《《精编》测试技术、测试过程与测试系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》测试技术、测试过程与测试系统（191页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、绪言 一 测试技术的重要性二 测试过程和测试系统的一般组成三 课程的研究对象和性质 一 测试技术的重要性 测试的基本任务测量和测试测试技术的重要性 测试的基本任务 是获取有用的信息 然后将其结果提供给观察者或输人给其他信息处理装置 控制系统 测量 是以确定被测物属性量值为目的的全部操作 测试是测量和试验的综合 测试技术是属于信息科学范畴 是信息技术三大支柱 测试控制技术 计算技术和通信技术 之一 在工程技术领域中 工程研究 产品开发 生产监督 质量控制和性能试验等 都离不开测试技术 测试技术成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术 使用先进的测试技术成为经济高度发展和科技现代化的
2、重要标志之一 机械工业面临着更新产品 革新生产技术 改善经营管理 提高产品质量 提高经济效益和参与国际市场竞争的挑战 测试技术将是机械工业对付上述挑战的基础技术之一 二 测试过程和测试系统的一般组成 信息与信号的关系非电量电测法的优越性测试系统的一般组成 信息与信号的关系 信息蕴涵在某些物理量之中 并依靠它们来传输 这些物理量就是信号 非电量电测法的优越性 电信号在变换 处理 传输和运用等方面 都有明显的优点 因而成为目前应用最广泛的信号 各种非电信号也往往被转换成电信号 而后传输 处理和运用 测试系统的一般组成 激励装置 激励装置 激励被测对象 使其处于能够充分显示一些参量特性的状态中 以便
3、有效地检测载有这些信息的信号 例如 测量轮胎滚动阻力与负载 路况的关系 传感器 传感器 受被测量的直接作用后能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出 其输出通常是电信号 信号调理环节 信号调理环节 把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的形式 例如 幅值放大 信号处理环节 信号处理环节 接受来自调理环节的信号 并进行各种运算 滤波 分析 将结果输至显示 记录或控制系统 信号显示 记录环节 信号显示 记录环节 以观察者易于认识的形式来显示测量的结果 或者将测量结果存储 供必要时使用 在所有这些环节中 必须遵循的基本原则是各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量不失真的关系 通
4、常是线性关系 并必须尽可能地减小或消除各种干扰 并非所有的测试系统都具备图0 1中所有环节 尤其是虚线连接的环节和传输环节 实际上 环节与环节之间都存在着传输 图中的传输环节是专指较远距离的通信传输 三 课程的研究对象和性质 研究对象 机械工程领域中常用物理 几何量的测量和性能 品质试验 具体包括 测试中常用的传感器 信号调理电路及记录 显示仪器的工作原理 测量装置基本特性的评价方法 测试信号的分析和处理 以及常见几何 物理量的测量方法 机械工程常用的产品品质试验 机械系统的动态性能试验 控制元件和控制系统试验 课程性质 技术基础课 学习目标 能合理地选用测试装置并初步掌握静 动态测量和常用工
5、程试验所需的基本知识和技能 为进一步学习 研究和处理机械工程技术问题打下基础 在学完本课程后应具有下列几方面的知识 1 掌握信号的时域和频域的描述方法 建立明确的信号的频谱结构的概念 掌握频谱分析的基本原理和方法 掌握数字信号分析中的一些基本概念 2 掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试条件 并能正确地运用于测试装置的分析和选择 掌握一阶 二阶线性系统动态特性及其测定方法 3 了解常用传感器 常用信号调理电路和记录 显示仪器的工作原理和性能 并能较合理地选用 4 对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念 并能初步运用于机械工程中某些参量的测量和产品的试验 讲授的内容 第一篇机械工程测
