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1、第第1章检测技术的基本知识章检测技术的基本知识(2)第1页，共64页，编辑于2022年，星期日课程概述课程概述必修课50理论10实验主要内容检测技术的基础知识（误差理论与数据处理）电参数的测量技术温度、流量、压力、气体、湿度、物质密度、物位、位移、速度、厚度的检测技术应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式、热电式、光电式、半导体（气敏、湿敏）、超声波微波、红外辐射数字式、智能式（智能传感器）第2页，共64页，编辑于2022年，星期日教材教材教材：自动检测技术实用教程，机械工业出版社第3页，共64页，编辑于2022年，星期日教学基本要求教学基本要求了解检测和传感器的基本知识掌握各类传感器的基本特
2、性和工作原理、典型测量电路了解各类传感器的典型应用了解微机自动检测技术了解检测技术的抗干扰技术第4页，共64页，编辑于2022年，星期日第一章第一章 检测技术的基本知识检测技术的基本知识1.1 检测的目的、意义1.2 检测与计量的区别1.3 自动检测技术概述1.4 传感器与变送器的基本知识1.5 测量误差及其处理方法1.6 检测系统或仪表的性能评价第5页，共64页，编辑于2022年，星期日内容提要内容提要 本章介绍自动检测技术、传感器和变送器的基本知识、测量误差及其处理方法和检测系统的性能评价。通过本章学习，了解检测的目的、意义和检测技术的发展趋势；掌握自动检测系统的基本组成、测量方法及其选择
3、；掌握传感器的定义、分类和命名方法，了解变送器的作用；学会误差的表示方法和基本处理手段；对检测系统的性能评价指标有一定的理解。第6页，共64页，编辑于2022年，星期日1.1 检测的目的和意义检测的目的和意义检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查定性检查和定量测量定量测量的技术措技术措施施。第7页，共64页，编辑于2022年，星期日1.1 检测的目的和意义检测的目的和意义检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领域的应用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.第8页，共6
4、4页，编辑于2022年，星期日1.2 检测与计量的区别检测与计量的区别 “计量”是指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量；从定义中可以看出，它属于测量，源于测量，而又严于一般测量，它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。第9页，共64页，编辑于2022年，星期日 “检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。第10页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3 自动检测技术概述自动检测技术自动检测技术:是研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论和技术，其核心
5、是“测量信号检出”，是检测方法、检测结构、检测信号处理的综合性技术。检测仪表检测仪表:在生产过程中，完成信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理处理的仪表。自动检测系统自动检测系统:利用各种检测仪表对生产过程中的各种工艺变量自动、连续地进行测量、显示或记录，以供操作者观察或直接自动监督生产情况的系统。第11页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.1 自动检测系统的组成和分类1.自动检测系统的组成自动检测系统的组成一般自动检测系统的基本组成如图1-1所示。图 自动检测系统的组成第12页，共64页，编辑于2022年，星期日各部分的作用如下。（1）传感器）传感器传感器处于被测对象与测试
6、系统的接口位置，是一个信号变换器。它直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化并变换成便于测量的其他量。第13页，共64页，编辑于2022年，星期日（2）信号调理器或变送器）信号调理器或变送器信号调理器又称中间转换器，它的作用是将传感器的输出信号进行放大、转换和传输等，使其适合于显示、记录、数据处理或控制。例如测量电桥、滤波器、放大器、电压/频率变换器（V/F）、电压/电流变换器（V/I）、交流/直流变换器等。第14页，共64页，编辑于2022年，星期日（3）一次仪表或二次仪表）一次仪表或二次仪表一次仪表一次仪表指现场测量仪表或基地控制仪指现场测量仪表或基地控制仪表；表；二次仪表二次仪表指利
