第1章检测技术基本知识优秀课件.ppt
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1、第1章检测技术基本知识第1页,本讲稿共33页课程概述 课程性质:必修课课程性质:必修课 总学时:总学时:3232(理论学时)(理论学时)1212(实验学时)(实验学时)考核方式:考核方式:N+2N+2 教材:马西秦教材:马西秦.自动检测技术自动检测技术.北京北京:机械工业出版机械工业出版.2008.9.2008.9 参考书:参考书:1.1.胡向东等胡向东等.传感器与检测技术传感器与检测技术.北京北京:机械工业出版社机械工业出版社.2009.1.2009.12.2.常健生常健生.检测与转换技术检测与转换技术.北京北京:机械工业出版社机械工业出版社.2006.2006年第年第3 3版版3.3.余成
2、波余成波.传感器与自动检测技术传感器与自动检测技术.高等教育出版社高等教育出版社.2009.7.2009.74.4.严钟豪,谭祖根严钟豪,谭祖根.非电量电测技术非电量电测技术.北京:机械工业出版社,北京:机械工业出版社,200320035.5.王化祥王化祥,张淑英传感器原理及应用天津:天津大学出版社,张淑英传感器原理及应用天津:天津大学出版社,19911991第2页,本讲稿共33页本课程教学目标 检测与转换技术是自动化,电子技术,测控技术等相关专业的一门必修的专业基础课程。学生学习本课程后,应掌握传感器与检测技术方面的基础知识和基本技能,在生产实际和工程实践中能应对检测系统的设计以及传感器的选
3、型、调试、数据处理等方面的基本问题,初步形成解决实际问题的能力第3页,本讲稿共33页 本课程在内容选择上,突出理论知识的系统性、完整性、应用性及新颖性,在教学方法上将先进的多媒体手段和板书结合起来,着力解决课堂教学中的难点,突出内容上的重点以增强教学的生动性。本课程从基本理论入手,在介绍典型非电量测试时,以测试原理与测试方法为主,着重强调传感器的应用,力求提高学生解决问题的实际能力。教学思路第4页,本讲稿共33页本课程的主要教学内容第第1 1章章 检测技术的基本知识检测技术的基本知识第第2 2章章 传感器的基础知识传感器的基础知识第第3 3章章 电阻式传感器原理与应用电阻式传感器原理与应用第第
4、4 4章章 电感电感式式传感器原理与应用传感器原理与应用第第5 5章章 电容式传感器原理与应用电容式传感器原理与应用第第6 6章章 霍尔霍尔传感器原理与应用传感器原理与应用第第7 7章章 压电式传感器原理与应用压电式传感器原理与应用第第8 8章章 光电式传感器原理与应用光电式传感器原理与应用第第9 9章章 热电偶传感器热电偶传感器第第1010章章 超声波传感器超声波传感器原理与应用原理与应用第5页,本讲稿共33页 本章主要内容:本章主要内容:本章主要内容:本章主要内容:1.1 1.1 检测的基本概念检测的基本概念1.2 1.2 检测方法及分类检测方法及分类1.3 1.3 检测误差及分类检测误差
5、及分类1.4 1.4 检测技术的发展趋势检测技术的发展趋势教学要求教学要求第第1章章 检测技术的基本知识了解信息获取与处理的基本概念了解信息获取与处理的基本概念掌握常用非电量的测量方法掌握常用非电量的测量方法掌握测量误差及其常用处理方法掌握测量误差及其常用处理方法第6页,本讲稿共33页1.1 检测基本概念一一.测量、计量、测试及检测测量、计量、测试及检测1.1.测量:是以确定被测对象的量值为目的的全部操作过程测量:是以确定被测对象的量值为目的的全部操作过程2.2.计量:如果测量的目的是实现测量单位统一和量值准计量:如果测量的目的是实现测量单位统一和量值准确传递,则这种测量被称为计量。确传递,则
