自动检测技术第一章.ppt
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1、第一章 检测技术的基本概念,本章学习测量的基本概念、测量方法、误差分类、测量结果的数据统计处理,以及传感器的基本特性等,他们是检测与转换技术的理论基础。,第一章 检测技术的基本概念,第三节 传感器及其基本特性,第二节 测量误差及数据处理,第一节 测量的基本概念及方法,第一章 检测技术的基本概念,第三节 传感器及其基本特性,第二节 测量误差及数据处理,第一节 测量的基本概念及方法,第一节 测量的基本概念及方法,一、测量的一般概念 二、测量方法分类,第一节 测量的基本概念及方法,一、测量的一般概念,测量(measurement):以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作。 检测:检测是意义更为广
2、泛的测量。测量信号检出(极为重要)。 检测过程:信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理。,第一节 测量的基本概念及方法,二、测量方法分类,对于测量方法,从不同角度,有不同的分类方法。 根据获得测量值的方法可分为直接测量和间接测量; 根据测量方式可分为偏差式测量、零位式测量; 根据测量条件不同可分为等精度测量与不等精度测量; 根据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量; 根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触式测 量与非接触式测量;,1. 直接测量、 间接测量 在使用仪表或传感器进行测量时,测得值直接与标准量进行比较,不需要经过任何运算,直接得到被测量的数值,这种测量方法称为直接
3、测量。 被测量与测得值之间关系可用下式表示: y=x 式中: y被测量的值 x直接测得值。,间接测量 - 被测量无法或不易进行直接测量,自变量,目标变量,负载电阻功率 = 电压 电流,(直接测量),2. 偏差式测量、 零位式测量 用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的量值,这种测量方法称为偏差式测量。,例:弹簧秤,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,用已知的标准量决定被测量的量值,这种测量方法称 为零位式测量。,例:天平称量物体,2. 偏差式测量、 零位式测量,3. 等精度测量与不等精度测量 在测量过程中,若影响和决定误差大小的全部因素(条件)始终保持不变,如由同一个测
4、量者,用同一台仪器,用同样的方法,在同样的环境条件下,对同一被测量进行多次重复测量,称为等精度测量。 有时在科学研究或高精度测量中,往往在不同的测量条件下,用不同精度的仪表,不同的测量方法,不同的测量次数以及不同的测量者进行测量和对比,这种测量称为不等精度测量。,4. 静态测量与动态测量 被测量在测量过程中认为是固定不变的,对这种被测量进行的测量称为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。 若被测量在测量过程中是随时间不断变化的,对这种被测量进行的测量称为动态测量。,静态测量,对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。,最高、 最低 温度计,动态测量,地震测量 振动波形,接触式测量,5
5、. 接触测量与非接触测量,非接触式测量 例:雷达测速,车载电子警察,第一章 检测技术的基本概念,第三节 传感器及其基本特性,第二节 测量误差及数据处理,第一节 测量的基本概念及方法,第二节 测量误差及数据处理,一、真值的概念 二、测量误差 三、测量结果的数据统计处理,第二节 测量误差及数据处理,一、真值的概念 二、测量误差 三、测量结果的数据统计处理,一、真值的概念 1. 真值: 真值即真实值,是指在一定条件下被测量客观存在的实际值。(Ao) (1)真值通常是个未知量。 (2)真值难以测量到。 原因: 测量对象、仪表、方法、人受到本身和周围环境各种因素影 响,且这些因素在不断变化。 测量过程可
