檢測系統(tǒng)組成與靜態(tài)特性 自動檢測技術 期末復習

1、11材料與光電物理學院材料與光電物理學院 測控技術與儀器測控技術與儀器22一、討論：一、討論：“儀器儀器” ” 與與“機器機器”的區(qū)別、關的區(qū)別、關系系 二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)的構成與分類三、檢測系統(tǒng)的構成與分類四、檢測系統(tǒng)的基本特性四、檢測系統(tǒng)的基本特性 1、靜態(tài)特性、靜態(tài)特性 2、動態(tài)特性、動態(tài)特性提提 綱綱33討討 論論“儀器儀器” 與與“機器機器”的區(qū)別、關系的區(qū)別、關系44討討 論論 發(fā)展儀器首先必須澄清一個概念，發(fā)展儀器首先必須澄清一個概念，“儀器儀器”不不是是“機器機器”。不過，人們經常認為儀器只是機械，。不過，人們經常認為儀器只是機械，儀器工業(yè)是機

2、械工業(yè)的一個組成部分。這種概念或儀器工業(yè)是機械工業(yè)的一個組成部分。這種概念或許是由于國家把儀器工業(yè)歸口機械部管理而導致的。許是由于國家把儀器工業(yè)歸口機械部管理而導致的。 同時，在學科上，儀器科技僅是機械學科的一同時，在學科上，儀器科技僅是機械學科的一個分支。由此，個分支。由此，人們在很長一段時間里對儀器的認人們在很長一段時間里對儀器的認識產生了誤區(qū)識產生了誤區(qū)，導致這一領域發(fā)展嚴重滯后。，導致這一領域發(fā)展嚴重滯后。 55討討 論論 事實上，儀器與機器有很大差異。事實上，儀器與機器有很大差異。機器是改造機器是改造世界的工具，以認識世界為基礎世界的工具，以認識世界為基礎；而儀器的發(fā)展是而儀器的發(fā)展

3、是建立在認識世界的基礎之上的建立在認識世界的基礎之上的。 正確的概念應當是：正確的概念應當是：儀器是認識世界的工具，儀器是認識世界的工具，機器是改造世界的工具。儀器是認識未知世界的科機器是改造世界的工具。儀器是認識未知世界的科學工具，也是控制生產過程的工具學工具，也是控制生產過程的工具。 從這個角度看，儀器屬于信息技術科學，它是認從這個角度看，儀器屬于信息技術科學，它是認識世界的原始信息數(shù)據(jù)的識世界的原始信息數(shù)據(jù)的源頭源頭。66討討 論論 我們應當我們應當把儀器和機器放到同等地位上把儀器和機器放到同等地位上，把，把儀器工業(yè)與機械工業(yè)同等看待。儀器是機械學、儀器工業(yè)與機械工業(yè)同等看待。儀器是機械

4、學、電子學、光學、計算機技術、材料科學、物理學、電子學、光學、計算機技術、材料科學、物理學、化學、生物學等學科和先進技術綜合作用下的化學、生物學等學科和先進技術綜合作用下的高高技術產物技術產物。77討討 論論 王大珩說：王大珩說：“當時，一機部成立了儀器儀表工當時，一機部成立了儀器儀表工業(yè)總局管理制造業(yè)。由于業(yè)總局管理制造業(yè)。由于儀器比較小且很精密儀器比較小且很精密，在，在產值上無法與機械工業(yè)比高低，因此管理部門缺乏產值上無法與機械工業(yè)比高低，因此管理部門缺乏對儀器儀表重要性的認識，進而影響了國家儀器儀對儀器儀表重要性的認識，進而影響了國家儀器儀表事業(yè)的發(fā)展。改革開放后，一機部解散，儀器儀表事