6、这种测量被称为计量。3.3.测试:是具有试验性质的测量,或者可以理解为测测试:是具有试验性质的测量,或者可以理解为测量和试验的综合。试验是对未知事物的探索过程。量和试验的综合。试验是对未知事物的探索过程。4.4.检测检测(Detection)(Detection)就是对系统中各被测对象的信息进行就是对系统中各被测对象的信息进行提取、转换以及处理提取、转换以及处理第7页,本讲稿共33页二二.被测量的分类被测量的分类一般分为二类:电量和非电量般分为二类:电量和非电量电量:电压、电流、功率以及电阻、电容、电感电量:电压、电流、功率以及电阻、电容、电感等。等。非电量:温度、热量、压力、流量、液位等。非
7、电量:温度、热量、压力、流量、液位等。本课程介绍被测量本课程介绍被测量-非电量的测量。非电量的测量。第8页,本讲稿共33页三.检测系统的组成 一个完整的检测系统通常由传感器、测量电路、一个完整的检测系统通常由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置和电源等几部分组成。显示记录装置或调节执行装置和电源等几部分组成。检测系统按信号在系统中的传递情况可以分为开环检检测系统按信号在系统中的传递情况可以分为开环检测系统和闭环检测系统,如图(测系统和闭环检测系统,如图(a a)和)和(b)(b)所示。所示。第9页,本讲稿共33页传感器:是测试系统第一环节,传感器的基本功能是传感器:是测试系统第一环节,
8、传感器的基本功能是进行信号检测与转换,即用来感受被测信号,并将被进行信号检测与转换,即用来感受被测信号,并将被测信号转换为适合于后续处理的电信号的装置。其性测信号转换为适合于后续处理的电信号的装置。其性能的好坏将直接影响整个测试系统,对测量精确度起能的好坏将直接影响整个测试系统,对测量精确度起着决定性作用。着决定性作用。信号调理电路:对传感器的输出电信号作进一步加工信号调理电路:对传感器的输出电信号作进一步加工与处理,主要是进行电信号之间的转换,整形、放大、与处理,主要是进行电信号之间的转换,整形、放大、滤波等。滤波等。电桥电路将电路参量如电阻、电容、电感转换为电电桥电路将电路参量如电阻、电容
9、、电感转换为电压或电流信号。压或电流信号。显示:将所测得信号变为一种人们可以理解的形式,以显示:将所测得信号变为一种人们可以理解的形式,以供人们观察和分析。供人们观察和分析。第10页,本讲稿共33页1.2 检测方法及分类 检测方法是指在实施测试中所涉及的理论运算和实际检测方法是指在实施测试中所涉及的理论运算和实际操作方法,可按多种原则分类。操作方法,可按多种原则分类。一按检测过程分类一按检测过程分类 可分为直接法、间接法和组合法可分为直接法、间接法和组合法(1)(1)直接法:在用仪表或传感器进行测量时,对仪表读数直接法:在用仪表或传感器进行测量时,对仪表读数不需要经过任何运算,就能得到被测量值
10、的方法。不需要经过任何运算,就能得到被测量值的方法。如电压表测量某一元件的电压就属于直接测量。如电压表测量某一元件的电压就属于直接测量。优点:是测量过程简单、快速。优点:是测量过程简单、快速。缺点:测量精度一般不是很高。缺点:测量精度一般不是很高。第11页,本讲稿共33页 (2)(2)间接法:间接法:在使用仪表进行测量时,先对与被测量有确定在使用仪表进行测量时,先对与被测量有确定函数关系的几个量进行直接测量,然后再将测量值函数关系的几个量进行直接测量,然后再将测量值代入已知的函数关系式,经过计算得到所需要结果代入已知的函数关系式,经过计算得到所需要结果的测量方法。的测量方法。一般用用于直接测量
11、不方便,或者缺乏直接测量手一般用用于直接测量不方便,或者缺乏直接测量手段的场合。段的场合。如要测量一个三角形的面积,必须先测量出一条如要测量一个三角形的面积,必须先测量出一条边长,再测量出对应的高,然后利用公式计算出三边长,再测量出对应的高,然后利用公式计算出三角形的面积。角形的面积。优点:测量精度一般要比直接测量高。优点:测量精度一般要比直接测量高。缺点:测量比较复杂,花费时间较长缺点:测量比较复杂,花费时间较长。第12页,本讲稿共33页(3)(3)组合法:组合法:在一个测量过程中同时采用直接测量和间接测量两在一个测量过程中同时采用直接测量和间接测量两种方法进行测量的方法。即先检测出若干个的
