檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目1檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

一．教學(xué)目的1.學(xué)習(xí)測(cè)量的基本概念、誤差的概念以及傳感器的基本特性。2.熟悉實(shí)訓(xùn)儀各種設(shè)備、采集軟件和使用放大模塊。

12/31/20241二．任務(wù)分析在各種現(xiàn)代裝備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工作中，檢測(cè)技術(shù)已占到首位。檢測(cè)系統(tǒng)的成本已達(dá)到總成本的50％－70％，它是保證現(xiàn)代工程裝備系統(tǒng)性能指標(biāo)和正常工作的重要手段，是其先進(jìn)性能和實(shí)用水平的重要標(biāo)志。檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)是我們學(xué)好這門課程的重要條件，只有打牢基礎(chǔ)才能為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

12/31/20242三.基礎(chǔ)知識(shí)

1.測(cè)量概念和分類

靜態(tài)測(cè)量

12/31/20243對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。

最高、最低溫度計(jì)12/31/20244

動(dòng)態(tài)測(cè)量

地震測(cè)量振動(dòng)波形12/31/20245便攜式儀表可以顯示波形的便攜式儀表12/31/20246直接測(cè)量

電子卡尺12/31/20247間接測(cè)量

對(duì)多個(gè)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得被測(cè)量（阿基米德測(cè)量皇冠的比重）。

12/31/20248接觸式測(cè)量

12/31/20249非接觸式測(cè)量

例：雷達(dá)測(cè)速車載電子警察12/31/202410離線測(cè)量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)12/31/202411在線測(cè)量

在流水線上，邊加工，邊檢驗(yàn)，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。12/31/2024122.測(cè)量誤差及分類

絕對(duì)誤差：

Δ=Ax－Ａ0某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣巧克力的商店意見(jiàn)最大，是何原因？12/31/202413相對(duì)誤差及精度等級(jí)

幾個(gè)重要公式：12/31/202414儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級(jí)，用它來(lái)測(cè)量電壓時(shí)可能產(chǎn)生的滿度相對(duì)誤差為2.5%。12/31/202415例：用指針式萬(wàn)用表的10V量程測(cè)量一只1.5V干電池的電壓，示值如圖所示，問(wèn)：選擇該量程合理嗎？12/31/202416

用2.5V量程測(cè)量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問(wèn)示值相對(duì)誤差哪一個(gè)大？12/31/202417誤差產(chǎn)生的因素：1）粗大誤差

明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過(guò)失誤差。粗大誤差主要是由于測(cè)量人員的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過(guò)電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

12/31/202418產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子

12/31/2024192）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測(cè)量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

12/31/2024203）隨機(jī)誤差

在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差，它反映了測(cè)量值離散性的大小。隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。12/31/202421隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)12/31/202422隨機(jī)事例的幾個(gè)例子

彩票搖獎(jiǎng)12/31/202423下圖是射擊彈著點(diǎn)示意圖，請(qǐng)你分別說(shuō)出圖a、b、c各是什么原因造成的，應(yīng)如何克服？

偏差特別大彈著點(diǎn)接近正態(tài)分布彈著點(diǎn)均偏向右上側(cè)12/31/2024243.傳感器及基本特性

1）傳感器的組成舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器12/31/202425彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。12/31/202426彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α12/31/202427彈簧管放大圖

當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。12/31/202428壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)12/31/2024292）傳感器分類傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有：１）按被測(cè)量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。2）按測(cè)量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。

本教材采用第一種分類法。

12/31/2024303）傳感器基本特性

傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，包括：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。

12/31/202431靈敏度：靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來(lái)表示：

12/31/202432作圖法求靈敏度過(guò)程xyx1ΔxΔy0切點(diǎn)傳感器特性曲線xmax12/31/202433作圖法求靈敏度的過(guò)程有一臺(tái)測(cè)量流量的儀表，測(cè)量范圍為0～10m3/s，輸入輸出特性曲線如下圖所示，請(qǐng)用作圖法求該儀表在1m3/s和7m3/s時(shí)的靈敏度K1、K2，和該儀表的端基線性度。