5、業(yè)的發(fā)展。改革開放后，一機部解散，儀器儀表工業(yè)總局隨之取消。近些年，儀器儀表產業(yè)無人表工業(yè)總局隨之取消。近些年，儀器儀表產業(yè)無人管理，原有的企業(yè)協(xié)作體系也解散了。管理，原有的企業(yè)協(xié)作體系也解散了。” 88討討 論論 儀器儀表的內涵較之以往發(fā)生了很大變化儀器儀表的內涵較之以往發(fā)生了很大變化。其自身結構已從。其自身結構已從單純機械結構，發(fā)展成為集傳感技術、計算機技術、電子技術等單純機械結構，發(fā)展成為集傳感技術、計算機技術、電子技術等多種高新技術于一身的系統(tǒng)，其用途也從單純數(shù)據(jù)采集，發(fā)展為多種高新技術于一身的系統(tǒng)，其用途也從單純數(shù)據(jù)采集，發(fā)展為集數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、信號處理以及控制于集數(shù)據(jù)采集、信號

6、傳輸、信號處理以及控制于一體的測控過程一體的測控過程。 特別是進入特別是進入2121世紀以來，隨著計算機網絡技術、軟件技術、世紀以來，隨著計算機網絡技術、軟件技術、微納米技術的發(fā)展，測控技術呈現(xiàn)出虛擬化、網絡化和微型化的微納米技術的發(fā)展，測控技術呈現(xiàn)出虛擬化、網絡化和微型化的發(fā)展趨勢，從而使儀器儀表學科的發(fā)展趨勢，從而使儀器儀表學科的多學科交叉及多系統(tǒng)集成而形多學科交叉及多系統(tǒng)集成而形成的邊緣學科成的邊緣學科的屬性越來越明顯。的屬性越來越明顯。 99討討 論論 目前國內儀器儀表在目前國內儀器儀表在研制組織上研制組織上比較混亂。種類比較混亂。種類不少，品質相同，缺乏不少，品質相同，缺乏先進的技術

7、內涵先進的技術內涵。當前，我國。當前，我國的科技事業(yè)正處于一個新的機遇期，儀器儀表是綜合的科技事業(yè)正處于一個新的機遇期，儀器儀表是綜合交叉學科，振興儀器儀表事業(yè)需要充分發(fā)揮各方面的交叉學科，振興儀器儀表事業(yè)需要充分發(fā)揮各方面的積極性，現(xiàn)在最關鍵的是如何積極性，現(xiàn)在最關鍵的是如何把不同行業(yè)的專家組織把不同行業(yè)的專家組織在一起，實現(xiàn)各個方面的協(xié)同作戰(zhàn)在一起，實現(xiàn)各個方面的協(xié)同作戰(zhàn)。 1010二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng) 任何一個工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應用一定的任何一個工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應用一定的檢測檢測技術技術和和相應的儀表單元相應的儀表單元。 檢測單元完成對各種過程參數(shù)的測量，并實現(xiàn)

8、必檢測單元完成對各種過程參數(shù)的測量，并實現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；要的數(shù)據(jù)處理；儀表單元則是實現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，儀表單元則是實現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，它將檢測得到的數(shù)據(jù)進行運算處理，并通過相應的單它將檢測得到的數(shù)據(jù)進行運算處理，并通過相應的單元實現(xiàn)對被控變量的調節(jié)。元實現(xiàn)對被控變量的調節(jié)。 隨著新技術的不斷出現(xiàn)，二者趨向融合隨著新技術的不斷出現(xiàn)，二者趨向融合, ,相輔相相輔相成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎。成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎。 1111二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例：用用天然氣天然氣做原料生產做原料生產合成氨合成氨的控

9、制系統(tǒng)為例。的控制系統(tǒng)為例。需對天然氣脫硫處理需對天然氣脫硫處理在脫硫塔中進行在脫硫塔中進行 下面以一典型工業(yè)儀表控制系統(tǒng)實例為分析對象，給下面以一典型工業(yè)儀表控制系統(tǒng)實例為分析對象，給出常規(guī)檢測儀表系統(tǒng)的組成及結構出常規(guī)檢測儀表系統(tǒng)的組成及結構, ,并介紹有關檢測和儀表并介紹有關檢測和儀表相關技術必需的基本要領和名詞術語。相關技術必需的基本要領和名詞術語。1212二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)壓力調節(jié)（壓力調節(jié)（PC）流量調節(jié)（流量調節(jié)（FC）液位調節(jié)（液位調節(jié)（LC） 脫硫塔控制流程圖：脫硫塔控制流程圖：1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例：1313二、檢測儀表控制系