7、用一次仪表的信号来完成指利用一次仪表的信号来完成诸如控制、显示等功能的仪表。诸如控制、显示等功能的仪表。第15页，共64页，编辑于2022年，星期日2.自动检测系统或仪表的分类自动检测系统或仪表的分类按被测量值的物理属性分有：电量、非电量；按检测原理（物理的、化学的、生物学的）分有：电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等；按检测方法分有：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态等。按仪表的使用性质分有：标准表、实验室表和工业用表等三种。第16页，共64页，编辑于2022年，星期日电量电量及及非电量非电量 在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的
8、对象是多种在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致分为两大类，即分为两大类，即电量电量与与非电量非电量。电电 量：量：电流电流I、电压、电压V、电荷、电荷Q、电功率、电功率W、电路参数、电路参数R、L、C和电信号频率和电信号频率f 等等；等等；非电量：非电量：除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。力、温度等。第17页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.2 测量方法的分类与选择1.测量方法的分类测量方法的分类
9、常常用用测测量量方方法法分分类类表表第18页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.2 测量方法的分类与选择1.测量方法的分类测量方法的分类常常用用测测量量方方法法分分类类表表第19页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.2 测量方法的分类与选择1.测量方法的分类测量方法的分类 常常 用用 测测 量量 方方 法法 分分 类类 表表（续）（续）第20页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.2 测量方法的分类与选择1.测量方法的分类测量方法的分类 常常 用用 测测 量量 方方 法法 分分 类类 表表（续）（续）第21页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.2 测量方法的分类与
10、选择1.测量方法的分类测量方法的分类 常常 用用 测测 量量 方方 法法 分分 类类 表表（续）（续）第22页，共64页，编辑于2022年，星期日2.测量方法的选择测量方法的选择在选择测量方法时，要综合考虑下列主要因素：（1）从被测量本身的特点来考虑。（2）从测量的精确度和灵敏度来考虑。（3）考虑测量环境是否符合测量设备和测量技术的要求，尽量减少仪器、仪表对被测电路状态的影响。（4）测量方法简单可靠，测量原理科学，尽量减少原理性误差。第23页，共64页，编辑于2022年，星期日1.3.3 自动检测技术的发展趋势自动检测技术的发展趋势1.传感器水平的提高传感器水平的提高新原理、新材料和新工艺 新
11、型传感器仿生传感器检测超高温、超低温和超高真空等超高压极端参数的新型传感器不同功能的传感器集成化传感器和后续电路集成化第24页，共64页，编辑于2022年，星期日2.非接触检测技术非接触检测技术3.检测系统由模拟式、数字式向检测系统由模拟式、数字式向智能化智能化、虚拟化、网络化、微型化、软测量技、虚拟化、网络化、微型化、软测量技术术方向发展方向发展第25页，共64页，编辑于2022年，星期日 人与机器的机能对应关系人与机器的机能对应关系：1.4 传感器与变送器的基本知识传感器与变送器的基本知识第26页，共64页，编辑于2022年，星期日 定性定性人通过感官感觉外界对象的刺激，人通过感官感觉外界
12、对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。肢体作出相应的反映。定量定量传感器相当于人的感官，称传感器相当于人的感官，称“电五官电五官”，外界信息由它提取，并转，外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。执行器对外界对象进行控制。1.4 传感器与变送器的基本知识传感器与变送器的基本知识第27页，共64页，编辑于2022年，星期日1.4 传感器与变送器的基本知识传感器与变送器的基本知识1.4.
13、1 传感器的定义与特点传感器的定义与特点1.传感器的定义传感器的定义能能感受感受规定的规定的被测量被测量并按照一定的规律并按照一定的规律转换转换成成可可用信号用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成件组成.传感器习惯上又被称为：发送器、传送器、变送传感器习惯上又被称为：发送器、传送器、变送器、检测器、探头等器、检测器、探头等。第28页，共64页，编辑于2022年，星期日2.传感器的特征传感器的特征 传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能完成检测任务；输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生输入量是某一被测量，可能是物理量，
