第1章 检测技术及仪表基础知识

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1、检测技术及仪表 主编 毛徐辛 第1章检测技术及仪表基础知识1.1测量及测量误差1.2检测仪表基本特性及性能指标1.3检测仪表组成与分类1.1测量及测量误差1.1.1测量及测量方法测量是指用专门的技术工具，依靠实验和计算找到被测量的量值（量值由数值和单位组合而成），即把被测量与相应的测量单位（标准）进行比较，确定出被测量的大小和单位。因此，测量是以确定量值为目的的一组操作。通过测量可以掌握被测对象的真实状态。(1)直接测量)偏差法是在测量过程中，用检测仪表指针的位移(即偏差)来表示被测量的大小的方法。)零位法是在测量过程中，将被测量与已知的标准量进行比较，当调节标准量使之等于被测量时，标准量的值

2、即代表了被测量的大小。1.1测量及测量误差)微差法是将偏差法和零位法组合使用的一种测量方法。(2)间接测量(3)混合测量1.1.2测量误差及分类由于测量方法的局限性、测量设备的准确性、周围环境的影响以及人为因素等原因，使得测量结果与真实值之间总是存在一定差异，这种差异即为测量误差。1.测量误差(1)绝对误差(2)相对误差(3)引用误差1.1测量及测量误差2.测量误差的分类(1)基本误差和附加误差 基本误差是指仪表在规定的工作条件(或参比条件)下工作，其本身所具有的误差，它是仪表固有的误差，通常用引用误差表示，其最大值不得超过仪表的允许误差。 附加误差是指仪表在偏离工作条件下工作是所增加的误差。

3、(2)系统误差、随机误差和粗大误差1.1测量及测量误差图1-1系统误差特征曲线1)系统误差。1.1测量及测量误差2)随机误差。图1-2随机误差的正态分布曲线1.1测量及测量误差随机误差服从正态分布时的特征： 对称性：大小相等、符号相反的随机误差出现的概率相同。 单峰性：绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小，零误差出现的概率比任何其他数值的误差出现的概率都大。 有界性：绝对值很大的误差出现的概率接近于零，即误差的绝对值有一定的实际界限。 抵偿性：在相同测量条件下对同一被测量进行测量，误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零，即正、负误差是相互抵消的。3)粗大误差。1.1测量及测

4、量误差1.1.3测量误差的消除及减小方法1.系统误差的消除及减小(1)消除产生系统误差的根源(2)对测量结果进行修正(3)采用特殊测量方法 1)替代法。 2)交换法。 3)抵消法。 4)对称观测法。 5)半周期偶数观测法。 6)对于按除线性和周期性以外其他规律变化的系统误差，可求出其变化函数关系，再进行修正。1.1测量及测量误差2.随机误差的消除或减小 尽可能地多测几次并以多次测量结果的算术平均值作为最终测量值； 改进仪表结构、提高零部件工艺质量、采取必要的防护措施。3.粗大误差的消除 将存在粗大误差的测量数据剔除。粗大误差的判断：)定性分析)定量判断1.2检测仪表基本特性及性能指标1.2.1

5、静态特性及性能指标静态特性是指在静态测量（即测量过程中被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢的测量）中仪表的基本特性。描述检测仪表静态特性的性能指标主要有准确度、灵敏度、分辨力、线性度、迟滞和稳定性等。1.准确度 准确度是指测量结果与真值之间的一致程度。2.灵敏度 灵敏度表征了仪表对被测量变化的灵敏程度。1.2检测仪表基本特性及性能指标图1-3仪表的线性度3.分辨力4.线性度1.2检测仪表基本特性及性能指标5.迟滞(回差)图1-4仪表的迟滞特性6.稳定性1.2检测仪表基本特性及性能指标1.2.2动态特性及性能指标动态特性是指在动态测量（即测量过程中被测量随时间变化的测量）中仪表的输出量跟随被测量

6、随时间变化的特性。仪表的动态特性与被测量（输入量）的形式有关，常用的典型信号有阶跃信号和正弦信号。图1-5仪表的阶跃响应特性1.2检测仪表基本特性及性能指标1.时间常数2.响应时间3.峰值时间4.超调量1.3检测仪表组成与分类1.3.1检测仪表组成及结构形式检测仪表的组成，基本上有检测部分、测量电路、显示输出装置三部分；检测仪表的结构形式，有开环和闭环两种形式。1.检测仪表的基本组成图1-6检测仪表的基本组成(1)检测部分检测部分通过检测元件直接感受被测量的变化，1.3检测仪表组成与分类将被测量按一定的原理转换成便于测量和传输的信号形式(如位移、电量等)，它是检测仪表的关键部件。(2)测量电路

7、测量电路接收检测部分输出的信号，并对其进行放大和处理，使之能驱动显示、记录或控制装置。(3)显示输出装置显示输出装置是显示或输出被测量数值的装置，它包括显示、记录、数据输出等装置。2.检测仪表结构形式图1-7开环结构仪表框图(1)开环结构开环结构仪表由多个环节串联而成，1.3检测仪表组成与分类全部信息传递只沿一个方向进行。图1-8闭环结构仪表框图(2)闭环结构闭环结构仪表由前向和反馈两个通道构成，仪表的输出信号通过反馈环节被送至仪表的输入端，构成了一个闭环回路。1.3检测仪表组成与分类1.3.2检测仪表分类1.按被测参数分类2.按使用性质分类 )工业仪表 )实验室仪表 )标准仪表3.按是否接触被测介质分类4.按显示或输出信号的性质分类