6、量技术基础 重点讲 第二篇常用参量的测量 选讲 第三篇机械工程试验技术篇 自学 第一篇机械工程测量技术基础 第一章测量的基础知识 第二章静动态 实验 数据描述 第三章测量装置的基本特性 第四章常用的测量方法 器具及其传感器 第五章模拟信号调制 滤波和模数转换 第六章数据的显示 记录与存储 第七章信号处理初步 第一章测量的基础知识 第一节量和测量 第二节测量方法和测量装置 第三节测量误差 第四节测量器具的误差 第五节测量数据处理及测量结果的表达方式 第六节间接测量结果的综合 第一节量和测量 一 量与量纲二 法定计量单位三 测量 计量 测试四 基准和标准五 量值的传递和计量器具检定 一 量与量纲
7、P4 量量值基本量和导出量量纲和量纲法则 量 量 是指现象 物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性 不同类的量可以定性区别 时间 温度同一类的量可用量值大小来区别 长度3米与4米 量值 量值 是用数值和计量单位的乘积来表示的 如 3 4 C 20kg 18m表示被测量相应属性的大小 而3 4 20 40是该种量的数值 基本量和导出量 量制 基本量和导出量组合而成的 基本量 专门约定选取某些量作为基本量 国际单位制中基本量为 长度 质量 时间 温度 电流 发光强度 物质的量导出量 是其他的由基本量按一定的函数关系导出的 量纲和量纲法则 量纲 在量制中 任何一个量可用基本量的幂的乘积的表达式表示
8、 此表达式就称为该量的量纲 记为 dimx 七个基本量的量纲分别为 L M T I N J 它们分别为 长度 质量 时间 温度 电流 发光强度 物质的量的量纲 例 例 力的量纲 LMT 2 F ma MLT 2 电阻的量纲 L2MT 3I 2 R PI 2 FVI 2 LMT 2LT 1I 2 L2MT 3I 2 量纲法则 在任何一个量和其他量的关系式中等号两侧的量纲应该相等 量纲法则的作用 用来检验任何物理公式的正确性 例 RC电路 见黑板 二 法定计量单位 强制性以国际单位制 SI 七个基本量为基础并选用少数其他单位制的计量单位1 基本单位米 m 千克 kg 秒 s 开 K 安 A 坎 c
9、d 摩 mol 2 辅助单位平面角的单位 弧度和立体角的单位 球面度3 导出单位由基本单位和辅助单位以相乘或相除的形式所构成的单位 三 测量 计量 测试 测量 以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程 参见P6 计量 如果测量是涉及实现单位统一和量值准确可靠则被称为计量 测量比计量更为广泛 更为普遍 测试 测量和试验的综合 测量四要素 被测对象 计量单位 测量方法和测量误差 四 基准和标准 基准 是用来保存 复现计量单位的计量器具 它是具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具 基准通常分为国家基准 副基准和工作基准三种等级 计量标准 是指用于检定较低等级计量标准或工作计量器具的计量器具
10、 工作计量器具 是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具 五 量值的传递和计量器具检定 量值传递 通过对计量器具实施检定或校准 将国家基准所复现的计量单位量值经过各级计量标准传递到工作计量器具 以保证被测对象量值的准确和一致 这过程就是所谓的 量值传递 计量器具检定 是指为评定计量器具的计量特性 确定其是否符合法定要求所进行的全部工作 第二节测量方法和测量装置 一 测量方法分类二 测量装置及有关的术语 一 测量方法分类 P7 测量方法 测量原理和操作方式 1 按是否直接测定被测量的原则来分类 可分为直接测量法和间接测量法 直接测量法 是指不必测量与被测量有函数关系的其他量 而能直接得到被测量
11、值的测量方法 间接测量法 是指测量与被测量有函数关系的其他量 来得到被测量值的测量方法 定义测量法 是一种广泛使用的的间接测量方法 指按照被测量的单位的定义 通过测量其中相关的基本量来确定被测量的方法 2 按被测量是否直接和已知的同种量进行比较的原则 可分为直接比较测量法和替代测量法 直接比较测量法 是指将被测量直接和已知值的同种量相比较 从而得到被测量的量值的测量方法 替代测量法 是指用选定的 已知其值的同种量替代被测量 使指示装置得到相同效果从而确定被测量的量值的测量方法 提问 3 按传感器是否与被测物体作机械接触的原则 可分为接触测量和非接触测量 静态 动态 按被测量是否随时间变化 静态