10、統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng) 壓力調節(jié)控制（壓力調節(jié)控制（PC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例：實現(xiàn)被控變量控制作用實現(xiàn)調節(jié)控制規(guī)律計算 信號轉號轉換和檢測實現(xiàn)執(zhí)行單元調節(jié)單元傳輸、壓力參數(shù)壓力變送單元1414二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng) 壓力調節(jié)控制（壓力調節(jié)控制（PC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例：控制過程：控制過程： 首先測量進入脫硫塔的天首先測量進入脫硫塔的天然氣然氣壓力壓力，檢測到的信號經轉，檢測到的信號經轉換后，以換后，以標準信號制式標準信

11、號制式傳輸?shù)絺鬏數(shù)綄崿F(xiàn)調節(jié)運算的實現(xiàn)調節(jié)運算的調節(jié)單元調節(jié)單元； 調節(jié)單元在接受到調節(jié)單元在接受到測量信號測量信號后，即與給定單元的后，即與給定單元的設定壓力值設定壓力值進進行行比較比較，并根據(jù)，并根據(jù)設定的控制規(guī)律設定的控制規(guī)律計算出實現(xiàn)控制調節(jié)作用所需的計算出實現(xiàn)控制調節(jié)作用所需的控控制信號制信號； 調節(jié)單元輸出的控制信號經調節(jié)單元輸出的控制信號經執(zhí)行單元執(zhí)行單元轉換后，驅動相應的設備轉換后，驅動相應的設備實現(xiàn)實現(xiàn)對被控變量的調節(jié)對被控變量的調節(jié)。1515二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng) 流量調節(jié)流量調節(jié)控制控制（FCFC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：流量變送

12、單元用于流量變送單元用于流量檢測信號轉換流量檢測信號轉換和和傳輸傳輸; ;安全柵的增加則是為了實現(xiàn)安全火花防爆特性。安全柵的增加則是為了實現(xiàn)安全火花防爆特性。1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例：1616二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng) 小結小結1、典型儀表控制系統(tǒng)實例：、典型儀表控制系統(tǒng)實例： 常規(guī)工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)的常規(guī)工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)的構成基本相同構成基本相同，而與具體采用的儀表類型無關。而與具體采用的儀表類型無關。 基本構成包括基本構成包括被控對象被控對象、變送器變送器、顯示儀表顯示儀表、調節(jié)器調節(jié)器、給定器給定器和和執(zhí)行器執(zhí)行器等。等。 由于各控制子系統(tǒng)被控

13、變量的不同，各子系統(tǒng)由于各控制子系統(tǒng)被控變量的不同，各子系統(tǒng)采用的變送器和調節(jié)器的采用的變送器和調節(jié)器的控制規(guī)律控制規(guī)律因而有所不同。因而有所不同。1717核心：核心：被控（被測）對象。被控（被測）對象?；A：基礎：檢測單元。檢測單元。處理：處理：變送，顯示，調節(jié)，執(zhí)行變送，顯示，調節(jié)，執(zhí)行典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)2、檢測儀表控制系統(tǒng)結構分析：、檢測儀表控制系統(tǒng)結構分析：1818典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)2、檢測儀表控制系統(tǒng)結構分析：、檢測儀表控

