自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件教材：《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)》化學(xué)工業(yè)出版社，張毅，2012。《過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表》化學(xué)工業(yè)出版社，杜維等，2011?！冬F(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》高等教育出版社，周杏鵬，仇國(guó)富等，2004?！秱鞲衅髋c測(cè)試技術(shù)》國(guó)防工業(yè)大學(xué)出版社，葉湘濱等，2007。課程概述：※專業(yè)基礎(chǔ)必修課☆學(xué)分：3☆學(xué)時(shí)：40理論＋8實(shí)驗(yàn)※主要內(nèi)容基礎(chǔ)知識(shí)引論緒論檢測(cè)技術(shù)基本概念測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)溫度檢測(cè)壓力檢測(cè)流量檢測(cè)物位檢測(cè)成分檢測(cè)儀表系統(tǒng)分析儀表系統(tǒng)及理論分析變送單元和顯示單元課程概述：※成績(jī)構(gòu)成

出勤（5%）

作業(yè)（5%）

實(shí)驗(yàn)（20%）

期末考試（70%）

緒論1.1

檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)1.2基本概念1.3檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(過(guò)程)自動(dòng)化?自動(dòng)化儀表及裝置?檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)?一、(過(guò)程)自動(dòng)化概述

過(guò)程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。

生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：①儀表自動(dòng)化階段②計(jì)算機(jī)控制階段③綜合自動(dòng)化階段過(guò)程控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分所謂（過(guò)程）自動(dòng)化是在工藝設(shè)備上配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來(lái)代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，即：用自動(dòng)化裝置來(lái)管理設(shè)備(生產(chǎn)過(guò)程)，使之正常運(yùn)行。從工藝的眼光來(lái)看所謂（過(guò)程）自動(dòng)化是使工藝參數(shù)保持在需要的值或狀態(tài)，或者使生產(chǎn)過(guò)程按照一定的程序或步驟運(yùn)行，保證生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行在最佳狀態(tài)。從控制的眼光來(lái)看最高目標(biāo)進(jìn)料口變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器出料口進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)例：液位的控制腦想眼看手動(dòng)自動(dòng)化與生產(chǎn)工藝的關(guān)系

了解生產(chǎn)對(duì)象的基本特性及其對(duì)控制的影響；

根據(jù)工藝要求選擇合理的自控方案；

綜合考慮工藝與自控雙方面的因素，

掌握準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)；

了解基本測(cè)控參數(shù)的測(cè)量原理、要求，

便于確定合適的測(cè)控參數(shù)、選擇合適的測(cè)控點(diǎn)等。典型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程＝生產(chǎn)工藝＋生產(chǎn)設(shè)備＋自動(dòng)控制自控與工藝的關(guān)系：自控為工藝服務(wù)★自控專業(yè)人員必須深入了解和熟悉生產(chǎn)工藝和設(shè)備★工藝專業(yè)人員也必須掌握自動(dòng)控制的本質(zhì)

任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應(yīng)用一定的檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的儀表單元，

檢測(cè)單元完成對(duì)各種過(guò)程參數(shù)的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；

儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并通過(guò)相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。檢測(cè)技術(shù)和儀表兩部分是緊密相關(guān)和相輔相成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。檢測(cè)技術(shù)的作用與意義工業(yè)、科研、軍事、醫(yī)學(xué)……教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空檢測(cè)技術(shù)的作用與意義工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域在美國(guó)：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)66%檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程工藝控制、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….機(jī)械手在汽車(chē)加工中的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制

溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車(chē)傳感器：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容

普通轎車(chē)：約安裝幾十到近百只傳感器，

豪華轎車(chē)：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤(pán)：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等

車(chē)速、踏板、加速度、節(jié)氣門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車(chē)身：提高汽車(chē)的安全性、可靠性和舒適性等

溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車(chē)速、測(cè)距、圖象等檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器超市打印秤便攜式人體秤

熱敏電阻體溫表漫反射型光電開(kāi)關(guān)胎兒的B超影像超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用OpensurgeryTraditionalMISSPLSOpensurgery：cutthenseeMIS:seethencut科學(xué)研究的先行官

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說(shuō)“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來(lái)越依靠尖端儀器的發(fā)展”

俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫指出“科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的”

近80年來(lái)，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人1989年：美國(guó)IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家DonEigler，成功地用掃描隧道顯微鏡(IBM科學(xué)家GerdBinnig和HeinrichRohrer)在鎳晶體表面移動(dòng)原子，對(duì)單個(gè)原原子進(jìn)行了重排，寫(xiě)成了由35個(gè)氙原子排列成的“

IBM”三個(gè)字母。電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一克。檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確定位目標(biāo)。在發(fā)射20毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD檢測(cè)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道。攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重飛行器測(cè)控---檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測(cè)控---檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測(cè)參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)等。神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置阿波羅17月球車(chē)美國(guó)“勇氣號(hào)”火星車(chē)美國(guó)X-47B無(wú)人機(jī)美國(guó)大狗“物化法官”

檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

識(shí)別指紋假鈔

查服違禁藥物

偵破刑事案件自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的組成進(jìn)料口變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器出料口進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)例：液位的控制腦想眼看手動(dòng)1緒論

一、(過(guò)程)自動(dòng)化概述人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)液位自動(dòng)控制示意圖進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADC帶控制點(diǎn)流程圖D/AA/D數(shù)字信號(hào)自控系統(tǒng)組成㈠自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖數(shù)字調(diào)節(jié)器控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADCD/AA/D數(shù)字信號(hào)控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADC自控系統(tǒng)組成㈡自控系統(tǒng)組成㈠模擬調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器被測(cè)變量顯示裝置傳感器變送器被測(cè)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)組成被測(cè)量電量敏感元件傳感元件轉(zhuǎn)換電路傳感器組成檢測(cè)與變送單元執(zhí)行單元顯示單元調(diào)節(jié)單元(被測(cè))被控對(duì)象操作人員典型的工業(yè)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)電動(dòng)單元組合儀表氣動(dòng)單元組合儀表變送單元計(jì)算單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元轉(zhuǎn)換單元顯示單元輔助單元DDCDCS

PLCFCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式……傳感原理溫度壓力流量物位機(jī)械量成分……被測(cè)參數(shù)集散式微機(jī)流量控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化微型化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化軟測(cè)量技術(shù)儀表的基本概念測(cè)量范圍、上下限、量程零點(diǎn)遷移、量程遷移靈敏度和分辨率誤差測(cè)量精度等級(jí)滯環(huán)、死區(qū)和回差重復(fù)性和再現(xiàn)性可靠性測(cè)量范圍、上下限、量程測(cè)量范圍：0～0.5kg測(cè)量上限：0.5kg測(cè)量下限：0kg量程：0.5kg（量程=測(cè)量上限值-測(cè)量下限值）測(cè)量范圍：儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱為測(cè)量下限和測(cè)量上限，簡(jiǎn)稱下限和上限。量程范圍儀表能夠測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作儀表的量程范圍，簡(jiǎn)稱量程。在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對(duì)值。問(wèn)：某溫度計(jì)測(cè)量的最低溫度為-20℃，最高溫度為100℃，它的量程是多少？120℃給出儀表的測(cè)量范圍可以知道上、下限及量程；只知道儀表的量程，不能確定出上下限及測(cè)量范圍。儀表測(cè)量范圍的常用表示方法零點(diǎn)和量程