12、 测量期间被测量值可以认为是恒定的 动态 测量期间被测量是随时间而变化的 测量装置 测量系统 是指为了确定被测量值所必需的器具和辅助设备的总体 传感器 它是直接作用于被测量 并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出的器件 测量变换器 提供与输入量有给定关系的输出量的测量器件 检测器 用以指示某种特定量的存在而不必提供量值的器件或物质 测量器具的示值 由测量器具所指示的被测量值 准确度等级 由测量器具所指示的被测量值 二 测量装置及有关的术语 P7 标称范围 也称为示值范围 测量器具标尺范围所对应的被测量示值的范围 量程 标称范围的上下限之差的模 测量范围 在测量器具的误差处于允许极限内的
13、情况下 测量器具所能测量的被测量值的范围 漂移 测量器具的计量特性随时间的慢变化 第三节测量误差 一 测量误差定义二 误差分类三 误差表示方法四 测量精度和不确定度 一 测量误差定义 测量误差 测量结果 真值 1 2 常简称为误差 1 真值 不能确切获知 约定真值 实际值 2 测量结果 由测量所得的被测量的值 约定真值 在实际测量中 被测量的实际值 已修正过的算术平均值 均可作为约定真值 实际值 高一等级的计量标准器具所复现的量值 或测量实际表明它满足规定准确度要求 可用来代替真值使用的量值 二 误差分类 P8 1 根据产生误差的原因 1 器具误差 2 方法误差 3 调整误差 4 观测误差 5
14、 环境误差 人员误差 2 根据误差的统计特征 1 系统误差 2 随机误差 3 粗大误差 分析误差产生的原因并设法消除或减小之 器具误差 由测量器具本身存在的缺陷而产生的误差有工作原理 结构设计 制造 安装调整等因素 如 为简化结构而进行的近似设计 设计的计量器具不符合阿贝原则阿贝原则 测量长度时应将标准量安放在被测长度的延长线上 或它们顺次排成一条直线 游标卡尺的结构不符合阿贝原则 见黑板 三 误差表示方法 P9 1 绝对误差 直接用式 1 2 表示 2 相对误差 相对误差 误差 真值 1 3 当误差值较小时 可采用 相对误差 误差 测量结果 1 3a 例1 1 设真值x0 2 00mA 测量
15、结果xr 1 99mA 则 误差 1 99 2 00 mA 0 01mA 绝对误差 0 01mA相对误差 0 01 2 00 0 005 0 5 3 引用误差 计量器具的引用误差就是计量器具的绝对误差与引用值之比 而引用值一般是指计量器具的标称范围的最高值或量程 记笔记 例如 温度计标称范围为 20 50 其量程为70 引用值为50 例1 2 用标称范围为0 150V的电压表测量时 当示值为100 0V时 电压实际值为99 4V 则 引用误差 100 0V 99 4V 150V 0 4 4 分贝误差 分贝误差 20 Ig 测量结果 真值 1 4a 分贝误差 10 Ig 测量结果 真值 1 4b
16、 例1 3 计算例1 1的分贝误差 分贝误差 20 lg 1 99 2 00 20 0 00218 0 044 dB 黑板例题 误差与误差特征量 四 测量精度和不确定度 P11 准确度 精密度 正确度和不确定度 1 测量精密度 表示测量结果中随机误差大小的程度 也是指在一定条件下进行多次测量时所得结果彼此符合的程度 2 测量正确度 表示测量结果中系统误差大小的程度 它反映了在规定条件下测量结果中所有系统误差的综合 3 测量准确度 表示测量结果和被测量真值之间一致程度 它反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合 也可称为测量精确度 4 测量不确定度 表示对被测量真值所处量值范围的评定 或者说 对被测量真值不能肯定的误差范围的一种评定 国际计量局 BIPM TheInternationalBureauofWeightsandMeasures 于1980年提出的建议 实验不确定度的规定建议书INC 1 1980 A类分量是用统计方法算出来的 即根据测量结果的统计分布进行估计 并用实验标准偏差s 即样本标准偏差 来表征 B类分量是根据经验或其他信息来估计的 并可用近似的 假设的 标准偏差 u来