14、也可能是化学量、生物量等；物量等；输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量，等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量，输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。3.传感器功能传感器功能 “一感二传一感二传”，即，即感受被测信息，并传送出去。感受被测信息，并传送出去。第29页，共64页，编辑于2022年，星期日 电量 被测量 敏感 元件 转换 元件 基本 转换 电路 信号 调理 电路 传感器基本组成 1.4.2 传感器的组成与分类传感器的组成与分类1传感器的组
15、成传感器的组成传感器将非电量转换成电量输出。传感器将非电量转换成电量输出。能够灵敏地感受被测量并作出响应的元件，并以确定关系输出某一物理量。将敏感元件感受的被测量转换成电路参数将电路参数转换成便于测量的电量（如：电压、电流、频率等）。对电量进行放大、运算、分析及特殊处理。还有辅助电源等第30页，共64页，编辑于2022年，星期日2 2传感器的分类传感器的分类（1 1）按）按被测物理量被测物理量分类分类表明了传感器的用途，便于使用者选择。表明了传感器的用途，便于使用者选择。（2 2）按）按传感器工作原理传感器工作原理分类分类表明了传感器工作原理，有利于传感器设计和应用。表明了传感器工作原理，有利
16、于传感器设计和应用。（3 3）按）按传感器转换能量的情况传感器转换能量的情况分类分类 能量转换型。又称发电型，不需外加电源而将被能量转换型。又称发电型，不需外加电源而将被测能量转换成电能输出。测能量转换成电能输出。能量控制型。又称参量型，需外加电源才能输出电能能量控制型。又称参量型，需外加电源才能输出电能量。量。第31页，共64页，编辑于2022年，星期日1.4.3 传感器的命名与代号传感器的命名与代号1.1.传感器的命名传感器的命名传感器的命名由主题词加四级修饰语构成。如附录传感器的命名由主题词加四级修饰语构成。如附录1 1所示。所示。主题词主题词传感器传感器；第一级修饰语第一级修饰语被测量
17、被测量，包括修饰被测量的定语；，包括修饰被测量的定语；第二级修饰语第二级修饰语转换原理转换原理，一般可后续以，一般可后续以“式式”字；字；第三级修饰语第三级修饰语特征描述特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后续以特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后续以“型型”字。字。第四级修饰语第四级修饰语主要技术指标主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。（量程、精确度、灵敏度等）。第32页，共64页，编辑于2022年，星期日2.传感器的代号传感器的代号传感器的代号：依次传感器的代号：依次为主称（传感器）被测量为主
18、称（传感器）被测量转换原理转换原理序号。序号。主称主称传感器代号传感器代号C C；被测量被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标 转换原理转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。转换原用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。转换原理代码如附录理代码如附录3 3所示；所示；序号序号用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。特性、性能参数、产品系列等。例如：应变式位移传感器：例如：应变式位移传感器：C WY-YB-20C WY-YB-20；光纤压力传感器：；光纤压
19、力传感器：C C Y-GQ-2Y-GQ-2。第33页，共64页，编辑于2022年，星期日1.4.4 变送器简介变送器简介传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。成可用输出信号的器件或装置的总称。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器器。变送器可定义为将物理测量信号或变送器可定义为将物理测量信号或普通电信号转普通电信号转换为换为标准电信号输出标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出或能够以通讯协议方式输出的设备。的设备。第34页，共64页，编辑于2022年，星期
