第一章、检测技术的基本知识
第一节、概述
一、检测技术的含义、作用和地位
①、在各项生产活动和科学实验中，为了解和掌握整个过程的进展及其最后结果，经常需要
对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。
②、检测技术是人们为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。
③、随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术
已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。
检测技术主要应用如下：
1 )、检测技术是产品检验和质量控制的重要手段：
①、借助于检测工具对产品进行质量评价是检测技术重要的应用领域。
②、但传统的检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔除的作用。
这种被动检测方法，对废品的出现并没有预先防止的能力。
③、在传统检测技术基础上发展起来的主动检测技术或称之为在线检测技术，使检测和生产
加工同时进行，及时、主动地用检测结果对生产过程进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。
④、在线检测技术的作用已经不只是单纯的检查产品的最终结果，而且要过问和干预造成这
些结果的原因，从而进入质量控制的领域。
2)、检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用：
①、电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态
下运行，保证这些关键设备安全运行在国民经济中具有重大意义。
②、为此，通常设置故障监测系统对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行
长期动态监测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发事故，保证设备和人员安全，提高经济效益。
③、即使设备发生故障，也可以从监测系统提供的数据中找出故障原因，缩短检修周期，提
高检修质量。另外，在日常运行中，这种连续监测可以及时发现设备故障前兆，采取预防性检修。
④、随着计算机技术的发展，这类监测系统已经发展到故障自诊断系统，可以采用计算机来
处理检测信息，进行分析、判断，及时诊断出设备故障并自动报警或采取相应的对策。
3)、检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分：
①、任何生产过程都可以看作是由“物流”和“信息流”组合而成的，反映物流的数量、状
态和趋向的信息流则是人们管理和控制物流的依据。
②、人们为了有目的地进行控制，首先必须通过检测获取有关信息，然后才能进行分析判断
以便实现自动控制。
③、所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人来完成检测、分析、判断和控制工作。
④、一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息获取、信息转换、信息处理、信息
传送及信息执行等功能。
⑤、在实现自动化的过程中，信息的获取与转换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将
被控对象的各项参数检测出来并转换成易于传送和处理的信号，整个系统才能正常地工作。因此，自动检测与转换是自动化技术中不可缺少的组成部分。
4)、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步：
①、人们在自然科学各个领域内从事的研究工作，一般是利用已知的规律对观测、试验的结
果进行概括、推理，从而对所研究的对象取得定量的概念并发现它的规律性，然后上升到理论。
②、现代化检测手段所达到的水平在很大程度上决定了科学研究的深度和广度。
③、检测技术达到的水平愈高，提供的信息愈丰富、愈可靠，科学研究取得突破性进展的可
能性就愈大。此外，理论研究的一些成果，也必须通过实验或观测来加以验证，这同样离不开必要的检测手段。
④、现代化生产和科学技术的发展也不断地对检测技术提出新的要求和课题，成为促进检测
技术向前发展的动力。科学技术的新发现和新成果不断应用于检测技术中，也有力地促进了检测技术自身的现代化。
⑤、检测技术与现代化生产和科学技术的密切关系，使它成为一门十分活跃的技术学科，几
乎渗透到人类的一切活动领域，发挥着愈来愈大的作用。
二、检测系统的组成
一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。还包括电源和传输通道等部分。图1-1给出了检测系统的组成框图。
图1-1检测系统的组成框图
1、传感器
⑴、传感器是把被测量(如物理量、化学量、生物量等)变换为另一种与之有被测量确定对应
关系，并且便于测量的量(通常是电学量)的装置。
⑵、传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部分。它处于被测对象和检测系统的接口
位置，构成了信息输入的主要窗口，为检测系统提供必需的原始信息。
⑶、传感器是整个检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能
一次性确定的，检测系统的其他环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引人的误差。
⑷、检测技术中使用的传感器种类繁多，分类的方法也各不相同。
⑸、从传感器应用的目的出发，可以按被测量的性质将传感器分为：
①、机械量传感器：位移传感器、力传感器、速度传感器、加速度传感器等；
②、热工量传感器：如温度传感器、压力传感器、流量传感器等；
③、化学量传感器：生物量传感器：
⑹、从传感器研究的目的出发，着眼于变换过程的特征可以将传感器按输出量的性质分为：①、参量型传感器：它的输出是电阻、电感、电容等元源电参量；相应的有电阻式传感器、
电感式传感器、电容式传感器等。
②、发电型传感器：它的输出是电压或电流；相应的有热电偶传感器、光电传感器、磁电
传感器、压电传感器等。
2、测量电路
⑴、测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
⑵、通常传感器输出的信号是微弱的，这就需要经由测量电路加以放大，以满足显示记录装
置的要求。
⑶、根据需测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
⑷、测量电路的种类和构成是由传感器的类型决定的，不同的传感器所要求配用测量电路经
常具有自己的特色。
3、显示记录装置
⑴、显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解检测数值
大小或变化的过程。
⑵、目前常用的有模拟式显示、数字式显示、图像式显示三种。
①、模拟式显示：
是利用指针与标尺的相对位置表示被测量数值的大小。
如各种指针式电气测仪表，其特点是读数方便、直观，结构简单，价格低廉，在检测系统中一直被大量应用。
模拟式显示方式的精度受标尺最小分度限制，而且读数时易引人主观误差。
②、数字式显示：
则直接以十进制数字形式来显示读数，实际上是专用的数字电压表，它可以加打印机，打印记录测量数值，并且易于和计算机联机，使数据处理更加方便。
数字式显示方式利于消除读数的主观误差。
③、图像式显示：
将输出信号送至记录仪，从而描绘出被测量随时间变化的曲线，作为检测结果。
常用的自动记录仪器有笔式记录仪、光线示波器、磁带记录仪等。
三、非电学量电测法的特点
⑴、非电学量电测法：即对各种被测量的测量，是通过传感器将其转换电学量。
⑵、非电学量电测法能够使用丰富、成熟的电子测量手段对传感器输出的电信号进行各种处
理和显示记录。
⑶、非电学量电测法的主要优点如下：
1)、能够连续、自动地对被测量进行测量和记录。
2)、电子装置精度高、频率响应好，不仅能适用于静态测量，选用适当的传感器和记录量
还可以进行动态测量甚至瞬态测量。
3)、电信号可以远距离传输，便于实现远距离测量和集中控制。
4)、电子测量装置能方便地改变量程，因此测量的范围广。
5)、可以方便地与计算机相连，进行数据的自动运算、分析和处理。
用气压的大小作为信号的大小。
四、检测技术的发展方向
科学技术的迅猛发展，为检测技术的现代化创造了条件，主要表现在以下两个方面:
⑴、人们研究新原理、新材料和新工艺所取得的成果将产生更多品质优良的新型传感器；
①、例如：光纤传感器、液晶传感器、以高分子有机材料为敏感元件的压敏传感器、微生
物传感器。
②、代替视觉、嗅觉、味觉和昕觉的各种仿生传感器和检测超高温、超高压、超低温直高
真空等极端参数的新型传感器，也是今后传感器技术研究和发展的重要方向。
③、新型传感器技术除了采用新原理、新材料和新工艺之外，还向着高精度、小型化和集
成化方向发展。
④、传感器集成化的一个方向是具有同样功能的传感器集成化，从而使对一个点的测量变
成一个平面和空间的测量。
例如：利用由电荷耦合器件形成的固体图像传感器来进行的文字同图形识别。
⑤、传感器集成化的另一个方向是不同功能的传感器集成化，从而使一个传感器可以同时
测不同种类的多个参数。
例如，测量血液中各种成分的多功能传感器。
⑥、除了传感器自身的集成化之外，还可以把传感器和后续电路集成化。
⑦、传感器和测量电路集成化可以减少干扰，提高灵敏度，方便使用。
如果将传感器和数据处理电路集成在一起，则可以方便地实现实时数据处理。
⑵、检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟式、数字式向智能化方向发展。
①、带有微处理机的各种智能化仪表已经出现，这类仪表选用微处理机做控制单元，利用
计算机可编程的特点，使仪表内的各个环节自动地协调工作，并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表，把检测技术自动化推进到一个新水平。
②、智能化仪表比一般检测装置功能强得多，它可以进行：
1)、自动调零和自动校准。
2)、自动量程转换：
在程序控制下，可以使测量工作从高量程到低量程自动进行，并通比较判断，使
被测量处于最适当的量程之内。
3)、自动选择功能：
通过多路转换器和A/D转换器的配合，在程序控制下，既可以顺序地测量，也可
以任意地选择对应不同参数的测量通道，从而自动改变仪表测量功能。
4)、自动数据处理和误差修正：
利用微机强大的运算能力，编制适当的数据处理程序，即可完成线性化、求取平
均值、求标准偏差、做相关计算等数据处理工作，并且可以根据工作条件的变化，
按照一定公式自动计算出修正值，同时修正测量结果，提高测量精度。
5)、自动定时测量：
利用计算机硬件定时或软件定时的功能可以完成各种时间间隔的定时自动测量。
6）、的自动故障诊断：
在微机控制下，可对仪表电路进行故障检查和诊断，遇到故障点后能够自动显示
故障部位，使得排查故障方便，缩短检修时间。
第二节、测量方法
一、测量的基本概念
⑴、测量或检测是指人们用实验的方法，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。
⑵、测量：
①、测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。
②、测量过程中使用的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。
③、数值的大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。
④、一切测量过程都包括比较、示差、平衡和读数等四个步骤。
