测试的基础知识课件

机械工程测试技术机械工程测试技术主讲：温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识学习目的1.掌握测试技术的基本理论2.掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和使用方法。3.具有测试系统的机、电、计算机的总体设计能力。4.具有实验数据处理和误差分析能力。学习方法1.按个章节组织结构循序渐进地学习。2.对难点和重点部分充分利用课件提供的素材加以理解。3.通过例题、习题和实验加深对理论知识的理解。4.对学习中涉及的理论知识要及时复习回顾。先修课程高等数学、工程数学、电工学、材料力学、控制工程基础温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识内容概述1.阐述测试技术的理论基础以及各机械量的测试方法。2.着重叙述基本的测试原理、信号的分析与处理方法、测试系统的特性以及测试技术的发展趋势，并在此基础上，对位移、振动、噪声、力、力矩、压力、温度、流量等的测试分别进行阐述。3.为了掌握各章内容，设有一定量的例题、习题、实验。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识绪论学习目标1.掌握测试的概念。2.了解测试系统的构成。3.了解测试系统的发展方向。学习难点1.测试系统的构成内容概述本章讲解了测试技术的基本概念、测试技术的内容和任务、测试技术的发展、测试系统的构成以及测试技术在工业中的应用。温州大学机电工程学院机械工程测试技术1.测试的基本概念测量：为确定量值而进行的过程试验：对未知事物探索性的认识过程测试：具有试验性的测量温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识信息和信号信息 物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。信号是物质具有能量。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识2.测试技术的内容和任务1.测试技术的内容被测量的测量原理、测量方法、测试系统以及数据处理。测量原理是实现测量所依据的物理、化学、生物等现象及有关定理的总体。例如，压电晶体测振动加速度时所依据的是压电效应；电涡流位移传感器测静态位移和振动位移时所依据的是电磁效应；热电偶测量温度所依据的是热电效应等。不同的被测量用不同的原理测量，同一性质的被测量亦可以用不同的原理测量。测量原理确定后，根据对测量任务的具体要求和实际情况，采用不同的测量方法，如直接测量或间接测量法、电测法或非电测法、模拟量测量或数字量测量等。设计或选用装置组成测量系统实际测得的数据必须加以处理，才能得到正确的结果。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识测试技术的任务为产品质量和性能提供客观的评价，为技术参数的优化和效率的提高提供基础数据。在设备改造中经常需要实测设备或零件的载荷、应力、工艺参数和电机参数，为设备强度校验和承载能力的提高提供依据。测量振动和噪声的强度及频谱，经过分析找出振源，并采取相应的减震、防噪措施，改善劳动条件与工作环境。科学规律的发现和新的定理、公式的诞生都离不开测试技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究结果。实验与理论可以相互促进，共同发展。在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数据采集，实现对设备的状态检测、质量控制和故障诊断。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识3.测试系统的组成测试系统是由相关的器件仪器和测试装置有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体。为了准确的获得被测对象的信息，要求测试系统中的每一个环节的输出量与输入量之间必须有一一对应关系。而且，其输出的变化能够准确地反映其输出变换，防止失真。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识激励装置一个被测对象的信息总是通过一定的物理量-信号所表现出来。有些信息可以在被测对象处于自然状态时所表现出的物理量中显现出来，而有些信息却无法显现或显现的不明显。在后一种情况下，需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生出我们要获取的信息载于其中的一种新的信号。传感器传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件。它包括敏感器和转换器两部分。敏感器一般是将被测量如温度、压力、位移、振动、噪声、流量等转换成某种容易检测的信号，而转换器则是将这种信号变成某种易于传输、记录、处理的电信号。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识调理环节信号的调理环节是把来自传感器的信号转换成更适合进一步传输处理的形式。这种信号的转换，多数是电信号之间的转换。如幅值放大，将阻抗的变化转换成电压的变化或频率的变化等等。信号显示、记录环节信号显示、记录环节是将来自信号处理环节的信号以观察者易于观察的形式显示或存储测试的结果温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识4.测试技术的发展动向测试技术的发展动向先进技术的发展日新月异，测试技术应该适应这种发展。根据先进制造技术发展的要求以及测试技术自身的发展规律，不断拓展着新的测量原理和测试方法，以及测试信息处理技术。具体体现就机械工程而言，测试技术在以下几个方面需要发展：1.