检测技术1.ppt

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1、浦铁成浦铁成检测技术与仪表第一节第一节 过程检测的基本概念过程检测的基本概念一、检测一、检测：什么是检测：什么是检测：门捷列也夫：检测是认识自然界的主要手段门捷列也夫：检测是认识自然界的主要手段 西门子：检测就是去认识西门子：检测就是去认识 从信息论角度：检测就是信息获取从信息论角度：检测就是信息获取 所以检测是人类日常生活、科学研究、工农业所以检测是人类日常生活、科学研究、工农业 生产、军事等领域必不可少的过程生产、军事等领域必不可少的过程 举例：举例：人通过感觉器官获取信息，认识世界人通过感觉器官获取信息，认识世界 自动控制系统中的检测，反导导弹系统自动控制系统中的检测，反导导弹系统 检测

2、的定义：检测的定义：在生产、科研、生活等各个领域，为及时获得所关心的有关信在生产、科研、生活等各个领域，为及时获得所关心的有关信息，利用各种物理、化学等效应，选择合适的方法与装置，将息，利用各种物理、化学等效应，选择合适的方法与装置，将有关信息通过检查与测量的方法，赋予有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性定性或或定量定量结果的过程结果的过程称为检测。称为检测。例：曹冲称象例：曹冲称象方法：比较法；方法：比较法；装置：船、石头、小秤；装置：船、石头、小秤；检查检查、测量测量，从而得到：，从而得到：定性定性、定量定量 的结果。的结果。检测的两个过程：检测的两个过程：能量形式的一次或多次转换过程能

3、量形式的一次或多次转换过程被测变量与其相应的测量单位进行比较被测变量与其相应的测量单位进行比较一次敏感元件变换传输处理显示装置测量电路被测被测变量变量第一过程第一过程(一次仪表一次仪表)第二过程第二过程(二次仪表二次仪表)二、检测系统与检测仪表二、检测系统与检测仪表1.检测系统检测系统由若干个检测仪表实现一个或多个参数的测量由若干个检测仪表实现一个或多个参数的测量敏感元件1敏感元件2敏感元件n.信号变换处理显示装置检测系统检测系统包括被测对象级检测的全过程。检测元包括被测对象级检测的全过程。检测元件和显示装置使必需的，其他部分视具体结构而件和显示装置使必需的，其他部分视具体结构而定。定。检测元

4、件检测元件显示装置显示装置光纤温度传感器光纤温度传感器 2.检测仪表检测仪表开环结构仪表开环结构仪表K1K2K3Knyx 闭环结构仪表闭环结构仪表K0K yxxsxxf干扰三、检测仪表的基本性能三、检测仪表的基本性能精度精度相对百分误差相对百分误差(引用误差引用误差)精度：用仪表的相对百分误差来衡量精度：用仪表的相对百分误差来衡量 绝对误差测量范围例：某人分别在三个小贩处购买了例：某人分别在三个小贩处购买了100kg大米、大米、10kg苹苹果果、1kg巧巧克克力力，发发现现分分别别缺缺少少了了1kg、0.5kg、0.3kg，但他对卖巧克力的小贩意见最大，是何原因？，但他对卖巧克力的小贩意见最大

5、，是何原因？仪表给出接近于真值的响应能力仪表给出接近于真值的响应能力。也称准确度，精确度。也称准确度，精确度精度等级：精度等级：0.1，0.25，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0回差（变差）回差（变差）检测装置或元件的储能效应（如弹性变形、磁滞等）、游隙等检测装置或元件的储能效应（如弹性变形、磁滞等）、游隙等，使得检测系统在相同的测量条件下实际上升曲线和下降曲线，使得检测系统在相同的测量条件下实际上升曲线和下降曲线出现不重合的情况，对于同一输入量所得的两个输出量存在的出现不重合的情况，对于同一输入量所得的两个输出量存在的差值。差值。输入输入输出输出0下降曲线下降曲线上升曲线上升

6、曲线非线性误差非线性误差又称线性度，是指检测系统实际特性曲线与拟合直线又称线性度，是指检测系统实际特性曲线与拟合直线（也称理论直线）之间的最大偏差与检测系统量程的（也称理论直线）之间的最大偏差与检测系统量程的百分比。百分比。灵敏度的三种情况如图：灵敏度的三种情况如图：从灵敏度的定义可知，灵敏度是刻度特性的导数，因此从灵敏度的定义可知，灵敏度是刻度特性的导数，因此它是一个有单位的量。它是一个有单位的量。灵敏限：引起仪表可见变化的被测量的最小变化值灵敏限：引起仪表可见变化的被测量的最小变化值灵敏度和灵敏限灵敏度和灵敏限指在稳态下输出变化值与输入变化值之比指在稳态下输出变化值与输入变化值之比动态误差