20、日变送器输出的标准信号是物理量的形式和数值范围都变送器输出的标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。符合国际标准的信号。直流电流直流电流010mA、420mA是当前通用的标准是当前通用的标准信号。信号。第35页，共64页，编辑于2022年，星期日1.5 测量误差及处理方法测量误差及处理方法测量误差的表示方法、估算、分析和处理测量误差的表示方法、估算、分析和处理第36页，共64页，编辑于2022年，星期日1.5.1 测量误差基本概念和分类测量误差基本概念和分类(1)一次测量和多次测量一次测量和多次测量 一次测量一次测量是对一个被测量的量只进行一次测量的过程。是对一个被测量的量只进行
21、一次测量的过程。多次测量多次测量是对一个被测量进行不止一次的测量是对一个被测量进行不止一次的测量。1.测量误差基本概念测量误差基本概念(2)等精度测量和非等精度测量等精度测量和非等精度测量等精度测量等精度测量是指保持测量条件不变而进行的多次测量。是指保持测量条件不变而进行的多次测量。非等精度测量非等精度测量是指在测量条件不能维持不变的情况下的多是指在测量条件不能维持不变的情况下的多次测量。次测量。第37页，共64页，编辑于2022年，星期日(3)真值与最佳值真值与最佳值真值真值是指被测量本身具有的真实数值。是指被测量本身具有的真实数值。A0最佳值最佳值:满足规定准确度时用来代替真值使用的值。满
22、足规定准确度时用来代替真值使用的值。A(4)示值示值示值示值（测量值测量值）是由测量仪器给出或提供的量值。）是由测量仪器给出或提供的量值。X(5)标称值标称值 标称值是指测量器具上标定的数值。标称值是指测量器具上标定的数值。标称值是指测量器具上标定的数值。标称值是指测量器具上标定的数值。第38页，共64页，编辑于2022年，星期日(6)误差公理误差公理 一切测量都具有误差一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有科学实验的过程之中，误差自始至终存在于所有科学实验的过程之中(7)精确度（精度）精确度（精度）精确度（精度）：它是测量结果中各种精确度（精度）：它是测量结果中各种误差的综合误差的综合，
23、表示测量结，表示测量结果与被测量的真值之间的果与被测量的真值之间的一致程度一致程度(8)重复性重复性在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性一致性。第39页，共64页，编辑于2022年，星期日2.误差的分类误差的分类 第40页，共64页，编辑于2022年，星期日误差的分类误差的分类第41页，共64页，编辑于2022年，星期日 测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。1.1.绝对误差及表示方法绝对误差及表示方法 （1 1）定定义义：由由测测量量所所得得到到的的被被测测量量值值
24、与与其其真真值值之之差差，称称为为绝对误差绝对误差 有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲 实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值A A来代替真值。来代替真值。来代替真值。来代替真值。绝对误差：绝对误差：绝对误差：绝对误差：1.5.2 误差的表示方法误差的表示方法 第42页，共64页，编辑于2022年，星期日对于绝对误差，应注意的几个特点对于绝对误差，应注意的几个特点（1 1）绝对误差是）绝对误差是有单位的量有单位的量，其单位与测量值相同。，其单位与测量值相同。（2 2）绝对误差是）绝对误差是有符号的量
25、有符号的量，其符号表示出测量值与实际值的，其符号表示出测量值与实际值的大小关系。大小关系。（3 3）测量值与被测量实际值之间的偏离程度和方向测量值与被测量实际值之间的偏离程度和方向通过绝对误差通过绝对误差可以体现。可以体现。第43页，共64页，编辑于2022年，星期日（2 2）修正值）修正值与与绝绝对对误误差差的的绝绝对对值值大大小小相相等等，但但符符号号相相反反的的量量值值，称为修正值称为修正值测测量量仪仪器器的的修修正正值值可可以以通通过过上上一一级级标标准准的的检检定定给给出出，修修正正值值可可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。利用修正值可以求出
26、被测量的实际值利用修正值可以求出被测量的实际值第44页，共64页，编辑于2022年，星期日例如：由某电流表测得的电流示值为例如：由某电流表测得的电流示值为0.83mA，查该电流表检定，查该电流表检定证书，得知该电流表在证书，得知该电流表在0.8mA附近的修正值都为附近的修正值都为-0.02mA,那那么被测电流的实际值是多少？么被测电流的实际值是多少？解：A=X+C =0.83+（0.02）=0.81mA 第45页，共64页，编辑于2022年，星期日（1 1 1 1）相对误差相对误差相对误差相对误差：绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的
27、真值之比2.2.相对误差及表示方法相对误差及表示方法相对误差及表示方法相对误差及表示方法（2）实际相对误差）实际相对误差rA：用实际值用实际值A代替真值代替真值A0（3 3 3 3）示值相对误差）示值相对误差）示值相对误差）示值相对误差r rx x ：用测量值用测量值用测量值用测量值X X X X 代替实际值代替实际值代替实际值代替实际值A A A A第46页，共64页，编辑于2022年，星期日（4 4 4 4）满度相对误差）满度相对误差）满度相对误差）满度相对误差m m m m（引用相对误差）（引用相对误差）（引用相对误差）（引用相对误差）：用测量仪器在一个量程范：用测量仪器在一个量程范：用
