自动检测技术基本概念

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 Aγ示值（标称）相对误差x γ：绝对误差∆与被测量A x 的百分比，%100⨯∆=xxA γ满度（引用）相对误差m γ：绝对误差∆与仪器满度值A m 的百分比，%100m⨯∆=A mγ3. 准确度等级S ：当∆ 取仪表的最大绝对误差值∆m 时，满度相对误差常被用来确定仪表的准确度等级，100mm⨯=A ΔS 注意：仪表的准确度在工程中也常称为“精度”，准确度等级习惯上称为精度等级。

自动检测技术及应用自动检测技术是一种基于先进的电子、计算机和通信技术的创新领域。

随着科技的进步和人们对效率和准确性的要求不断提高，自动检测技术在多个领域得到了广泛应用。

本文将介绍自动检测技术的背景和重要性，并概述接下来章节的结构。

自动检测技术基于一系列的基本原理和工作方式，其中包括传感器、数据处理和决策系统。

传感器传感器是自动检测技术的核心组成部分。

它们可以采集和测量环境中的各种物理量和信号，如温度、压力、湿度、光强度等。

传感器将这些信号转换为电信号，并传输给数据处理系统进行进一步分析。

数据处理数据处理是自动检测技术中不可或缺的步骤。

将传感器收集到的原始数据进行处理，包括滤波、去噪、校准和标定等。

数据处理的目的是提取有用的信息，并对数据进行合理的解释和分析。

决策系统决策系统是自动检测技术中的最终环节。

它根据传感器采集到的数据和经过处理后的信息，进行决策和判断。

决策系统可以根据设定的规则或算法，自动触发相应的动作或反馈。

以上是自动检测技术的基本原理和工作方式，传感器、数据处理和决策系统共同构成了自动检测技术的核心部分。

通过这些技术，我们可以实现对环境、物体或过程中的各种参数和状态进行实时监测和检测，为科学研究和工程应用提供了可靠的手段。

自动检测技术在各个领域都有广泛的应用。

以下是一些典型的应用领域：工业生产自动检测技术在工业生产中扮演着重要角色。

它可以用于质量控制、产品检测和故障诊断。

通过自动检测技术，可以实现对产品质量的实时监测，提高生产效率和产品质量。

例如，在汽车制造业中，自动检测技术可用于检测零部件的尺寸、外观和功能，确保产品符合标准要求。

医疗诊断自动检测技术在医疗诊断中有广泛的应用。

它可以用于实验室检测、影像诊断和生理监测等方面。

通过自动检测技术，医生可以获得更准确、快速的诊断结果，并及时采取相应的治疗措施。

例如，在临床化验中，自动检测技术可以对患者的血液、尿液和体液样本进行快速而准确的分析，帮助医生做出正确的诊断。

绪论1、什么是检测：指利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量的过程。

2、什么是自动检测与转换技术：指能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为。

一、检测技术在国民经济中的地位和作用答：1.在机械制造行业中2.在电力等行业中3.在交通领域中4.在国防科研中5.在导弹、卫星研制中6.在日常生活中二、工业检测技术的内容1.热工量，2.机械量，3.几何量，4.物体的性质和成分量，5.状态量，6.电工量三、自动检测系统的组成1.自动检测系统的组成：1.传感器，2.信号调理，3.数据处理装置，4.显示器，5.执行机构2.传感器：指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（确切定义如1-3）四、检测技术的发展趋势1.不断提高检测系统的测量准确度，量程范围，延长使用寿命，提高可靠性。

2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域。

3.发展集成化、功能化的传感器4.采用计算机技术，使检测技术智能化。

5.发展网络化传感器及检测系统。

五、学习方法1.本书配套或第一章检测技术的基本概念测量得到的定量的结果&1-1测量的基本概念及方法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认识过程2.测量方法的分类：1.静态和动态测量根据被测量是否随时间变化2.直接和间接测量间接测量比较复杂（用函数关系计算求得）3.模拟式和数字式测量4.接触式和非接触式测量5.在线和离线测量生产过程边生产边测量称在线测量。

&&1-2 测量误差及分类1.真值：指在一定条件下被测量客观存在的实际值。

2.真值分类：1.理论真值：三角形内角和为180度2.约定真值：银的凝固点为961.78度3.相对真值：凡准确度高两级的仪表的误差与准确度低的仪表的误差比在1/3以下时，则高两级仪表的测量值可以认为是相对真值3.测量误差：指测量值与真值之间的差值4.测量误差的分类：1.绝对误差和相对误差2.粗大误差、系统误差和随机误差3.静态误差和动态误差一、绝对误差和相对误差1.绝对误差Δ：测量值Ax与真值A0之间的差值：Δ= Ax- A02.相对误差1.示值（标称）相对误差γx : 指用绝对误差Δ与被测量值Ax的百分数比来表示γx = Δ/ Ax *100%2. 满度（引用）相对误差γm :测量下限为0的仪表的γm= =Δ/A m *100%（A m仪表满度值）（A m =Amax-Amin)3. 满度（引用）相对误差常被用来确定仪表的准确度等级S：S= Δm/A m *100 ( Δm指最大误差值）准确度等级也称为精度等级例1-1（P11)某压力表准确度为2.5级，量程0-1.5MPa,测量结果显示为0.7MPa，试求：1.可能出现的最大满度相对误差γm，2.可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕，3.可能出现的最大示值相对误差γx解：1.可能出现的最大满度相对误差即为准确度等级：γm=2.5%2.Δm=γm*A m=2.5%*1.5=0.0375MPA=37.5KPA3.γx=Δm/Ax*100%=0.0375/0.7*100%=5.36%例1-2（P12）现有0.5级的0-300度的和1.0级的0-100度的两个温度计，要测量80度的温度，试问哪一个好？解：本题是要确定两个温度计的γx，选小的。