例如：用钢卷尺测量棒料长度过程可分成下面几步；
1、将卷尺拉出与棒料平行紧靠在一起，进行“比较”；
2、找出卷尺与棒料的长度差别，即“示差”；
3、调整卷尺长度使两者长度相等，达到“平衡”；
4、从卷尺刻度上读出棒料的长度，即“读数”。
⑤、测量过程的核心是比较，但被测量能直接与标准量比较的场合并不多，在大多数情况，
是将被测量和标准量变换成双方易于比较的某个中间变量来进行的。
例如：用弹簧秤称重；被测重量通过弹簧按比例伸长，转换为指针位移，而标准重量转换成标尺刻度。这样，测量和标准量都转换成位移这一中间变量，可以进行直接比较。
⑥、为了提高测量精度，并且能够对变化快、持续时间短的动态量进行测量，通常将测量
转换为电压或电流信号，利用电子装置完成比较、示差、平衡和读数的测量过程。因此转换是实现测量的必要手段，也是非电量电测的核心。
⑶、检测技术：
检测技术的含义是：按照被测量的特点，选用合适的检测装置与实验方法，通过测量和数据处理及误差分析，准确得到被测量的数值；
二、测量方法
⑴、测量方法是实现测量过程所采用的具体方法。
应当根据被测量的性质、特点和测量任务要求来选择适当的测量方法。
⑵、按照测量手续可以将测量方法分为：直接测量和间接测量。
⑶、按获得测量值的方式可以分为：偏差式测量、零位式测量、微差式测量。
⑷、根据传感器是与被测对象是否直接接触可区分为：接触式测量、非接触式测量。
⑸、根据被测对象的变化特点可分为：静态测量、动态测量等。
(一)、直接测量与间接测量
⑴、直接测量
用事先分度或标定好的测量仪表，直接读取被测量测量结果的方法称为直接测量。
例如：用温度计测量温度，用电压表测量电压等。
直接测量是工程技术中大量采用的方法，其优点是直观、简便、迅速，但不易达到很高测量精度。
⑵、间接测量
先对和被测量有确定函数关系的几个量进行测量，然后，再将测量值代人函数关系，经过计算得到所需结果。这种测量方法属于间接测量。
例如：测量直流电功率时，根据P =IU的关系分别对I和U进行直接测量，再计算出功率P。
在间接测量中，测量结果y 直接测量值x，(i=1，2，3，…)之间的关系式可以表示为：
y =f(x1，x2，x3，……)
间接测量手续多，花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直接测量的仪表时才采用。
(二)、偏差式测量、零位式测量和微差式测量
1、偏差式测量
偏差式测量：偏差式测量是利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移(即偏差)来决定被测量测量方法。
注意：
⑴、偏差式测量方法的仪表内并没有标准量具，只有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。
⑵、用偏差式测量方法测量时，利用仪表指针在标尺上的示值，读取被测量的数。
⑶、偏差式测量方法是以间接方式实现被测量和标准量的比较。
⑷、偏差式测量仪表在进行测量时，一般利用被测量产生的力或力矩，使仪表的弹性元件变，
从而产生一个相反的作用，并一直增大到与被测量所产生的力或力矩相平衡时，弹性元的变形就停止了，此变形即可通过一定的机构转变成仪表指针相对标尺起点的位移，指针指示的标尺刻度值就表示了被测量的数值。
⑸、偏差式测量简单、迅速，但精度不高；这种测量方法广泛应用于工程测量中。
2、零位式测量
零位式测量：是用已知的标准量去平衡或抵消被测量的作用，并用指零式仪表来检测测量系统的平衡状态，从而判定被测量值等于已知标准量的方法称做零位式测量。
注意：
⑴、用天平测量物体的质量就是零位式测量的一个简单例子。
⑵、用电位差计测量未知电压也属于零位式测量；图1-2所示的电路是电位差计的原理性示
意图。
⑶、图中E为工作电池的电动势，在测量前先调节RP1，校准工作电流使其达到标准值，接
入被测电压U x后，调整电位器RP的活动触点，改变标准电压的数值，使检流计P回零，达到A、D两点等电位，此时标准电压U k等于U x，从电位差计读取的U k的数值就表示了被测未知电压U x。
⑷、在零位式测量中，标准量具处于测量系统中，它提供一个可调节的标准量，被测量能够
直接与标准量相比较，测量误差主要取决于标准量具的误差。因此，可获得比较高的测量精度。
⑸、零位式测量中，指零机构愈灵敏，平衡的判断愈准确，愈有利于提高测量精度。
⑹、零位式测量方法需要平衡操作，测量过程较复杂，花费时间长，即使采用自动平衡操作，
反应速度也受到限制，因此只能适用于变化缓慢的被测量，而不适于变化较快的被测量。
3、微差式测量
⑴、微差式测量是综合零位式测量和偏差式测量的优点而提出的一种测量方法。
⑵、基本思路是：将被测量x的大部分作用先与已知标准量N的作用相抵消（零位式测量），
剩余部分即两者差值Δ=x－N，这个差值再用偏差法测量。
⑶、微差式测量中，总是设法使差值Δ很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量之。即
使差值的测量精度不高，但最终结果仍可达到较高的精度。
⑷、例如：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，输出电压U。可表示为U0 = U
+ΔU，其中ΔU是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U。的要求，因此对ΔU这个小量造成的U0的变化就很难测准。
⑸、当然，可以改用零位式测量，但最好的方法是采用如图1-3所示的微差式测量。
⑹、图1-3微差式测量原理：
图1-3微差式测量原理图 ①、图中使用了高灵敏度电压表、毫伏表和电位差计；
Rr 和E 分别表示稳压电源的内阻和电动势；
R L 表示稳压电源的负载，E 1、R 1、R RP 表示电位差计的参数。
②、在测量前调整R1，使电位差计工作电流I1为标准值。
③、然后，使稳压电源负载电阻R L 为额定值。调整Rp 的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U 0。
④、正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L 的值，负载变动所引起的稳压电源输
出电压U 的微小波动值ΔU 即可由毫伏表指示出来。
⑤、根据U 0 = U + ΔU ，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。 ⑺、微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。
第三节、检测系统的基本特性
⑴、根据检测系统的特性，一般分为静态特性和动态特性两种。
⑵、
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。表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定的检测装置性能参数通常称为静态特性。
⑶、当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输入量和输出量之间的动态关系。这时，表示
它们之间关系的是一个含有时间变量的微分方程。由此引出的检测系统针对快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⑷、本节介绍的检测系统的静、动态特性参数同样适用于组成检测系统的各个环节。
一、静态特性
(一)、灵敏度与分辨率
⑴、灵敏度：
①、灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比
值。可表示为： x
y s ∆∆= ；0101x x y y dx dy s --== 其中：△y ：表示系统输出变化量；△x ：表示系统输入变化量
图1-4检测系统灵敏度
②、灵敏度是输入—输出特性曲线的斜率。
③、如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度s 是一个常数。否则，它将随输入
量的大小而变化，如图1-4所示。
④、一般希望灵敏度s 在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺，使读
数方便，也便于分析和处理测量结果。
⑤、由于输人和输出的变化量一般都有不同的量纲，所以灵敏度s 也是有量纲的。
例如：输入量为温度 (℃) ，输出量为标尺上的位移(格) ，则s 的单位为格/℃。
⑥、如果输入量和输出量是同类量，则此时s 可理解为放大倍数。
灵敏度比放大倍数有更广泛的含义。
⑦、如果检测系统由多个环节组成，各环节的灵敏度分别为s 1、s 2、s 3，而且各环节以如
图1-5所示的串联的方式相连接，则整个系统的灵敏度可用下式表示：
s = s 1 s 2 s 3
图1-5串联系统示意图
⑧、提高灵敏度，可得到较高测量精度；
灵敏度愈高，测量范围往往愈窄，稳定性往往愈差。
⑵、分辨率：
①、分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。
分辨率说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。
②、输入量从某个任意值 (非零值)缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的
输入量就是分辨率。分辨率用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。
③、灵敏度愈高，分辨率愈好。
④、一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。
数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。
(二)、线性度
⑴、线性度是用实测的检测系统输入—输出特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输
出的百分比来表示的，即有：
%100⨯∆=FS
f Y m E 式中：Δm
Y FS 为满量程。
⑵、由于线性度(非线性误差)是以所参考的拟合直线为基准线算得的，所以基准线不同， 所
得线性度就不同。
⑶、理论线性度：
①、采用理论直线作为拟合直线而确定的检测系统线性度，称做理论线性度。
②、理论直线通常取连接理论曲线坐标零点和满量程输出点的直线。
③、理论线性度如图1-6所示。
⑷、端基线性度：
如使拟合直线通过实际特性曲线的起点和满量程点，可以得到端基线性度。
⑸、最小二乘法线性度：
使拟合直线与特性曲线上各点偏差的平方和为最小，可得到最小二乘法线性度等。
(三)、迟滞
⑴、迟滞特性表明检测系统在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间，输入输出特
性曲线不一致的程度。
⑵、对同样大小的输入量，检测系统在正、反行程中， 往往对应两个大小不同的输出量。
通过实验，找出输出量的这种最大差值，并以满量程输出Y FS 的百分数表示，就得到了迟滞的大小即：
%100⨯∆=FS
t Y m E 式中：Δm 为输出值在正、反行程期间的最大差值。Y FS 为满量程。
⑶、图1-7迟滞特性示意图
O x 图1-7迟滞特性示意图
⑷、迟滞可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。
(四)、测量范围与量程
⑴、测量范围是指正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的总范围。 ⑵、测量范围通常以测量范围的下限值和上限值来表示。
例如：某温度计的测量范围是-20～+200°C 。
⑶、量程是测量范围上限值与下限值的代数差。如上述温度计的量程是220°C 。