儀表測(cè)量范圍的常用表示方法是：給出儀表的零點(diǎn)(即測(cè)量下限值)及儀表的量程。由前面的分析可知，只要儀表的零點(diǎn)和量程確定了，其測(cè)量范圍也就確定了。零點(diǎn)遷移、量程遷移在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變儀表的零點(diǎn)或量程，為此可以對(duì)儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化則稱為量程遷移。零點(diǎn)遷移的形式：正遷移和負(fù)遷移量程遷移的形式：縮小量程和擴(kuò)大量程零點(diǎn)遷移和量程遷移輸入(被測(cè)量)輸出0100%100%零點(diǎn)遷移量程遷移-25%由于某些影響量引起的輸出量程的變化。

75%70%71.4%140%25%靈敏度在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量△Y與引起此變化的輸入量的變化量△U之比值，定義為儀表的靈敏度。用S表示，即

式中，S——儀表靈敏度 △Y、△U——分別為輸出與輸入變化量量程遷移改變靈敏度；零點(diǎn)遷移不改變靈敏度串聯(lián)儀表系統(tǒng)，靈敏度具有可傳遞性。（乘積）問(wèn)：某測(cè)量范圍是0～100MPa的壓力表，其滿量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？2.7度/MPa靈敏度（1）如果系統(tǒng)的輸出和輸入之間有線性關(guān)系，則靈敏度是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的大小而變化。（2）一般希望靈敏度s在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。這樣，可得均勻刻度的標(biāo)尺，使讀數(shù)方便，便于分析和處理測(cè)量結(jié)果。（3）輸入和輸出的變化量一般都有不同的量綱，靈敏度s也有量綱。如輸入量為溫度(℃)，輸出量為標(biāo)尺上的位移(格)，則s的量綱為格/C。如果輸入量和輸出量是同類(lèi)量，則此時(shí)s可理解為放大倍數(shù)。（4）多個(gè)儀表組成的測(cè)量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳遞性。如串聯(lián)的儀表系統(tǒng)，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積。（5）提高靈敏度，可得到較高測(cè)量精度，但應(yīng)當(dāng)注意，靈敏度越高，測(cè)量范圍往往越窄，穩(wěn)定性往往越差。注意：靈敏限—分辨力：檢測(cè)系統(tǒng)輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。即能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量。注意：（1）一般來(lái)說(shuō)，儀表靈敏限數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許誤差絕對(duì)值的一半；（2）靈敏限是靈敏度的一種反映，一般來(lái)說(shuō)儀表的靈敏度高，則其靈敏限也高，因此實(shí)際上主要希望提高儀表的靈敏度，從而保證其靈敏限較好。例1：某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到5.0mm時(shí)，位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由3.5V減至2.5V，求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm

例2：某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：0.45Ω/℃

電橋：0.02V/Ω

放大器：100(放大倍數(shù))

筆式記錄儀：0.2cm/V求：(1)測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；

(2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。解（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為

cm/℃（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為℃誤差絕對(duì)誤差=示值-約定真值某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買(mǎi)100kg大米、10kg蘋(píng)果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣(mài)巧克力的商店意見(jiàn)最大，是何原因？測(cè)定值與被測(cè)量真值之差稱為測(cè)量的絕對(duì)誤差，或簡(jiǎn)稱測(cè)量誤差。相對(duì)誤差：引用誤差：引用誤差=絕對(duì)誤差/量程

最大引用誤差：最大引用誤差=abs（最大絕對(duì)誤差）/量程Qmax≤Q絕對(duì)誤差/約定真值絕對(duì)誤差/示值標(biāo)稱相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差儀表出廠時(shí)要規(guī)定引用誤差的允許值，稱為允許誤差。如將允許誤差記為Q，最大引用誤差記為Qmax，那么Q和Qmax在大小上應(yīng)該滿足什么關(guān)系?相對(duì)誤差=基本誤差和附加誤差任何測(cè)量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些條件包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源電壓和安裝方式等多方面的因素。儀表嚴(yán)格按照規(guī)定的環(huán)境條件（即參比工作條件）工作時(shí)，此時(shí)獲得的誤差稱為基本誤差；如果在非參比工作條件進(jìn)行測(cè)量，還會(huì)產(chǎn)生額外的誤差稱為附加誤差。誤差=基本誤差+附加誤差例3：某儀表的技術(shù)說(shuō)明指出：當(dāng)儀表在環(huán)境溫度20℃+5℃、電源電壓200V+5%、濕度<80%時(shí)的基本誤差為2.5%。若環(huán)境溫度超出該范圍，則將產(chǎn)生0.2%/℃誤差；電源電壓變化±10%時(shí)，則將產(chǎn)生±2%的附加誤差；濕度>80%時(shí)也將產(chǎn)生1%的附加誤差，現(xiàn)在35℃時(shí)使用該表，濕度>80%，電源電壓為220V,試估計(jì)測(cè)量誤差。解：取個(gè)分量的極限值：, 基本誤差：溫度附加誤差：濕度附加誤差：考慮最不利情況，則各誤差處在最大處：電源附加誤差：

精確度：儀表的最大引用誤差不能超過(guò)儀表等級(jí)指數(shù)的百分?jǐn)?shù)，即：檢測(cè)儀表的精度等級(jí)是用最大引用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)確定的。精度等級(jí)的數(shù)字越小，精度越高我國(guó)儀表精度等級(jí)有：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

工業(yè)檢測(cè)用儀表多在0.1～4.0級(jí)。

精確度：輸入(被測(cè)量)輸出0標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出特性曲線實(shí)際上升校驗(yàn)曲線實(shí)際下降校驗(yàn)曲線誤差上限誤差下限基本誤差限例4：某指針式萬(wàn)用表的面板如圖所示，問(wèn)：用它來(lái)測(cè)量直流(-)、交流（~）電壓時(shí)，可能產(chǎn)生的滿度相對(duì)誤差分別為多少？例5：有一臺(tái)測(cè)壓儀表，其標(biāo)尺范圍為0~500kPa，已知其絕對(duì)誤差最大值為Δpmax=4kPa，求該儀表的精度等級(jí)。所以該儀表的精度等級(jí)為1級(jí)（而不是0.5級(jí)）注意：精度的大小和最大絕對(duì)誤差及測(cè)量范圍都有關(guān)系。解：0.5%<0.8%<1% 例6:某待測(cè)的電壓約為100V,現(xiàn)有0.5級(jí)0～300Ｖ和1.0級(jí)0～100V兩個(gè)電壓表,問(wèn)用哪一個(gè)電壓表測(cè)量比較好？用1.0級(jí)0～100V測(cè)量100V時(shí)的最大相對(duì)誤差為因此,選擇1.0級(jí)0～100V電壓表比較好.解:用0.5級(jí)0～300V測(cè)量100V時(shí)的最大相對(duì)誤差為

在選擇儀表時(shí),不能單純地認(rèn)為精確度等級(jí)越高越好,而應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小,兼顧儀表的級(jí)別和測(cè)量上限合理地選擇儀表作業(yè)1.一臺(tái)精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程范圍為600~1200℃的電子電位差計(jì)，它的最大允許絕對(duì)誤差是多少？校驗(yàn)時(shí)，如其中的某一點(diǎn)最大絕對(duì)誤差是4℃，問(wèn)此表是否合格?2.某測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，絕對(duì)誤差為±1℃，測(cè)量下限為負(fù)值（下限的絕對(duì)值為測(cè)量范圍的10％），試確定該表的測(cè)量上限值、下限值和量程。3.用測(cè)量范圍為－50～+150kPa的壓力表測(cè)量140kPa壓力時(shí)，儀表示值為+142kPa，求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用相對(duì)誤差。4.某1.5級(jí)測(cè)量范圍為0~100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點(diǎn)校驗(yàn)時(shí)，其示值絕對(duì)誤差分別為－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，試問(wèn)該表是否合格？5.

