材料成型测试技术概述

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1、材料成型测试技术 Test & Measurement Technology in Materials processing,王红霞材料加工系,2,第一章 测试技术概述,1.1 测试技术的作用与意义 1.2 测试技术的基本概念 1.3 非电量电测装置的组成及特性 1.4 参数检测方法,6学时,3,历史时代：,手工化,机械化,自动化,信息化,生产方式：,人与简单工具,动力机与机械,自动测量控制,智能机械装置,第一章 测试技术概述,1.1 测试技术的地位和作用 1. 信息化是科学技术发展的必然,4,人与机器的机能对应关系：,1.1、测试技术的地位和作用,5,2. 信息流是客观世界的一个主流,物料流

2、能流信息流,客观世界,1.1 测试技术的地位和作用,6,信息流组成,信息流,获取,传输,处理,控制,信息获取是信息流的一环,1.1 测试技术的地位和作用,7,获取信息是仪器科学的基本任务仪器仪表是信息产业的重要组成部分仪器仪表是信息工业的源头,1.1 测试技术的地位和作用,8,3 测试仪器仪表的作用,1.1 测试技术的地位和作用,工业生产 倍增器,科学研究 先行官,社 会 物化法官,军 事 战斗力,9,1.1 测试技术的地位和作用,工业生产倍增器,测试技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%,10,检测技术在工业生产领域的应用,1.1测试技术的地位和作

3、用,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.,11,12,1.1测试技术的作用和地位,检测技术在工业生产领域的应用 离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数 作 用：现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,13,测试技术在汽车中的应用日新月异,1.1测试技术的作用和地位,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容,普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统

4、、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,14,15,测试技术在日常生活中的应用与日俱增,1.1测试技术的作用和地位,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器,自动感应灯：亮度检测-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶,电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器,遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档

5、扫描-线阵CCD,红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压检测 - 压力传感器,血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器,16,1.1测试技术的作用和地位,科学研究的先行官,诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”,俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”,近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人,17,1.1测试技术的作用和地位,军事战斗力,1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%,2003年伊拉克战争 90%,1994年美国防部建立自动测试系统执行局,立体作战,18,1.1测试技术的作用和地位

6、,测试技术在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器-OICW,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术,激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。,19,美国国家导弹防御计划-NMD,1.1测试技术的作用和地位,测试技术在国防领域的应用,监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,20,测试技术在航天领域举足轻重,1.1测试技术的作用和地位,飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵,火箭测控 - 检测火箭状况、姿态、轨迹,21,1.1测试技术的

7、作用和地位,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器，,检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学、,神州飞船：,185台（套）仪器装置,22,1.1测试技术的作用和地位,“物化法官”,检查产品质量,监测环境污染,识别指纹假钞,查服违禁药物,侦破刑事案件,23,1.1测试技术的作用和地位,教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、,涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空,24,1.2 测试技术的基本概念,一、 测量,测量是以确定量值为目的的一系列操作。即用专门的设备或技术工具通过实验或必要的数学处理求得被测量的量值的过程。,测量也就是将被测量与同种性

8、质的标准量进行比较确定被测量对标准量的倍数。 它可由下式表示:,或,（1-1）（1-2）,式中 ： x被测量值; u标准量, 即测量单位; n比值（纯数）, 含有测量误差。,25,二、标准真值,1.2 测试技术的基本概念,真值：被测量在一定条件下客观地存在的数值，或者与被测量 比较的标准量的数值。,2、约定真值（规定真值）根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最高科学技术复现的这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。例如：长度单位米（m）规定为光在真空中1/299792458秒内所走过的路程。,1、理论真值也称绝对真值，一个量严格定义的理论值。例如，

9、就是一个定义值（不能量知，只能逼近）,3、相对真值如果高一级检测仪器(计量器具)的误差仅为低一级检测仪器的误差的1/31/10，则可认为前者是后者的相对真值。,26,标称值计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。示值检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。,1.2 检测的基本概念,27,三、误差及其分类,1.2 检测的基本概念,1 、 测量误差的定义检测系统(仪表)不可能绝对精确，测量原理的局限、测量方法的不尽完善、环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等，也使得测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在一定的偏差，这个偏差就是测量误差，

10、也就是测量时实际测量值与真值之间的差值。,2、误差分类： 按误差性质分： （1）系统误差：测量过程中，数值大小、正负号固定不变或按一定规律（线性、周期性等）变化的误差,钟摆夏天为什么变慢？,28,（2）随机误差：误差数值大小，符号正负在相同条件下重复测量中，每次都不能准确预测。,时钟的周期与钟摆长度的方根成正比，冬天冷，钟摆长度变小，周期变小也就是频率增大，就变快了。,（3）过失误差：由于人为原因或外界干扰造成的。,存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。,29,按照仪器示值分：,三、