⑷、给出测量范围即给出了被测量的上、下限，也就给出了量程。
但仅知量程，却无法判断检测系统的测量范围。
(五)、精度等级
⑴、检测系统或仪表精度等级的表示和其引用误差有关。
⑵、检测系统的静态特性还包括重复性、稳定性、死区等参数。
二、动态特性
⑴、随着自动化生产和科学技术的发展，对于随时间快速变化的动态量，进行检测的机会越
来越多。这时检测系统除了满足静态特性要求之外，还应当对变化中的被测量保持足够响应，即具有良好的动态特性。只有这样，才能迅速准确地测出被测量的大小或再现被测量的波形。
⑵、实际工作中，检测系统的动态特性通常是用实验方法求得的。可以根据系统对一些标准
输入信号的响应来评定它的动态特性。
系统对标准输入信号的响应和它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系。知道了前者，就可以推算后者。
⑶、在时域内，研究动态特性时常用阶跃信号来分析系统的瞬态响应；
包括：超调量、上升时间、响应时间等。
⑷、在频域内，研究动态特性时，则采用正弦输入信号来分析系统的频率响应；
包括：幅频特性、相频特性。
⑸、对检测系统动态特性的理论研究，通常是先建立系统的数学模型，通过拉普拉斯变换找
出传递函数表达式，再根据输入条件得到相应的频率特性，并以此来描述系统的动态特性。大部分检测系统可以简化为单自由度一阶或二阶系统。因此，我们可以方便地应用自动控制原理中的分析方法和结论。
第四节、误差的概念
⑴、测量误差：在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法和检测人员都会受到各种变
动因素的影响。对被测量的转换，有时也会改变被测对象原有的状态。这就造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的差别。这个差值称为测量误差。
⑵、误差公理：任何实验结果都是有误差的，误差自始至终存在于一切科学实验和测量之中，
被测量的真值是永远难以得到的。
⑶、尽管被测量的真值是永远难以得到的，仍然可以设法改进检测工具和实验手段，并通过
对检测数据的误差分析和处理，使测量误差处在允许的范围之内。或者说，达到一定的测量精度。这样的测量结果就被认为是合理的，可信的。
⑷、测量误差的主要来源、可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。 ⑸、在分析测量误差时，采用的被测量真值是指在确定的时间、地点和状态下，被测量所表
现出来的实际大小。一般来说，真值是未知的，所以误差也是未知的。
⑹、实际工作中有些值可以作为真值来使用，有：
①、理论真值，它是理论设计和理论公式的表达值。
②、计量学约定真值，由国际计量学大会确定的长度、质量、时间等基本单位。
③、高一级标准器的量值也可以作为相对真值。
⑺、为了便于对误差进行分析和处理，人们通常把测量误差从不同角度进行分类。
①、按照误差的表示方法可以分为：绝对误差和相对误差；
②、按照误差出现的规律可以分为：系统误差、随机误差、粗大误差；
③、按照被测量与时间的关系可以分为：静态误差、动态误差等。
一、绝对误差与相对误差
(一)、绝对误差
⑴、绝对误差是仪表的指示值x 与被测量的真值x 0之间的差值，记做δ
0x x -=δ
⑵、绝对误差有符号和单位，它的单位与被测量相同。
⑶、修正值或校正量：
①、引人绝对误差后，被测量真值可以表示为：c x x x +=-=δ0
②、式中，c = －δ，称为修正值或校正量，它与绝对误差的数值相等，但符号相反。 ③、含有误差的指示值加上修正值之后，可以消除误差的影响。
在计量工作中，通常采用加修正值的方法来保证测量值的准确可靠。
仪表送上级计量部门检定，其主要目的就是获得一个准确的修正值。如得到一个指
示值修正表或修正曲线。
⑷、绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测量精度愈高。这一结论只适用于被测量值相
同的情况。
例如：某测量长度的仪器，测量10mm 的长度，绝对误差为0.001mm 。另一仪器测量200mm 长度，绝对误差为0.01mm 。这就很难按绝对误差的大小来判断测量精度高低了。
为此，引人了相对误差的概念。
(二)、相对误差
⑴、相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值X 0的比值，常用百分数表示，即 %100%100000x x x x r -=⨯=δ
⑵、相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度。在上面的例子中：
测量10mm 的长度的相对误差：%01.0%10010
001.01==r 测量200mm 的长度的相对误差：%005.0%100200
01.02==r 2%
005.0%01.021==r r 显然，后一种长度测量仪表更精确。 ⑶、在实际测量中，由于被测量真值是未知的，而指示值又很接近真值。因此，可以用指示
值x 代替真值x 0来计算相对误差。
⑷、使用相对误差来评定测量精度的局限性：
①、它只能说明不同测量结果的准确程度；
②、但不适用于衡量测量仪表本身的质量。
③、因为同一台仪表在整个测量范围内的相对误差不是定值。随着被测量的减小，相对误
差变大。
为了更合理地评价仪表质量，采用了引用误差的概念。
⑸、引用误差：
引用误差是绝对误差δ与仪表量程L 的比值。通常以百分数表示：
引用误差： %100L r o δ
=
⑹、最大引用误差：
①、如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误差最大值δm 代替δ，则可得到最大
引用误差r om ：
②、最大引用误差：%100L
r m
om δ= ③、对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用误差就是一个定值。
④、测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。
⑤、工业仪表常见的精度等级有： 0.1级，0.2级， 0.5级，1.0级，1.5级，2.0级，2.5级，5.0级。
⑥、精度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差为±1.0%；
在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的±1.0%。
⑦、在具体测量某个量值时，相对误差可以根据精度等级所确定的最大绝对误差和仪表指
示值进行计算。
⑧、精度等级已知的测量仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发挥它的测量精度。
因此，在使用测量仪表时，应当根据被测量的大小和测量精度要求，合理地选择仪表
量程和精度等级，只有这样才能提高测量精度。
二、系统误差与随机误差
(一)、系统误差
系统误差:在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照
一定的规律变化，这种误差称为系统误差。
⑴、系统误差的数值和符号不变的称为恒值系统误差。反之，称为变值系统误差。
⑵、变值系统误差又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的几种类型。
⑶、检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件的变化
等原因都可能产生系统误差。
例如：某仪表刻度盘分度不准确，就会造成读数偏大或偏小，从而产生恒值系统误差。温度、气压等环境条件的变化和仪表电池电压随使用时间的增长而逐渐下降，则可能产生变值系统误差。
⑷、系统误差的特点是可以通过实验或分析的方法，查明其变化规律和产生原因，通过对测
量值的修正，或者采取一定的预防措施，就能够消除或减少它对测量结果的影响。 ⑸、系统误差的大小表明测量结果的正确度。
系统误差愈小，则测量结果的正确度愈高。它说明测量结果相对真值有一恒定误差，或者存在着按确定规律变化的误差。
(二)、随机误差
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，
这种误差称为随机误差。
⑴、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。
⑵、在任何一次测量中，只要灵敏度足够高，随机误差总是不可避免的。
⑶、在同一条件下，重复进行的多次测量中，它或大或小，或正或负，既不能用实验方法消
除，也不能修正。但是，利用概率论的一些理论和统计学的一些方法，可以掌握看似毫元规律的随机误差的分布特性，确定随机误差对测量结果的影响。
⑷、随机误差的大小表明测量结果重复一致的程度，即测量结果的分散性。
⑸、通常，用精密度表示随机误差的大小。
随机误差大，测量结果分散，精密度低。反之，测量结果的重复性好，精密度高。 ⑹、精确度是测量的正确度和精密度的综合反映。
⑺、精确度高意味着系统误差和随机误差都很小。精确度有时简称为精度。
⑻、图1-8形象地说明了系统误差、随机误差对测量结果的影响，也说明了正确度、精密度
和精确度的含义。
a) b) c)
图1-8正确度、精密度和精确度示意图
①、图1-8a的系统误差较小，正确度较高。但随机误差较大，精密度低。
②、图1-8b的系统误差大，正确度较差。但随机误差小，精密度较高。
③、图1-8e的系统误差和随机误差都较小，即正确度和精密度都较高，因此精确度高。
三、系统误差与随机误差的关系
⑴、系统误差和随机误差的性质不同，但两者并不是完全彼此孤立的。它们总是同时出现并
对测量结果产生影响。
⑵、实际上，很难把它们严格区分开来。人们一方面可以把难于完全掌握或过于复杂的系统
误差当做随机误差来处理。另一方面，对某些随机误差的来源和变化规律有了更深入的了解后，就可以把它看成系统误差而加以修正或预防。
⑶、由于在任何一次测量中，系统误差和随机误差一般都同时存在，所以按其对测量结果的
影响程度分三种情况处理：
1、系统误差远大于随机误差时，基本上按纯系统误差处理；
2、系统误差很小或已经修正时，可按纯随机误差处理；
3、系统误差和随机误差影响差不多时，二者均不可忽略，应分别按不同方法处理。
四、粗大误差
⑴、明显歪曲测量结果的误差称做粗大误差，又称过失误差。
⑵、粗大误差主要是人为因素造成的。
例如：测量人员工作时疏忽大意，出现了读数错误、记录错误、计算错误或操作不当等。
测量方法不恰当，测量条件意外的突然变化，也可能造成粗大误差。
⑶、含有粗大误差的测量值称为坏值或异常值。坏值应从测量结果中剔除。
⑷、在实际测量工作中，由于粗大误差的误差数值特别大，容易从测量结果中发现，一经发
现有粗大误差，该次测量无效，测量数据应剔除，从而消除它对测量结果的影响。
⑸、正确的测量结果中不包含粗大误差。
第五节、随机误差的处理方法
一、概率、概率密度与正态分布
⑴、自然界中，某一事件或现象出现的客观可能性大小，通常用概率来表示。
⑵、客观的必然现象称为必然事件；必然事件的概率为1。
⑶、违反客观实际的不可能出现的现象称为不可能事件，不可能事件的概率为零。
⑷、客观上可能出现，也可能不出现，而且不能预测的现象称为随机事件或随机现象。其概
率在0和l之间。
⑸、概率是随机事件统计规律性的表现，是随机事件的固有特性。同时，也应当注意到概率
是个统计概念，只有在大量重复实验中，对整体而言才有意义。
⑹、在相同的条件下，对某个量重复进行多次测量，在排除系统误差和粗大误差之后，测量
结果的随机误差在某个范围内取值的可能性，就是一个随机事件的统计概率问题。 例如：一组没有系统误差和粗大误差的独立的等精度长度测量结果。用长300mm 的钢板尺， 测量已知长度为836mm 的导线，共测量了150次，即n = 150。
解：现将测量结果、对应的误差δi 、各误差出现的次数n i 等列于表1-1中.