分別過(guò)1m3/s和7m3/s點(diǎn)作切線，得到以Δx和Δy為邊的三角形，利用下式得到靈敏度K。17q/（m3/s）12/31/202434線性度：線性度又稱非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合直線（有時(shí)也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好。線性度的計(jì)算公式如下：12/31/202435作圖法求端基線性度的過(guò)程演示將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線稱為擬合直線或端基理論直線。找出傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差

Lmax，再除以傳感器量程，就得到

L。

量程1—擬合直線y=ax+b2—實(shí)際特性曲線

12/31/202436用一臺(tái)3

位（俗稱3位半或3?位）、精度為0.5級(jí)（已包含最后一位的+1誤差）的數(shù)字式電子溫度計(jì)，測(cè)量汽輪機(jī)高壓蒸汽的溫度，數(shù)字面板上顯示出如圖所示的數(shù)值。假設(shè)其最后一位即為分辨力，求該儀表的……

（提示見(jiàn)下頁(yè)）關(guān)于數(shù)字表顯示位及位數(shù)的概念介紹12/31/202437

數(shù)字多用表（DigitalMultimeter,簡(jiǎn)稱DMM）的顯示位數(shù)目前一般為3位~8?位（即8位，以下同）。具體地說(shuō)，有3位、3?位、32/3位、33/4位、4?位、43/4位、5?位、6?位、7?位、8?位等。最近國(guó)外還推出83/4位、10?位等規(guī)格，使數(shù)字測(cè)量向更高精確度沖刺。數(shù)字表位數(shù)的提高涉及穩(wěn)定性、抗干擾等諸多技術(shù)問(wèn)題，A/D轉(zhuǎn)換器只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，能否真正達(dá)到額定的精確度，還必須掌握正確的使用方法。12/31/202438判定數(shù)字儀表位數(shù)的兩條原則1.能顯示0~9所有數(shù)字的“位”是“整位”；2.分?jǐn)?shù)位的判定：在最大顯示值中，以最高位所能顯示的數(shù)值作為分子，用滿量程的最高位作為分母。例如，當(dāng)某一數(shù)字表最大顯示值為±1999（不考慮小數(shù)點(diǎn)），滿量程計(jì)數(shù)值為±2000時(shí)，則它共有3個(gè)整位。最高位只能顯示1，滿量程最高位為2，所以它是3?位表。12/31/202439判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）又如，一臺(tái)數(shù)字表最大值為2999，滿量程為3000，則它是32/3位表；右下圖所示的溫度數(shù)字表最大值為399，滿量程為400，則它是23/4位表。12/31/202440判定數(shù)字儀表位數(shù)的練習(xí)請(qǐng)判斷下圖數(shù)字表的位數(shù)

12/31/202441分辨力分辨力是指儀器能檢出和顯示被測(cè)信號(hào)的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明，一般可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說(shuō)，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。例如，下圖所示的數(shù)字式溫度計(jì)分辨力為0.1℃，若該儀表的精度為1.0級(jí)，則最大絕對(duì)誤差將達(dá)到±2.0℃，與分辨力相比差得多。有時(shí)在沒(méi)有其它附加說(shuō)明的少數(shù)情況下，也可以認(rèn)為分辨力就等于它的最大絕對(duì)誤差。

在右圖中，溫度每變化0.1℃，數(shù)字表就能跳變1個(gè)字，這個(gè)溫度的相對(duì)變化基本上是可信的，但該數(shù)字表所顯示的絕對(duì)數(shù)值是有較大誤差的。12/31/202442分辨率數(shù)字表的最大示值的倒數(shù)為數(shù)字表的分辨率。例如，3?位表的最大示值為1999，則分辨率為：1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%即萬(wàn)分之五。

請(qǐng)判斷右圖數(shù)字表的位數(shù)、分辨力及分辨率。儀表背面的接線端子12/31/202443

可靠性：可靠性是反映檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。

浴盆曲線12/31/202444

“老化”試驗(yàn)：在檢測(cè)設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境

低溫環(huán)境

高溫環(huán)境……反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，故障率大為降低。老化試驗(yàn)臺(tái)12/31/2024451、字體安裝與設(shè)置如果您對(duì)PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)行批量替換，一次性更改各頁(yè)面字體。在“開始”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）