检测的基本概念

这是一篇关于检测的基本概念的思维导图，主要内容包括：传感器，电工电子测量仪表与性能，测量数据的读取，数据处理，测量误差，测量方法与分类，测量与检测。

检测的基本概念

• 测量与检测
  • 测量：借助一定一起或设备，采用一定的方法和手段，对被测对象获取表征其特征的定量信息的过程，结果是对象物理量的量值
  • 测量公式：X(被测结果)=n(比值)E(测量标准量)，包括两个部分，单位和比值大小
  • 测量三要素：装置、方法、单位
    • 装置的两个主要性能指标：量程、cl精度
    • 基本手段：计量器具
  • 检测是更广泛的测量，还包括信息提取、信号转换与传输、存储与显示等环节（测量波形，通过时差根据已知速度求距离）
• 测量方法与分类
  • 偏差法
    • 以检测仪表指针相对于刻度起始线（零线）的偏移量（即偏差）的大小来确定被测量值的大小。
    • 偏差法测量过程简单、迅速，但是当偏移量较大时，测量误差也会增大
    • 事先要对刻度进行校准
    • 压力表；弹簧秤采用偏差法测重
  • 零位法
    • 被测量和已知标准量都作用在测量装置的平衡机构上，根据指零机构示值为零来确定测量装置达到平衡，此时被测量的量值就等于已知标准量的量值
    • 零位法测量精度较高，但在测量过程中需要调整标准量以达到平衡，耗时较多
    • 天秤；电位差计；平衡电桥
  • 微差法
    • 偏差法测量和零位法测量的组合，用已知标准量的作用去抵消被测量的大部分作用，再用偏差法来测量被测量与已知标准量的差值
    • 微差法测量综合了偏差法和零位法的优点，测量精度较高，速度也比较快。特别适合于自动化生产线上的快速精确测量。
    • 假设被测量为X，与之相近的标准量B，被测量与标准量之差为A，微差法只需要用仪表测量A的沪指，则被测量的数值：X=B+A；有△X/X远小于△A/A
  • 直接测量法
  • 组合法
    • 利用直接或间接法测得一定数目的被测量的不同组合，列出一组方程，通过求极值的方法实现测量。（实际上是求使综合测量误差最小的近似真实值大小）
  • 主动式测量、被动式测量——主动需要提供能量
  • 接触式测量：金属热电阻；非接触式测量：红外测量枪测高压输电塔电缆温度
• 测量数据的读取
  • 记录的测量数据应当由准确数字、估计数字和单位三部分组成。其中，“准确数字”和“估计数字”两部分合起来称为有效数字。
  • 表示方法
    • 只允许保留一位欠准数字。在第一个非零数字前的“0”不是有效数字。数字末尾的0不能随意增减
    • 大数值与小数值要用幂的乘积形式来表示。前半部分是有效数字
    • 当有效数字位数确定以后，4舍6入5凑偶（5.435→5.44；7.265→7.26）
    • 如π，e等可按需取任意数
  • 运算规则：当测量结果需要进行中间运算时，有效数字的取舍，原则上取决参与运算的各数中精度最差的那一个数的有效数字位数。
    • 加减法：按小数点位后位数最少者进行修约，其余项数往后多取一位有效数字，项数多时可取两项2643.0+987.7+4.19+0.24≈3635.13≈3635.1
    • 乘除法：按有效数字位数最少者进行修约（0.12*1.057*23.41 ≈0.12*1.1*23=3.036 ≈3.0）
    • 乘方与开方：运算结果比原数多一位有效数字
    • 对数：取对数前后的有效数字位数相同（Ln230 ≈ 5.44）
  • 数字式仪表可直接读出被测量的量值，无需换算；指针式仪表可能需经过换算
• 测量误差
  • 简称误差，它的定义为被测量的测量值与真值之差
    • 真值μ:某一被测量在一定条件下客观存在的、实际具有的量值。
    • 相对真值A：高级标准器的误差与低级标准器或普通仪器的误差相比，为其1/5时，可认为前者的示值是后者的相对真值。在实际工作中用来代替真值。
    • 约定真值：某个物理量的标准值，代替真值
    • 标称值：与实际值存在误差
  • 测量误差的表示方法
    • 绝对误差测量值x与真值μ之差
    • 相对误差γ：绝对误差δ与真值μ的比值，用百分数来表示。（更好反应精确程度）
      • 实际相对误差：δ/A *100%（相对真值）
      • 示值相对误差：δ/x *100%（测量值）
    • 引用误差
      • γm：绝对误差δ与测量装置的量程B的比值，用百分数来表示。γm=δ/B *100%,B=Xmax-Xmin
      • 仪表的最大引用误差γmax又称为允许误差：分子为δmax，加绝对值
      • 仪表的精度等级（α）是按国家规定的允许误差大小来划分的，仪表的精度等级值越小，说明测量精度越高。
        • 最大绝对误差δmax=±B(量程)*α%
    • 不是精度越低越好，要算出示值相对误差