为了便于统计，在这里我们将测量结果分成了11个区间，区间长度Δx i =1mm 。因此，测量误差也相应地被分成11个区间，误差区间长度Δδi=lmm 。
表1-1中还列出根据统计结果计算得到的频率(ni/n)的数值。它表示测量值或随机误差落在某个区间的相对次数。
①、在直角坐标图上，以频率(n i / n)为纵坐标，以随机误差δi 为横坐标，画出它们的关系
曲线，得到频率直方图，或称统计直方图，如图1-9所示。
②、如果改变区间长度Δδi 的取值，相应的频率值(ni/n)也会发生变化，对同一组测量数
据，频率直方图将不相同。
③、如果以ni/(n Δδ)这个量作为纵坐标，就可以避免这个问题。（直方图宽度恒定） ⑻、①、一条光滑的连续曲线，这条曲线称为随机误差正态分布曲线。 ②、此时，δ
∆n ni 的极限f (δ)称为概率密度。 即：δ
δδd dn n n ni f n 1lim )(=∆=∞→
③、随机误差的正态分布曲线f (δ)-δ的图形如图1-10所示。 曲线下阴影部分的面积等于n
dn d f =
δδ)(，它表示随机误差值落在图中所示峭的微小区间内的概率。 二、随机误差的特点
根据表1-1给出的测量结果和图1-10随机误差的正态分布曲线，可以得到随机误差正态分布的特性：
⑴、对称性：随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。
也就是说f (δ)-δ曲线对称于纵轴。
⑵、有界性：在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的
随机误差几乎不出现。
⑶、抵偿性：在相同条件下，当测量次数n→∞时，全体随机误差的代数和等于零，即：
0lim 12=∑=→∞n
i i n δ ⑷、单峰性：绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前者比后者的概
率密度大，在δ =0处随机误差概率密度有最大值。
三、算术平均值和标准偏差
⑴、用解析的方法推导出随机误差正态分布曲线的数学表达式，即正态概率密度分布函数。
)2e x p (21)(22
σδπ
σδ-=f (1-1 ) ⑵、式(1-1)称为高斯误差方程。式中，σ是方均根误差，或称标准误差。
标准误差σ可由下式求得 ：
∑∑=∞→=∞→=-=n i i n n i i n n x x n 1
22011lim )(1lim δσ (1-2 ) ⑶、计算标准误差σ时，必须已知真值x 0，并且需要进行无限多次等精度重复测量。这显
然是很难做到的。
⑷、根据实践经验，一组等精度的重复测量值的算术平均值最接近被测量的真值，而算术平
均值很容易根据测量结果求得，即：
n
x x x x n x n n i i +++==∑=......1211 (1-3 ) 因此，可以利用算术平均值x 代替真值x 0，来计算式(1-2 )中的δi 。
⑸、式(1-2 )中的绝对误差δi=x i –x 0，就可以改换成（剩余误差）x x v i i -=
①、当测量次数n→∞时，令Δδ→d δ， ni →dn ，无限多个直方图中，顶点的连线就形成
一条光滑的连续曲线，这条曲线称为随机误差正态分布曲线。
②、此时，δ
∆n ni 的极限f (δ)称为概率密度。即：δδδd dn n n ni f n 1lim )(=∆=∞→ ③、随机误差的正态分布曲线f (δ)-δ的图形如图1-10所示。 曲线下阴影部分的面积等于n
dn d f =δδ)(，它表示随机误差值落在图中所示的
微小区间内的概率。
⑹、剩余误差（x x v i i -=）的特点是，不论n 为何值，总有：（式1-3）
0)(1
111=-=-=-=∑∑∑∑====x n x n x x x x v
n i n i i n i i n i i (1-4 ) ⑺、采用由n 个测量值计算出的算术平均值和这n 个测量值，计算出 (n-l)个剩余误差后，
余下的第n 个剩余误差就不再是独立的了，它可由式(1-4 )确定。
⑻、也就是说，虽然我们可以求得n 个剩余误差，但实际上它们之中只有(n - l )个是独立的。 考虑到这一点，测量次数n 为有限值时，标准误差的估计值σ 可由下式计算：
∑∑==-=--=n i i n
i i v n x x n 1
22111)(11ˆσ (1-5 ) 式(1-5)称为贝塞尔公式。
⑼、在一般情况下，我们对标准误差σ和标准误差的估计值σ
ˆ并不加以严格区分，统称为标准误差。
⑽、标准误差σ在评价正态分布的随机误差时具有特殊的意义。理论计算表明：
1 )、介于( -σ， +σ)之间的随机误差出现的概率为
6827.0)(=⎰+-δδσ
σd f
2)、介于(-2σ， + 2σ)之间的随机误差出现的概率为：
9545.0)(22=⎰+-δδσ
σd f
随机误差出现在此区间之外的概率为1－0.9545 = 0.0455 = 4.55%。
3)、介于( - 3σ， + 3σ)之间的随机误差出现的概率为：
9973.0)(33=⎰+-δδσ
σd f
随机误差出现在此区间之外的概率仅为1－0.9973=0.0027 <0.3%。
在1000次等精度测量中，只可能有3次随机误差超过(-3σ，+3σ)区间，实际上可以认为这种情况很难发生。
⑾、上述结论说明：
①、标准误差σ的大小可以表示测量结果的分散程度。图1-11给出不同σ值的三条正
态分布曲线。
②、标准误差σ值愈小，则分布曲线愈尖锐。即测量结果的分散性较小。
③、标准误差σ小说明测量的精密度高。对σ值大的分布曲线可以得到相反的结论。 ④、标准误差σ并不是某次测量的具体误差。
各次测量的具体误差可大可小，可正可负，完全是随机的，具体误差恰好等于σ的
可能性极小。
⑤、可以通过在一定测量条件下，进行一系列等精度测量，确定出标准误差σ的值，以
此说明随机误差概率密度的分布情况，并作为评价测量结果的精密度的指标。
⑿、同一条件下的多次测量是用算术平均值x 作为测量结果的，即取x 作为被测量的真值。 ⒀、在相同的条件下，对被测量进行n 组测量，每组测量n 次，对各组测量值都可以求出相
应的算术平均值，由于存在随机误差，这些算术平均值也不会完全相同，它们围绕被测量真值也有一定的分散性。为此，引人了算术平均值的标准误差x σ作为评价x 分散性的指标，理论计算证明： 平均值的标准误差：n n n s n i i
x σ
δσ=-==∑=)1(12 （1-6）
此式说明：n 次等精度测量中，算术平均值的标准误差是测量值的标准误差的n
1倍， 一般测量时取n =5～10次即可。
四、测量结果的置信度和测量结果的正确表示
⑴、在消除系统误差的前提下，通过一系列等精度测量，用测得的数据求得标准误差的估计
值σ后，即可根据式(1-1 )给出的概率密度分布函数，通过积分运算，求出随机误差落在指定区间( -a ，+a 〕内的概率值，从而预计测量值出现在),(00a x a x +-区间内的概率。 ⑵、当随机误差出现在某一指定区间内概率足够大时，该测量误差的估计值就具有较大的可
信度。此时，测量值落在),(00a x a x +-区间内的可信度也较大。
⑶、上述( - a ，a 〕区间就叫置信区间。相应的概率值叫做置信概率。
⑷、置信区间和置信概率结合起来表明测量的置信度。
⑸、为正确表示测量结果，通常使置信区间取标准误差的整数倍，此倍数称为置信系数。适
当确定置信系数，测量结果就可以有较高的置信概率。
⑹、对n 次等精度测量，在无系统误差和粗大误差的情况下，它的测量结果，即被测量的真值，可以用算术平均值x 表示如下：
n K x Ks x x σ
±=±=0 （1-7）
⑺、如果取置信系数K=2，则测量结果可表示为
n x Ks x x σ
20±=±=
⑻、上式表明，算术平均值与真值的误差落在置信区间±2s 内的置信概率为95%。
当取K=3时，置信区间为± 3s ，置信概率为99.7%。
⑼、在上述n 次等精度测量中，测量结果的极限范围m x 可用下式表示
σK x x m ±= （1-8）
当K=2时，测量结果出现在式(1-8 )所确定的极限范围内的概率为95.4%。
当K =3 时，其概率为99.7%。
⑽、如果以单次测量值来表示测量结果，则有
σK x x i ±=0 （1-9）
取置信系数K 为2或3时，置信区间分别为±2σ和±3σ；
置信概率则分别为95.4%和 99.7%。
⑾、对一台已知精度等级的测量仪器，在没有系统误差和粗大误差的条件下，用此仪器进行
单次测量时，式( 1-9)就是测量结果的正确表示。
此时由仪表精度等级和仪表量程可确定出绝对误差最大值；
它相当于随机误差极限值2σ或3σ。
⑴、在重复测量得到的一系列测量值中，如果混有包含粗大误差的坏值，必然会歪曲测量结
果。因此，必须剔除坏值后，才可进行有关的数据处理，从而得到符合客观情况的测量结果。
⑵、对怀疑为坏值的数据。应当加以分析，尽可能找出产生坏值的原因，然后再决定取舍。
实在找不到产生坏值的原因，或不能确定哪个测量值是坏值时，可以按照统计学的异常数据处理法则，判别坏值并加以舍弃。
⑶、其基本思路是给定一个置信概率，然后确定相应的置信区间，凡超出此区间的误差被认
为是粗大误差。相应的测量值就是坏值，应予以剔除。
⑷、统计判别法的准则很多，在这里我们介绍拉依达准则(3σ准则)：
①、设对被测量进行等精度测量，独立得到x 1,x 2,x 3,…….x n ；
算出其算术平均值x 及剩余误差x x v i i -= （i=1,2,3,4……,n ），
②、按贝塞尔公式算出标准误差σ，若某个测量值b x 的剩余误差v b (1≤b ≤n)满足下式：
σ3>-=x x v b b （1-10）
则认为b x 是含有粗大误差的坏值，应予剔除。
③、使用此准则时应当注意：
在计算x 、i v 、和σ时，应当使用包含坏值在内的所有测量值。
④、按照式(1-10)剔除坏值后，应重新计算x 和σ，再用拉依达准则检验现有的测量值，
看有无新的坏值出现。
重复进行，直到检查不出新的坏值时为止。
此时，所有测量值的剩余误差均在±3σ范围之内。
⑤、拉依达准则简便，易于使用，因此得到广泛应用。
⑥、拉依达准是在重复测量次数n→∞的前提下建立的；
当n 有限，特别是n 较小时，此准则并不可靠。此时可采用其他统计判别准则。
第六节、系统误差的消除方法
⑴、在测量结果中，一般都含有系统误差、随机误差和粗大误差。
⑵、可以采用3σ准则，剔除含有粗大误差的坏值，消除粗大误差对测量结果的影响。
⑶、虽然随机误差是不可能消除的，但我们可以通过多次重复测量，利用统计分析的方法估
算出随机误差的取值范围。
⑷、对于系统误差，尽管其取值固定或按一定规律变化，但往往不易从测量结果中发现它的
存在和认识它的规律，也不可能像对待随机误差那样，用统计分析的方法确定它的存在
和影响，而只能针对具体情况采取不同的处理措施，对此没有普遍适用的处理方法。 ⑸、系统误差虽然是有规律的，但实际处理起来往往比无规则的随机误差困难得多。
⑹、对系统误差的处理，很大程度上取决于测量者的知识水平、工作经验和实验技巧。 ⑺、为了尽力减小或消除系统误差对测量结果的影响，可以从两个方面人手。
1、在测量之前，必须尽可能预见一切可能产生系统误差的来源，并设法消除它们或尽量
减弱其影响。
①、测量前对仪器本身性能进行检查，必要时送计量部门检定，取得修正曲线或表格； ②、使仪器的环境条件和安装位置符合技术要求的规定；
③、对仪器在使用前进行正确的调整；严格检查和分析测量方法是否正确等。
2、在实际测量中，采用一些有效的测量方法，来消除或减小系统误差。
下面介绍几种常用的方法：
一、交换法
在测量中，将引起系统误差的某些条件(如被测量的位置等)相互交换，而保持其他条件 不变，使产生系统误差的因素对测量结果起相反的作用，从而抵消系统误差。
例如：以等臂天平称量时，由于天平左右两臂长的微小差别，会引起称量的恒值系统误差。如果被称物与硅码在天平左右称盘上交换，称量两次，取两次测量平均值作为被称物的质量，这时测量结果中就不含有因天平不等臂引起的系统误差。
二、抵消法
改变测量中的某些条件(如测量方向)，使前后两次测量结果的误差符号相反，取其平均值以消除系统误差。
