第一章 自动检测技术的基本知识
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1、第一章第一章 自动检测技术的基本知识自动检测技术的基本知识通过本章的学习，你将能够：1了解测量的基本概念与方法；2掌握测量误差的分类及测量结果的处理方法3了解传感器的基本特性4了解传感器常用的弹性元件的形式与应用范围。1.1 测量的基本概念及方法测量的基本概念及方法1.1.1 测量的基本概念测量的基本概念n测量结果一般表示为n n式中 X一被测量；n X0一标准量；n A一比值。0AAX 0AAX 0AXX 1.1.2 测量方法测量方法n根据测量结果的显示方式，测量分为模拟量测量和数字量测量。如用示波器测量交流电压属模拟量测量。n按被测量是否随时间变化，测量分为静态测量和动态测量。 n根据测量
2、时是否与被测量对象接触，测量分为接触式测量和非接触式测量。n从不同角度考察，测量方法有不同的分类，但常用的具体测量方法有零位法、偏差法和微差法等。n零位法是指被测量与已知标准量进行比较，使这两种量对仪器的作用抵消为零（指零机构达到平衡），从而可以肯定被测量就等于已知标准量。如天平测量质量就是零位法的典型例子天平的硅码就是已知标准量。零位法的测量误差显然主要来自标准量的误差和比较仪器的误差。此法的误差很小，因此零位法的测量精度较高，但平衡复杂。多用于静态信号或缓慢信号的测量。 n偏差法是指测量仪表用指针相对于表盘上分度线的位移来直接表示被测量大小。如用弹簧秤测物体的质量是直接从指针偏移的大小来表
3、示被测量。在这种测量方法中，必须事先用标准量具对仪表分度进行校正。该方法由于表盘上分度的精确度不易做的很高，测量精度一般不高。但测量过程简单、迅速、比较通用。n微差法是零位法和偏差法的组合。先将被测量与一个已知标准量进行比较，使该标准量尽量接近被测量，这相当于不彻底的零位法。而不足部分即被测量与该标准量之差，再用偏差法测、量。例如图1-1的长度测量中标准长度与被测量进行比较后的差值用偏差法测出，则所得被测物体长度。n n1-被测物体 2-标准长度 3-测量尺n图1-1 微差法测量示意图1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类1.2.1 误差的表达方式误差的表达方式n1绝对误差：某量值的测量值与
4、真值之间的差为绝对误差，即n n 由式（1-2）可知，绝对误差可能为正值或负值。0AAxn2相对误差：绝对误差与被测量的真值之比称为相对误差，用百分比形式表示。即n %1000An 因测量值与真值相近，故也可近似用绝对误差与测量值之比作为相对误差，此误差也称示值相对误差地。即%100 xxA（3）引用误差：相对误差可用来比较两种测量结果的准确程度，但不能用来衡量不同测量仪器或仪表的质量。 n所谓引用误差是指被测量的绝对误差与测量仪表的上限（满度或称量程）值的百分比之值，即 %100mmA1.2.2 测量误差的分类测量误差的分类n1按误差的特点与性质划分n误差可分为系统误差、随机误差（也称偶然误
5、差）和粗大误差。n（1）系统误差 在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 n系统误差是有规律可循的，因此可通过实验的方法或引人修正值的方法予以修正，也可通过对测量设备的重新调整来消除。 （2）随机误差 在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。随机误差不能用实验的办法消除。 n（3）粗大误差 超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，也称过失误差。此误差值较大，明显歪曲测量结果，如测量时对错了标志、读错或记错了数、使用有缺陷的仪器及在测量时因操作不细心而引起的过失性误差等。当发现粗大误
6、差时，应予以剔除。 n2 按测量变化速度划分n误差可分为静态误差和动态误差。n (1)静态误差 被测量稳定不变时所产生的误差称为静态误差。前面讨论的误差多属于静态误差。n (2)动态误差 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时，产生的误差称为动态误差。 3测记仪表的精确度与分辨率n衡量仪表测量能力的指标，较多的是精确度简称精度，与精度有关指标为：精密度、准确度和精确度等级。 n精密度是指测量仪表指示值不一致程度的量，即对某一稳定的被测量，在相同的工作条件下，由同一测量者使用同一个仪表，在相当短的时间内按同一方向连续重复的测量获得测量结果不一致的程度。 准确度是
7、指仪表指示值有规律地偏离真值的程度，如某电流的真值是10MA，经某电流表多次测量结果是10.01MA、10.02MA,10.03MA,10.02MA,10.04MA,则该电流表的准确度为0.4MA。 n精确度是精密度和准确度两者总和，是反映测量仪表优良程度的综合指标。仪表的精密度和准确度都高，其精确度才高，精确度是以测量误差的相对值来表示的。n实际测量中，精密度高，准确度不一定高。因仪表本身可以存在较大的系统误差。反之，若准确度高，精密度也不一定高。精密度和准确度的区别. n a) b) c)n 图1-2 射击举例n图1-2a上。表示弹着点很分散，相当于精密度差；图1-2b表示精密度虽好，但准
8、确度差；图1-2c才表示精密度和准确度都很好。在工程检测中，为了简单地表示仪表测量结果的可靠程度，引人一个仪表精确度等级，其定义为：仪表在规定工作条件下，其最大绝对允许误差值对仪表测量范围的百分数绝对值式中 最大绝对允许误差值；maxmaxmax%100%minmaxmax=xxAASn 例1-2 现有两个电压表一只是0.5级0300，另一只是1.0级0100，若要测量n80的电压，试问选用哪一只电压表好？n解 用0.5级电压表测量时，可能出现的最大示值相对误差为n n若用1.0级电压表测量时，可能出现的最大示值误差为n %25. 1%10080%0 . 1100%10022xmxA%875.
