第3章 检测技术及方法分析

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1、主要内容主要内容v检测方法及其基本概念检测方法及其基本概念v检测系统模型与结构分析检测系统模型与结构分析v提高检测精度的方法提高检测精度的方法v多元化检测技术多元化检测技术3.3.检测技术及方法分析检测技术及方法分析2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统2传感器与执行器传感器与执行器：获取：获取检测对象所处状态的传检测对象所处状态的传感器，以及控制并调节感器，以及控制并调节对象状态的执行器。对象状态的执行器。系统界面系统界面：监控仪器与：监控仪器与其他系统之间信息往来。其他系统之间信息往来。操作界面操作界面：操作人员与：操作人员与仪器装置之间的界面。仪器装置之间的界面。图图3-1 3-1

2、 检测与控制仪器与外界环境检测与控制仪器与外界环境之间的三种界面之间的三种界面传感器的好坏直接影传感器的好坏直接影响仪表的质量，对它响仪表的质量，对它的的要求要求有：有：准确性准确性：稳定性稳定性：灵敏性灵敏性：其它其它：经济性、耐腐经济性、耐腐蚀性、低能耗蚀性、低能耗等。等。信息的输入端口信息的输入端口, , 完成完成信信号的检测与转换，号的检测与转换，是整个是整个系统中的关键。系统中的关键。检测及控制装置与外界环境之间的三种界面关系：检测及控制装置与外界环境之间的三种界面关系：2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统3传感器定义及组成：传感器定义及组成：n定义：传感器是一种以测量为目的

3、，以一定的定义：传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于处理的另一种物理量的测量器件，其输出多为处理的另一种物理量的测量器件，其输出多为易处理的电量，如电流、电压、频易处理的电量，如电流、电压、频 率等。率等。n传感器由敏感元件、传感元件和转换电路三部传感器由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。分组成。敏感元件敏感元件传感元件传感元件测量转换电路测量转换电路非电量非电量（被测量）（被测量）非电量非电量电参量电参量电量电量2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统4传感器传感器(sensor, transducer)

4、种类很多，它的种类很多，它的分类分类方法有很多种：方法有很多种：1.1. 根据根据检测对象检测对象分类，如温度、压力、位移等。分类，如温度、压力、位移等。2.2. 从从传感器原理或反应效应传感器原理或反应效应分类，如热阻分类，如热阻/ /热电热电/ /压阻压阻/ /电磁感应电磁感应/ /霍尔霍尔/ /光电光电/ /压电等。压电等。3.3. 根据传感器的根据传感器的材料材料分类，如导电体、半导体等。分类，如导电体、半导体等。4.4. 按按应用领域应用领域分类，如化工、纺织、造纸、环保等分类，如化工、纺织、造纸、环保等5. 5. 按按输出信号形式输出信号形式分类，如模拟和数字式等。分类，如模拟和数

5、字式等。6. 6. 按按反映形式或能量供给方式反映形式或能量供给方式分类，如能动型和被动分类，如能动型和被动型、能量变换型和能量控制型等。型、能量变换型和能量控制型等。2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统53.1 3.1 检测方法及基本概念检测方法及基本概念3.1.1 3.1.1 开环开环(open loop)型检测与闭环型检测与闭环(closed loop)型检测型检测开环型检测系统如图开环型检测系统如图 ( (a)a)所示。所示。对象对象信息处理器信息处理器传感器传感器输出输出(a)闭环型检测系统如图闭环型检测系统如图 ( (b)b)所示。所示。+反变换器反变换器变换器变换器放大器

6、放大器被测量被测量输出输出-(b)平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统63.1.23.1.2 直接检测与间接检测直接检测与间接检测直接检测直接检测与同类基准进行简单比较。一般可直与同类基准进行简单比较。一般可直接读出被测量的量值。接读出被测量的量值。 比如：用电压表测电压、温度计测温度等比如：用电压表测电压、温度计测温度等。间接检测间接检测测量与被测量有一定关系的测量与被测量有一定关系的2 2个或个或2 2个个以上物理量，然后再推算出被测量。以上物理量，然后再推算出被测量。 比如，测量电流和电阻求电压、比如，测