测量方式的多样化2.视觉测试技术3.尺寸继续向两个极端发展温州大学机电工程学院1.机械工程测试技术第1章 测试的基础知识测试技术的发展动向具体体现传感器向新型、微型、智能型方向发展；2.测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；3.参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化、集成化、网络化发展。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识测量方式的多样化1.多传感器融合技术在制造现场中的应用是解决测量过程中测量信息获取的方法，它可以提高测量信息的准确性。由于多传感器是以不同的方法或从不同的角度获取信息的，因此可以通过它们之间的信息融合去伪存真，提高测量精度。2.积木式、组合式测量方法可以增加测试系统的柔性，实现不同层次不同目标的测试目的。3.便携式测量仪器，如便携式光纤干涉测量仪、便携式大量程三维测量系统等，用于解决现场大尺寸的测量问题。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识4.虚拟仪器，是虚拟现实技术在精密测试领域的应用，一种是将多种数字化的测试仪器虚拟成一台以计算机为硬件支撑的数字式的智能化测试仪器。5.智能结果，它属于结构检测与故障诊断，是融合智能技术、传感技术、信息技术、仿生技术、材料科学等的一门交叉学科，是检测的概念过渡到在线、动态、主动的实时监测与控制。温州大学机电工程学院机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识1.2测量的基础知识1、测试方法的分类直接测量用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。间接测量对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或 n 个 变 量 )进 行 直 接 测 量，然 后 再 通过 函数 y=f(x)或 y=f(x1 ,x2 ,L,xn ),计算出待测量y。组合测量直接测量值或间接测量值与被测量值之间与已知关系组合成一组方程（函数关系），通过解方程组得到被测值。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识静态测量：对不随时间变化的（静止的）被测量进行的测量。动态测量：对随时间变化的被测量进行的测量，需确定被测量的瞬时值及其随时间变化的规律。工程中大多数被测量非电量，为满足测试的精度、速度、处理、传输的要求，常常将非电量转换为电量。电测量：把被测的非电量，通过传感器变换成电信号再进行传输、处理等。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识2、测量装置标称范围：也称示值范围，例如温度计的标尺范围的起点示值为-30，终点示值为+50，其标称范围即为-30+50量程：测试装置示值范围的上、下之差的模。上例的量程为80测量范围：也称工作范围，是指测量仪器的误差处于规定的极限范围内的被测量的示值范围。在这一规定的测量范围内使用，测量仪器的示值误差必处在允许极限内；换言之，测量范围就是在正常工作条件下，能确保测量仪器规定准确度的被测量值的范围。温州大学机电工程学院机械工程测试技术3、测量误差的基本理论温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识测量误差的分类：测量误差一般根据其性质可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。1.系统误差有规律可循由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生。仪器、环境、动力源变化、人为因素等再现性偏差（Deviation）理论分析/实验验证原因和规律减少/消除温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识2.随机误差因许多不确定性因素而随机产生。各种干扰（噪声、电磁场）等偶然性不明确、无规律概率和统计方法处理无法消除/修正3.粗大误差明显与实际值不符系统各组成环节发生异常和故障等引起。粗大误差若混为系统误差和随机误差 测量结果失去意义剔除异常值 温州大学机电工程学院防止粗大误差机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识测试技术在工业生产领域的应用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.温州大学机电工程学院机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术温州大学机电工程学院第1章 测试的基础知识机械工程测试技术第1章 测试的基础知识课程的学习要求测试技术是一门综合性技术。现代测试系统常常是集机电于一体，软硬件相结合的，具有智能化、自动化的系统。它涉及到传感技术、微电子技术、控制技术、计算机技术、信号处理技术、精密机械设计技术等众多技术。因此，要求测试工作者具有深厚的多学科知识，如力学、电学、信号处理、自动控制、机械振动、计算机、数学等。测试技术也是实验科学的分支，学习中必须理论学习与实验密切结合，以便得到基本实验技能的训练。温州大学机电工程学院机械工程测试技术第1章 测试的基础知识通过本课程的学习，要求学生能做到：1.掌握测试技术的基本理论，包括信号的时域和频域的描述方法、频谱分析和相关性分析的原理和方法、信号调理和信号处理基本概念和方法2.熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围。3.具有测试系统的机、电、计算机方面的总体设计能力；4.具有实验数据处理和误差分析能力。温州大学机电工程学院