  • 测量误差的分类
    • 随机误差
      • 在相同的条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，所出现的数值大小和符号均无规律变化
      • 陶瓷电容压力传感器测量值受气压变化干扰随机变化
    • 随机误差和系统误差可以相互转换
      • 测量结果误差中只包含随机误差和系统误差
    • 系统误差
      • 在相同的条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，所出现的固定不变或按一定规律变化的误差。
      • 可被设法确定并消除或减少
      • 由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生。仪器误差、原理误差、方法误差等
      • 卫星星历误差:卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差
    • 粗大误差
      • 明显地偏离了被测量真值的测量值所对应的误差，称为粗大误差
      • 由主观失误或外界干扰引起，含有粗大误差的测量值称为坏值（读记数错误、计算错误、较大的干扰等）
      • 处理原则：做出正确判断，对确认的坏值予以剔除。
• 数据处理
  • 列表法、作图法
  • 线性拟合
    • 拟合函数关系
    • 表征检测仪表实测的特性曲线的偏离所选定的魔衣参考直线的程度指标称为线性度，用非线性误差表示，检测仪表的非线性误差越小越好。
    • 有理论直线法、端基直线法、最小二乘直线法等
      • 端基直线法将首尾两个点用直线连接起来
        • 端基直线线性度，△max是最大偏差值
        • 只可用于实测数据近似线性的场合
• 电工电子测量仪表与性能
  • 工作原理
    • 磁电式仪表
      • 由永久磁铁产生
      • 只能用来测直流电路，除非配整流。
    • 电磁式仪表
      • 磁场由被测电流产生
      • 可测直流交流信号
      • 可动部分的偏转角度与通过线圈的电流平方成正比
    • 电动式仪表
      • 利用通过电流的固定线圈(一个固定一个可动)代替磁电式仪表的永久磁铁
      • 可以测功率因数
    • 感应式仪表
  • 三位半：千位数最大显示为1（小于1时消隐），这位在理论上讲最大能显示2，比如在2V挡，最大显示应该是2000，但实际显示1999，和理论值还差一。那么这位理论值最大应该显示2，而实际只能显示1，就叫做1/2位。理论值为分母，实际显示最大值为分子。4位半的也同理。
  • 电流的测量
    • 分流器（并联电阻）
      • 若要其扩大n倍，分流电阻应为内阻的1/(n-1)
    • 测量交流电流，若较大，需要用到电流互感器，测出来为实际1/K
  • 直流电阻的测量
    • 1伏安法（电流表大内小外）
    • 欧姆表法
      • 原理：电流表指针的偏转角度与通过的电流成正比
    • 直流电桥法
      • 当检流计G中无电流流过时，电桥达到平衡。电桥平衡的条件为R1 R4 =R2R
      • 测量时，先将比臂R2/R4调到一定比值，然后再调节较臂R3直到电桥平衡为止。
      • 速度慢
  • 电压的测量
    • 串联倍压器
      • 若要求扩大m倍，则有R=(m-1)r
    • 交流电压，可借助电压互感器扩大电压测量量程。电压互感器类似于降压变压器
  • 测量与检测分类
• 传感器
  • 定义 作用 特点 组成 分类
    • 感受规定的被测量并按一定的规律将其转换为可用输出信号的器件或装置
    • 基本形式：非电物理量→电参数/电量
    • 传感器的组成组成：敏感元件、变换元件、辅助元件等。
      • 敏感元件：被测非电量→其他形式信号
      • 变换元件：非电量→电量（电阻、电感、电容等)
      • 辅助元件：信号调节与转换等
  • 电压电流互感器：电流二次侧不允许开路，电压互感器二次不短路，电流一二次回路可同时接地，电压互感器上串有熔断器
  • 温度传感器
    • 绝大多数金属导体的电阻值随着温度的变化而变化，这种现象称之为金属导体的热电阻效应；在温度升高1°C时，大多数金属导体的电阻值将增加（0.4～0.6）％，热电阻的工作原理就是基于金属导体的热电阻效应
    • 铂电阻
      • 精度高、稳定性好、性能可靠
      • 在还原介质中铂丝变脆，并改变它的电阻与温度间的关系
      • 铂是贵金属，价格较贵
      • 标准化铂电阻的分度号有Pt100和Pt10，其0°C的电阻值R0分别取100Ω和10Ω。
• 自动化231陈爽