現(xiàn)有2.5級(jí)、2.0級(jí)、1.5級(jí)三塊測(cè)溫儀表，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍分別為－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，現(xiàn)要測(cè)量500℃的溫度，其測(cè)量值的相對(duì)誤差不超過(guò)2.5%，問(wèn)選用哪塊表最合適？滯環(huán)、死區(qū)和回差

檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器）在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到小(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線不重合（通常形成環(huán)狀）的現(xiàn)象稱為滯環(huán)。

產(chǎn)生滯環(huán)現(xiàn)象的主要原因是由于檢測(cè)系統(tǒng)中的敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的，例如彈性敏感元件彈性滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)等?；夭睿ㄟt滯、滯后、回程誤差）滯環(huán)遲滯（滯后、回程誤差）儀表輸入在小到一定范圍后不足以引起輸出的任何變化，這一范圍稱為死區(qū)。Yx不靈敏區(qū)域的寬度是靈敏限的兩倍重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)行測(cè)量所得到的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性再現(xiàn)性：儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來(lái)表示。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)性可靠度表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可靠度。它是衡量?jī)x表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度。簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，如果有100臺(tái)同樣的儀表，工作1000小時(shí)后約有99臺(tái)仍能正常工作，則可以說(shuō)這批儀表工作1000小時(shí)后的可靠度是99％。可靠性MTBF和MTTR平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF(MeanTimeBetweenFailure)：儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作時(shí)的平均時(shí)間。平均無(wú)故障時(shí)間越長(zhǎng)，儀表的可靠性就越高。平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR(MeanTimetoRepair)：儀表出現(xiàn)故障到恢復(fù)工作時(shí)的平均時(shí)間。有效度即在要求平均無(wú)故障工作時(shí)間盡可能長(zhǎng)的同時(shí)，又要求平均故障修復(fù)時(shí)間盡可能短，綜合評(píng)價(jià)儀表的可靠性，引出綜合性指標(biāo)有效度，其定義如下：

平均無(wú)故障工作時(shí)間+平均故障修復(fù)時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間有效度=自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)李云峰常州大學(xué)城軌學(xué)院電氣系教材：《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)》化學(xué)工業(yè)出版社，張毅，2012。《過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表》化學(xué)工業(yè)出版社，杜維等，2011?！冬F(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》高等教育出版社，周杏鵬，仇國(guó)富等，2004。《傳感器與測(cè)試技術(shù)》國(guó)防工業(yè)大學(xué)出版社，葉湘濱等，2007。課程概述：※專業(yè)基礎(chǔ)必修課☆學(xué)分：3☆學(xué)時(shí)：40理論＋8實(shí)驗(yàn)※主要內(nèi)容基礎(chǔ)知識(shí)引論緒論檢測(cè)技術(shù)基本概念測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)溫度檢測(cè)壓力檢測(cè)流量檢測(cè)物位檢測(cè)成分檢測(cè)儀表系統(tǒng)分析儀表系統(tǒng)及理論分析變送單元和顯示單元課程概述：※成績(jī)構(gòu)成

出勤（5%）

作業(yè)（5%）

實(shí)驗(yàn)（20%）

期末考試（70%）

緒論1.1

檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)1.2基本概念1.3檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(過(guò)程)自動(dòng)化?自動(dòng)化儀表及裝置?檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)?一、(過(guò)程)自動(dòng)化概述

過(guò)程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。

生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：①儀表自動(dòng)化階段②計(jì)算機(jī)控制階段③綜合自動(dòng)化階段過(guò)程控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分所謂（過(guò)程）自動(dòng)化是在工藝設(shè)備上配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來(lái)代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，即：用自動(dòng)化裝置來(lái)管理設(shè)備(生產(chǎn)過(guò)程)，使之正常運(yùn)行。從工藝的眼光來(lái)看所謂（過(guò)程）自動(dòng)化是使工藝參數(shù)保持在需要的值或狀態(tài)，或者使生產(chǎn)過(guò)程按照一定的程序或步驟運(yùn)行，保證生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行在最佳狀態(tài)。從控制的眼光來(lái)看最高目標(biāo)進(jìn)料口變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器出料口進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)例：液位的控制腦想眼看手動(dòng)自動(dòng)化與生產(chǎn)工藝的關(guān)系

了解生產(chǎn)對(duì)象的基本特性及其對(duì)控制的影響；

根據(jù)工藝要求選擇合理的自控方案；

綜合考慮工藝與自控雙方面的因素，

掌握準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)；

了解基本測(cè)控參數(shù)的測(cè)量原理、要求，

便于確定合適的測(cè)控參數(shù)、選擇合適的測(cè)控點(diǎn)等。典型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程＝生產(chǎn)工藝＋生產(chǎn)設(shè)備＋自動(dòng)控制自控與工藝的關(guān)系：自控為工藝服務(wù)★自控專業(yè)人員必須深入了解和熟悉生產(chǎn)工藝和設(shè)備★工藝專業(yè)人員也必須掌握自動(dòng)控制的本質(zhì)

任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應(yīng)用一定的檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的儀表單元，

檢測(cè)單元完成對(duì)各種過(guò)程參數(shù)的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；

儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并通過(guò)相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。檢測(cè)技術(shù)和儀表兩部分是緊密相關(guān)和相輔相成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。檢測(cè)技術(shù)的作用與意義工業(yè)、科研、軍事、醫(yī)學(xué)……教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空檢測(cè)技術(shù)的作用與意義工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域在美國(guó)：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)66%檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程工藝控制、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….機(jī)械手在汽車(chē)加工中的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制

溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車(chē)傳感器：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容

普通轎車(chē)：約安裝幾十到近百只傳感器，

豪華轎車(chē)：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤(pán)：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等

車(chē)速、踏板、加速度、節(jié)氣門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車(chē)身：提高汽車(chē)的安全性、可靠性和舒適性等

溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車(chē)速、測(cè)距、圖象等檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器超市打印秤便攜式人體秤

熱敏電阻體溫表漫反射型光電開(kāi)關(guān)胎兒的B超影像超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用OpensurgeryTraditionalMISSPLSOpensurgery：cutthenseeMIS:seethencut科學(xué)研究的先行官

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說(shuō)“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來(lái)越依靠尖端儀器的發(fā)展”

俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫指出“科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的”

近80年來(lái)，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人1989年：美國(guó)IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家DonEigler，成功地用掃描隧道顯微鏡(IBM科學(xué)家GerdBinnig和HeinrichRohrer)在鎳晶體表面移動(dòng)原子，對(duì)單個(gè)原原子進(jìn)行了重排，寫(xiě)成了由35個(gè)氙原子排列成的“

IBM”三個(gè)字母。電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一克。檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確定位目標(biāo)。在發(fā)射20毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD檢測(cè)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道。攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重飛行器測(cè)控---檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測(cè)控---檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測(cè)參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)等。神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置阿波羅17月球車(chē)美國(guó)“勇氣號(hào)”火星車(chē)美國(guó)X-47B無(wú)人機(jī)美國(guó)大狗“物化法官”

檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

識(shí)別指紋假鈔

查服違禁藥物

偵破刑事案件自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的組成進(jìn)料口變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器出料口進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)例：液位的控制腦想眼看手動(dòng)1緒論

一、(過(guò)程)自動(dòng)化概述人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口眼看腦想手動(dòng)液位自動(dòng)控制示意圖進(jìn)料口變送器操作站執(zhí)行器出料口控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADC帶控制點(diǎn)流程圖D/AA/D數(shù)字信號(hào)自控系統(tǒng)組成㈠自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖數(shù)字調(diào)節(jié)器控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADCD/AA/D數(shù)字信號(hào)控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mADC4～20mADC自控系統(tǒng)組成㈡自控系統(tǒng)組成㈠模擬調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器被測(cè)變量顯示裝置傳感器變送器被測(cè)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)組成被測(cè)量電量敏感元件傳感元件轉(zhuǎn)換電路傳感器組成檢測(cè)與變送單元執(zhí)行單元顯示單元調(diào)節(jié)單元(被測(cè))被控對(duì)象操作人員典型的工業(yè)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)電動(dòng)單元組合儀表氣動(dòng)單元組合儀表變送單元計(jì)算單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元轉(zhuǎn)換單元顯示單元輔助單元DDCDCS

PLCFCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式……傳感原理溫度壓力流量物位機(jī)械量成分……被測(cè)參數(shù)集散式微機(jī)流量控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化微型化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化軟測(cè)量技術(shù)儀表的基本概念測(cè)量范圍、上下限、量程零點(diǎn)遷移、量程遷移靈敏度和分辨率誤差測(cè)量精度等級(jí)滯環(huán)、死區(qū)和回差重復(fù)性和再現(xiàn)性可靠性測(cè)量范圍、上下限、量程測(cè)量范圍：0～0.5kg測(cè)量上限：0.5kg測(cè)量下限：0kg量程：0.5kg（量程=測(cè)量上限值-測(cè)量下限值）測(cè)量范圍：儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱為測(cè)量下限和測(cè)量上限，簡(jiǎn)稱下限和上限。量程范圍儀表能夠測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作儀表的量程范圍，簡(jiǎn)稱量程。在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對(duì)值。問(wèn)：某溫度計(jì)測(cè)量的最低溫度為-20℃，最高溫度為100℃，它的量程是多少？120℃給出儀表的測(cè)量范圍可以知道上、下限及量程；只知道儀表的量程，不能確定出上下限及測(cè)量范圍。儀表測(cè)量范圍的常用表示方法零點(diǎn)和量程

儀表測(cè)量范圍的常用表示方法是：給出儀表的零點(diǎn)(即測(cè)量下限值)及儀表的量程。由前面的分析可知，只要儀表的零點(diǎn)和量程確定了，其測(cè)量范圍也就確定了。零點(diǎn)遷移、量程遷移在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變儀表的零點(diǎn)或量程，為此可以對(duì)儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化則稱為量程遷移。零點(diǎn)遷移的形式：正遷移和負(fù)遷移量程遷移的形式：縮小量程和擴(kuò)大量程零點(diǎn)遷移和量程遷移輸入(被測(cè)量)輸出0100%100%零點(diǎn)遷移量程遷移-25%由于某些影響量引起的輸出量程的變化。

75%70%71.4%140%25%靈敏度在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量△Y與引起此變化的輸入量的變化量△U之比值，定義為儀表的靈敏度。用S表示，即

式中，S——儀表靈敏度 △Y、△U——分別為輸出與輸入變化量量程遷移改變靈敏度；零點(diǎn)遷移不改變靈敏度串聯(lián)儀表系統(tǒng)，靈敏度具有可傳遞性。（乘積）問(wèn)：某測(cè)量范圍是0～100MPa的壓力表，其滿量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？2.7度/MPa靈敏度（1）如果系統(tǒng)的輸出和輸入之間有線性關(guān)系，則靈敏度是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的大小而變化。（2）一般希望靈敏度s在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。這樣，可得均勻刻度的標(biāo)尺，使讀數(shù)方便，便于分析和處理測(cè)量結(jié)果。（3）輸入和輸出的變化量一般都有不同的量綱，靈敏度s也有量綱。如輸入量為溫度(℃)，輸出量為標(biāo)尺上的位移(格)，則s的量綱為格/C。如果輸入量和輸出量是同類(lèi)量，則此時(shí)s可理解為放大倍數(shù)。（4）多個(gè)儀表組成的測(cè)量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳遞性。如串聯(lián)的儀表系統(tǒng)，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積。（5）提高靈敏度，可得到較高測(cè)量精度，但應(yīng)當(dāng)注意，靈敏度越高，測(cè)量范圍往往越窄，穩(wěn)定性往往越差。注意：靈敏限—分辨力：檢測(cè)系統(tǒng)輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。即能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量。注意：（1）一般來(lái)說(shuō)，儀表靈敏限數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許誤差絕對(duì)值的一半；（2）靈敏限是靈敏度的一種反映，一般來(lái)說(shuō)儀表的靈敏度高，則其靈敏限也高，因此實(shí)際上主要希望提高儀表的靈敏度，從而保證其靈敏限較好。例1：某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到5.0mm時(shí)，位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由3.5V減至2.5V，求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm

例2：某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：0.45Ω/℃

電橋：0.02V/Ω

放大器：100(放大倍數(shù))

筆式記錄儀：0.2cm/V求：(1)測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；

(2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。解（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為

cm/℃（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為℃誤差絕對(duì)誤差=示值-約定真值某采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買(mǎi)100kg大米、10kg蘋(píng)果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購(gòu)員對(duì)賣(mài)巧克力的商店意見(jiàn)最大，是何原因？測(cè)定值與被測(cè)量真值之差稱為測(cè)量的絕對(duì)誤差，或簡(jiǎn)稱測(cè)量誤差。相對(duì)誤差：引用誤差：引用誤差=絕對(duì)誤差/量程

最大引用誤差：最大引用誤差=abs（最大絕對(duì)誤差）/量程Qmax≤Q絕對(duì)誤差/約定真值絕對(duì)誤差/示值標(biāo)稱相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差儀表出廠時(shí)要規(guī)定引用誤差的允許值，稱為允許誤差。如將允許誤差記為Q，最大引用誤差記為Qmax，那么Q和Qmax在大小上應(yīng)該滿足什么關(guān)系?相對(duì)誤差=基本誤差和附加誤差任何測(cè)量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些條件包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源電壓和安裝方式等多方面的因素。儀表嚴(yán)格按照規(guī)定的環(huán)境條件（即參比工作條件）工作時(shí)，此時(shí)獲得的誤差稱為基本誤差；如果在非參比工作條件進(jìn)行測(cè)量，還會(huì)產(chǎn)生額外的誤差稱為附加誤差。誤差=基本誤差+附加誤差例3：某儀表的技術(shù)說(shuō)明指出：當(dāng)儀表在環(huán)境溫度20℃+5℃、電源電壓200V+5%、濕度<80%時(shí)的基本誤差為2.5%。若環(huán)境溫度超出該范圍，則將產(chǎn)生0.2%/℃誤差；電源電壓變化±10%時(shí)，則將產(chǎn)生±2%的附加誤差；濕度>80%時(shí)也將產(chǎn)生1%的附加誤差，現(xiàn)在35℃時(shí)使用該表，濕度>80%，電源電壓為220V,試估計(jì)測(cè)量誤差。解：取個(gè)分量的極限值：, 基本誤差：溫度附加誤差：濕度附加誤差：考慮最不利情況，則各誤差處在最大處：電源附加誤差：

精確度：儀表的最大引用誤差不能超過(guò)儀表等級(jí)指數(shù)的百分?jǐn)?shù)，即：檢測(cè)儀表的精度等級(jí)是用最大引用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)確定的。精度等級(jí)的數(shù)字越小，精度越高我國(guó)儀表精度等級(jí)有：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