11、误差及其分类,(1) 绝对误差检测系统的测量值X与被测量的真值A0之间的代数差值称为检测系统测量值的绝对误差 ：,(2-1),式中，真值可为约定真值，也可是由高精度标准器所测得的相对真值。绝对误差说明了系统示值偏离真值的大小，其值可正可负，具有和被测量相同的量纲单位。,=|X-A0|,30,三、误差及其分类,(2) 相对误差检测系统测量值的绝对误差与被测参量真值A0的比值，称为检测系统测量的相对误差，常用百分数表示 ：,(2-4),一般来说相对误差值越小，其测量精度就越高。相对误差是一个量纲为1的量。,31,三、误差及其分类,(3) 引用误差检测系统测量值的绝对误差与系统量程L之比值，称为检测

12、系统测量值的引用误差D。引用误差D通常仍以百分数表示：,(2-5),比较式(2-5)和(2-4)可知：在D的表示式中用量程L代替了真值A0 。,32,三、误差及其分类,(4) 最大引用误差(或满度最大引用误差)所有测量值中最大绝对误差(绝对值)与量程的比值的百分数，称为该系统的最大引用误差，由符号Dmax，可表示 ：,（2-6）,最大引用误差是检测系统（仪表）的基本误差，是检测系统的最主要质量指标，能很好地表征检测系统（仪表）的测量精确度。,33,三、误差及其分类,仪表精度等级是根据引用误差来确定的。 例如, 0.5级表的引用误差的最大值不超过0.5%，1.0级表的引用误差的最大值不超过1%。

13、 在使用仪表和传感器时, 经常也会遇到基本误差和附加误差两个概念。,（5） 基本误差是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差。 例如, 仪表是在电源电压(2205)V、电网频率(502)Hz、环境温度(205)、 湿度65%5%的条件下标定的。如果这台仪表在这个条件下工作, 则仪表所具有的误差为基本误差。测量仪表的精度等级就是由基本误差决定的。 （6）附加误差是指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。例如, 温度附加误差、频率附加误差、电源电压波动附加误差等。 ,34,四、准确度、精密度、精度及精度等级,1、准确度,测量值与真值的接近程度，用绝对误差表示，反映系统误差大小。,2、精密度,指对

14、同一量进行多次测量所得之值彼此接近和密集的程度，实际上就是重复性，反映随机误差，用标准偏差或均方根表示。,35,精确度是测量的准确度和精密度的综合反映。精确度高意味羞系统误差和随机误差都很小。精确度有时简称为精度。下图形象地说明了系统误差、随机误差对测量结果的影响，也说明了准确度、精密度和精确度的含意。,3、精度精确度的简称,四、准确度、精密度、精度及精度等级,36,四、准确度、精密度、精度及精度等级,4、精度等级,测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。精度等级用符号G表示。为统一和方便使用，国家标准GB776-76测量指示仪表通用技术条件规定，测量指示仪表的精度

15、等级G分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个等级，这也是工业检测仪器（系统）常用的精度等级。 精密度和准确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过1.0，也就是说，在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的1。,37,四、准确度、精密度、精度及精度等级,例: 量程为01000 V的数字电压表，如果其整个量程中最大绝对误差为1.05V，则有,由于0.105不是标准化精度等级值，因此该仪器需要就近套用标准化精度等级值。0.105位于0.1级和0.2级之间，尽管该值与0.1更为接近，但按选大不选小的原则该数字电压表的精度等级G应为0.2级。,通过最大引用误差

16、确定仪表的精度等级,38,仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈高。如0.5级的仪表精度优于1.0级仪表，而劣于0.2级仪表。 值得注意的是：精度等级高低仅说明该检测仪表的引用误差最大值的大小，它决不意味着该仪表某次实际测量中出现的具体误差值是多少。 实际测量时，精度等级并不单纯由精确度决定，还需选择合理的量程范围。使仪表的测量限制在容许误差内。 容许误差容许误差是指检测仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围。检测仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。,四、准确度、精密度、精度及精度等级,39,例2.1被测电压实际值约为21.7 V，现有四种电压表：1.5级、量程为030 V的A表；1.5级、量程为050 V的B表；1.0级、量程为050 V的C表；0.2级、量程为0360 V的D表。请问选用哪种规格的电压表进行测量所产生的测量误差较小? 解：根据（2-6）式，分别用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差如下：,