7、动态误差时间常数时间常数传递滞后时间（纯滞后）传递滞后时间（纯滞后）T输入输出0.6321t第二节第二节 误差的产生及分类误差的产生及分类按误差出现的规律分类按误差出现的规律分类 系统误差系统误差 系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度（度（准确度准确度）。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均）。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关入修正值的方法计算修正，也

8、可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。部件予以消除。夏天摆钟变慢的夏天摆钟变慢的原因是什么？原因是什么？随机误差随机误差 随随机机误误差差也也称称偶偶然然误误差差，它它反反映映了了测测量量值值离离散散性性的的大大小小（精精密密度度）。随随机机误误差差是是测测量量过过程程中中许许多多独独立立的的、微微小的、偶然的小的、偶然的因素引起的综合结果。因素引起的综合结果。在在同同一一条条件件下下，多多次次测测量量同同一一被被测测量量，有有时时会会发发现现测测量量值值时时大大时时小小，误误差差的的绝绝对对值值及及正正、负负以以不不可可预预见见的的方方式变化。式变化。例如：例如：测测粉笔的粉笔的长长度或直

9、径度或直径长度相对测量值长度相对测量值粗大误差粗大误差 就数值大小而言，粗就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。差时，应予以剔除。按误差本身因次分类按误差本身因次分类：绝对误差绝对误差相对误差相对误差绝对误差绝对误差=测量值真值测量值真值仪表指示值的绝对误差与被测量的真值的比值仪表指示值的绝对误差与被测量的真值的比值相对百分误差相对百分误差实际相对误差实际相对误差标称相对误差标称相对误差按使用的工作条件分类按使用的工作条件分类 基本误差基本误差附加误差附加误差按误差的特性分类按误差的特性分类 静态误差静态误差

10、动态误差动态误差误差产生原因误差产生原因系统误差系统误差环境误差环境误差人员误差人员误差第三节第三节 误差处理的基本方法误差处理的基本方法一、误差分析一、误差分析 粗大误差是人为造成的，可以通过加强责任粗大误差是人为造成的，可以通过加强责任感避免，也可以通过某些判据发现并剔除感避免，也可以通过某些判据发现并剔除随机误差表现出单次测量的随机性与测量总随机误差表现出单次测量的随机性与测量总体误差分布的规律性特征，因此可通过统计体误差分布的规律性特征，因此可通过统计处理的方法对误差进行最可信估计处理的方法对误差进行最可信估计 系统误差存在与否的检验是系统误差分析与系统误差存在与否的检验是系统误差分析

11、与评价的核心问题，因为系统误差的规律性决评价的核心问题，因为系统误差的规律性决定其处理与补偿的有效性。定其处理与补偿的有效性。随机误差的估计与统计处理随机误差的估计与统计处理 n次重复测量次重复测量 ，各个测量误差出现的，各个测量误差出现的概率密度分布服从正态分布，即概率密度分布服从正态分布，即 为测量值与约定真值之间的误差为测量值与约定真值之间的误差 特点：特点：误差的对称性误差的对称性 误差的单峰性误差的单峰性 误差的有界性误差的有界性 误差的抵偿性误差的抵偿性 标准差的计算标准差的计算n趋于无穷大趋于无穷大 n为有限时为有限时粗大误差的判别粗大误差的判别拉依达（拉依达（）法）法（只能用于

12、（只能用于n 30)格拉布斯（格拉布斯（Grubbs）法）法 系统误差系统误差实验对比法实验对比法 残余误差观察法残余误差观察法 标准差判据标准差判据 二、误差的处理二、误差的处理系统误差的合成系统误差的合成 设检测系统的待测参数为设检测系统的待测参数为随机误差的合成随机误差的合成 在间接测量情况下，设间接测量量（待测参数）在间接测量情况下，设间接测量量（待测参数）误差的总合成误差的总合成三、消除和减少误差的一般方法三、消除和减少误差的一般方法 减小随机误差的方法减小随机误差的方法提高检测系统准确度提高检测系统准确度 抑制噪声干扰抑制噪声干扰 对测量结果的统计处理对测量结果的统计处理 三、仪表的误差补偿及线性化三、仪表的误差补偿及线性化系统误差补偿系统误差补偿恒值修正法恒值修正法 差动法差动法 相互抵消法相互抵消法 滤波法滤波法 减小随机误差方法减小随机误差方法抑制噪声干扰抑制噪声干扰 对测量结果的统计处理对测量结果的统计处理 仪表的线性化仪表的线性化直接刻度直接刻度缩小工作范围缩小工作范围修正法修正法