工業(yè)檢測(cè)用儀表多在0.1～4.0級(jí)。

精確度：輸入(被測(cè)量)輸出0標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出特性曲線實(shí)際上升校驗(yàn)曲線實(shí)際下降校驗(yàn)曲線誤差上限誤差下限基本誤差限例4：某指針式萬(wàn)用表的面板如圖所示，問(wèn)：用它來(lái)測(cè)量直流(-)、交流（~）電壓時(shí)，可能產(chǎn)生的滿度相對(duì)誤差分別為多少？例5：有一臺(tái)測(cè)壓儀表，其標(biāo)尺范圍為0~500kPa，已知其絕對(duì)誤差最大值為Δpmax=4kPa，求該儀表的精度等級(jí)。所以該儀表的精度等級(jí)為1級(jí)（而不是0.5級(jí)）注意：精度的大小和最大絕對(duì)誤差及測(cè)量范圍都有關(guān)系。解：0.5%<0.8%<1% 例6:某待測(cè)的電壓約為100V,現(xiàn)有0.5級(jí)0～300Ｖ和1.0級(jí)0～100V兩個(gè)電壓表,問(wèn)用哪一個(gè)電壓表測(cè)量比較好？用1.0級(jí)0～100V測(cè)量100V時(shí)的最大相對(duì)誤差為因此,選擇1.0級(jí)0～100V電壓表比較好.解:用0.5級(jí)0～300V測(cè)量100V時(shí)的最大相對(duì)誤差為

在選擇儀表時(shí),不能單純地認(rèn)為精確度等級(jí)越高越好,而應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小,兼顧儀表的級(jí)別和測(cè)量上限合理地選擇儀表作業(yè)1.一臺(tái)精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程范圍為600~1200℃的電子電位差計(jì)，它的最大允許絕對(duì)誤差是多少？校驗(yàn)時(shí)，如其中的某一點(diǎn)最大絕對(duì)誤差是4℃，問(wèn)此表是否合格?2.某測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，絕對(duì)誤差為±1℃，測(cè)量下限為負(fù)值（下限的絕對(duì)值為測(cè)量范圍的10％），試確定該表的測(cè)量上限值、下限值和量程。3.用測(cè)量范圍為－50～+150kPa的壓力表測(cè)量140kPa壓力時(shí)，儀表示值為+142kPa，求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用相對(duì)誤差。4.某1.5級(jí)測(cè)量范圍為0~100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點(diǎn)校驗(yàn)時(shí)，其示值絕對(duì)誤差分別為－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，試問(wèn)該表是否合格？5.

現(xiàn)有2.5級(jí)、2.0級(jí)、1.5級(jí)三塊測(cè)溫儀表，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍分別為－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，現(xiàn)要測(cè)量500℃的溫度，其測(cè)量值的相對(duì)誤差不超過(guò)2.5%，問(wèn)選用哪塊表最合適？滯環(huán)、死區(qū)和回差

檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器）在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到小(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線不重合（通常形成環(huán)狀）的現(xiàn)象稱為滯環(huán)。

產(chǎn)生滯環(huán)現(xiàn)象的主要原因是由于檢測(cè)系統(tǒng)中的敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的，例如彈性敏感元件彈性滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)等?；夭睿ㄟt滯、滯后、回程誤差）滯環(huán)遲滯（滯后、回程誤差）儀表輸入在小到一定范圍后不足以引起輸出的任何變化，這一范圍稱為死區(qū)。Yx不靈敏區(qū)域的寬度是靈敏限的兩倍重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)行測(cè)量所得到的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性再現(xiàn)性：儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來(lái)表示。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)性可靠度表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可靠度。它是衡量?jī)x表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度。簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，如果有100臺(tái)同樣的儀表，工作1000小時(shí)后約有99臺(tái)仍能正常工作，則可以說(shuō)這批儀表工作1000小時(shí)后的可靠度是99％。可靠性MTBF和MTTR平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF(MeanTimeBetweenFailure)：儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作時(shí)的平均時(shí)間。平均無(wú)故障時(shí)間越長(zhǎng)，儀表的可靠性就越高。平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR(MeanTimetoRepair)：儀表出現(xiàn)故障到恢復(fù)工作時(shí)的平均時(shí)間。有效度即在要求平均無(wú)故障工作時(shí)間盡可能長(zhǎng)的同時(shí)，又要求平均故障修復(fù)時(shí)間盡可能短，綜合評(píng)價(jià)儀表的可靠性，引出綜合性指標(biāo)有效度，其定義如下：

平均無(wú)故障工作時(shí)間+平均故障修復(fù)時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間有效度=§2.1基本概念§2.2誤差產(chǎn)生原因§2.3誤差分類(lèi)§2.4誤差的處理§2.5誤差的傳遞一、基本概念真值：三角形內(nèi)角和為1800一分鐘為60秒約定真值：表１讀數(shù)3.32v；表２讀數(shù)3.323v示值：標(biāo)稱值：測(cè)量測(cè)量器上標(biāo)定的數(shù)值。砝碼1Kg10Kg100Kg殘差：各測(cè)量值Mi與平均值A(chǔ)的差稱為殘余誤差或殘差。

表征測(cè)量結(jié)果與真值之間的一致性---系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合反映

精度:表征測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)表征測(cè)量結(jié)果接近真值的程度---系統(tǒng)誤差大小的反映準(zhǔn)確度：精密度：反映測(cè)量結(jié)果的分散程度（針對(duì)重復(fù)測(cè)量而言）--表示隨機(jī)誤差的大小精確度：圖(A)圖(B)圖(C)一個(gè)精確的測(cè)量要兼顧精密度和準(zhǔn)確度精密度高準(zhǔn)確度低精密度低準(zhǔn)確度高精度高二、誤差產(chǎn)生原因測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因：人類(lèi)對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的局限性；測(cè)量器具不準(zhǔn)確；測(cè)量手段不完善；測(cè)量條件發(fā)生變化；測(cè)量人員疏忽或錯(cuò)誤等。控制測(cè)量誤差的意義：是衡量測(cè)量技術(shù)水平，以至于科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。當(dāng)測(cè)量誤差超過(guò)一定限度，使測(cè)量結(jié)果無(wú)意義，甚至有危害。三、誤差分類(lèi)１、按表示方法分（1）絕對(duì)誤差；（2）相對(duì)誤差；(3)引用誤差2、按使用時(shí)工作條件分（1）基本誤差；（2）附加誤差3、按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分（1）系統(tǒng)誤差；（2）隨機(jī)誤差；（3）粗大誤差基本誤差指儀表在規(guī)定的正常工作條件下所產(chǎn)生的誤差。附加誤差指儀表使用時(shí)偏離規(guī)定的正常工作條件所產(chǎn)生的誤差。誤差=基本誤差+附加誤差定義：在多次等精度測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或當(dāng)條件改變時(shí)按某種規(guī)律變化的誤差，簡(jiǎn)稱系差。系統(tǒng)誤差(Systemerror

)

系統(tǒng)誤差常見(jiàn)的變化規(guī)律綜合誤差分布特征測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)原理及制作上的缺陷采用近似的測(cè)量方法或近似的計(jì)算公式等測(cè)量環(huán)境條件與儀器使用要求不一致等測(cè)量人員讀數(shù)習(xí)慣等造成的誤差例如溫度、濕度電磁場(chǎng)變化例如儀表刻度的讀取系統(tǒng)誤差(Systemerror

)1、產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因：（3）種類(lèi)：恒值系差：其誤差的數(shù)值和符號(hào)不變。變值系差周期性累進(jìn)性（2）特點(diǎn)具有一定的規(guī)律性，可以消除或是減小特定的測(cè)量應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)膬x器；確定儀器誤差的大小后應(yīng)用修正系數(shù)；用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于儀器系統(tǒng)誤差可以采用一些方法避免：例如，某儀表刻度盤(pán)分度不準(zhǔn)確，就會(huì)造成讀數(shù)偏大或偏小，從而產(chǎn)生恒值系統(tǒng)誤差。

——調(diào)整零點(diǎn)，消除誤差例如，溫度、氣壓等環(huán)境條件的變化和儀表電池電壓隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸下降，則可能產(chǎn)生變值系統(tǒng)誤差。

