检测技术的基本概念.ppt
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2023/7/1,1,第一章检测技术的基本概念,本章学习测量的基本概念、测量方法、误差分类、测量结果的数据统计处理,以及传感器的基本特性等,他们是检测与转换技术的理论基础。
2023/7/1,2,第一节检测技术的基本概念及方法,测量:
是借助专门的技术和仪表设备,采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。
2023/7/1,3,测量方法,静态测量,2023/7/1,4,对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。
最高、最低温度计,2023/7/1,5,动态测量,地震测量振动波形,2023/7/1,6,直接测量,电子卡尺,2023/7/1,7,间接测量,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)。
2023/7/1,8,接触式测量,2023/7/1,9,非接触式测量例:
雷达测速,车载电子警察,2023/7/1,10,离线测量,产品质量检验,2023/7/1,11,在线测量,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。
第二节测量误差及分类,绝对误差:
=Ax0,某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、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?
(1-1),相对误差及精度等级,几个重要公式:
2023/7/1,14,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2.5级,用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5%。
2023/7/1,15,例:
某指针式万用表的面板如图所示,问:
用它来测量直流、交流()电压时,可能产生的满度相对误差分别为多少?
2023/7/1,16,例:
用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压,示值如图所示,问:
选择该量程合理吗?
2023/7/1,17,用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压,与上图比较,问示值相对误差哪一个大?
2023/7/1,18,例1-1某压力表准确度为2.5级,量程为01.5MPa,求:
1)可能出现的最大满度相对误差m。
2)可能出现的最大绝对误差m为多少kPa?
解1)可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到,即m25%。
2)mmAm25.5MPa0.0375MPa37.5kPa,2023/7/1,19,例1-2现有准确度为0.5级的0300的和准确度为1.0级的0100的两个温度计,要测量80的温度,试问采用哪一个温度计好?
解计算用0.5级表以及1.0级表测量时,可能出现的最大示值相对误差分别为1.88%和1.25%。
计算结果表明,用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差的绝对值反而小,所以更合适。
由上例得到的结论:
在选用仪表时应兼顾准确度等级和量程,通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。
2023/7/1,20,误差产生的因素:
1.粗大误差,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差。
当发现粗大误差时,应予以剔除。
2023/7/1,21,产生粗大误差的一个例子,2023/7/1,22,2.系统误差:
夏天摆钟变慢的原因是什么?
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。
2023/7/1,23,3.随机误差,在同一条件下,多次测量同一被测量,有时会发现测量值时大时小,误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化,该误差称为随机误差,也称偶然误差,它反映了测量值离散性的大小。
随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶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。
2023/7/1,24,随机误差的正态分布规律,长度相对测量值,次数统计,2023/7/1,25,随机事例举例,彩票摇奖,2023/7/1,26,4.动态误差,由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差,当被测量随时间迅速变化时,系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合,这种误差称为动态误差。
2023/7/1,27,第三节传感器及基本特性,一、传感器的组成举例:
测量压力的电位器式压力传感器,1-弹簧管2-电位器,图1-4传感器组成框图,2023/7/1,28,弹性敏感元件(弹簧管),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、更易于转换的非电量。
2023/7/1,29,弹簧管放大图,当被测压力p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角位移。
2023/7/1,30,被测量通过敏感元件转换后,再经传感元件转换成电参量,在右图中,电位器为传感元件,它将角位移转换为电参量-电阻的变化(R),2023/7/1,31,360度圆盘形电位器,右图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片,右边焊片接地,左边焊片接电源。
接地,2023/7/1,32,测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
在左图中,当电位器的两端加上电源后,电位器就组成分压比电路,它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo。
2023/7/1,33,分压比电路的计算公式如下:
直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比:
对圆盘式电位器来说,Uo与滑动臂的旋转角度成正比:
2023/7/1,34,压力传感器的外形及内部结构,2023/7/1,35,二、传感器分类,传感器的种类名目繁多,分类不尽相同。
常用的分类方法有:
)按被测量分类:
可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。
2)按测量原理分类:
可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。
本教材采用第二种分类法。
2023/7/1,36,三、传感器基本特性,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、电磁兼容性、可靠性等。
2023/7/1,37,1、灵敏度:
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K来表示:
(16),2023/7/1,38,作图法求灵敏度过程,x,y,x1,x,y,0,切点,传感器特性曲线,xmax,2023/7/1,39,2、分辨力:
指传感器能检出被测信号的最小变化量。
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,如果没有其他附加说明,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差。
2023/7/1,40,3、线性度:
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性度,非线性误差越小越好。
线性度的计算公式如下:
(17),2023/7/1,41,作图法求线性度演示(1拟合曲线2实际特性曲线),2023/7/1,42,4、稳定性,稳定性包含稳定度和环境影响量。
稳定度是指仪表在所有条件都恒定不变的情况下,在规定的时间内维持其示值不变的能力。
一般以仪表的示值变化量和时间的长短之比来表示。
例如:
某仪表输出电压值在8h内的最大变化量为1.3mv,则表示为1.3mv/8h。
2023/7/1,43,环境影响量仅指由外界环境变化而引起的示值变化量。
引起示值变化的有:
零漂和灵敏度漂移。
零点漂移(Zerodrift)在规定的时间间隔内,输人为零时的漂移。
灵敏度漂移(Sensitivitydrift)在规定的条件下,仪表的灵敏度随时间的漂移。
2023/7/1,44,5、电磁兼容性,电磁兼容性是指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力,而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。
2023/7/1,45,6、可靠性:
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种综合性的质量指标。
浴盆曲线,2023/7/1,46,“老化”试验:
在检测设备通电的情况下,将之放置于高温环境低温环境高温环境反复循环。
老化之后的系统在现场使用时,故障率大为降低。
老化试验台,
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