏度越高，分辨率越好。 灵敏度越高 合直线之间最大偏差与满量程的百分比。 合直线之间最大偏差与满量程的百分比。 图中曲线为检测系统的实 际输入输出关系。 际输入输出关系。 直线为理论上的输入输 出 关系，称为拟合直线 拟合直线。 关系，称为拟合直线。 ?m 为实测直线与拟合曲 线的 最大偏差。 线的最大偏差。 为输出满量程值。 Y FS 为输出满量程值。线性度：实测的检测系统输入线性度：实测的检测系统输入-输出曲线与拟m E X 100%线性度定义：线性度定义：f = YFS迟滞迟滞特性指检测系统 在输入量增大
12、过程中的检 测结果曲线， 测结果曲线，与输入量减 小过程中的检测结果曲线 不一致程度。不一致程度。为正反向检测曲 线的最大差值。线 的最大差值。 迟滞的定义： 迟滞的定义：m 为正反向检测曲m Ef = X 100% YFS测量范围与量程 测量范围：在正常测量条件下， 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。 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。 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。 温测量计的测量范围为： 600oC- 1000oC。 量程： 量程： 是测量范围的
13、上限值和下限值的代数 差。 ? 量程大 灵敏度小。 量程大， 精度等级 ，灵 敏度小。 测量仪表均具有精度等级，其与误差有关。 测量仪表均具有精度等级，其与误差 有关。二动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 量的响应特性。 当被测量随时间变化,是时间的函数时 是时间的函数 时, ? 当被测量随时间变化 是时间的函数时 则传感器的输 出量也是时间的函数,则被测量 与输出量的关系要用动 出量也是时间的函数 则被测量与输出量的关系要用动 态特性来表 示。 态特性来表示。 ? 一个动态特性好的传感器 其输出将再现输入量的变 一个动态特性 好的传感器, 化规律, 即具有相同
14、的时间函数。 化规律 即具有相同的时间函数。 ?动态过 程比静态过程复杂得多。 动态过程比静态过程复杂得多。 动态过程比静态过程复杂得多 ? 检测系统的动态过程通常由实验方法求得。 检测系统的动态过程通常由实验方法求得。 检 测系统的动态过程通常由实验方法求得 ?动态过程的主要性能指标：超调量、上升时间、响 应 动态过程的主要性能指标： 动态过程的主要性能指标 超调量、上升时间、 时间等。 时 间等。第四节 误差的概念真值：被测量的准确数值（只能靠近，确知道）。 真值：被测量的准确数值（只能靠近， 无法准 确知道）。?检测结果和被测量的客观真值之间的差值为测量误 检测结果和被测量的 客观真值之
15、间的差值为测量误 检测结果和被测量的客观真值之间的差值为 差。 ?误差自始 至终存在于一切科学实验和测量之中，被 误差自始至终存在于一切科学实验和测量之中，误 差自始至终存在于一切科学实验和测量之中 测量 的真值永远难以得到。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 高一级仪表的测量值可作为下一级 仪表的相对真值 。 ?误差来源：工具、环境、方法、人员误差等。 误差来源： 误差来源 工 具、环境、方法、人员误差等。 ?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 的的表示方法可以分为绝对误差和 按误差的的表示方法可以分为绝对误差 。 ?按误差出现 的规律可以
16、分为系统误差、随机误差和 按误差出现的规律可以分为系统误差 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。 粗大误差。一.绝对误差与相对误差绝对误差一测量值与真值的差& = x ? x0-绝对误差愈小，测量精度愈高。 绝对误差愈小，测量精度愈高。 绝对误差愈小 - 绝对误差不能反映误差的程度。 绝对误差不能反映误差的程度。 绝对误差不能反映误差的 程度-适合于测量同一量时，比较测量结果的精度 。 适合于测量同一量时，应用于修正量与真值计算：x0 = x ? 6应用于修正量与真值计算：应用于修正量 与真值计算修正量定义 真值计算： 真值计算：c = ?6x0 = x + c 相对误差6绝对误差与真值的（百分） 绝对误差与真值的（百分）比x ? x0r = X 100% = X 100% x0 x0 *相对误差比绝对误差更能说明测量
