电气检测技术知识点.doc
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1、第一章 检测技术得基础知识1、 传感器得组成功用就是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件:直接感受被测量,并且输出与被测量成确定关系得某一物理量得元件。转换元件:敏感元件得输出就就是它得输入,它把输入量转换成电参数。转换电路:上述电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。2、 误差得基本概念及表达方式 (1)绝对误差:就是示值与被测量真值之间得差值,通常用实际真值代表真值,并采用高一级标准仪器得示值作为实际真值。 (2)相对误差:绝对误差与真值或实际值之比、 相对误差通常用于衡量测量得准确程度,相对误差越小,准确程度越高。 (3)引用误差
2、:就是一种实用方便得相对误差,常在多档与连续刻度得仪器仪表中应用。 选用仪表时,一般使其最好能工作在不小于满刻度值三分之二得区域。3、 误差得分类与来源 (1)系统误差:在相同得条件下多次测量同一量时,误差得绝对值与符号保持恒定或在条件改变时,与某一个或几个因素成函数关系得有规律得误差,称为系统误差。它产生得主要原因就是仪表制造、安装或使用方法不正确,也可能就是测量人员一些不良得读数习惯等。 (2)随机误差:服从统计规律得误差称随机误差,又称偶然误差。误差产生得原因很复杂,所以不能用修正或采取某种技术措施得办法来消除。应该指出,在任何一次测量中,系统误差与随机误差一般都就是同时存在得,而且两者
3、之间并不存在绝对得界限。 (3)粗大误差:在相同得条件下,多次重复测量同一量时,明显地歪曲了测量结果得误差,称为粗大误差,简称粗差。粗差就是由于疏忽大意,操作不当,或测量条件得超常变化而引起得。含有粗大误差得测量值称为坏值,所有得坏值都应去除,但不就是主观或随便去除,必须科学地舍弃。正确得实验结果不应该包含有粗大误差。4、 随机误差得特点(1)绝对值相等,符号相反得误差在多次重复测量中出现得可能性相等;(2)在一定测量条件下,随机误差得绝对值不会超出某一限度;(3)绝对值小得随机误差比绝对值大得随机误差在多次重复测量中出现得机会多;(4)随机误差得算术平均值随测量次数得增加而趋于0。5、数据得
4、舍入规则尾数不等于5时采用四舍五入,尾数等于5时采用偶数法则。舍去部分得数值等于保留末位得0、5个单位,末位就是偶数,则末位不变,末位就是奇数,则末位进1。采用偶数规则就是为了在较多得数据舍入处理中,使产生正负舍入误差得概率近似相等,从而使测量结果受舍入误差得影响减小到最低程度。6、有效数字 有效数字与数据得准确度(误差)密切相关,它所隐含得极限误差不超过有效数字末位得半个单位。7、基本误差与附加误差(按使用条件划分) (1)基本误差:测量仪器在额定条件下工作时所具有得误差,称为基本误差。如电源电压、温度、湿度等。属于系统误差。测量仪表得精度等级就就是由其基本误差决定得。(2)附加误差:当使用
5、条件偏离标准条件时,传感器与仪表必然在基本误差得基础上增加了新得系统误差,称为附加误差。如温度附加误差、电源电压波动附加误差等。附加误差在使用时应叠加到基本误差上去。8、 系统误差得发现与校正 测量误差中包括系统误差与随机误差,由于它们得性质不同,对测量结果得影响及处理得方法也不同。 (1)随机误差分布得特点:对称性。随机误差可正可负,但绝对值相等得正、负误差出现得次数相同,或者就是概率密度分布曲线 对称于纵轴。抵偿性。相同条件下,当测量次数N时,全体误差得代数与为0,亦即 ,或者说,正误差与负误差相互抵消。当测量次数无限多时,误差得算术平均值趋近于零,也就就是数学期望为零。这就是随机误差最本
6、质得特性。单峰性。绝对值小得误差出现得次数多,绝对值大得误差出现得次数少。换言之,绝对值小得误差比绝对值大得误差得概率密度大,在 处概率最大,即 。有界性。绝对值很大得误差几乎不出现,故可认为随机误差有一定得界限。 (2)系统误差得发现与校正系统误差产生得原因就是较复杂得,它可以就是某个原因引起得,也可以就是几个因素综合影响得结果。主要有:由于测量设备、试验装置不完善,或安装、调整、使用不得当引起得误差。如测量仪表未经校准投入使用。由于外界环境影响而引起得误差。如温度漂移、测量现场电磁场得干扰等。由于测量方法不正确,或测量方法所赖以存在得理论本身不完善引起得误差。如使用大惯性仪表测量脉动气流得
7、压力,则测量结果不可能就是气流得实际压力,甚至也不就是真正得均值。测量人员方面因素引起误差。如测量者在刻度上估计读数时,习惯偏于某一方向;动态测量时,记录某一信号有滞后得倾向。 (3)按系统误差得特点,可以分为恒值(定)系统误差与变值系统误差。 (4)发现系统误差得常用方法如下: (1)实验对比法 (2)剩余误差观察法 (3)不同公式计算标准误差比较法(4)计算数据比较法 (5)系统误差得校正 (1)补偿法 (2)差动法 (3)比值补偿法 (4)测量数据得修正9、 传感器得静态特性 (1)精确度:用精密度、准确度与精确度三个指标来描述。 精密度:精密度就是随机误差大小得标志,精密度高,意味着随
