第二章 检测技术基础 第一节 检测技术的基本概念 检测

什么是检测？  从信息论角度讲，检测就是获得信息的过程。  在科研、生产和军事等领域，检测是必不可少的过程。 检测就是去认识 第一节 检测技术的基本概念 什么是检测？ 　从信息论角度讲，检测就是获得信息的过程。 　在科研、生产和军事等领域，检测是必不可少的过程。　 　通常所讲的检测是指使用专门的工具，通过实验和计算，进行比较，找出被测参数的量值或判定被测参数的有无。 检测就是去认识 检测是认识自然界的主要手段 　　检测的过程就是用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过显示或其它形式被人们所认知。 Л.И.МенДелеев W.Von.Siemens

第二节 检测仪表的基本概念 一、检测仪表 用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过信息的处理、传输、显示等形式被人们所认识 第二节 检测仪表的基本概念 一、检测仪表 敏感元件 信号变换 传输 处理 显示装置 非线性 运算 用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过信息的处理、传输、显示等形式被人们所认识

第二节 检测仪表的基本概念 二、检测系统： 由若干个检测仪表或传感器组成实现一个完整的或多个参数的测量 例：电参数测量仪（电压、电流、功率） 敏感元件1 敏感元件2 敏感元件n ……. 信号 变换 处理 显示 装置

  三、一些重要术语 第二节 检测仪表的基本概念 敏感元件（sensor）：感受被测参数并将其变化转换成另一种物理量的变化。 第二节 检测仪表的基本概念 三、一些重要术语 敏感元件（sensor）：感受被测参数并将其变化转换成另一种物理量的变化。 传感器（transducer）：直接感受被测参数，并将其变化转换成易于传送的物理量。 变送器（transmitter）：一种特殊的传感器，使用统一动力源，输出标准信号。 被测参数（measured）：用敏感元件直接感受的测量参数。 待测参数（parameter to be measured）：需要获取的测量参数。 直接测量（direct measurement）：不必测量与待测参数有关系的其它量，而直接得到待测量的量值。 间接测量（indirect measurement）：通过测量与待测参数有关系的其它量，经一定数学处理得到待测量的量值。  

检测与测量的关系？ 被测参数与待测参数的关系？ 测量确定被测对象量值。 第二节 检测仪表的基本概念 检测与测量的关系？ 测量确定被测对象量值。 检测可能是确定量值，也可以是判定 被测参数的“有”或“无”，也可以是一种预报、故障分析。 被测参数与待测参数的关系？ 直接测量中，被测参数 待测参数； 间接测量中，被测参数 待测参数。 就是 一般不是

检测仪表的分类 被测参数 响应形式 能源类型 能否远传 输出显示 应用场所 使用对象 温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 物位检测仪表 第二节 检测仪表的基本概念 检测仪表的分类 温度检测仪表 压力检测仪表 流量检测仪表 物位检测仪表 被测参数 响应形式 连续式检测仪表 开关式检测仪表 能源类型 机械式仪表 电式仪表 气式仪表 光式仪表 能否远传 就地显示仪表 远传式仪表 输出显示 模拟式仪表 数字式仪表 应用场所 普通型 隔爆型 本安型 使用对象 民用 工业用 军事用

精心制作反馈通道可获得较高的准确度和灵敏度 闭环仪表无法克服或减小检测元件的任何误差。 第二节 检测仪表的基本概念 结构方式 开环结构仪表 闭环结构仪表 x y 开环 传递函数 环节越多， 误差越大 相对误差  闭环 x y 精心制作反馈通道可获得较高的准确度和灵敏度 检测元件 传递函数 反馈通道的相对误差 相对误差 闭环仪表无法克服或减小检测元件的任何误差。

 第三节 检测仪表的基本性能指标 测量范围和量程 输入—输出特性 重复性与再现性 稳定性 可靠性 误差 准确度与准确度等级 动态响应特性 第三节仪表的基本性能指标  第三节 检测仪表的基本性能指标 测量范围和量程 输入—输出特性 重复性与再现性 稳定性 可靠性 误差 准确度与准确度等级 动态响应特性

 第三节检测仪表的基本性能指标 量程=测量上限值－测量下限值 测量范围和量程 测量范围 测量下限 测量上限 第三节仪表的基本性能指标 量程还与准确度及仪表选用有关

 灵敏度  死区(不灵敏区) 第三节仪表的基本性能指标 输入—输出特性 线性仪表 非线性仪表 Const.  灵敏度 线性仪表 非线性仪表 Const.  死区(不灵敏区) 灵敏度为零 输入变化不致引起输出可察觉变化的区间。  起因：电路偏置不当、机械传动中的摩擦和间隙  有时故意将死区调大，防止输出随输入变化过快