——進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，減小誤差殘余誤差觀察法：這種方法是根據(jù)測(cè)量值的殘余誤差的大小和符號(hào)的變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形判斷有無(wú)變化的系統(tǒng)誤差。下圖中把殘余誤差按測(cè)量值先后順序排列，圖（a）的殘余誤差排列后有遞減的變值系統(tǒng)誤差，圖（b）則可能有周期性系統(tǒng)誤差。殘余誤差變化規(guī)律

隨機(jī)誤差(Randomerror)定義：對(duì)同一量值進(jìn)行多次等精度測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)均以不可預(yù)定的方式無(wú)規(guī)則變化的誤差。（1）產(chǎn)生的原因測(cè)量人員感覺(jué)器官的無(wú)規(guī)則變化而造成的讀數(shù)不穩(wěn)定等。溫度及電源電壓的無(wú)規(guī)則波動(dòng)，電磁干擾，地基振動(dòng)等。噪聲、零部件配合的不穩(wěn)定、摩擦、抵觸不良等。許多獨(dú)立的、微小的，偶然的因素引起的綜合結(jié)果彩票搖獎(jiǎng)（2）特點(diǎn)：有界性，對(duì)稱性，相消性，單峰性。有界性：隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過(guò)一定界限。對(duì)稱性：絕對(duì)值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)幾乎相同。相消性：隨機(jī)誤差有相互抵消的特性。單峰性：絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多（概率密度大）具有這樣特性的事件稱之為服從正態(tài)分布（高斯分布），正態(tài)分布的概率密度：測(cè)量值分布中心可用求算術(shù)平均值的方法求得：——樣本均值。

測(cè)量值的可靠性（偏離真值的程度）可用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)評(píng)價(jià)：或用σ的估計(jì)值隨機(jī)誤差的分布與測(cè)量值相同，只是μ＝０。置信系數(shù)：

其數(shù)值與誤差出現(xiàn)的概率有關(guān)，設(shè)測(cè)量值x落在區(qū)間的(置信)概率

當(dāng)t值不同時(shí),概率不同若取t=1則p=68.26%t=2，p=95.45%t=3，p=99.73%，接近于100%而測(cè)量值超過(guò)|u+-3σ|的概率很小,認(rèn)為不可能出現(xiàn)。--t稱為置信系數(shù)---置信區(qū)間---α稱為置信水平所以,單次測(cè)量值的極限隨機(jī)誤差可定義為:例1：重復(fù)多次測(cè)量某混合氣體中氧含量，得到讀數(shù)平均值為11.75%，有68.3%的測(cè)量值的誤差在±0.5%，若該誤差服從正態(tài)分布，測(cè)量值在[10.25%，13.25%]的置信區(qū)間內(nèi)，其出現(xiàn)的概率是多少？99.7%。（3）對(duì)測(cè)量值的影響隨機(jī)誤差總是不可避免的。而且在同一條件下，重復(fù)進(jìn)行的多次測(cè)量中，它或大或小，或正或負(fù)，既不能用實(shí)驗(yàn)方法消除，也不能修正?？梢酝ㄟ^(guò)多次測(cè)量取平均值的辦法，來(lái)減少隨機(jī)誤差對(duì)結(jié)果的影響，或用其它數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)隨機(jī)誤差加以處理。粗大誤差(Abnormalerror)定義：在一定的測(cè)量條件下，測(cè)得值明顯地偏離實(shí)際值所形成的誤差。（1）產(chǎn)生粗大誤差的主要原因：主要由人為因素造成的。測(cè)量方法不當(dāng)或錯(cuò)誤測(cè)量操作疏忽或失誤等測(cè)量條件的突然變化例如讀錯(cuò)、記錯(cuò)等例如雷電干擾、機(jī)械沖突等產(chǎn)生粗大誤差的一個(gè)例子大自然強(qiáng)大的干擾四、誤差的處理系統(tǒng)誤差的處理避免+修正

隨機(jī)誤差的處理

粗大誤差的處理剔除

系統(tǒng)誤差的處理系統(tǒng)誤差的綜合系統(tǒng)誤差的分配例2：某儀表的技術(shù)說(shuō)明指出：當(dāng)儀表在環(huán)境溫度20℃+5℃、電源電壓200V+5%、濕度<80%時(shí)的基本誤差為2.5%。若環(huán)境溫度超出該范圍，則將產(chǎn)生0.2%/℃誤差；電源電壓變化±10%時(shí)，則將產(chǎn)生±2%的附加誤差；濕度>80%時(shí)也將產(chǎn)生1%的附加誤差，現(xiàn)在35℃時(shí)使用該表，濕度>80%，電源電壓為220V,試估計(jì)測(cè)量誤差。解：取個(gè)分量的極限值：, 基本誤差：溫度附加誤差：濕度附加誤差：考慮最不利情況，則各誤差處在最大處：電源附加誤差：例3：用如圖所示的電位差計(jì)測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Ex，已知：I1=4mA，I2=2mA，

R1=5+0.01Ω,R2=10+0.01Ω,Rp=10±0.005Ω,現(xiàn)假定檢流計(jì)G、上支路電流I1和下支路電流I2的誤差忽略不計(jì)，且測(cè)量時(shí)隨機(jī)誤差暫不考慮。求當(dāng)Ex=20mV時(shí)，電位差計(jì)的測(cè)量誤差有多大？分配原則：

實(shí)事求是原則先易后均原則經(jīng)濟(jì)性相消性原則元器件誤差無(wú)法定量時(shí)，取最大允許誤差系統(tǒng)誤差的分配例4：有一電位差計(jì)如圖所示，現(xiàn)假定檢流計(jì)G的誤差忽略不計(jì)，且R1=10Ω,R2=10Ω,Rp=5Ω,R3=490Ω,R4=235Ω,當(dāng)隨機(jī)誤差不考慮時(shí)，問(wèn)個(gè)電阻的誤差如何分配，才能保證其測(cè)量誤差小于1%。

含有粗大誤差的測(cè)量值稱為壞值或異常值。壞值應(yīng)從測(cè)量結(jié)果中剔除。在實(shí)際測(cè)量工作中，由于粗大誤差的誤差數(shù)值特別大。容易從測(cè)量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有粗大誤差，可以認(rèn)為該次測(cè)量無(wú)效，測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)剔除，從而消除它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。粗大誤差的處理粗大誤差剔除方法：的殘差③如果，則此可疑值應(yīng)剔除；1、簡(jiǎn)單檢驗(yàn)法：①先將可疑值除外，計(jì)算用其余數(shù)據(jù)的平均值及平均殘差②計(jì)算可疑值與2、3σ（萊以達(dá)）準(zhǔn)則通常把等于3σ的誤差稱為極限誤差，作為鑒別限。3σ準(zhǔn)則就是如果一組測(cè)量數(shù)據(jù)中某個(gè)測(cè)量值的殘余誤差的絕對(duì)值|vi|>3σ時(shí)，則該測(cè)量值為可疑值（壞值），應(yīng)剔除。粗大誤差剔除方法：3、格羅布斯（Grubbs）檢驗(yàn)法某個(gè)測(cè)量值的殘余誤差的絕對(duì)值|vi|＞g0σ，則判斷此值中含有粗大誤差，應(yīng)予剔除，即格拉布斯準(zhǔn)則。g0值與重復(fù)測(cè)量次數(shù)n和置信概率Pa有關(guān)，見(jiàn)表2-2。隨機(jī)誤差的處理YN檢查剔除粗大誤差五、誤差的傳遞對(duì)于間接測(cè)量值Y，與互相獨(dú)立的直接測(cè)量值有如下函數(shù)關(guān)系：并且的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為考慮Y的標(biāo)準(zhǔn)偏差誤差傳遞法則：