12、中间量,种方法进行测量的方法。即先检测出若干个的中间量,再经过联立方程组求解后才能得到所需要的结果。再经过联立方程组求解后才能得到所需要的结果。组合测量是一种特殊的精密测量方法,测量过程长而组合测量是一种特殊的精密测量方法,测量过程长而且复杂,多适用于科学试验或特殊场合。且复杂,多适用于科学试验或特殊场合。第13页,本讲稿共33页二按检测方式分类可分为偏差法、零示法与微差法可分为偏差法、零示法与微差法(1)(1)偏差法:用仪表指针的位移偏差法:用仪表指针的位移(即偏差即偏差)决定被测量量值的测量方法。决定被测量量值的测量方法。优点:测量过程简单、迅速。优点:测量过程简单、迅速。缺点:测量结果的
13、精度较低。缺点:测量结果的精度较低。(2)(2)零示法:用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态,在测量系零示法:用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态,在测量系统平衡时,用已知标准量决定被测量量值测量方法。统平衡时,用已知标准量决定被测量量值测量方法。例如天平测量物体的质量、电位差计测量电压等都属于零例如天平测量物体的质量、电位差计测量电压等都属于零示法测量,零示法在传感器技术中应用的实例是平衡电桥。示法测量,零示法在传感器技术中应用的实例是平衡电桥。优点:可以获得比较高的测量精度,零示法可消除指示仪表不优点:可以获得比较高的测量精度,零示法可消除指示仪表不准而造成的误差。准而造成的误差。缺点
14、:测量过程长而且复杂,所以不适用于测量快速变化的信号。缺点:测量过程长而且复杂,所以不适用于测量快速变化的信号。第14页,本讲稿共33页(3)(3)微差法:微差法:综合了偏差法与零示法的优点的一种测量方法。它综合了偏差法与零示法的优点的一种测量方法。它是将被测量与已知的标准量进行比较得到差值后,再是将被测量与已知的标准量进行比较得到差值后,再用偏差法测得该差值。用偏差法测得该差值。主要优点:反应快、测量精度高,特别适用于在线控主要优点:反应快、测量精度高,特别适用于在线控制参数的测量。制参数的测量。第15页,本讲稿共33页三按测量时是否与被测对象接触的原则三按测量时是否与被测对象接触的原则 根
15、据检测敏感元件与被测介质的接触关系可分为接根据检测敏感元件与被测介质的接触关系可分为接触式测量和非接触式测量。触式测量和非接触式测量。1.1.接触式测量:将仪表敏感元件与被测对象相接触。接触式测量:将仪表敏感元件与被测对象相接触。敏感元件从被测对象获得能量,使得敏感元件产生转敏感元件从被测对象获得能量,使得敏感元件产生转换作用。如热电偶,适合静态或运动速度缓慢的物质换作用。如热电偶,适合静态或运动速度缓慢的物质参数检测。参数检测。2.2.非接触式测量:敏感元件与被测对象之间无机械性接触,非接触式测量:敏感元件与被测对象之间无机械性接触,当被测物体的能量变化,检测仪表的辐射能量随之变化,当被测物
16、体的能量变化,检测仪表的辐射能量随之变化,如红外测温仪,适合高速运动或环境恶劣场合检测。如红外测温仪,适合高速运动或环境恶劣场合检测。第16页,本讲稿共33页四按被测量是否随时间变化的原则四按被测量是否随时间变化的原则 可分为静态测量和动态测量可分为静态测量和动态测量1.1.静态测量:被测信号在测量过程中恒定不变或相对于仪静态测量:被测信号在测量过程中恒定不变或相对于仪表的动态特性变化缓慢,称表的动态特性变化缓慢,称。2.2.动态测量:被测信号在测量过程中随时间变化的,称动态测量:被测信号在测量过程中随时间变化的,称。如。如噪声测量、弹道轨迹测量等噪声测量、弹道轨迹测量等第17页,本讲稿共33
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