7、量电流和电阻求电压、v=L/tv=L/t。间接测量需要进行间接测量需要进行2 2次以上的测量，一般要分析误差的传递。次以上的测量，一般要分析误差的传递。2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统7 3.1.3 3.1.3 绝对检测与比较检测绝对检测与比较检测绝对检测绝对检测由基本物理量测量而决定被测量的方法由基本物理量测量而决定被测量的方法。 例如，用水银压力计测压力时，从水银柱的高度、密度、和例如，用水银压力计测压力时，从水银柱的高度、密度、和重力加速度等基本量测量决定压力值。重力加速度等基本量测量决定压力值。比较检测比较检测与同种类量值进行比较而决定测量值的与同种类量值进行比较而决定测量

8、值的方法称为方法称为比较检测方法比较检测方法。 例如用弹簧管压力计测量压力时，要用已知压力校正压力计例如用弹簧管压力计测量压力时，要用已知压力校正压力计的刻度，被测压力使指针摆动而指示的压力是通过比较或校正得的刻度，被测压力使指针摆动而指示的压力是通过比较或校正得出的。出的。例：曹冲称象例：曹冲称象方法：比较法；方法：比较法；装置：船、石头、小秤；装置：船、石头、小秤；检查、测量，从而得到定量结果；检查、测量，从而得到定量结果；2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统83.1.4 3.1.4 偏差法与零位法偏差法与零位法偏差法偏差法(difference method)也叫非零检测法。一般

9、为开也叫非零检测法。一般为开环型结构，增益大。结构简单，测量结果直观。（环型结构，增益大。结构简单，测量结果直观。（如弹簧如弹簧秤称重秤称重）信号转换需要的能量要从被测对象上获得。这样，）信号转换需要的能量要从被测对象上获得。这样，会使检测仪器的状态发生变动。（会使检测仪器的状态发生变动。（例如，用接触式温度计测量温例如，用接触式温度计测量温度，热量会被温度计吸收度，热量会被温度计吸收）这种开环检测对排除干扰很不利。）这种开环检测对排除干扰很不利。零位法零位法(null method)是反馈型闭环检测方法。采取与同是反馈型闭环检测方法。采取与同类的已知量取平衡的方法进行测量。（类的已知量取平衡

10、的方法进行测量。（如用天平测量质量如用天平测量质量）零位法的平衡操作绝大多数已经完全自动化。（零位法的平衡操作绝大多数已经完全自动化。（电位差计、电位差计、平衡电桥等平衡电桥等）2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统93.1.5 3.1.5 强度变量检测与容量变量检测强度变量检测与容量变量检测强度变量检测：强度变量检测：力、压力、温度、电压等表示作用的大小，力、压力、温度、电压等表示作用的大小，与体积（空间）、质量与体积（空间）、质量的称强度变量；的称强度变量；容量变量检测：容量变量检测：长度、重量、热量、电流等与占据空间相长度、重量、热量、电流等与占据空间相关，与体积、质量关，与体积、

11、质量的，为容量变量。的，为容量变量。Intensive/Extensive Variable，与空间、质量有无关系；，与空间、质量有无关系；输入输出端共轭存在的变量；输入输出端共轭存在的变量；乘积表示能量乘积表示能量 ；一方为一方为信号变量信号变量传递信息传递信息，另一方为误差变量；，另一方为误差变量；传感器传感器容量变量容量变量A A容量变量容量变量B B强度变量强度变量A A强度变量强度变量B B热电偶热电偶热流热流电流电流温度差温度差热电势热电势2022-5-30自动检测技术及仪表控制系统10 以热电偶测温为例，温度差即强度变量是输入信以热电偶测温为例，温度差即强度变量是输入信号，输出信