例如：千分卡有空行程，即螺旋旋转时，刻度变化，量杆不动，在检定部位产生系统 误差。为此，可从正反两个旋转方向对线，顺时针对准标志线读数为d ，不含系统误差时值为a ，空行程引起系统误差ε，则有d=a+ε；第二次逆时针旋转对准标志线，读数d'，则有d'=a-ε。于是正确值2
'd d a +=，正确值a 中不再含有系统误差。 图1-12代替法消除系统误差示意图
三、代替法
以天平为例：如l-12所示。
1、先使平衡物T 与被测物X 相平衡，则T L L X 1
2=; 2、然后取下被测物X ，用硅码P 与T 达到平衡，得到T L L P 1
2=； 3、取砝码数值作为测量结果。
由此得到的测量结果中，同样不存在因L 1、L 2不等而带来的系统误差。
四、对称测量法
对称测量法用于消除线性变化的系统误差。
下面我们通过采用电位差计和标准电阻R N ，精确测量未知电阻Rx 的例子来说明对称
如图1-13所示，如果回路电流I 恒定不变，只要测出R N 和Rx 上的电压U N 和Ux ，
即可得到Rx 值： N N
x x R U U R = (1-12) 但U N 和Ux 的值不是在同一时刻测得的，由于电流I 在测量过程中的缓慢下降而引入了线性系统误差。在这里把电流的变化看做均匀地减小，与时间t 成线性关系。
在t 1、t 2、t 3三个等间隔的时刻，按照Ux 、U N 、Ux 的顺序测量。
时间间隔为t 2 – t 1= t 3 – t 2=Δt ，相应的电流变化量为ε。
在t 1时刻：Rx 上的电压 U 1=IRx
在t 2时刻：R N 上的电压 U 2=（I-ε）R N
在t 3时刻：Rx 上的电压 U 3=（I-2ε）Rx
解此方程组可得 ：N x R U U U R 2
312+= (1-13) 这样按照等距测量法得到的Rx 值，已不受测量过程中电流变化的影响，消除了因此而产生的线性系统误差。
在上述过程中，由于三次测量时间间隔相等，t 2时刻的电流值恰好等于t 1、t 3时刻电
流值的算术平均值。虽然在t 2时刻只测了R N 上的电压U2，但2
31U U + 正好相当于t 2时刻 Rx 上的电压。这样就很自然地消除了电流i 线性变化的影响。
-
五、补偿法
在测量过程中，由于某个条件的变化或仪器某个环节的非线性特性都可能引人变值系统误差。此时，可在测量系统中采取补偿措施，自动消除系统误差。
例如：热电偶测温时，冷端温度的变化会引起变值系统误差。在测量系统中采用补偿电桥，就可以起到自动补偿作用。
第一章 检测技术的基本概念 考核知识点和考核要求： 1、领会：测量的基本概念及测量方法，测量结果的数据统计及处理 2、掌握：测量误差及分类，传感器及其基本特性 3、熟练掌握：绝对误差和相对误差的计算，仪表的精度等级 第一节 测量的基本概念与方法 1）根据测量是否随时间变化： 静态测量。例如：激光干涉仪对建筑物的缓慢沉降做长期监测是静态测量 动态测量。例如：光导纤维陀螺仪测量火箭飞行速度、方向是动态测量 2）根据测量的手段不同： 直接测量：直接读取被测量的测量结果。例如：磁电式仪表测量电流电压、离子敏MOS 场效应管晶体测量PH 值和甜度 间接测量：对与被测量有确定函数关系的量进行直接测量，再代入函数关系式计算测量量。例如：测量物体密度 3）根据测量结果的显示方式： 模拟式测量和数字式测量（其中：数字式测量比模拟式测量精度要高） 4）根据是否是在生产过程中或流水线上测量： 在线测量。例如：自动化机床边加工边测量，在实际中大多采用在线测量方式 离线测量 5）根据测量的具体手段： 偏位式测量：被测量作用于仪表内部的比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式（直接用偏移量的大小表示测量量）。 例如：弹簧秤测量物体质量，高斯计测量磁场强度。 特点：简单迅速但精度低。易产生灵敏度漂移和零点漂移 零位式测量：被测量与仪表内部的标准量比较，当系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值（标准量的值为测量量的值）。 例如：天平测量物体质量，平衡式电桥测量电阻值。 特点：精度高但平衡复杂。 微差式测量：预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡，当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡，偏位式仪表指示出变化部分的数值（先平衡再有微量变化时）。 例如：天平测量化学药品，钢板厚度测量。 特点：上述两者的综合 第二节 测量误差及分类 1.真值：是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。 分类：1）理论真值（例：三角形的内角之和为180°） 2）约定真值（例：标准条件下，水的三相点为273.16K ，金的凝固点为1064.18℃） 3）相对真值（例：凡精度高一级或几级的仪表的误差是精度低的仪表误差的1/3以下时，则精度高的仪表的测量值可认为是相对真值） 2.测量误差：测量值与真值之间的差值 根据其特征不同： 1）绝对误差：是指测量值A x 与真实值A 0之间的差值，即Δ＝A x －Ａ0 2）相对误差：反应测量值偏离真值程度的大小 实际相对误差A γ:绝对误差Δ与被测量的真值Ａ0的百分比， %1000 ??=A A γ
传感器与检测技术知识总结 第一章概述 1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 一、传感器的组成 2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类 （1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理 （1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类 （1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型； （2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类 （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。 表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递，转换信息的形式可分为①接触式环节；②模拟环节；③数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧，使用维护方便等； 四、传感检测技术的地位和作用 1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的
第1章测试的基础知识 1．1 知识要点 1．1．1测试的基本概念 1．什么是测量、计量、试验和测试？ 测量是指以确定被测对象值为目的的全部操作；计量是指实现单位统一和量值准确可靠的测量；试验是对被研究对象或系统进行实验性研究的过程，通常是将被研究对象或系统置于某种特定的或人为构建的环境条件下，通过实验数据来探讨被研究对象性能的过程；测试是人们认识客观事物的方法，是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合，是依靠一定的科学技术手段定量地获取某种研究对象原始信息的过程。 2．什么是信息和信号？ 对于信息，一般可理解为消息、情报或知识，从物理学观点出发来考虑，信息不是物质，也不具备能量，但它却是物质所固有的，是其客观存在或运动状态的特征。因此，可以理解为：信息是事物运动的状态和方式。把传输信息的载体称为信号，信息蕴涵于信号之中，信号是物理性的，含有特定的信息，易于被测得或感知，易于被传输，是物质，具有能量。人类获取信息需要借助信号的传播，信号的变化则反映了所携带信息的变化。 3．测试工作的任务是什么？ 测试工作就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。测试工作的基本任务是通过测试手段，对研究对象中有关信息量作出比较客观、准确的描述，使人们对其有一个恰当的全面的认识，并能达到进一步改造和控制研究对象的目的，进一步提高认识自然改造自然的能力。测试工作中的一项艰巨任务是要从复杂的信号中提取有用的信号或从含有干扰的信号中提取有用的信息。 4．测试有什么作用？ 人类从事的社会生产、经济交往和科学研究活动总是与测试技术息息相关。首先，测试是人类认识客观世界的手段之一，是科学研究的基本方法。科学的基本目的在于客观地描述自然界，科学定律是定量的定律，科学探索离不开测试技术，用定量关系和数学语言来表达科学规律和理论也需要测试技术，验证科学理论和规律的正确性同样需要测试技术。事实上，科学技术领域内，许多新的科学发现与技术发明往往是以测试技术的发展为基础的，可以认为，测试技术能达到的水平，在很大程度上决定了科学技术发展水平。 同时，测试也是工程技术领域中的一项重要技术。工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等都离不开测试技术。在自动化生产过程中常常需要用多种测试手段来获取多种信息，来监督生产过程和机器的工作状态并达到优化控制的目的。 在广泛应用的自动控制中，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。在各种现代装备系统的设计制造与运行工作中，测试工作内容已嵌入系统的各部分，并占据关键地位。
第一章传感器与检测技术基础 1 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换器件两部分组成。 2 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值，可表示为：s= dy/dx 或者 s=Δy/Δx 3 如果检测系统由多个环节组成，各环节的灵敏度分别为S1，S2，S3，而且各环节以串联方式相连接，则整个系统的灵敏度为：s=S1*S2*S3 4 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。 5 线性度是用实测的检测系统输入/输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，E f=Δm/Y FS *100% 6 传感器的迟滞：迟滞特性表明检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入/输出特性曲线不一致的程度。迟滞的可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。 7 传感器的重复性：重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度，也叫稳定性。 8 一个完整的检测系统或装置通常由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转化、显示和处理等功能。 9 传感器按输出量的性质分为：参量型传感器、发电型传感器。 10 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于传输的电压或电流信号。 11 测量无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位，否则，测量结果就毫无意义。 12 绝对误差是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ=x-x0 13 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值x0的比值，即r= δ/x0 *100% 14 引用误差是绝对误差δ与仪表量程上的比值。