28、测量仪器在一个量程范：用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与仪器满刻度值的比值围内出现的最大绝对误差与仪器满刻度值的比值围内出现的最大绝对误差与仪器满刻度值的比值围内出现的最大绝对误差与仪器满刻度值的比值仪表各量程内仪表各量程内仪表各量程内仪表各量程内绝对误差的最大值绝对误差的最大值绝对误差的最大值绝对误差的最大值 第47页，共64页，编辑于2022年，星期日1.6 检测系统或仪表的性能评价检测系统或仪表的性能评价 技术方面技术方面的指标：的指标：主要是指误差、精度、稳定性、输入主要是指误差、精度、稳定性、输入/输出特性等。输出特性等。使用方面使用方面：主要是指操作维修是否方便、运行是
29、否可靠安全，抗干扰与防护主要是指操作维修是否方便、运行是否可靠安全，抗干扰与防护能力的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。能力的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。经济方面经济方面：主要是指使用寿命的长短，功耗的大小，价格的高低等。主要是指使用寿命的长短，功耗的大小，价格的高低等。第48页，共64页，编辑于2022年，星期日1.1.量程量程量程：量程：表示检测系统或仪表实现不失真测量时的最大输入表示检测系统或仪表实现不失真测量时的最大输入信号范围。信号范围。2.2.精度精度精度：是反映检测系统或仪表的系统误差与随机误差综精度：是反映检测系统或仪表的系统误差与随机误差综合影响程度的评
30、价指标，表示测量结果与其理论值（真合影响程度的评价指标，表示测量结果与其理论值（真值）的靠近程度。值）的靠近程度。第49页，共64页，编辑于2022年，星期日3.输入与输出电阻输入与输出电阻前一环节的输出电阻相当于后一环节的信号源内阻，后一环节的前一环节的输出电阻相当于后一环节的信号源内阻，后一环节的输入电阻相当于前面环节的负载。输入电阻相当于前面环节的负载。若希望前级输出信号无损失地向后级传送，根据全电路欧姆定律可若希望前级输出信号无损失地向后级传送，根据全电路欧姆定律可知信号源的内阻应为零，即知信号源的内阻应为零，即前级环节前级环节对后级环节而言相当于理想对后级环节而言相当于理想电压源，其
31、内阻即电压源，其内阻即输出电阻应为输出电阻应为0 0；后续后续输入电阻承接了全部电压信号，故输入电阻承接了全部电压信号，故输入电阻理想值为输入电阻理想值为。第50页，共64页，编辑于2022年，星期日4.检测系统或仪表的稳定性与可靠性检测系统或仪表的稳定性与可靠性（1 1）稳定性）稳定性定义：定义：是指在规定条件下保持其是指在规定条件下保持其检测特性恒定不变的能力检测特性恒定不变的能力。通常在不明确影响量时，稳定性是指检测系统或仪表不受时通常在不明确影响量时，稳定性是指检测系统或仪表不受时间变化影响的能力，间变化影响的能力，一般用漂移来反映一般用漂移来反映。漂移漂移是指在保持检测系统或仪表输入
32、量不变时，输出示值随时间或是指在保持检测系统或仪表输入量不变时，输出示值随时间或温度的改变而缓慢变化的现象。温度的改变而缓慢变化的现象。时漂：时漂：随时间变化的漂移称为；随时间变化的漂移称为；温漂：温漂：随环境温度变化的漂移称为。随环境温度变化的漂移称为。第51页，共64页，编辑于2022年，星期日由于漂移导致仪表输出特性不稳定，出现漂移误差，表由于漂移导致仪表输出特性不稳定，出现漂移误差，表明零点不稳定的漂移为明零点不稳定的漂移为零点漂移零点漂移，表明灵敏度有变化的漂移，表明灵敏度有变化的漂移称为称为灵敏度漂移灵敏度漂移。如图。如图1-41-4所示。所示。图1-4 漂移误差第52页，共64页
33、，编辑于2022年，星期日（2）可靠性）可靠性定义：指检测系统或仪表在规定工作条件下和规定时间内保持原检测定义：指检测系统或仪表在规定工作条件下和规定时间内保持原检测特性的能力。特性的能力。可靠性可用发生故障的速率或平均故障率来表示。可靠性可用发生故障的速率或平均故障率来表示。发生故障的速率用发生故障的速率用平均无故障时间平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failures）来估计。来估计。例如，某检测系统或仪表在例如，某检测系统或仪表在90000h90000h的运行中发生了的运行中发生了1212次故障，则次故障，则MTBFMTBF90000/1290000/12750