14、制系統(tǒng)結構分析：說明：說明： 閉環(huán)閉環(huán)回路控制系統(tǒng)，回路控制系統(tǒng)，核心核心是是被控被控( (被測被測) )對象。對象。 檢測單元：實現(xiàn)控制調節(jié)作用的檢測單元：實現(xiàn)控制調節(jié)作用的基礎基礎，它完成對所有被控，它完成對所有被控變量的變量的直接測量直接測量，包括溫度、壓力、流量、液位、成分等，包括溫度、壓力、流量、液位、成分等1919典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖典型工業(yè)檢測儀表控制系統(tǒng)結構圖二、檢測儀表控制系統(tǒng)二、檢測儀表控制系統(tǒng)2、檢測儀表控制系統(tǒng)結構分析：、檢測儀表控制系統(tǒng)結構分析：. 顯示單元：是控制系統(tǒng)的顯示單元：是控制系統(tǒng)的附屬單元附屬單元. 調節(jié)單元：完成調節(jié)控制規(guī)律的調節(jié)單元：完成調節(jié)

15、控制規(guī)律的運算運算。 它將變送器傳輸來它將變送器傳輸來的測量信號與給定值的測量信號與給定值進行比較進行比較，并，并對比較結果進行調節(jié)運算對比較結果進行調節(jié)運算，以輸出作為控制信號以輸出作為控制信號。調節(jié)單元采用的常規(guī)控制規(guī)律包括位式。調節(jié)單元采用的常規(guī)控制規(guī)律包括位式調節(jié)和調節(jié)和 PID 調節(jié)調節(jié). 執(zhí)行單元：實施控制策略的執(zhí)行單元：實施控制策略的執(zhí)行機構執(zhí)行機構，有電動、氣動、液，有電動、氣動、液動等方式動等方式20201.測量的基本要素被測對象、測量儀器、測量技術、被測對象、測量儀器、測量技術、測量人員和測量環(huán)境測量人員和測量環(huán)境 被測對象測量人員測試儀器系統(tǒng)信 息顯 示感知和識別檢測系統(tǒng)

16、的構成檢測系統(tǒng)的構成2121對對象象屬屬性性影影響響影影響響影影響響測測量量策策略略、算算法法數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)狀狀態(tài)態(tài)參參數(shù)數(shù)命命令令被被測測信信息息原原理理方方法法被被測測對對象象儀儀器器系系統(tǒng)統(tǒng)測測量量人人員員測測量量環(huán)環(huán)境境激激勵勵信信號號選選擇擇儀儀器器決決定定方方法法圖圖1 1- -3 3 測測量量的的基基本本要要素素檢測系統(tǒng)的構成檢測系統(tǒng)的構成2222檢測系統(tǒng)構成檢測系統(tǒng)構成信息獲取信息獲取轉換轉換顯示和處理顯示和處理（信號檢出部分）（信號檢出部分）（信號變換部分）（信號變換部分）（分析處理部分、（分析處理部分、通信接口及總線）通信接口及總線）23231、信號檢出部分、信號檢出部分傳感器（

17、傳感器（Sensor）- 檢出功能的器件檢出功能的器件信號提?。ū粶y量）、傳輸（信號變換部分）信號提?。ū粶y量）、傳輸（信號變換部分）特點：特點：1）輸出量為電壓、電流、頻率）輸出量為電壓、電流、頻率2）輸出的電信號一般較微弱：）輸出的電信號一般較微弱：電壓電壓 - 毫伏級、微伏級；電流毫伏級、微伏級；電流 - 毫安級、納安級毫安級、納安級3）輸出信號與噪聲混雜在一起）輸出信號與噪聲混雜在一起 - 傳感器內部噪聲傳感器內部噪聲 傳感器的信噪比小、輸出信號弱傳感器的信噪比小、輸出信號弱 - 信號淹沒在噪聲中信號淹沒在噪聲中4）傳感器的輸出特性呈線性或非線性）傳感器的輸出特性呈線性或非線性選擇：測