r0=δ/L *100% 15 最大引用误差r0M是测量仪表整个量程中可能出现的绝对误差最大值δm代替，即 r om=δm/L *100% 16 常用的精度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级。精密度和精确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.0%。 17 系统误差：在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化，这种误差称为系统误差。 18 随机误差：在相同的条件下，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，这种误差称为随机误差。 19 系统误差的消除方法：交换法、抵消法、代替法、对称测量法、补偿法 20 电桥电路：电流输出型、电压输出型 21 电压输出型：单臂工作状态、 22 课后习题：4、5、6 第二章电阻式传感器 1 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也会发生相应的变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 2 热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。铂热电阻的测量精度是最高的。 3 热电阻的应用：热电阻温度计、热电阻式流量计。 4 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。 5 根据应变片的材质，可以分为金属和半导体应变片两大类。金属应变片：丝式应变片，它的结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不
第1章传感器与检测技术基础思考题答案 l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。 检测系统的组成框图 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。 显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。 3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。根据U0=U+ΔU，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。 7.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差? 答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，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的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，
第一章（绪论） 1.检测技术未来的发展方向。 智能化、虚拟化、网络化、微型化、软测技术 现代科学技术的迅猛发展为检测技术的进步和发展创造了条件。同时，也不断地向检测技术提出了更新更高的要求。 1）工业控制系统已从简单的仪表系统、电动单元组合仪表系统、集中控制系统和集散控制系统（DCS)发展成20世纪80年代以来的将控制技术、计算机技术和网络技术结合的新一带控制技术—现场总线控制系统（FCS)。 2）测试仪器仪表近20年来发展的突出特点是向着智能仪器、虚拟仪器和网络化仪器及远程测控方向发展。 3）随着计算机技术、信号分析处理技术和检测理论的发展，软测量技术及其应用也常见之文献、刊物、报端。 第二章（测试系统) 1.测试系统的定义：包含对被测对象的特征量进行检出、变换、传输、分析、处理、判断和显示等不同功能环节所构成的一个总体，被称为测试系统。测试系统的组成包括：激励源、传感器、信号的中间变换、信号处理、显示记录或运用。 2.测量仪器的特征（分辨力和漂移） 1）分辨力：分辨力是指显示装置中对其最小示值差的辨别能力。通常模拟式显示装置的分辨力为标尺分度值的一半，即用肉眼可以分辨到一个分度值的1/2。 2）漂移：测量仪器在规定条件下，其特征随时间而缓慢变化的现象称为漂移。仪器的零点漂移或量程偏移都是飘逸的实例。 习题2-6 2-9 第三章（信号及其描述） 测试工程所要解决的主要任务：获取其中的某些信息并对其进行分析、处理，揭示事物的内在规律和固有特性以及事物之间的相互关系，继而作出判断、决策等是测试工程所要解决的主要任务。 第四章（电参量的测量） 数字电压表的构成:数字电压表一般由信号调理电路、模-数转换、计数电路及控制电路几大部分组成。
第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有 、 、 组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 与输入 的 比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 。 4、下面公式是计算传感器的 。 9) -(1 %100min max max L L ?-=y y Δγ 5、某位移传感器的输入变化量为5mm ，输出变化量为800mv ，其灵敏度 为 。 二、 选择题： 1、标准表的指示值100KPa ，甲乙两表的读书各为101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们 的绝对误差为 。 A 1.0KPa 和-0.5KPa B 1.0KPa 和0.5KPa C 1.00KPa 和0.5KPa 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa ，已知绝对误差最大值 ?P max=4 KPa ，则该仪表的精度等级 。 A 0.5级 B 0.8级 C 1级 D 1.5级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表 量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 1.5倍 D 0.75倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ，则仪表的最小分 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明 越高。 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高 三、 判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏 （ ）
第一章检测技术的基础知识 一、填空题 1．传感器一般由、和三部分组成。（敏感元件；转换元件；转换电路） 2．传感器中的敏感元件是指被测量，并输出与被测量的元件。（直接感受；成确定关系的其它量） 3．传感器中转换元件是指感受由输出的、与被测量成确定关系的，然后输出的元件。（敏感元件；另一种非电量；电量）4、直接测量方法中，又分、 和。（零位法 偏差法 微差法） 5、零位法是指与在比较仪器中进行 ，让仪器指零机构 ，从而确定被测量等于。该方法精度。 （被测量 已知标准量 比较 达到平衡/指零 已知标准量 较高） 6、偏差法是指测量仪表用相对于 ，直接指出被测量的大小。该法测量精度一般不高。（指针、表盘上刻度线位移） 7、微差法是和的组合。先将被测量与一个进行 ，不足部分再用测出。 （零位法 偏差法 已知标准量 比较 偏差法）9、测量仪表的精确度简称 ，是和的总和，以测量误差的来表示。 （精度 精密度 准确度 相对值） 10、显示仪表能够监测到被测量的能力称分辨力。 （最小变化） 2．通常用传感器的和来描述传感器输出-输入特性。（静态特性；动态特性） 3．传感器静态特性的主要技术指标包括、、、、和。（线性度；灵敏度；灵敏度阈；迟滞；重复性） 5．传感器线性度是指实际输出-输入特性曲线与理论直线之间的与输出。（最大偏差；满度值之比） 6．传感器灵敏度是指稳态标准条件下，与之比。线性传感器的灵敏度是个。（输出变化量；输入变化量；常数） 7．传感器迟滞是指传感器输入量增大行程期间和输入量减少行程期间， 曲线。（输入-输出；不重合程度） 8．传感器的重复性是指传感器输入量在同一方向（增大或减小）做全程内连续所得输出-输入特性曲线。（重复测量；不一致程度/重复程度） 9．传感器变换的被测量的数值处在状态时，传感器的的关系称传感器的静态特性。（稳定；输入-输出）
第1章检测技术基础 1.1 检测仪表的基本概念 1.1.1 检测仪表的定义 检测技术是研究如何获取被测参数信息的一门科学，涉及到数学、物理学、化学、生物学、材料学，机械学、电子学、信息学和计算机科学等很多学科。因此，这些学科的发展都会不同程度地推进检测技术的发展。 检测的过程就是利用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过显示或其他形式被人们所认识。 检测仪表通常包括两个过程（如图）：一是能量（信息）形式一次或多次的转换，这一过程的目的是将人们无法感受的被测信息转换成可以被人直接感受（或利用已有成熟的仪表可以感受）的信息（如机械位移、电压、电流等），它一般包括敏感元件、信号变换、信号传输和信号处理等四个部分；二是根据规则将被测参数与相应的单位进行比较，通过合适的形式给出被测参数的具体信息，如数值显示、带刻度的指针显示、声音的变化等，这个过程包括显示装置和与显示装置配套的相关测量电路。 在检测过程中的检测仪表要完成的主要任务有：物理量的变换、信号的放大传输和处理、测量结果的显示等。任何一个检测仪表必须要有敏感元件和显示装置，其余环节视测量的要求和敏感元件的性能等不同而已。 主要名称术语 ①敏感元件（sensor） 敏感元件也称检测元件，是一种能够灵敏地感受被测参数并将被测参数的变化转换成另一种物理量的变化的元件。例如，用铜丝绕制而成的铜电阻能感受其周围温度的升降而引起电阻值的增减，所以铜电阻是一种敏感元件。又由于它能感受温度的变化，故称这种铜电阻为温度敏感元件。 ②传感器（transducer） 传感器它能直接感受被测参数，并将被测参数的变化转换成一种易于传送的物理量。很显然，有些传感器就是一个简单的敏感元件，例如，上面提到的铜电阻。由于很多敏感元件对被测参数的响应输出不便于远传，因此，需要对敏感元件的输出进行信号变换，使之能具有远传功能。这种信号变换可以是机械式的、气动式的，更多的是电动式的。例如，作为检测压力常用的膜片是一种压力敏感元件，虽然它能感受压力的变化并引起膜片的形变（位移），但由于该