6、能改变对象状态,结果已不是对象本来面貌。 (3)测量的目的:求得被测量真值的逼近值。精度越高的仪表,其测量 值越逼近真值,精度反映了对真值的逼近程度。 (4)测量不必单纯追求精度,在工程上对给定的测量任务只需达到工程 需要的精度。,2.真值的种类: (1)理论真值(绝对真值):理论上证明正确的值。 (2)规定真值:国际上公认的某些基准量。 例: 82年国际计量局米定义咨询委员会提出新的米定义:“米是光在真空中在1/299792458秒时间间隔内行进的路程。” (3)约定真值(conventional true value)(相对真值)x0: 测量仪表按精度不同分为若干等级。上一等级的仪表示值即
7、为下一等级的真值。 实际测量中,以无系统误差情况下足够多次测量所获一列测量结果的算术平均值作为约定真值。,第二节 测量误差及数据处理,一、真值的概念 二、测量误差 三、测量结果的数据统计处理,测量误差是测得值减去被测量的真值。 由于真值往往不知道,因此测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。 但由于种种原因,例如,传感器本身性能不十分优良,测量方法不十分完善,外界干扰的影响等,造成被测量的测得值与真实值不一致,因而测量中总是存在误差。,第二节 测量误差及数据处理,二、测量误差,绝对误差。测量值X和真值X0之差。 XXX0 相对误差。绝对误差X和被测量真值X0之比。 引用误差。绝对误差X与仪
8、表的满量程之比。,1、测量误差的表示方法,(1) 绝对误差 绝对误差可用下式定义:=x-x0 式中: 绝对误差; x测量值; x0真值。 绝对误差是有正、负并有量纲的。采用绝对误差表示测量误差,不能很好说明测量质量的好坏。例如,在温度测量时,绝对误差=1,对体温测量来说是不允许的,而对钢水温度测量来说是极好的测量结果,所以用相对误差可以比较客观地反映测量的准确性。,(2) 实际相对误差 实际相对误差的定义由下式给出:,式中:实际相对误差, 一般用百分数给出; 绝对误差; x0约定真值。 实际测量时用测量值x代替约定真值x0进行计算,这个相对误差称为标称(示值)相对误差, 即,(3) 引用误差
9、引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。 它是相对于仪表满量程的一种误差,又称满量程相对误差,一般也用百分数表示。 即,式中: 引用误差; 绝对误差。,最大引用误差 如果以测量仪表整个量程中,可能出现的绝对误差 最大值max代替,则可得到最大引用误差,式中: 最大引用误差; max最大允许绝对误差。,最大引用误差,仪表精度等级是根据最大引用误差来确定的。例如,0.5级表的引用误差的最大值不超过0.5%;1.0级表的引用误差的最大值不超过1%。,解:根据精度定义表达式 可以得出 此温度传感器最大允许绝对误差为3.检验某点的最大绝对误差为4,大于3,故此传感器不合格。,例1-1:一台精度等级为0.
10、5级,量程范围6001200的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少?检验时某点最大绝对误差是4,问此表是否合格?,例:12 有一温度计,它的测量范围为0200,精度为0.5级,试求: 1)该表可能出现的最大绝对误差为 ()。 A. 1 B. 0.5 C. 10 D. 200 2)当示值为20时的示值相对误差为() ,100时的示值相对误差为() 。 A. 1 B. 5 C. 1 D. 10,A B C,显然,精度等级已知的测量仪表只有 在被测量值接近满量程时,才能发挥它 的测量精度。因此,使用测量仪表时, 应当根据被测量的大小和测量精度要求, 合理地选择仪表量程和精度等级,只有 这样才能提高测
11、量精度。,系统误差 在相同条件下,多次测量同一量时,误差的大小和符号均保持不变,或当条件改变时,误差按某一确定的规律变化。 随机误差 在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和方向均发生变化,没有确定的变化规律。 粗大误差 明显歪曲测量结果的误差。由于测量人员粗心,不正确的使用仪器,测量时读错数据,计算中发生错误等原因造成的误差。,2、测量误差的分类,1)系统误差的产生,检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件的变化等原因都可能产生系统误差。例如,某仪表刻度盘分度不准确,就会造成读数偏大或偏小,从而产生恒值系统误差。温度、气压等环境条件的变化和仪表电池电压
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- 自动检测 技术 第一章
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