18、量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環(huán)境條件選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環(huán)境條件 以及對傳感器體積和整個檢測系統(tǒng)的成本等的限制以及對傳感器體積和整個檢測系統(tǒng)的成本等的限制電阻、電容、電感電阻、電容、電感 兩種：數(shù)字量、模擬量兩種：數(shù)字量、模擬量5）外界環(huán)境的變化會影響傳感器的輸出特性）外界環(huán)境的變化會影響傳感器的輸出特性檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關聯(lián)最密切的部分檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關聯(lián)最密切的部分 24242、信號變換部分、信號變換部分檢出信號檢出信號適合于分析和處理的信號適合于分析和處理的信號信號調理電路信號調理電路阻抗變換阻抗變換 - 輸出阻抗

19、很高時；輸出阻抗很高時；電壓電壓/電流（電流（V/A）轉換）轉換 - 需要電流輸出時；需要電流輸出時；目的：目的：4）簡化后續(xù)系統(tǒng)的組成）簡化后續(xù)系統(tǒng)的組成2） 消除或抑制傳感器輸出量中的無用信號消除或抑制傳感器輸出量中的無用信號3）提高測量、分析的準確度）提高測量、分析的準確度信號放大信號放大 - 輸出信號微弱時；輸出信號微弱時；噪聲抑制噪聲抑制 - 信號淹沒在噪聲中；信號淹沒在噪聲中；模擬模擬/數(shù)字（數(shù)字（A/D）轉換）轉換 - 需要輸出數(shù)字信號時需要輸出數(shù)字信號時1）對傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量）對傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量25253、分析處理部分、分析處理部分功

20、能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內容不斷注入新內容 - 檢測系統(tǒng)的研究中心檢測系統(tǒng)的研究中心通用標準接口通用標準接口 - 不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產品能夠互聯(lián)不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產品能夠互聯(lián) 4、通信接口與總線部分、通信接口與總線部分計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng) - 強大問題分析能力、復雜系統(tǒng)的實時控制強大問題分析能力、復雜系統(tǒng)的實時控制自動化、智能化自動化、智能化USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行（串行）、并行總線：傳送數(shù)字信號的公共通道總線：傳送數(shù)字信號的公共通道 - 信號線的集合

21、信號線的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（并行）（硬件系統(tǒng)）（硬件系統(tǒng)）（規(guī)范、結構形式）規(guī)范、結構形式）接口接口 - 分系統(tǒng)和上位機之間分系統(tǒng)和上位機之間/分系統(tǒng)之間交換信息分系統(tǒng)之間交換信息2626 1、感受件、感受件 2、中間件、中間件 3、顯示件、顯示件被測被測對象對象傳感器傳感器基本轉基本轉換電路換電路測量測量電路電路計算機計算機A/D顯示、記錄顯示、記錄檢測系統(tǒng)的構成檢測系統(tǒng)的構成2727 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類 檢測儀表的分類方法很多，可按檢測儀表的分類方法很多，可按用途用途、被測參數(shù)被測參數(shù)、所使用能源所使用能源、信號傳輸方式信號傳輸方式、原理原理

22、、結構結構等分類，現(xiàn)等分類，現(xiàn)介紹幾種常用的分類方法。介紹幾種常用的分類方法。 1、按用途分類 1）標準檢測儀表：用于量綱傳遞和校驗 2）實驗室儀表：用于科學研究、實驗 3）工程用儀表：用于工程實踐，要求結構簡單、牢固抗震，可靠性高，抗干擾能力強，環(huán)境適應能力強，精度滿足要求即可28281 1）溫度測量儀表）溫度測量儀表2 2）壓力測量儀表）壓力測量儀表3 3）流量測量儀表）流量測量儀表4 4）物位測量儀表）物位測量儀表5 5）機械量測量儀表）機械量測量儀表6 6）物性及成分測量儀表）物性及成分測量儀表2、按被測參數(shù)分類、按被測參數(shù)分類 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類29293、按所使用能源分類