第一章测试技术的基本概念 1.测量：测量是以确定量值为目的的一组操作，这种操作就是测量中的比较过程—将被测参数的量值与作为单位的标准值进行比较，比出的倍数既为测量结果。 2.直接测量：直接从测量仪表的读数取被测量值的方法。间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系间接得到被测量的量值的测量方法。组合测量：当某项测量结果需要多个未知数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。 3.测试：是测量和实验的全称，有时把较复杂的测量称为测试。 4.检测：是意义更为广泛的测量，是检验和测量的统称。 5.测量方法的选择原则：1.被测量本身的特性.2.所要求的测量准确度。3.测量环境。4.现有测量设备。 6.测量仪表：将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具，包括各类指示仪器、比较仪器、传感器和变送器等。 7.测量仪表的类型：模拟式：将连续变化的被测物理量直接进行连续测量，显示成记录的一起。数字式：将被测的模拟量首先转换成数字量再对数字量进行测量的仪表。 8.测量仪表的功能：物理量的变换、信号的传输、测量结果的显示。 9.仪表的性能指标:精度（精密度、正确度、准确度）。稳定度、输入电阻、灵敏度、线性度、动态特性。 10.计量：利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。 11.单位制：任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称为计量标准。 12.计量基准：①主基准，②副基准③工作基准。 第二章测量误差和数据处理 1.测量误差：测量仪器仪表的测量值与被测量值之间的差异，称为测量误差。特点：必然性和普遍性。产生原因：测量器具不准确，测量手段不完善，环境影响，测量操作不熟练以及工作疏忽。 2.真值A。：一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称为它的真值，指定值As：由国家设立各种尽可能维持不变的实物标准，已法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指定值。实际值：在每一级的比较中，以上一级标准所体现的值当做准确无误的 3.标称值：测量器具上标定的数值称为标称值。 4..等精度测量：在保持测量条件不变的情况下对同一被测量量进行的多次测量过程。 5.示值：有测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值，也称测量器具的测量值或测得值，包括数值和单位。 5.绝对误差：△x=x-A；x为测量值，A为实际值。（利用满度相对误差求最大绝对误差） 6..误差来源：仪器误差、人身误差、影响误差、方法误差。 7.误差的分类：1.系统误差：在多次等精度测量同一恒定量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时，按某种规律变化的误差，称为系统误差。2.随机误差：随机误差又称偶然误差，是指对同一恒定值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号无规则变化的误差。 3.粗大误差：在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差称为粗大误差。 10.产生系统误差的主要原因：1.测量仪器设计原理及制作上的缺缺陷，2.测量时的环境条件如温度、湿度和电源电压与仪器使用要求不一致3.采用近似的测量方法或近似的计算公式，4.测量人员估计读数时的习惯。 11.系统误差的主要特点：只要测量条件不变，误差即为确切的数值，用多次测量取平均值的办法不能改变或消除误差，当条件改变时，误差也随之遵循某种规定的规律而变化，具有
第一章检测技术的基本概念 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为多少级？答：1 .0 2、某仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买精度等级为多少级的压力表？答：0 .5 a 3、对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性，该误差称为什么误差？答：随机误差 4、多次重复测量时，误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），该误差称为什么误差？答：系统误差 5、检测中使用一次仪表，新的国家标准规定电流输出和电压输出是多少？ 答：4～20mA、1～5V 6、检测中由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在一次仪表中多采用电流输出型，新的国家标准规定电流输出为多少？答：4～20mA 7、什么是系统误差？答：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。 8、什么是粗大误差？答：超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差，应予以剔除。 9、什么是测量 答：测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分之几的比较过程。 10、什么是测量结果？ 答：测量结果可以表现为一定的数字，也可表现为一条曲线，或者显示成某种图形等，测量结果包含数值（大小和符号）以及单位。有时还要给出误差范围11、什么是静态测量？什么是动态测量？ 答：在检测技术中，对缓慢变化的对象所进行的测量，亦属于静态测量。工程中，有时可认为几十赫兹以上的测量称为动态测量。 12、传感器有哪三部分组成？答：传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 13、某数字表满量程为99.9A，该表的分辨力和分辨率为多少？ 答：数字表满量程为99.9A，该表的分辨力=0.1A，分辨率=0.1A÷99.9≈0.1% 14、测量结果的正态分布的规律是怎样的？ 测量结果的正态分布的规律有：（1）集中性、（2）对称性、（３）有界性 15、用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据为2.04mm、2.02mm、1.96mm、0.99mm、3.33mm、1.98mm，为粗大误差的值是什么？，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度等于多少？ 答：为粗大误差的值是0.99和3.33mm，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度=2.00mm。 16、磁栅传感器重复6次测量两个标志位置之间的长度，得到6个不同的测量值为：7.2000、7.2001、7.2002、7.1999、7.1998、7.9000，6个测量值中，哪个值明显是“坏值”，给予剔除，将剩下5个带有随机误差的测量值求算术平均值x=？。 答：6个测量值中，7.90m明显是“坏值”，给予剔除，将剩下5个带有随机误差的测量值求算术平均值x=7.2000m 。
1、检测技术：完成检测过程所采取的技术措施。 2、检测的含义：对各种参数或物理量进行检查和测量，从而获得必 要的信息。 3、检测技术的作用：①检测技术是产品检验和质量控制的重要手段 ②检测技术在大型设备安全经济运行检测中得到广泛应用③检测技 术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分④检测技术的完善和 发展推动着现代科学技术的进步 4、检测系统的组成：①传感器②测量电路③现实记录装置 5、非电学亮点测量的特点：①能够连续、自动对被测量进行测量和 记录②电子装置精度高、频率响应好，不仅能适用与静态测量，选 用适当的传感器和记录装置还可以进行动态测量甚至瞬态测量③电 信号可以远距离传输，便于实现远距离测量和集中控制④电子测量 装置能方便地改变量程，因此测量的范围广⑤可以方便地与计算机 相连，进行数据的自动运算、分析和处理。 6、测量过程包括：比较示差平衡读数 7、测量方法；①按照测量手续可以将测量方法分为直接测量和间接 测量。②按照获得测量值得方式可以分为偏差式测量，零位式测量 和微差式测量，③根据传感器是否与被测对象直接接触，可区分为 接触式测量和非接触式测量 8、模拟仪表分辨率= 最小刻度值风格值的一半数字仪表的分辨率 =最后一位数字为1所代表的值 九、灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化的输入量变化的 比值 s=dy/dx 整个灵敏度可谓s=s1s2s3。 十、分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力 十一、测量误差：在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法和检测人员受到各种变动因素的影响，对被测量的转换，偶尔也会改变被测对象原有的状态，造成了检测结果和被测量的客观值之间存在一定的差别，这个差值称为测量误差。 十二、测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等 十三、误差分类：按照误差的方法可以分为绝对误差和相对误差；按照误差出现的规律，可以分系统误差、随机误差和粗大误差；按照被测量与时间的关系，可以分为静态误差和动态误差。
第一章、检测技术的基本知识 第一节、概述 一、检测技术的含义、作用和地位 ①、在各项生产活动和科学实验中，为了解和掌握整个过程的进展及其最后结果，经常需要 对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。 ②、检测技术是人们为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。 ③、随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术 已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。 检测技术主要应用如下： 1 )、检测技术是产品检验和质量控制的重要手段： ①、借助于检测工具对产品进行质量评价是检测技术重要的应用领域。 ②、但传统的检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔除的作用。 这种被动检测方法，对废品的出现并没有预先防止的能力。 ③、在传统检测技术基础上发展起来的主动检测技术或称之为在线检测技术，使检测和生产 加工同时进行，及时、主动地用检测结果对生产过程进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。 ④、在线检测技术的作用已经不只是单纯的检查产品的最终结果，而且要过问和干预造成这 些结果的原因，从而进入质量控制的领域。 2)、检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用： ①、电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态 下运行，保证这些关键设备安全运行在国民经济中具有重大意义。 ②、为此，通常设置故障监测系统对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行 长期动态监测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发事故，保证设备和人员安全，提高经济效益。 ③、即使设备发生故障，也可以从监测系统提供的数据中找出故障原因，缩短检修周期，提 高检修质量。另外，在日常运行中，这种连续监测可以及时发现设备故障前兆，采取预防性检修。 ④、随着计算机技术的发展，这类监测系统已经发展到故障自诊断系统，可以采用计算机来 处理检测信息，进行分析、判断，及时诊断出设备故障并自动报警或采取相应的对策。 3)、检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分： ①、任何生产过程都可以看作是由“物流”和“信息流”组合而成的，反映物流的数量、状 态和趋向的信息流则是人们管理和控制物流的依据。 ②、人们为了有目的地进行控制，首先必须通过检测获取有关信息，然后才能进行分析判断 以便实现自动控制。 ③、所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人来完成检测、分析、判断和控制工作。 ④、一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息获取、信息转换、信息处理、信息 传送及信息执行等功能。 ⑤、在实现自动化的过程中，信息的获取与转换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将 被控对象的各项参数检测出来并转换成易于传送和处理的信号，整个系统才能正常地工作。因此，自动检测与转换是自动化技术中不可缺少的组成部分。