34、0h7500h。MTBFMTBF说明发生一次故障的平均时间间隔。说明发生一次故障的平均时间间隔。第53页，共64页，编辑于2022年，星期日平均故障率：单位时间内（一般以小时计）发生平均故障率：单位时间内（一般以小时计）发生故障的平均次数称为。用故障的平均次数称为。用表示表示第54页，共64页，编辑于2022年，星期日5.检测系统或仪表的输入检测系统或仪表的输入/输出特性输出特性检测系统或仪表的基本特性：指检测系统或仪表的检测系统或仪表的基本特性：指检测系统或仪表的输出与输入的输出与输入的关系关系，有静态与动态之分。，有静态与动态之分。（1 1）静态特性）静态特性定义：定义：是指检测系统的是指
35、检测系统的输入为不随时间变化输入为不随时间变化的恒定信号时，检测系的恒定信号时，检测系统或仪表输入与输出之间呈现的关系。统或仪表输入与输出之间呈现的关系。静态特性主要包含：线性度（非线性误差）、变差（迟滞、滞静态特性主要包含：线性度（非线性误差）、变差（迟滞、滞环）、灵敏度、分辨力、重复性、死区等指标。环）、灵敏度、分辨力、重复性、死区等指标。第55页，共64页，编辑于2022年，星期日1 1）灵敏度）灵敏度定义：定义：是表示检测系统或仪表的输入增量与由它引起的输出增量是表示检测系统或仪表的输入增量与由它引起的输出增量之间的函数关系。之间的函数关系。oror灵敏度灵敏度S S等于检测系统或仪表
36、输出增量与被测量增量之比等于检测系统或仪表输出增量与被测量增量之比，是，是检测系统或仪表在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率，可用下检测系统或仪表在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率，可用下式表示：式表示：图1-5 灵敏度定义第56页，共64页，编辑于2022年，星期日灵敏度表示检测系统或仪表对被测量变化的反应能力。灵敏度表示检测系统或仪表对被测量变化的反应能力。若检测系统是由灵敏度分别为若检测系统是由灵敏度分别为S S1 1，S S2 2，S S3 3等多个相互独立的环节组等多个相互独立的环节组成时，系统的总灵敏度成时，系统的总灵敏度S S为为灵敏度数值大，表明相同的输入改变量引起的输出变化量灵
37、敏度数值大，表明相同的输入改变量引起的输出变化量大大，检测系统的灵敏度高。，检测系统的灵敏度高。第57页，共64页，编辑于2022年，星期日2）分辨力）分辨力 能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量。对于数字式仪表，如果没有其他附加说明，一般可以认对于数字式仪表，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的有效数值就是它的分辨力。为该表的最后一位所表示的有效数值就是它的分辨力。第58页，共64页，编辑于2022年，星期日3）线性度）线性度定义：定义：是指检测系统或仪表的输出与输入之间数量关系是指检测系统或仪表的输出与输入之间数量关系
38、的线性程度（又称的线性程度（又称非线性误差非线性误差）。）。线性度线性度L L：通常用实际测得的输入输出曲线与拟合直线通常用实际测得的输入输出曲线与拟合直线（也称理论直线）之间的最大偏差（也称理论直线）之间的最大偏差L Lmaxmax与检测系统或仪表与检测系统或仪表满量程输出值满量程输出值Y YFSFS之比的百分数来表示，之比的百分数来表示，即即 图1-6 理论直线拟合法第59页，共64页，编辑于2022年，星期日 图1-6 理论直线拟合法 图1-7 迟滞特性 第60页，共64页，编辑于2022年，星期日4）迟滞）迟滞 定义：是在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小定义：是在输入量由小到大
39、（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线出现的不重合程（反行程）变化期间其输入输出特性曲线出现的不重合程度。度。迟滞误差迟滞误差H H：以检测系统或仪表在全量程范围内最大迟滞：以检测系统或仪表在全量程范围内最大迟滞误差误差H Hmaxmax与满量程输出与满量程输出Y YFSFS的之比的百分数来表示，的之比的百分数来表示，即图1-7 迟滞特性第61页，共64页，编辑于2022年，星期日5）重复性）重复性 定义：是指检测系统或仪表沿同一方向变化时，在全量定义：是指检测系统或仪表沿同一方向变化时，在全量程范围内连续进行程范围内连续进行多次测试，所得到的各特性曲线重复多次测试，所
40、得到的各特性曲线重复程度程度。Rmax1：正行程的最大重复性偏差；Rmax2：反行程的最大重复性偏差。Rmax：重复性偏差取这两个最大偏差中之较大者，如图1-8所示。重复特性，一般采用输出最大重复性偏差Rmax与满量程输出YFS的百分比来表示，即第62页，共64页，编辑于2022年，星期日6）死区）死区 定义定义:当检测系统或仪表输出信号不发生变化时所对应的输入当检测系统或仪表输出信号不发生变化时所对应的输入信号的变化范围。信号的变化范围。如图如图1-9所示。所示。图1-9 死区 第63页，共64页，编辑于2022年，星期日（2）动态特性）动态特性检测系统或仪表的动态特性：是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。将模拟传感器的动态指标总结如表1-3所示。第64页，共64页，编辑于2022年，星期日