23、、按所使用能源分類1）氣動儀表：其能源為壓縮空氣，信號傳輸距）氣動儀表：其能源為壓縮空氣，信號傳輸距離短，動態(tài)響應慢，但可靠性較高。離短，動態(tài)響應慢，但可靠性較高。2）電動儀表：其能源為電源，信號傳輸距離無）電動儀表：其能源為電源，信號傳輸距離無限制，動態(tài)響應快，可靠性較好，易于與計限制，動態(tài)響應快，可靠性較好，易于與計算機聯(lián)結。算機聯(lián)結。3）液動儀表：其能源為液壓。）液動儀表：其能源為液壓。 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類30301）、開環(huán)式檢測系統(tǒng)）、開環(huán)式檢測系統(tǒng)2）、閉環(huán)式檢測系統(tǒng)）、閉環(huán)式檢測系統(tǒng)4、根據(jù)信號傳輸?shù)姆较蚍诸?、根?jù)信號傳輸?shù)姆较蚍诸?檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類3131開

24、環(huán)測量與閉環(huán)測量開環(huán)測量與閉環(huán)測量開環(huán)測量：開環(huán)測量：反饋測量：反饋測量：特點：簡單、直觀、明了；特點：簡單、直觀、明了； 測量精度不高測量精度不高特點：精度高；復雜、成本高、要求高特點：精度高；復雜、成本高、要求高傳感器傳感器輸入量輸入量x輸出量輸出量y傳感器傳感器輸入量輸入量x輸出量輸出量y放大放大反響傳感器反響傳感器 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類32321、主動式、主動式2、被動式、被動式5、按檢測過程中是否向被測對象施加能量分類、按檢測過程中是否向被測對象施加能量分類 檢測系統(tǒng)的分類檢測系統(tǒng)的分類3333靜態(tài)模型、靜態(tài)特性指標靜態(tài)模型、靜態(tài)特性指標2、動態(tài)特性、動態(tài)特性動態(tài)模型、動態(tài)特

25、性動態(tài)模型、動態(tài)特性1、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性分析典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性分析四、檢測系統(tǒng)的基本特性四、檢測系統(tǒng)的基本特性3434靜態(tài)特性：靜態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量處于檢測系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時的時的輸入輸出關系輸入輸出關系檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)輸入量輸入量x輸出量輸出量y理想理想狀態(tài)：狀態(tài)：實際實際狀態(tài)：狀態(tài)：bxaya - 零點輸出零點輸出)(xfy b - 理論靈敏度理論靈敏度線性關系線性關系非線性關系非線性關系xyaO靜態(tài)模型靜態(tài)模型檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性xy3535非線性原因非線性原因(結構原理性原因除外結構原理性原因除外)：誤差因素誤差因素檢檢 測測 系系

26、 統(tǒng)統(tǒng)輸入輸入 x輸入輸入 y = f(x)溫溫度度濕濕度度壓壓力力沖沖擊擊振振動動磁磁場場電電場場摩摩擦擦間間隙隙松松動動遲遲滯滯蠕蠕變變變變形形老老化化外界干擾外界干擾檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性3636檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性測量范圍、上下限及量程測量范圍、上下限及量程測量范圍：測量范圍：儀器按照規(guī)定的精度進行測量的被測變量儀器按照規(guī)定的精度進行測量的被測變量 的范圍的范圍測量下限：測量下限：測量范圍的最小值測量范圍的最小值測量上限：測量上限：測量范圍的最大值測量范圍的最大值量程：量程：量程量程=測量上限值測量上限值-測量下限值測量下限值例：某溫度測量儀表的下限值是例

27、：某溫度測量儀表的下限值是-50，上限值為，上限值為150， 則則其測量范圍可表示為其測量范圍可表示為-50150，量程為，量程為2003737檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性測量范圍、上下限及量程測量范圍、上下限及量程被測被測對象對象傳感器傳感器基本轉基本轉換電路換電路測量測量電路電路計算機計算機A/D3838檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性零點遷移和量程遷移零點遷移和量程遷移在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改變儀表的零點或量程。X：被測變量值相對于量程的百分數(shù)Y：儀表指針位移或轉角相對于標尺長度的百分數(shù)零點遷移和量程遷移示意零點遷移和量程遷移示意3939靈敏度靈敏度