1、簡(jiǎn)單情況：X1的誤差為X2的誤差為由可得：相互獨(dú)立所以2、任意線性組合情況3、一般情況不等精度直接測(cè)量的權(quán)與誤差

在不等精度測(cè)量時(shí)，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行m組測(cè)量，得到m組測(cè)量列（進(jìn)行多次測(cè)量的一組數(shù)據(jù)稱為一測(cè)量列）的測(cè)量結(jié)果及其誤差，它們不能同等看待。精度高的測(cè)量列具有較高的可靠性，將這種可靠性的大小稱為“權(quán)”。

“權(quán)”可理解為各組測(cè)量結(jié)果相對(duì)的可信賴程度。測(cè)量次數(shù)多，測(cè)量方法完善，測(cè)量?jī)x表精度高，測(cè)量的環(huán)境條件好，測(cè)量人員的水平高，則測(cè)量結(jié)果可靠，其權(quán)也大。權(quán)是相比較而存在的。

權(quán)的計(jì)算方法：

權(quán)用符號(hào)p表示，有兩種計(jì)算方法：①用各組測(cè)量列的測(cè)量次數(shù)n的比值表示，并取測(cè)量次數(shù)較小的測(cè)量列的權(quán)為1，則有

p1∶p2∶…∶pm=n1∶n2∶…∶nm②用各組測(cè)量列的標(biāo)準(zhǔn)差平方的倒數(shù)的比值表示，并取誤差較大的測(cè)量列的權(quán)為1，則有p1∶p2∶…∶pm=

加權(quán)算術(shù)平均值不同于一般的算術(shù)平均值，應(yīng)考慮各測(cè)量列的權(quán)的情況。若對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行m組不等精度測(cè)量，得到m個(gè)測(cè)量列的算術(shù)平均值，相應(yīng)各組的權(quán)分別為p1,p2,…,pm，則加權(quán)平均值可用下式表示：加權(quán)算術(shù)平均值

加權(quán)算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差當(dāng)進(jìn)一步計(jì)算加權(quán)算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差時(shí)，也要考慮各測(cè)量列的權(quán)的情況，可由下式計(jì)算：§檢測(cè)方法及基本概念§檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析1、檢測(cè)方法的分類(lèi)測(cè)量方法：實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方

法，稱為測(cè)量方法。

根據(jù)獲得測(cè)量值的方法分為：直接測(cè)量：電流表測(cè)電流、彈簧秤稱重量間接測(cè)量：若干個(gè)被測(cè)量及測(cè)量量的情況電子卡尺(直接測(cè)量)開(kāi)環(huán)測(cè)量：閉環(huán)測(cè)量：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高傳感器輸入量x輸出量y傳感器輸入量x輸出量y放大反向傳感器開(kāi)環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量

根據(jù)測(cè)量方式分為：偏差式測(cè)量：用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的量值。模擬電流/壓表、體重秤等。零位式測(cè)量：指零儀表指零時(shí)，被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相等。天平、電位差計(jì)等。微差式測(cè)量：將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差法測(cè)得此差值。游標(biāo)卡尺等。

根據(jù)測(cè)量條件分為：等精度測(cè)量：用相同儀表與測(cè)量方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。不等精度測(cè)量：用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法，或在環(huán)境條件相差很大時(shí)對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。

根據(jù)被測(cè)變量特點(diǎn)分為：強(qiáng)度變量檢測(cè)：溫度、壓力、電壓等。容量變量檢測(cè)：長(zhǎng)度、重量、熱量等。

根據(jù)傳感原件能量供給方式分為：能量變換型：熱電偶能量控制型：熱電阻

根據(jù)被測(cè)量變化的快慢分為：靜態(tài)測(cè)量：是指被測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中認(rèn)為是固定不變的，對(duì)這種被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的方法為靜態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量不需要考慮時(shí)間因素對(duì)測(cè)量的影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量：是指被測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中是隨時(shí)間不斷變化的，對(duì)這種被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的方法為動(dòng)態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量地震測(cè)量振動(dòng)波形

根據(jù)測(cè)量敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸可分為：接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量

非接觸式測(cè)量

例：雷達(dá)測(cè)速車(chē)載電子警察

根據(jù)被測(cè)量是否在加工過(guò)程中可分為：離線測(cè)量在線測(cè)量產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)（離線測(cè)量）汽車(chē)凸輪軸主軸徑多砂輪磨床的工作示意圖在線測(cè)量2、檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析檢測(cè)系統(tǒng)基本功能——信號(hào)轉(zhuǎn)換與選擇；基準(zhǔn)保持與比較；顯示與操作。檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)方程：檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型標(biāo)定——改變輸入量u，記錄輸出量y的過(guò)程檢測(cè)——在標(biāo)定的基礎(chǔ)上由y求u的解逆問(wèn)題的過(guò)程。信號(hào)轉(zhuǎn)換基本條件：輸入與輸出間關(guān)系確定：設(shè)—

—分別是被檢測(cè)量（輸入信號(hào)）和測(cè)量值（輸出信號(hào)）信號(hào)選擇性如：利用金屬絲電阻值變化（與種類(lèi)、形狀、溫度有關(guān)）的檢測(cè)：選擇必要的信號(hào)，消除（有時(shí)可主動(dòng)消除）其他變量的影響，以提高檢測(cè)精度。檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析補(bǔ)償結(jié)構(gòu)差分結(jié)構(gòu)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)結(jié)論：補(bǔ)償結(jié)構(gòu)必須有檢測(cè)干擾的傳感器，且其特性與檢測(cè)用傳感器特性在干擾量變化范圍內(nèi)應(yīng)相一致——這決定補(bǔ)償精度。

補(bǔ)償后結(jié)果輸出y為：差分結(jié)構(gòu)

由于對(duì)稱作用，可以保證：差分結(jié)構(gòu)結(jié)論：A、差動(dòng)結(jié)構(gòu)起到了線性化作用，也提高了被檢測(cè)量的變化量的靈敏度。B、若為的單函數(shù)線性組合，則則干擾量的影響可以完全消除（完全補(bǔ)償）。C、差動(dòng)結(jié)構(gòu)采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能?chē)?yán)格滿足很容易實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)所選擇的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。如：天平、電橋、差動(dòng)變壓器等。，溫度檢測(cè)

日常生活中,人們通常用溫度來(lái)表示物體的冷熱程度。實(shí)質(zhì)上,溫度反映了物體分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志,分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大,分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,物體的溫度越高,在宏觀上即表現(xiàn)為物體越熱。

由于不同物質(zhì)的不同物理特性與溫度有著不同的關(guān)系，因此即使用同一物質(zhì)的不同特性，或不同物質(zhì)的同一種特性對(duì)同一個(gè)溫度進(jìn)行測(cè)量，也會(huì)得出不同的量值，這就需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)溫度單位，即溫標(biāo)。4.1溫標(biāo)

世界上第一支溫度計(jì)是1597年由伽利略（G.Galileo）發(fā)明的。最早發(fā)明而且有重要意義的溫度計(jì)是1641年意大利的FerdinandⅡ發(fā)明的封口式的玻璃酒精溫度計(jì),它具有溫度計(jì)的雛形,但因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有溫標(biāo),這支溫度計(jì)也就由于沒(méi)有溫標(biāo)為依據(jù)而被淘汰。

溫標(biāo)是用來(lái)度量物體溫度高低的標(biāo)尺，只有在確定溫標(biāo)之后,溫度計(jì)量才有實(shí)際意義。1）首先應(yīng)規(guī)定一系列恒定的溫度作為固定點(diǎn)

