检测技术基础知识

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1、第1章检测技术基础知识1.1概述1.2测量方法1.3自动检测系统的基本特性1.4误差1.5量程自动切换及标度变换思考与练习题1.1概述1.1.1检测技术的含义、作用和地位检测是采用现代科技方法与装置对工业现场的有关信息进行检查与测量，并将结果加以全面利用的一项应用技术，它是工业自动化的核心技术之一。一个完整的检测过程一般包括信息的提取、信号的转换存储与传输、信号的显示记录和信号的分析处理。检测技术是涉及检测方法、检测系统结构以及检测信号处理的一门综合性技术。因此，检测技术研究的范围比较广泛，主要有以下几个方面：（1）研究信号检测中的方法、工具、设备，以便能方便、迅速、准

2、确、可靠地完成检测任务。（2）研究检测中的信息处理与变换的方法。从被检测对象中获取的信号，经检测元件、测量电路等装置后，常包含各种干扰信号，这不仅会引入测量误差，还会对测量的可靠性、准确性带来不利影响。为了克服干扰的影响，需要使用较复杂的数据处理和变换方法。（3）研究检测问题中的信息传输、存储、显示的方法与技术，研究检测仪器仪表、检测系统的抗干扰技术和故障检测、诊断的技术。（4）研究使用计算机辅助设计技术对检测方法、检测用仪器仪表及检测系统进行详细的理论分析，对参数及结构进行最优化设计。（5）研究检测系统和计算机及其他系统的通信。一方面，现代化的检测技术在很大程度上

3、依赖于经济生产和科学技术的发展水平；另一方面，经济与科学技术的发展也反过来进一步促进检测技术的提高与进步。自动检测技术已成为一些发达国家最重要的热门技术之一，它可以给人们带来巨大的经济效益并促进科学技术的飞跃发展，因此在国民经济中占有极其重要的地位和作用。1.1.2自动检测系统的组成及结构形式1.自动检测系统的组成检测系统的主要作用在于测量各种参数以用于显示或控制。为实施测量，一般检测系统包括传感器、测量电路、显示或输出等几大部分，如图1-1所示。图1-1检测系统的构成2.自动检测系统的结构形式1)重复（串联）结构为了提高检测系统的灵敏度和抗干扰能力，常采用多个基

4、本元件的串联（重复）结构形式。例如，用热电堆检测温度时，基本检测元件是热电偶，热电堆由多个单个热电偶串联而成，其输出是各单个热电偶输出热电势之和。对同一被测温度，采用热电堆比采用单个热电偶，其输出电势提高了若干倍。由于输出信号增强了，从而可以使测量电路简化并提高抗干扰能力。2)反馈结构这里所说的“反馈”主要是指负反馈在放大器和检测系统中的应用。将反馈技术引入到检测技术中，不仅可以提高测量精度，改善检测系统的性能，而且能使某些用传统检测系统无法解决的问题得以解决。典型的反馈型检测系统如图1-2所示。可以看出，反馈型检测系统与一般检测系统的区别在于，它具有一个由“逆传感器”

5、构成的反馈回路。由闭环系统的性质可知，当主回路的放大倍数足够大时，反馈型检测系统的特性基本上是由逆传感器的特性所决定的。图1-2反馈型检测系统“逆传感器”可视为将电量转换为被测非电量的传感器。反馈型检测系统中所采用的比较和平衡方式有：力或力矩平衡、电流平衡、电压平衡、热流平衡、温度平衡等。反馈型检测系统的静态特性可用下式表示：(1-1)式中：Kx为传感器的静态传递系数；Ku为信号处理部分的静态变换系数；KF为逆传感器的静态传递系数。当KxKu足够大，使KxKuKF>>1时，则y≈(1/KF)x。3)差动结构被测量或称影响量）为u2，输出为y，变换器A输出为y1，变换器B

6、输出为y2，总的输出为y=y1-y2。这就是所谓的差动结构。图1-3差动结构检测系统采用差动结构的目的是消除或减弱干扰量的影响，同时对有用信号即被测信号的灵敏度要有相应的提高。为此变换器A和B采用对称结构，均为线性变换器，则有静态关系式：(1-2)(1-3)(1-4)因为变换器A和B为对称结构，故则y≈2KAu1(1-5)4)扫描结构欲对某物体一定面积上的参数进行检测或对具有一定宽度的运动物体的某参数进行检测时，要使所采用的传感器能把被测物体所需检测的部分全部覆盖住，这是有困难的，而且会增加设备成本。为解决此问题，通常采用扫描结构检测，使传感器在被检测物体上按直角坐标系作

7、有规律（即有两个自由度）的运动，把被测物体上所有应该检测的位置都检测到。图像检测系统几乎都采用的是扫描结构形式。1.1.3非电学量电测法的特点检测系统的被测量是表征被测对象的各种物理及化学等现象或过程的量，由于通过传感器后其通常变换成电学量，因此这种检测方法也称为非电学量的电测法。非电学量电测法具有如下特点：（1）可在极宽的被测量范围内十分方便地调整整机灵敏度，即具有很宽的幅值域。利用电子技术能把信号放大数万倍，因此可测量极微弱的电信号。（2）电测仪器具有极小的惯性，即具有相当宽广的频域，因而既能测量缓慢变化