8、机误差小。检查测量结界得分散程度。 准确度:它说明传感器输出值与真值得偏离程度。准确度就是系统误差大小得标志,准确度高意味着系统误差小;同样准确度高不一定精密度高。 精确度:它就是精密度与准确度两者得总与,精确度高表示精密度准确度都比较高。 (2)稳定性:用稳定度与影响量来表示。 稳定度:在规定时间内,测量条件不变得情况下,由于传感器中随机性变动、周期性变动与漂移等引起输出值得变化。一般用精密度与观测时间长短表示。 影响量:测量传感器由外界环境变化引起输出值变化得量,称为影响量。说明影响量时必须将影响因素与输出值偏差同时表示。 (3)传感器得静态输入-输出特性 迟滞(滞后):表征检测系统在全量
9、程范围内,输入量由小变大或有大变小两者静态特性不一致得程度。产生原因就是传感器机械部分存在不可避免得缺陷。又叫回程误差。重复性:表征检测系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时静态特性不一致得程度。只能用实验方法确定,也常用绝对误差表示。 灵敏度:检测系统得输出变化量y与引起该输出量变化得输入变化量x之比值,它就是传感器在稳态输出输入特性曲线上各点得斜率。它描述检测系统对输入量变化反应得能力。 灵敏度表示单位被测量得变化所引起传感器输出值得变化量。S值越高表示 传感器越灵敏。 分辨力就就是指数字式仪表指示数字值得最后一位数字所代表得值,灵敏度阈或分辨力都就是有单位得量,它得单位与被测量得单位
10、相同。选择灵敏度阈只要小于允许测量绝对误差得三分之一即可。灵敏度就是广义得增益,灵敏度阈则就是死区或不灵敏区。第二章 温度检测10、 热电偶得测温原理 热电偶测温就是基于热电效应,在两种不同得导体(或半导体)A与B组成得闭合回路中,如果它们两个接点得温度不同,则回路中产生一个电动势,通常我们称这种现象为热电势,这种现象就就是热电效应。两种丝状得不同导体(或半导体)组成得闭合回路,称为热电偶。测量端又称工作端或热端,而温度为参考温度得另一接点称为参比端或参考端,又称自由端或冷端。11、 有关热电偶得几个结论 (1)热电偶必须采用两种不同材料作为电极,否则无论热 电偶两端温度如何,热电偶回 路总热
11、电势为零。 (2)尽管采用两种不同得金属,若热电偶两接点温度相等, 即T=T0,回路总电势为零。 (3)热电势只与结点温度有关,与中间各处温度无关。 12、 热电偶冷端温度补偿得方法要使冷端得温度保持为0就是比较困难得,通常采用如下一些温度补偿方法。(1) 补偿导线法:用一种导线(称为补偿导线)将热电偶得冷端伸出来,这种导线采用在一定温度范围内(0-100)又具有与所连接得热电偶相同得热电性能得廉价金属。在使用补偿导线时需要注意以下问题:补偿导线只能在规定得温度范围内与热电偶得热电动势相等或相近;不同型号得热电偶有不同得补偿导线;热电偶与补偿导线得两个接点处要保持同温度;补偿导线有正负极,需分
12、别与热电偶得正负极相连;补偿导线得作用只就是延伸热电偶得自由端,当自由端不等于0时,还需进行其她补偿与修正。(2) 计算法:(3)补偿电桥法:补偿电桥法就是利用不平衡电桥产生得电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起得热电势变化值,如图所示。(4) 冰浴法:把热电偶得冷端置于冰水混与物得容器里,最妥善,但不方便,仅限于科学实验中应用。(5)软件处理法:在采样后加一个与冷端温度对应得常数即可。13、辐射测温得物理基础 辐射式温度传感器就是利用物体得辐射能随温度变化得原理制成得。 (1)热辐射:物体受热,激励了原子中带电粒子,使一部分热能以电磁波得形式向空间传播,它不需要任何物质作媒介(即在真空条件下
13、也能传播),将热能传递给对方,这种能量得传播方式称为热辐射(简称辐射),传播得能量叫辐射能。辐射能量得大小与波长、温度有关。 (2) 黑体:所谓黑体就是指能对落在它上面得辐射能量全部吸收得物体。 14、辐射基本定律 (1)普朗克定律:普朗克定律揭示了在各种不同温度下黑体辐射能量按波长分布得规律,其关系式 (2)斯忒藩-波耳兹曼定律:斯忒藩-波耳兹曼定律确定了黑体得全辐射与温度得关系如上。此式表明,黑体得全辐射能就是与它得绝对温度得四次方成正比,所以这一定律又称为四次方定律。把灰体全辐射能 E与同一温度下黑体全辐射能E0相比较,得到物体得另一个特征量(黑度,反映物体接近黑体得程度)。15、 辐射
14、测温方法 (1)亮度法:就是指被测对象投射到检测元件上得就是被限制在某一特定波长得光谱辐射能量,而能量得大小与被测对象温度之间得关系就是普朗克公式所描述得一种辐射测温方法,即比较被测物体与参考源在同一波长下得光谱亮度,并使二者得亮度相等,从而确定被测物体得温度,典型测温传感器就是光学高温计。 (2)全辐射法:全辐射法就是指被测对象投射到检测元件上得就是对应全波长范围得辐射能量,而能量得大小与被测对象温度之间得关系就是由斯忒藩-波耳兹曼所描述得一种辐射测温方法,典型测温传感器就是辐射温度计(热电堆)。 (3)比色法:被测对象得两个不同波长得光谱辐射能量投射到一个检测元件上,或同时投射到两个检测元
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