 回差（变差、滞环）  线性度 回差 非线性误差 第三节仪表的基本性能指标 同一被测量在上升和下降时输出值间的最大误差  回差（变差、滞环）  线性度 同一被测量在上升和下降时输出值间的最大误差 输入-输出特性曲线对相应直线的偏离程度 实际 输出值 输出值 反行程 理论 正行程 输入值 输入值 回差 非线性误差

以下三个量的关系如何？ 第三节仪表的基本性能指标 重复性与再现性  重复性：在相同条件下，按同一方向多次测量同一被测 量时，仪表提供相近输出的能力  再现性：在相同条件下，在规定的较长时间内，对同一被测量从两个方向测量时，仪表输出值的一致程度 回差 重复性 再现性 以下三个量的关系如何？ 稳定性 时间稳定性 工作条件恒定时，输出在一段时间内随机变动量的大小 使用条件变化稳定性 在规定的使用条件内，某个条件的变化对输出的影响

主要指标 第三节仪表的基本性能指标 可靠性  保险期：仪表使用后能有效完成任务的期限  有效性：仪表在规定时间内能正常工作的概率  保险期：仪表使用后能有效完成任务的期限  有效性：仪表在规定时间内能正常工作的概率  狭义可靠性： 结构可靠性：工作时不出故障的概率 性能可靠性：满足原定要求的概率

定量描述 第三节仪表的基本性能指标  可靠度 R(t)：规定时间内无故障的概率 不可靠度 F(t) = 1－ R(t)  平均无故障工作时间（Mean Time Between Failure） 仪表在相邻两次故障间隔内有效工作的平均时间 平均寿命  平均工作时间（Mean Time To Failure） 不可修复产品从开始工作到发生故障前的平均时间 平均寿命  平均故障修复时间（Mean Time To Repair） 仪表出现故障到恢复工作时的平均时间

例题 可靠度 R(t)=exp(-0.02/1000.t) t=100;R=99.8%;t=1000,R=98%;t=10000,R=82%  故障率 =2%/1000h;100台表在1000小时内故障2台 可靠度 R(t)=exp(-0.02/1000.t) t=100;R=99.8%;t=1000,R=98%;t=10000,R=82% 平均寿命 =1000/0.02=50000h 平均寿命

 绝对误差  相对误差  引用误差  允许误差  仪表基本误差 误 第三节仪表的基本性能指标 误差 实际是用标准仪表的 测量结果作为约定真值  绝对误差  相对误差 一般希望被测量 接近仪表上限值， 故多用引用误差  引用误差  仪表基本误差 标准条件下，仪表全量程范围内各输出值误差中绝对值最大者 误  仪表满刻度相对误差  允许误差 制造单位为保证仪表不超过基本误差而设的限值

 准确度（精度、精确度） 判定仪表测量精确性？ 用仪表满刻度相对误差来衡量 第三节仪表的基本性能指标 准确度与准确度等级 ——仪表给出接近于真值的响应能力

第三节仪表的基本性能指标 仪表满刻度相对误差=1.15%;准确度等级:1.5 准确度等级：…，0.05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0, … 先用满刻度相对误差略去百分号作为仪表的准确度，再选数值上与它最接近又比它大的等级作为该仪表的准确度等级。 例：仪表基本误差=2.3；量程=200 仪表满刻度相对误差=1.15%;准确度等级:1.5 仪表基本误差越小，准确度越高；基本误差不变时，量程越大，准确度越高。

第三节仪表的基本性能指标 动态响应特性 1 0.632 T越短，动态 响应特性越好。 t 响应时间 T

一般要求输出与被测量之间有明确的单调上升或下降的关系，最好是线性关系。且该关系受其它因素的影响小，重复性要好。 第三节仪表的基本性能指标 选择敏感元件要考虑的因素  适用范围 一般要求输出与被测量之间有明确的单调上升或下降的关系，最好是线性关系。且该关系受其它因素的影响小，重复性要好。  参数测量范围  输出特性  价格、易复制性、安全性、易安装性

第四节 误差的估计与处理 误差太大 如何减小误差？ 分析误差来源 系统误差 随机误差 粗大误差

第四节 误差的估计与处理 系统误差 实验对比，残余误差观察，标准差判据 随机误差 统计方法——计算标准差 粗大误差 用一定的判据，去除特别大的误差

第五节 减少测量误差 分析引起误差的各参数 修正法（补偿法） 替代法、对照法 抗干扰措施 确保某些参数恒定 多次测量