28、測量系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量的增量與輸入量的增量之比測量系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量的增量與輸入量的增量之比斜率：斜率：xyK/a. 線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；例：間隙式平板電容傳感器例：間隙式平板電容傳感器定義：定義：b. 非線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)非線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)說明：說明：bxaybK )(xfy dxxdfK)(靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù))( sensitivity )靈敏度靈敏度dSC2dSdCK雙曲線、非線性雙曲線、非線性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性4040分辨力分辨力:能夠檢測出的被測量的最小變化量能夠檢測出的被測量的最小變化量2、分辨率、分辨率 -

29、 是相對數(shù)值：是相對數(shù)值：定義：定義：1、分辨力、分辨力 - 是絕對數(shù)值，如是絕對數(shù)值，如 0.01mm，0.1g，10ms，說明：說明：表征測量系統(tǒng)的分辨能力表征測量系統(tǒng)的分辨能力 ( resolution )能檢測的最小被測量的變能檢測的最小被測量的變換量相對于換量相對于 滿量程的百分滿量程的百分數(shù)，如：數(shù)，如： 0.1%, 0.02%3、閾值、閾值 - 在系統(tǒng)輸入零點附近的分辨力在系統(tǒng)輸入零點附近的分辨力檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性4141檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性納米壓痕儀納米壓痕儀4242檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性納米壓痕儀納米壓痕儀4343檢測系統(tǒng)的靜態(tài)

30、特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性納米壓痕儀納米壓痕儀1.1、載荷力分辨率：、載荷力分辨率：3nN force resolution at a 1 load1.2、可實現(xiàn)的最小載荷接觸力：小于、可實現(xiàn)的最小載荷接觸力：小于100nN1.3、可實現(xiàn)的最大載荷：大于等于、可實現(xiàn)的最大載荷：大于等于10mN1.4、位移分辨率：、位移分辨率：0.0004nm1.5、可實現(xiàn)的最小位移：小于、可實現(xiàn)的最小位移：小于0.2nm1.6、可實現(xiàn)的最大位移：、可實現(xiàn)的最大位移：20mN4444檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性4545檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性納米壓痕儀納米壓痕儀4646檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)

31、的靜態(tài)特性討論：討論：1 1、靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關系：、靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關系：2 2、靈敏度和分辨率的關系：、靈敏度和分辨率的關系： 3 3、靈敏度的可傳遞性、靈敏度的可傳遞性 在由多個儀表組成的測量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可在由多個儀表組成的測量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳遞性。例如首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng)傳遞性。例如首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng) 即前一個儀表的輸出是后即前一個儀表的輸出是后一個儀表的輸入一個儀表的輸入 ，其總靈敏度是各儀表靈敏度的，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積乘積。4747檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性 誤誤 差差絕對誤差：絕對誤差：絕對誤差絕對誤差 = 示值約定真值示值

32、約定真值相對誤差：相對誤差：相對誤差（相對誤差（%）= 絕對誤差絕對誤差/約定真值約定真值引用誤差：引用誤差：引用誤差（引用誤差（%）= 絕對誤差絕對誤差/量程量程最大引用誤差：最大引用誤差： 最大引用誤差（最大引用誤差（%） = 最大絕對誤差最大絕對誤差/量程量程允許誤差：允許誤差：最大引用誤差最大引用誤差允許誤差允許誤差基本誤差基本誤差、附加誤差附加誤差、動態(tài)誤差動態(tài)誤差4848檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性精確度精確度儀表的精確度通常是用允許的最大引用誤差允許的最大引用誤差去掉百分號后的數(shù)字來衡量精確度劃分為若干等級，簡稱精度等級，精度等級的數(shù)字越小，精度越高曲線1：實際上升曲線實