通常用純物質(zhì)的三相點(diǎn)、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變點(diǎn)等作為溫度計(jì)量的固定點(diǎn),并賦予固定點(diǎn)一個(gè)確定的溫度。2）然后選擇一個(gè)隨溫度變化而呈線性或一定函數(shù)關(guān)系變化的物理參量作為溫度指示的標(biāo)志溫標(biāo)的三要素：定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式

1經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)——借助某一物質(zhì)的物理量和溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)主要有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo) 缺點(diǎn):(1)不同溫標(biāo)所確定的溫度數(shù)值不同

(2)不能保證各國(guó)采用的基本測(cè)溫單位完全一致2熱力學(xué)溫標(biāo)——理論溫標(biāo)，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)3國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)——協(xié)商決定，既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度，又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)

我國(guó)是從1991年7月正式執(zhí)行1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)的,這是統(tǒng)一我國(guó)溫度量值的法定標(biāo)準(zhǔn),一切溫度計(jì)量必須以此為準(zhǔn)。華氏溫標(biāo)

1714年,德國(guó)的華林海特（G.D.Fahrenheit）不僅制造出了水銀溫度計(jì),而且第一次提出了自己的溫標(biāo),后來(lái)被人們稱為華氏溫標(biāo)。起初華林海特是將冰水加鹽的混合液體的溫度作為0度,把人體的溫度作為100度,以這兩個(gè)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)改為水的冰點(diǎn)為32度,水的沸點(diǎn)為212度,在兩者中間分180等份,形成了華氏溫標(biāo)，單位為F。1742年瑞典的攝爾薩斯（A.Celsius）提出了攝氏溫標(biāo),他原來(lái)的方案是以水的沸點(diǎn)為0度,水的冰點(diǎn)為100度。次年法國(guó)人克里斯?。–hristian）把兩個(gè)溫度倒過(guò)來(lái),水的冰點(diǎn)為0度,水的沸點(diǎn)為100度,兩者之間分100等份,就成了沿用至今的攝氏溫標(biāo)，單位符號(hào)為℃。攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)

1848年,英國(guó)的開(kāi)爾文（L.Kelvin）提出了以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的熱力學(xué)溫標(biāo),即以熱力學(xué)定律中的卡諾原理作為熱力學(xué)溫標(biāo)的理論依據(jù)。華氏和攝氏溫標(biāo)都與特定的物質(zhì)有關(guān),熱力學(xué)溫標(biāo)則與特定的物質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān),并以水三相點(diǎn)為基準(zhǔn),因此具有穩(wěn)定性、唯一性、復(fù)現(xiàn)性和客觀性。熱力學(xué)溫度也稱為絕對(duì)溫度,單位為開(kāi)爾文（K）。

卡諾定律指出，一個(gè)工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機(jī)，其效率只與熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱機(jī)從溫度為T(mén)2的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為T(mén)1的冷源的熱量為Q1，則有

人們發(fā)現(xiàn)水的三相點(diǎn)(273.16K)的穩(wěn)定性能長(zhǎng)期維持在0.1mK范圍內(nèi)。因此，1954年第10屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用水的三相點(diǎn)作為熱力學(xué)溫際的基本固定點(diǎn)，此溫標(biāo)的表達(dá)式為：攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的數(shù)值關(guān)系為： TK=273.16+tC

或

tC=TK-273.16各溫標(biāo)間數(shù)值的換算關(guān)系如下:攝氏溫度與華氏溫度的數(shù)值關(guān)系為：TK表示熱力學(xué)溫度,單位為K;tC表示攝氏溫度,單位為℃;tF表示華氏溫度,單位為F4.2溫度檢測(cè)的主要方法和分類(lèi)1、溫度檢測(cè)方法的分類(lèi)根據(jù)測(cè)溫方式（介質(zhì)與敏感元件是否接觸）（1）接觸式（2）非接觸式根據(jù)工作原理（1）膨脹式（2）壓力式（3）熱電阻（4）熱電偶（1）接觸式測(cè)溫接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。例如：膨脹式溫度計(jì)包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)電阻式溫度計(jì)包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)熱電式溫度計(jì)包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計(jì)以及其它原理的溫度計(jì)

（2）非接觸式測(cè)溫

非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。例如：輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)4.3熱電偶及測(cè)溫原理

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測(cè)量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

熱電偶是當(dāng)前熱電測(cè)溫中普遍使用的一種感溫元件，它的工作原理是基于熱電效應(yīng)。一、熱電效應(yīng)如右圖所示，兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A、B串接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)處的溫度不同，即T≠T0，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì)，也稱熱電動(dòng)勢(shì)，常用EAB(T，T0)表示。同時(shí)在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。幾個(gè)概念：熱電極：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B，稱為熱電極；熱電偶：閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的組合，稱為熱電耦；工作端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度高的一端，稱為工作端（熱端、測(cè)量端）；參比端：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度低的一端，稱為參比端；（冷端、自由端）熱電動(dòng)勢(shì)：兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)＋單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)；ABTT0結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB二、熱電偶回路熱電勢(shì)

接觸電勢(shì)，佩爾杰效應(yīng)溫差電勢(shì)，湯姆遜效應(yīng)熱電勢(shì)EAB(T,T0)1.佩爾杰（Peltier）效應(yīng)

兩種同溫度不同導(dǎo)體材料A和B互相接觸，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，在兩接觸點(diǎn)處產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為佩爾杰電勢(shì)，又稱接觸電勢(shì)。其中：k—波爾茲曼常數(shù):

T—節(jié)點(diǎn)所處溫度；

e—電子電荷

NA、NB—導(dǎo)體A、B的電子密度；若，則。結(jié)論：電子密度高的材料電位高。產(chǎn)生接觸電勢(shì)的主要原因：①不同材料具有不同的自由電子密度；②兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸面會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位，表示為：熱電偶回路中，總的接觸電勢(shì)為：ABTT02.湯姆遜（Thomson）效應(yīng)

對(duì)于均質(zhì)的單一導(dǎo)體，若單一導(dǎo)體兩端溫度不同，有溫度梯度時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將從溫度高的一端向溫度低的一端擴(kuò)散，并在溫度較低一端聚集起來(lái)，使導(dǎo)體內(nèi)建立起一電場(chǎng)。當(dāng)這電場(chǎng)對(duì)電子的作用力與擴(kuò)散力向平衡時(shí)，擴(kuò)散作用立即停止。電場(chǎng)產(chǎn)生的電勢(shì)稱為湯姆遜電勢(shì)或溫差電勢(shì)。產(chǎn)生溫差電勢(shì)的主要原因：①導(dǎo)體中自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能；②電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，因而高溫端帶正電，低溫端帶負(fù)電，形成靜電場(chǎng)，并阻礙電子擴(kuò)散；當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩端產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，稱為溫差電勢(shì)，表示為：其中：—湯姆遜系數(shù)，表示單一導(dǎo)體兩端單位溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)，與材料性質(zhì)和兩端溫度有關(guān)。若，則，反之亦然。熱電偶回路熱電勢(shì)熱電偶回路中，總的溫差電勢(shì)為：熱電偶回路中，總的溫差電勢(shì)為：熱電偶回路中，總的接觸電勢(shì)為：熱電偶回路中，總的熱電勢(shì)為：ABTT0熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論：如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，即NA=NB，σA=σB，則無(wú)論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零。必須采用兩種不同的材料作為熱電極。如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦為零。溫差電勢(shì)接觸電勢(shì)所以形成熱電勢(shì)的兩個(gè)必要條件：兩種導(dǎo)體的材料不同；節(jié)點(diǎn)所處的溫度不同；3.工程實(shí)際中，標(biāo)定熱電偶時(shí)，令：則：