绪论 1、自动检测系统原理图 系统框图：用于表示一个系统各部分和各环节之间的关系，用来描述系统的输入输出、中间处理等基本功能和执行逻辑过程的概念模式。 自动检测系统的组成：传感器、信号调理电路、显示器，数据处理装置、执行机构组成。（这里会出填空题） 2、传感器：只一个能将被测的非电量变换成电量的器件。 3、自动磨削测控系统 原理说明：传感器快速检测出工件的直径参数，计算机一方面对直径 参数做一系列的运算、比较、判断等操作，然后将有关参数送到显示器显示出来，另一方面发出控制信号，控制研磨盘的径向位移，指导工件加工到规定要求为止。 第一章检测技术的基本概念
1、测量：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实践过程。 2、测量方法的分类：静态测量、动态测量 直接测量、间接测量 接触式测量、非接触式测量 偏位式测量，零位式测量，微差式测量 3、测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差（示值相对误差、引用误差） 4、测量误差的分类：粗大误差、系统误差、随机误差、静态误差、动态误差。 5、传感器的组成：由敏感元件、传感元件、测量转换电路组成、 6、测量转换电路的作用：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。 7、传感器的静态特征： 灵敏度：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比。 分辨力：指传感器能检测出被测信号的最小变化量。 非线性度：线性度又称非线性误差，指传感器实际特性曲线与拟 合直线之间的最大偏差与传感器满量程范围内的输 出之百分比。 迟滞误差：传感器的正向特性与反向特性的不一致程度。 稳定性、电磁兼容性、可靠性 第二章电阻传感器 1、应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形、其电阻值也将随着发生变化。 2、压阻效应：单晶硅材料在受到应力作用后，电阻率发生明显变化。 3、投入式液位计的工作原理：压阻式压力传感器安装在不锈钢壳体内，，并用不锈钢支架固定放置在液体底部。传感器的高压侧的进气孔与液体相通，可读出安装高度处的表压力。传感器的低压侧进气孔通过一根很长的橡胶管与大气相通，传感器的信号线、电源线也通过该接口与外界的仪表接口连接。 4、压阻式压力传感器可用来测量进气压力、燃油压力、润滑油压力、刹车用的制动液压等。 第三章电感传感器 1、自感式传感器常见的形式有变隙式电感传感器、变截面角位移式和螺线管式、差动电感传感器。 2、采用差动式传感器的优点：可以提高传感器的灵敏度，减小测量误差。 3、检波：能将交流输入转换成直流输出的转换，多用于描述信号电压的转换。 4、相敏检波电路不但可以反映位移的大小，还能反映位移的方向。
《自动检测技术及应用》期末复习资料第1章检测技术的基本概念 1.电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于零位式测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于偏 位式测量。 2.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0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商 店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是示值相对 误差。 3.在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这 时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量 的1.5倍左右为宜。 4.用万用表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz、10V左右的 高频电压，发现示值不到2V，该误差属于粗大误差。 用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V， 该误差属于系统误差。 5.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了提早发现故障，提高可靠性。 6.各举出两个日常生活中的非电量电测的例子来说明 静态测量：用电子天平称出物体的重量；用水银温度计测量水温；
动态测量：地震测量振动波形；心电图测量跳动波形； 直接测量：用电子卡尺测量物体的高度； 间接测量：曹聪称象； 接触式测量：用体温计测体温； 非接触式测量：雷达测速； 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； 离线测量：产品质量检验； 7.有一温度计，它的测量范围为0~200℃，准确度等级为0.5级，求： (1)该表可能出现的最大绝对误差。 (2)当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。 解:(1)由表1-1所示，温度计的准确度等级对应最大满度相对误差， 即由满度相对误差的定义，可得最大绝对误差为： =(±0.5%)=±(0.5%某200)℃=±1℃ (2)当示值分别为20℃和100℃时，示值相对误差为： 某1mA某1 m100%1100%5%201100%1%100某2A某2100% 8.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差不大于0.6%，问： 若选用量程为250V电压表，其准确度应选模拟仪
第一章建设工程质量检测基本知识 第一节概述 工程材料试验与建设工程施工质量检测，在建筑施工生产、科研及发展中具有举足轻重的地位。工程材料基础知识的普及和建设工程施工质量检测技术的提高，不仅是评定和控制材料质量、施工质量的手段和依据，也是推动科技进步、合理使用工程材料和工业废料、降低生产成本，增进企业效益、环境效益和社会效益的有效途径。 质量责任重于泰山。 工程材料质量的优劣，直接影响建筑物的质量和安全。因此，工程材料性能试验与质量检测，是从源头抓好建设工程质量管理工作，确保建设工程质量和安全的重要保证。 为了加强建设工程质量，就要设立各级工程质量，尤其是工程材料质量的检测机构，培养从事工程材料性能和建设工程施工质量检验的专门人才，从事材料质量的检测与控制工作，为推进建筑业的发展、提高工程建设质量发挥积极作用，做出突出贡献。 随着建筑业的改革与发展，新材料、新技术层出不穷，尤其是我国加入WTO 以后，技术标准逐渐与国际标准接轨。国家工程材料检测技术规程、标准、规范进入大范围修订和更新，新方法、新仪器的采用和检测标准的变更，更要求我们不断学习，更新知识。所以，要在学好理论课的基础上，重视试验理论，搞懂试验原理，学会试验方法，加强动手能力，出具公正、规范、科学的检测报告。 第二节试验原始记录 在试验过程中，对于在一定条件下取得的原始观测数据的记录叫原始记录。在今后的工程材料试验和施工质量检测中，原始记录的内容一般包括： ⑴试样名称、编号、规格型号、外观描述与制备； ⑵检测环境、地点、日期时间； ⑶采用的试验方法（试验规程）以及试验设备的名称与编号； ⑷观测数值与观测导出数值； ⑸试验、记录、计算、校核人员和技术负责人的签字等。 试验的原始记录，必须以科学认真的态度，实事求是地进行填写，不得修改和涂改。经过对试验数据的校核确需改错的，应依据国家认监委对试验室计量认证认可的有关规定进行，并且能够溯源。 试验的原始记录必须经得起工程实践的长期考验，它还是评价试验检测工作水平高低和维护试验人员合法权益的重要法律依据之一。
第一章 检测技术理论基础 1. 检测技术分类：按测量类型分、结果分、按测量方式分。 2. 一般检测系统框图。 3. 显示器的显示方式通常有指针式、数字式、图像式、记录式四类。 4. 检测系统组成：开环、闭环及其特点和区别。 5. 如图为反馈式仪表结构，求输出量y 的表达式，当∞→K 时，反馈系统有何特点？ 6. 检测系统静态特性：灵敏度、线性度、滞环（变差）、重复性、再现性概念。 7. 等精度测量的平均值x 和标准差σ、标准偏差σ ˆ、平均值的标准差x σ。 已知函数),,(321x x x f y =，1113x x x σ±=、2223x x x σ±=、3333x x x σ±=，则求y 、y σ。 8. 仪表的基本允许误差及表示方法，仪表精度等级的定义。 9. 用0.1级100V 的电流表取校验1.0级100V 的电压表，前者示值70V ，后者示值69.4V 。 （1）被校表的绝对误差，修正值和实际相对误差各位多少？（2）若认为上述误差是最大误差，被校表是否合格？ 10. 如图为补偿结构，试求输出量y ，说明该结构的作用。 )Δ,Δ(2211u u u u f y A ++= )Δ,(221u u u f y B += B A y y , 按泰勒级数展开，得： ])Δ(∂∂)ΔΔ(∂∂2)Δ(∂∂[!21Δ∂∂Δ∂∂),(2222212122121 2221121u u f u u u u f u u f u u f u u f u u f y A A A A A A A +++++=])Δ(∂∂[!21Δ∂∂),(22222221u u f u u f u u f y B B B B ++=
第一章试验检测基础知识试题 我国的法定计量单位是以( ) 单位为基本，根据我国的情况，成的。 适当增加了一些其他单位构 A. 米制 B. 公制 C•国际单位制 D.英制 答案：C ( ) 是表示“质量”正确的国际单位制的基本单位。 A. g B. kg C. mg D. mol 答案：B 下列中，其计量单位属于用词头构成的是( ) 。 A. 10 兆吨 B. 10 亿吨 C. 10 万吨 D. 10 千吨 答案： A 物质的量的法定计量单位名称是( ) 。 A. 克分子 B. 摩(尔) C. 克当量 D. 克原子 答案： B 压力、压强、应力的法定计量单位名称是( )。 A. 工程大气压 B. 毫米汞柱 C. 帕(斯卡) D .牛(顿) 答案：C 能量( 功、热) 的法定计量单位名称是( ) 。 A. 焦(尔) B. 千卡 C. 卡 D. 大卡 答案： A 下列单位中，不是我国法定计量单位的是( )。 A. 海里 B. 摩尔 C. 两
D. 小时 答案： C 下列组合单位符号书写方式正确的是（）。 A. 牛顿米-- 牛米 B. 瓦每开尔文米--W／K．m C. 焦耳每摄氏度-J /C D. 每米---1/米 答案： C 法定计量单位的速度单位名称是（）。 A. 米秒 B. 米每秒 C. 每秒米 D. 海里每秒 答案：B 体积流量的单位符号是m5/ s，它的单位名称（）。 A. 立方米/秒 B. 米3/秒 C. 立方米每秒 D. 每秒立方米 答案：C 按我国法定计量单位的使用规则，15 C应读成（）。 A. 15 度 B. 摄氏15 度 C. 15 摄氏度 D. 15 开（尔文） 答案：C 按我国法定计量单位使用方法规定，3cmf应读成（）。 A. 3 平方厘米 B. 3 厘米平方 C. 平方3厘米 D. 3 二次方厘米 答案：A 每次试验结果可以用一个变量X的数值来表示，这个变量的取值随偶然因素而变化, 但遵循一定的概率分布规律，这种变量称为（）。 A. 自变量 B. 因变量 C. 随机变量 D. 连续变量 答案：C 对于正态随机变量来说，它落在区间（卩-3 6,^+3 a ）外的概率为（）。 A. 99.73% B. 68.26% C. 4.55% D. 0.27% 答案：D