33、際上升曲線曲線2：實際下降曲線實際下降曲線曲線1和2愈接近直線OA，則儀表的精度等級越高精度等級確定過程示意精度等級確定過程示意4949檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)： 儲能效應例如彈性變形、磁滯 實際上升曲線和實際下降實際上升曲線和實際下降曲線不重合曲線不重合 特性曲線形成環(huán)狀。滯環(huán)滯環(huán)效應分析效應分析5050檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)、死區(qū)和回差死區(qū)： 死區(qū)效應，例如傳動機構的摩擦和間隙 實際上升曲線和實際下降曲線不重合 儀表輸入小到一定范圍后儀表輸入小到一定范圍后不足以引起輸出的任何變化不足以引起輸出的任何變化死區(qū)死

34、區(qū)效應分析效應分析5151檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)、死區(qū)和回差綜合效應： 既有儲能效應，也具有死區(qū)效應 各種情況下，實際上升曲線和實際下降曲線間的差值稱為回差回差綜合綜合效應分析效應分析5252回程誤差回程誤差檢測系統(tǒng)在檢測系統(tǒng)在正行程正行程和和反行程反行程的輸入輸出曲線不重的輸入輸出曲線不重合的程度合的程度相對誤差相對誤差%100.maxSFHyHe Hmax：正反行程輸出值的最大偏差：正反行程輸出值的最大偏差定義：定義：亦稱空程誤差、滯后亦稱空程誤差、滯后( hysteresis )算法：算法：檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性5353檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢

35、測系統(tǒng)的靜態(tài)特性重復性和再現(xiàn)性重復性和再現(xiàn)性重復性：重復性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對同一輸入值進在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對同一輸入值進行測量所得的多個輸出值之間相互一致的程度行測量所得的多個輸出值之間相互一致的程度再現(xiàn)性：再現(xiàn)性：包括滯環(huán)和死區(qū)，包括滯環(huán)和死區(qū)，儀表實際上升曲線和實際下儀表實際上升曲線和實際下降曲線之間離散程度的表示，降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度常取兩種曲線之間離散程度最大點的值來表示最大點的值來表示重復性和再現(xiàn)性重復性和再現(xiàn)性5454重復性重復性同一條件下，對同一被測量，同一方向，多次重復測量，差異程度同一條件下，對同一被測量，同一方向

36、，多次重復測量，差異程度對同一被測量值：各次測量數(shù)值的偏差程度對同一被測量值：各次測量數(shù)值的偏差程度重復性是檢測系統(tǒng)重復性是檢測系統(tǒng)最基本的技術指標最基本的技術指標，是，是其他各項指標的其他各項指標的前提和保證前提和保證。測量數(shù)據(jù)的分散性測量數(shù)據(jù)的分散性重復性誤差：隨機誤差重復性誤差：隨機誤差 標準差標準差 ： 大，則分散性大；反之亦然大，則分散性大；反之亦然對不同被測數(shù)值：各次測量曲線的偏差程度對不同被測數(shù)值：各次測量曲線的偏差程度( repeatability )檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性5555檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性可靠性可靠性可靠度：可靠度：衡量儀表能夠衡量儀表

37、能夠正常工作正常工作并并發(fā)揮其功能發(fā)揮其功能的的程度程度 體現(xiàn)在儀表體現(xiàn)在儀表正常工作正常工作和和出現(xiàn)故障出現(xiàn)故障兩個方面兩個方面 正常工作方面：平均無故障工作時間正常工作方面：平均無故障工作時間 出現(xiàn)故障方面：平均故障修復時間出現(xiàn)故障方面：平均故障修復時間 有效度：（綜合性指標）有效度：（綜合性指標）平均無故障工作時間有效度平均無故障工作時間 平均故障修復時間5656線性度線性度:檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度偏離程度相對誤差相對誤差%100.maxSFLyLemaxL.SFy輸出值與理想直線的最大偏差值輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理論滿量程輸出值理想直線：理想直線：亦稱非線性誤差亦稱非線性誤差定義定義:( non-linearity )表達式表達式:xy擬合直線擬合直線一般不存在或很難獲得準確結果一般不存在或很難獲得準確結果利用利用測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)，通過計算獲得，通過計算獲得檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性5757獲取擬