【2012年】自动检测技术及应用各章基本概念【最新经典版】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，这种现象称为应变效应。

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这种现象称为压阻效应。

3.横向效应：直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。

4.电涡流效应（电涡流）：金属导体置于变化的磁场中，导体的表面就会有感应电流产生，电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。

5.某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电是状态，这种现象称为压电效应。

压电传感器特点：体积小、重量轻、频响高、信噪比达等特点，由于它没有运动部件，因此此结构坚固、可靠性、稳定性高。

6.正压电效应：当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种机械能转化为电能的现象，这种现象称为正压电效应。

7.逆压电效应：当在电介质极化方向施加交变电场或电压，这些电介质也会产生形变，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

8.多普勒效应：是指运动物体迎着波源运动时，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；当物体背着波源运动时，会产生相反效应。

9.霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流I和磁感应强度B的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。

该电动势称为霍尔电动势，上述金属或半导体薄片称为霍尔元件。

用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。

10.磁阻效应：外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象称磁阻效应。

11.热电效应：在两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路中，当两个结点温度不同时，回路中将产生电动势，这种物理现象称为热电效应。

第十一章自动检测技术检测是利用各种物理效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活中的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。

能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测技术。

目前，非电量的检测多采用电测量法，即首先将各种非电量转变为电量，然后经过一系列的处理，将非电量参数显示出来。

一个完整的自动检测系统，主要包括传感器、信号处理电路、执行机构、数据处理装置及显示器等组成部分。

传感器首先将被测的非电量变换成电量，经信号处理电路处理后变成具有一定功率的电压、电流等电量，以推动后级的显示电路、数据处理电路及执行机构。

现在的检测系统越来越多地使用计算机来控制执行机构的工作。

检测技术、计算机技术与执行机构等配合就能构成工业生产中的控制系统。

传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。

传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。

传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成，如图11－1所示。

图11－1 传感器组成框图图中敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过传感器的敏感元件转换成与之有确定关系、更易于转换的非电量。

这一非电量通过传感元件后就被转换成电参量。

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。

应该指出，不是所有的传感器都有敏感、传感元件之分，有些传感器已将二者合二为一。

传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。

常用的分类方法有：1．按被测量分类可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、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。

3．按输入、输出特性的线性与否分类可分为线性传感器和非线性传感器两大类。

第一温度传感器节温度是表征物体冷热程度的物理量，是工、农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。

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:∆m =(±0.5%A m =±(0.5%×200℃=±1℃(2当示值分别为20℃和100℃时,示值相对误差为:%5%100201%10011±=⨯±=⨯∆=x m x A γ %1%1001001%10022±=⨯±=⨯∆=x m x A γ 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表中常用的哪一个等级?若选用量程为300V 和500V的电压表,其准确度又应分别选哪一级?解:(240×0.6%/250=0.576%,下近0.5级,应选择0.5级。

《传感器与自动检测技术》重难点及学习指导第一章传感器与自动检测技术的基本概念重难点：测量误差与精度学习指导：掌握绝对误差和相对误差的定义和物理意义，理解精度等级的确定，能对测量误差进行估算和对仪表的精度等级及量程进行正确的选用。

第二章电阻式传感器重难点1：应变效应和桥式测量转换电路学习指导：在理解纵向应变和横向应变的基础上掌握应变效应，理解各类电桥工作方式和性能，注意“相邻臂相减、相对臂相加”的原则，通过不同的组合方式，可提高灵敏度，消除非线性误差及温度效应的影响。

重难点2：压阻式传感器测量转换电路与温度补偿学习指导：测量转换电路恒压源与恒流源供电方式的比较，选择合适的供电方式；提高测量精度减小零点漂移和灵敏度温度漂移的问题，进行零点温度补偿和灵敏度温度补偿。

第三章变阻抗式传感器重难点1：差分变压器的工作原理和测量转换电路的作用学习指导：差分变压器把被测位移量转换为线圈间的互感变化，输出交流电压，通过测量转换电路，可消除零点残余电压，并判别位移方向。

重难点2：电涡流式传感器的工作原理学习指导：在理解涡流效应的基础上，掌握传感器把被测量转换为线圈的阻抗，最大特点是非接触测量。

重难点3：电容式传感器的测量电路学习指导：变间隙式电容传感器采用差分接法的桥式电路（即变压器电桥电路）后，位移量与电容的非线性关系转换为位移量与输出交流电压的线性关系，但还应经过相敏检波才能判别位移方向；脉冲宽度调制电路的输出直流电压与电容变化量成线性关系，不论是对于变面积式或变极距式电容传感器均能获得线性输出，也能判别位移方向。

第四章光电式传感器重难点1：光电效应和光电传感器的工作原理学习指导：理解光电效应和对应光电元件的特性及使用场合，掌握光电传感器的四种应用类型，注意光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，及在模拟量的检测中如何削弱或消除背景光及温度等因素的影响。

重难点2：光纤传感器的工作原理及使用学习指导：了解光纤的传光原理，功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别，光纤传感器的实际应用。

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。